曲轴连杆机构

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五、发动机的支承： 1、三点支承：可布置成一前两后或二前一后。 2、四点支承：前后各有两个支承点。
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§2.3 活塞连杆组
气环
作用：是将 活塞的往复 直线运动转 变成曲轴的 旋转运动， 并将作用在 活塞顶上的 气体压力转 变为曲轴的 转矩
油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖
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活塞形状
桶形
销座方向
不受压力的 部分，去掉 后可以减轻 质量。拖鞋 式 裙部受侧压力的作用， 导致活塞发生变形 工作时向里变形
工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多， 所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形， 短轴在销座轴方向。活塞上小下大。 39
（3）活塞裙部开槽
横向绝热槽 减少活塞头的热量向裙部扩散 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低 绝热槽
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连杆大头的连接形式
平切式
斜切式
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连杆轴瓦
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V型发动机连杆的布置形式
并列式
主副式
叉型式
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§3.4
皮带轮
扭转减振器
曲轴飞轮组
正时齿轮
飞轮
一、曲轴飞轮组的组成
起动爪
曲轴
主轴瓦
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二、曲轴
1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输 出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。 2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变 载荷的冲击。因此曲轴要有足够的刚度、强度，很好的润 滑和耐磨性、较高的动平衡精度
气缸盖 安装火花塞
气缸垫
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3、燃烧室
名称 半球形 特点
结构最紧凑、火焰行程 段、燃烧速率高、热损 失小、热效率高。但配 气机构复杂 结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火 花塞置于燃烧室最高处， 火焰传播距离长
示意图
应用
桑塔纳 夏利 富康
楔形
切诺基
盆形
工艺性好、成本低、便 于维修、进排气效果不 如半球形燃烧室
3、要求
A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 B 良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合理 的安装间隙，耐高压、高温、磨损 活塞应具 备的特点
C 质量较小，尽可能减少往复惯性力
D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙 E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数
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4、结构
顶部：构成燃烧室，承 受气体压力。 头部:安装活塞环，制作 较厚。 裙部：导向，传力。承受侧压 力销座孔处制有加强筋。
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（二）活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、润滑条件差(第一道气环)。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁 注意点： 1、有时表面涂有保护层：改善活塞环的滑动性能入耐磨性能 2、第一道气环(承受压力最大)：表面常镀上多孔性铬，硬度 高，能贮存少量的润滑油，改善润滑条件，延长活塞环的 使用寿命。
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一、活 塞
1、功用：
(1)承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转
(2)与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室
2、工作环境：
高温、散热及润滑条件差；顶部工作温度高达600～700K，且分布不均匀； 高速，线速度达到10m/s， 承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达 3～5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。
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曲轴的支承方式
龙门式
强度和刚度较好。工艺 性差、结构笨重、加工 困难。
捷达轿车、富 康轿车、桑塔 纳轿车
隧道式
结构紧凑、刚度和强度 采用滚动轴承 好。难加工、工艺性差、 的负荷较大的 曲轴拆卸不方便。 柴油机上 。
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（2）根据冷却方式不同
冷却水
水冷、风冷
散热片
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（3）根据气缸的排列方式
结构简单、加 工容易，但发 动机长度和高 度较大。 缩短了机体 的长度和高 度，增加了 刚度，减轻 了发动机重 量；但宽度 增加，形状 复杂，加工 困难。
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3、结构：
连杆轴颈 曲轴轴颈 平衡重
后端轴 前端轴
曲柄
曲拐
曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成
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曲拐数决定因素：
1、发动机的气缸数 2、发动机的排列方式 故： 1、直列发动机的曲拐数等于气缸数 2、V型和对置式发动机的曲拐数为气缸数的一半
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4、材料：中碳钢（汽）、合金铸铁（柴）、球墨铸铁。 5、分类：整体式（常用） 组合式（长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和 以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上） 6、组成： （1）主轴颈 ——用于支撑曲轴。 全支承： 曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、 刚度好，减小了磨损；柴油机和大部分汽油 机均采用。 曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较 非全支承： 大，缩短了曲轴的总长度。
（2）活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
头部
工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。
作用：1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、
2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 4、承受气体压力，并通过活塞销传给连杆。
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（3）活塞裙部
位置：活塞环槽以下的所有部分，包括销座孔。 作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力， 防止破坏油膜。
捷达 奥迪
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汽油机燃烧室形状
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４.气缸盖的安装
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安装气缸盖时， 应从的气缸盖中 央依次向两边展 开，分２-３次逐 步拧紧，以保证 气缸垫均匀而平 整地夹在气缸体 和气缸盖之间， 确保密封性．
4
2
6
8
7
5
1
3
9
由于材料的膨胀系数不同，铝 合金气缸盖在安装时只需要在 冷车时拧紧即可，而铸铁气缸 盖必须在热车后复紧。
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（1）气环
作用：密封和传导热量 保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部 吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。
气环
切口
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气环的密封原理： 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。 气环的泵油原理：
动 态 演 示
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气环断面形状：
形状 特点 示意图
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一汽奥迪100汽车发动机气缸体
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气缸体-V型
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2、气缸体分类
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
油底壳 安装平 面和曲 轴旋转 中心在 同一高 度
一般式
龙门式
隧道式
油底壳安装平面 低于曲轴的旋转 中心 气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式
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性能与应用比较
名 称 一般式 性 能 应 用 中小型发动机。 夏利、富康、 北京BJ492Q 机体高度小、重量轻、 结构紧凑，便于加工拆 卸。刚度和强度差。
裙 部
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活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示
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5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密 封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：
（1）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度 很不均匀，活塞的温度是上 部高、下部低，膨胀量也相 应是上部大、下部小。为了 使工作时活塞上下直径趋于 相等，即为圆柱形，就必须 预先把活塞制成上小下大的 阶梯形、锥形。 （2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，或截去一 小部分。 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作 时趋近正圆。
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三、气缸垫
1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气 缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水 和漏油。 2、材料：有弹性、耐热性、耐压性 3、安装时注意方向
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四.油底壳
1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。 2、使用特点： (1)设有挡油板—减轻油面的波动。 (2)油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装 有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发 动机的磨损、 3、材料： (1)薄钢板冲压 (2)采用带有散热肋片 的铝合金铸造而成的轻金属油底壳
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（2）油环
种类 普通油环
刮油片
组合式油环
示 意 图
轴向衬环 径向衬环 刮油片
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油环的刮油作用
油环的刮油作用
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（三）活塞销
作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气 体压力传递给连杆。 要求：具有足够的强度、刚度和耐磨性，且质量 小。(在高温下，承受极大的周期性冲击载荷， 润滑条件差) 材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。
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6、活塞在工作时的保护措施
（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。 （2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的， 向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。
第二章 曲柄连杆机构
概述
机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
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§2.1
一、曲柄连杆机构的功用
概
述
将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复 运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动 变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。
二、组成 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组
2
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
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§2.2 机 体 组
矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广
断面不对称，受力不平衡，使活塞环 扭曲环 扭曲 减少了环与气缸壁的接触面，提高了 锥面环 表面接触压力，有利于磨合和密封。 梯形环 加工困难，精度要求高 桶面环 外圆为凸圆弧形
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（2）油环



作用： 布油(活塞上行) 刮油 润滑油 密封(辅助作用)
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构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形， 以及两段截锥与一段圆柱的组合形。
圆柱形
两段截锥与一段圆柱结合
两段截锥形
活塞销
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形式:全浮式（工作时自由转动）、半浮式。
活塞销
全浮式：活 塞销能在连 杆衬套和活 塞销座中自 由摆动，使 磨损均匀。
连杆
半浮式： 活塞中部 与连杆小 头采用紧 固螺栓连 接，活塞 销只能在 两端销座 内作自由 摆动。多 用于小轿 车
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（四）连杆
作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压 力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋 转运动。
连杆小头 杆身 连 杆
组
件 分 连杆 大头 解 图
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要求：有足够的强度和刚度，质量要尽量小 (承受各种交变载荷，而连杆本身又是一个较 长的杆件)
材料：一般采用中碳钢或中碳合金钢、少数用 球墨铸铁。 小型发动机的连杆，用高强度铝合金制 造。 组成：连杆小头、杆身、大头

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（4）干式气缸套和湿式气缸套
名称 特 点 示意图
强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。 散热良好、 冷却均匀、 易制造、 易拆卸。 强度和刚 度不如干 缸套，易 漏水、漏 气 广泛应用 于汽车柴 油机上。
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外壁不直接与冷却水 干缸套 接触。壁厚1～3mm。
湿缸套
外壁直接与冷却水接 触。壁厚5～9mm。
机体组组成： 气缸盖 气缸盖罩 气缸垫 油道和水道 气缸体
曲轴箱
气缸 油底壳
4
一、气缸体
1、气缸体:
作用：发动机的基体和骨架，安装零件 要求： 具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力) 气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量) 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体— —曲轴箱
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（1）活塞顶部
功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体wenku.baidu.com力。
结构简单、制造容易、 散热面积小、应力分 布较均匀，多用在汽 油机上。
凸起呈球状、顶部强 度高，起导向作用、 有利于改善换气过程。 常用于二冲程汽油机
凹坑的形状、位置必须 有利于可燃混合气的形 成与燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。
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高度小，总 体布置方便。
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直列式
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水平对置式
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V型
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气缸： 作用：气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形 空腔。 要求：工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化 学腐蚀
气缸套： 提高气缸的耐磨性： (1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表 面淬火、镀铬)----成本高 (2)气缸套(铝合金气缸体)：使用寿命长、耐磨 性好、检修方便及费用低
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二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
1、气缸盖
功用：密封气缸的上部，与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 注：铝合金的气缸盖：有利于提高散热性能和压缩比 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。
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气缸盖
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2、气缸盖罩和气缸垫
气缸盖罩 衬垫
纵向膨胀槽
膨胀槽
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（4）采用双金属活塞： 为了减小铝合金活塞 裙部的热膨胀量，有些汽 油机活塞在活塞裙部或销 座内铸入或嵌入膨胀系数 低的钢片。 恒范钢片式活塞的结 构特点就是这样的，由于 恒范钢为含镍33%～36%的 低碳铁镍合金，其膨胀系 数仅为铝合金的1/10，而 销座通过恒范钢片与裙部 相连，牵制了裙部的热膨 胀变形量。