汽車構造第二章課件

第二章曲柄連桿機構第一節(jié)概述第二章曲柄連桿機構第一節(jié)概述11.曲柄連桿機構的運動分析曲柄連桿機構的主要零件機體組活塞連桿組曲軸飛輪組曲柄連桿機構的工作條件：高溫，高壓，高速和化學腐蝕。曲柄連桿機構是往復活塞式內燃機的主要工作機構，而且還是熱功轉換的主要機構，它承受燃料燃燒時產(chǎn)生的氣體力，并將其傳給曲軸對外輸出做功，同時將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。1.曲柄連桿機構的運動分析曲柄連桿機構的主要零件2上止點中間下止點加速度變化j=jmax0j=-jmax速度變化0v=vmax0運動學分析：一般假設：活塞作往復直線運動連桿作復雜的平面運動曲軸作勻速旋轉運動（ω定值）加速度：j=ω2·r(cosα+λcos2α)λ=r/lλ—連桿比；r—曲柄半徑；l—連桿長度；α—曲柄轉角（與y軸正相夾角）上止點3位移：x＝r（1＋λ（sin2α－cosα）/2）速度：v=rω（sinα＋λsin2α/2）

右圖：活塞位移，速度與加速度隨曲軸轉角的變化關系位移：x＝r（1＋λ（sin2α－cosα）/2）4活塞由中間向上行：

增大上止點減小反向增大下止點反向減小j=0jmaxj=0jmaxj=0作用在活塞上的力：氣體力，往復慣性力j=rω2cosα——一級加速度——一級往復慣性力j=rω2λcos2α——二級加速度——二級往復慣性力活塞由中間向上行：5運動特點（1）曲軸基本做勻速運動，活塞的速度卻不均勻。在上下止點處速度為零，在90°稍前處和270°稍后處達到最大。即活塞從上止點向下止點運動和從下止點向上止點運動的約前半個行程是加速，后半個行程是減速。（2）由于活塞運動速度的變化，導致加速度的變化，在速度為零處的加速度最大，而速度最大處的加速度為零。（3）加速度的變化，導致了慣性力的產(chǎn)生，使發(fā)動機產(chǎn)生沖擊、振動和磨損，需采取相應平衡措施。運動特點（1）曲軸基本做勻速運動，活塞的速度卻不均勻。在上下62.曲柄連桿機構的受力分析作用在曲柄連桿機構上的三個主要力

氣體力（主要為燃氣壓力），往復慣性力和離心慣性力氣體力：氣缸內氣體作用在活塞頂部的力。壓縮沖程，氣體力是活塞的運動阻力；做功沖程則為推動力。氣體力做功壓縮上止點曲軸轉角2.曲柄連桿機構的受力分析作用在曲柄連桿機構上的三個主要力氣7

Fp=Ap(p1-p2)Ap—活塞頂在垂直于氣缸中心線的平面上的投影面積（m2）Ap=πd2/4P1—氣缸中的氣體壓力（實測而得）P2—曲軸箱中的氣體壓力（非曲軸箱掃氣則為大氣壓）Fp=Ap(p18如上圖所示Fp2—垂直于氣缸軸線的力，稱為側壓力。(使活塞一側面壓向氣缸壁，其在一個工作循環(huán)中大小和方向都不斷變化，隨活塞運動而在左右兩側間跳動)因為在做功沖程中此力達最大，所以活塞左側承受的側壓力較大分析：在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨活塞的位移而變化的，再加上連桿左右搖擺，因而作用在缸套、活塞、活塞銷和曲軸軸頸表面上的壓力和作用點不斷變化，造成各處磨損不均勻。如上圖所示分析：在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是9往復慣性力和離心力往復慣性力方向與加速度方向相反，前半行程朝上，后半行程向下（活塞向下運動時）曲軸每轉一圈，活塞在氣缸上半部時，；活塞在氣缸下半部時，。Fj=-mj·jmj——活塞組及連桿作往復運動部分大小、方向呈的質量（一般等于連桿全重的20%～周期性變化30%）j—活塞加速度Fj沿氣缸中心線作用在活塞銷上，并通過連桿和曲軸傳到內燃機機體和機架上，從而引起內燃機振動。離心慣性力Fc=-mj·ω

2·r——（大小恒定，方向由大頭軸頸圓心指向外）Fc始終沿曲柄臂方向并垂直于曲軸軸線向外，此力主要由承受。往復慣性力總向上往復慣性力總向下曲軸主軸承往復慣性力和離心力往復慣性力總向上往復慣性力總向下曲軸主軸承10

總結：缸內氣體力作用活塞頂，同時也作用在缸蓋上，大小相等，方向相反，所以在機體內平衡，不傳到機體外。傳到機體外部支承上的力有傾倒力矩和Fj、Fc。

F=合力（是Fp和Fj的合力）→→→→→F=Fp+Fj=Fs+Fn→→→

Fs=Ft+Fk(令力，加速度和位移向下為正，反之負；順時針為正，反之負）總結：缸內氣體力作用活塞頂，同時也作用11

→→Fn：側向力Ft：切向力→→Fs：連桿力Fk：徑向力作平衡力Ft′與Ft〞,使Ft與Ft′構成力偶，力矩為MFnFkFFsFtFnFt′FtMrFk′Fs〞Ft〞MFnFn′FFs〞M′

M′=Fn·︱AO︱M′=-MM=Ft·r—曲柄半徑Fn與Fn′構成力偶，力矩M′力矩M通過曲軸對外輸出做功，M’作用在發(fā)動機機體上，并傳給發(fā)動機支承，使機體向左或向右傾倒趨勢，稱為傾倒力矩（所以發(fā)動機工作應緊固在機座上)

→12第二節(jié)機體組機體：氣缸體，曲軸箱，油底殼

1.機體的結構形式：（材料：灰鑄鐵）

平分式：上曲軸箱底平面與曲軸中心線在同一平面上——適用于汽油機分（一般式）（優(yōu)：加工和曲軸拆裝方便，制造方便，質量輕，高度低；缺：剛度差）

龍門式：上曲軸箱底平面低于曲軸中心線類（優(yōu)：剛度強度較好，曲軸可在下方拆裝，較方便，但工藝性較差，適用于柴油機和強化汽油機）

隧道式：安裝曲軸主軸承的孔沒剖分（支承剛性最好，便于安裝滾動主軸承支承的組合曲軸，各缸主軸承孔同軸度易保證，制造方便，但質量大，高度高，拆裝不便）（特點：主軸承座孔尺寸應大于曲拐的外廓尺寸，才可安裝）（曲拐：由主軸頸，曲柄和曲柄銷組成）—（P74圖2-46）

水冷：缸體與上曲軸箱連成一體冷卻方式（灰鑄鐵）風冷：缸體與曲軸箱分開（鑄鐵或鑄鋁）氣缸體第二節(jié)機體組機體：氣缸體，曲軸箱，油底殼131.氣缸體作用：1、內孔：（1）形成氣缸工作容積（2）活塞運動導向2、外部：（1）各機構和系統(tǒng)的裝配基體（2）散熱要求：1、耐高溫、高壓2、耐磨損3、耐腐蝕4、足夠的剛度和強度材料和工藝：1、材料（1）氣缸套：優(yōu)質合金鑄鐵或合金鋼（2）氣缸體：灰鑄鐵或鋁合金2、氣缸工作表面制造工藝（1）精鏜改善磨合條件（2級加工精度）（2）珩磨（網(wǎng)紋狀）磨合時間短避免拉缸1.氣缸體14氣缸排列形式：直列式，V型，對置式氣缸：氣缸體內用來引導活塞作往復運動的圓筒形空間氣缸壁：氣缸的內壁因活塞與氣缸壁在高溫下作高速相對運動，潤滑條件差，磨損嚴重。氣缸壁磨損過度，活塞環(huán)與氣缸壁間會失去密封性，燃氣會漏入曲軸箱，使發(fā)動機性能惡化。因此對氣缸材料，加工精度與表面粗糙度要求較高。整體式氣缸（無缸套）：剛性好，不易發(fā)生水套漏水，但鑄造困難且耗材。氣缸套：干式：不直接與冷卻水接觸，薄壁（δ=1～4mm），過盈壓配在氣缸體內孔中。密封性好，剛度好，工藝性復雜，加工困難缺點是：a、制造成本增加：氣缸體內孔、缸套外圓亦需精加工，且薄壁缸套剛性差，加工裝夾時易變形。

b、熱負荷增加：缸套外圓與氣缸體內孔理論上是完全接觸，但加工誤差使之不可能完全接觸，因而散熱面積小，影響缸套散熱。

c、氣缸體鑄造工藝性差：水套封閉，去渣困難。氣缸套氣缸套水套氣缸體氣缸排列形式：直列式，V型，對置式氣缸15濕式：氣缸體水套敞開，缸套與冷卻水直接接觸，壁厚（δ=5～9mm），缸套下端帶橡膠封水圈，氣缸套外圓上大，下?。ㄒ驗闅飧滋紫露藥?-3道橡膠封水圈），且上端與氣缸體內孔配合緊，下端配合松，以方便推入氣缸體內孔。濕式缸套壓配在氣缸體內孔時，上部凸肩頂面高出氣缸體頂面0.05-0.15mm，這樣緊固缸蓋時，可將缸墊壓得更緊，以密封燃氣。濕式缸套優(yōu)點是：氣缸套冷卻好；制造成本低；氣缸體鑄造工藝性好。缺點是：氣缸體剛性差，容易變形，易漏氣、漏水；氣缸套外圓表面易產(chǎn)生穴蝕現(xiàn)象。3.氣缸蓋與氣缸襯墊

氣缸蓋：（須有足夠的剛度，冷卻好）一般用鋁合金或優(yōu)質灰鑄鐵。功用：密封氣缸上部，與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室并構成供給系、進、排氣系統(tǒng)及冷卻系、潤滑系的一部分對燃燒室的要求：

結構緊湊，表面積?。p小熱損失及縮短火焰行程）

使壓縮終了具有一定渦流運動（提高混合氣燃燒速度，保證及時充分燃燒）汽油機燃燒室形狀

楔形結構簡單緊湊，壓縮終了時能形成擠壓渦流浴盆形結構簡單不緊湊，能形成進氣渦流半球形結構緊湊，高，配氣機構復雜碗形蓬形

0.050.15mm氣缸套水套氣缸體橡膠封水圈（軸向定位）（徑向定位）（徑向定位）濕式：氣缸體水套敞開，缸套與冷卻水直接接觸，壁厚（δ=5～16氣缸蓋氣缸墊氣缸蓋氣缸墊17氣缸墊：（足夠強度，耐熱，耐腐蝕，有彈性，拆裝方便，壽命長）作用：是防止漏氣漏油漏水材料與結構：（1）金屬+石棉：石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮，水孔和燃燒室孔周圍另用鑲邊增強，以防被高溫燃氣燒壞，具有很好的彈性和耐熱性，能重復使用，但制造厚度均一性較差，使用時注意光滑面朝氣缸體，否則容易被燃氣或冷卻水沖壞（2）金屬片：帶凸紋，強度高，沖壓適用于增壓等強化發(fā)動機3.油底殼功用：收集和儲存機油并封閉曲軸箱（用于平分式或龍門式）柴油機油底殼多用鑄鐵；汽油機油底殼多用鋼板沖壓油標尺有兩道刻線，潤滑油面應在兩刻線之間，過高會耗油，過低導致潤滑不足油底殼形狀決定于發(fā)動機的總體布置和機油容量，后部一般做得較深，以便發(fā)動機縱向傾斜時機油泵能吸到機油。油底殼內還設有擋油板，避免油面波動太大，機油泵吸進氣泡，供油不暢。油底殼底部裝有磁性放油塞，以便吸附機油中的金屬屑，減少發(fā)動機運動件磨損。4.發(fā)動機支承三點支承四點支承

低碳鋼板銅板鋁板氣缸墊：（足夠強度，耐熱，耐腐蝕，有彈性，拆裝方便，壽命長）18氣缸蓋螺栓的擰緊次序必須由中央對稱地向四周擴展的順序分幾次進行，最后一次要用扭力扳手按工廠規(guī)定的數(shù)值擰緊。目的：一則保證密封性，二則避免損壞氣缸墊，三則保證壓縮比的一致性。鋁合金制成的氣缸蓋到最后必須在發(fā)動機冷態(tài)下擰緊，這樣，發(fā)動機熱起來時會增加密封性，因為鋁合金氣缸蓋的熱膨脹比鋼螺栓的大；鑄鐵氣缸蓋則一般在發(fā)動機熱車時最后擰緊，因為裝配時擰緊的螺栓在發(fā)動機工作初始后不久會松弛。豐田佳美3S-FE發(fā)動機氣缸蓋螺栓的拆、裝卸順序氣缸蓋螺栓的擰緊次序必須由中央對稱地向四周擴展的順序分19第三節(jié)活塞連桿組1——活塞2——活塞環(huán)3——活塞銷4——連桿5——連桿螺栓6——連桿蓋7——連桿軸瓦第三節(jié)活塞連桿組1——活塞201.活塞活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等組成1.功用:①把受到的氣體力傳給連桿，曲軸對外輸出轉矩②與氣缸壁、氣缸蓋組成燃燒室2.工作條件①高的機械負荷②高的熱負荷③高速往復運動，磨損劇烈④左右擺動、撞擊

3.要求（1）活塞質量小——往復慣性力小（2）熱膨脹系數(shù)小——冷態(tài)裝配間隙小，減輕敲缸現(xiàn)象（3）導熱性好——減輕熱負荷，第一道環(huán)槽不易積碳，活塞頂不易熱裂（4）耐磨——環(huán)槽不易磨損，裙部不易磨損（5）耐高溫——高溫時機械強度不會下降太多（6）足夠的剛度和強度——銷座不會彎曲變形；活塞頂不會壓碎1.活塞活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等組成214.材料

共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）——（質量小，導熱性好，線膨脹系數(shù)小，適用于一般發(fā)動機）；組合式：上半部用鋼，下半部用鋁合金，沉頭螺栓連接——（剛度好，高溫強度高；熱膨脹系數(shù)低，裝配間隙?。荒湍?；質量居中；僅適用于極少數(shù)大功率強化柴油機）5.工藝:鑄造；鍛造；模鍛6.結構特點由頂部、頭部、裙部組成

頂部：組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應光潔，材料應阻熱活塞連桿組第1道氣環(huán)第2道氣環(huán)組合油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿蓋連桿軸瓦4.材料活塞連桿組第1道氣環(huán)第2道氣環(huán)組合油環(huán)22活塞結構

活塞銷座活塞銷活塞銷卡環(huán)1—活塞頂部2—活塞頭部3—活塞裙部平頂:吸熱面積小，制造工藝簡單（四沖程汽油機）凸頂:剛性好、強度高，但吸熱面積大，難加工（二沖程汽油機，凸頂有利于掃氣）凹頂:一般適用于車用直噴式柴油機，如形、四角形、花瓣形燃燒室

但有的汽油機如桑塔納2000GSI轎車AJR發(fā)動機的活塞頂是凹頂，主要為減少往復慣性質量，改善混合氣形成和燃燒，有時可用來調節(jié)發(fā)動機的壓縮比。活塞結構活塞銷座活塞銷活塞銷卡環(huán)1—活塞頂部2—活塞頭23頭部（防漏部、環(huán)槽部）油環(huán)槽以上部分主要作用：（1）承受燃氣壓力，并傳給連桿（2）與活塞環(huán)一起實現(xiàn)氣缸的密封（防止燃油漏入曲軸箱，阻止機油竄入）（3）將活塞頂所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳導給氣缸體結構特點：1）活塞內腔呈流線型，由活塞頂?shù)淖钚】諒街饾u擴大，使活塞頂吸收的熱量平均分攤給各道活塞環(huán)，避免第一道活塞環(huán)過熱2）有的汽油機的活塞在第一道環(huán)槽上面，切出一道較環(huán)槽窄而寬的隔熱槽，隔斷傳給第一道活塞環(huán)的熱流通路，使熱流方向折轉3）熱負荷較高的汽油機活塞一般在第一道環(huán)槽內鑲鑄耐熱材料（奧氏體鑄鐵）制造的護圈，因為第一道環(huán)槽溫度高，鋁合金材料硬度大幅下降，易磨損，導致燃氣泄漏和竄機油4）四沖程汽油機一般2-3道氣環(huán)，1道油環(huán)，最低一道油環(huán)槽內鉆有許多徑向小孔，氣缸壁上多余機油刮下后，經(jīng)小孔流回油底殼頭部（防漏部、環(huán)槽部）油環(huán)槽以上部分24裙部（導向部）油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面主要作用：（1）活塞往復直線運動導向（2）承受側壓力發(fā)動機工作時活塞裙部的變形1）機械變形：燃氣壓力作用在活塞頂上，導致銷座彎曲變形；裙部擠壓變形2）熱變形：銷座附近金屬堆積，受熱后熱膨脹量大（a）彎曲變形（b）擠壓變形（c）銷座熱變形（d）裙部綜合變形結論：機械變形和熱變形均使得裙部斷面變成長軸沿活塞銷方向的橢圓裙部（導向部）油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面（a）彎曲變形25結構特點：1）裙部橫斷面呈反橢圓形（活塞裙部加工成短軸沿活塞銷方向）2）沿高度方向呈上小下大的圓錐形（同一截面從上到下溫度↘）3）裙部次推力面?zhèn)乳_“T”形槽或“П”形槽，次推力面?zhèn)乳_橫向隔熱直槽（油環(huán)槽內，兼做泄油槽）和縱向膨脹補償斜槽（避免拉傷氣缸壁）使其具有一定彈性4）銷座附近裙部凹陷0.5~1.0mm（減少此處金屬堆積，以減少熱變形）5）雙金屬活塞（銷座內側鑲鑄熱膨脹系數(shù)極低的恒范鋼片，牽制此處熱變形）6）拖板式裙部（活塞銷座下方挖去大塊金屬，以減輕往復慣性質量，避免下止點時活塞裙部下端與曲軸平衡重相碰，并且可使裙部富有彈性，補償熱變形）結構特點：26冷態(tài)敲缸現(xiàn)象：活塞裝配時應留有間隙。冷態(tài)裝配間隙若無或過小，則由于活塞工作時的機械變形和熱變形時裙部直徑增大，容易拉傷氣缸壁（又稱拉缸），輕則造成漏氣、竄機油，重則活塞卡死。由于冷態(tài)裝配間隙的存在?；钊ぷ鲿r側壓力方向的交替變化，時而是活塞的次推力面?zhèn)荣N緊氣缸壁，時而是活塞的主推力面?zhèn)荣N緊氣缸壁，形成金屬敲缸聲，加劇裙部磨損。顯然，發(fā)動機冷車時敲缸現(xiàn)象嚴重。減輕冷態(tài)敲缸現(xiàn)象的主要結構措施：1)活塞銷偏置：偏向主推力面?zhèn)?~2mm，可使活塞越過上止點之前就完成推力面?zhèn)鹊膿Q向，避免峰值壓力時刻過渡，因而可以減輕敲缸現(xiàn)象，但增加了裙部尖角處的磨損，常見于汽油機。2)減少冷態(tài)裝配間隙：通過改進結構措施，制成反橢圓裙部斷面，牽制裙部工作時的熱變形，從而在保證活塞工作時不拉缸的前提下減小活塞配缸間隙，減輕發(fā)動機冷車敲缸現(xiàn)象。冷態(tài)敲缸現(xiàn)象：272.活塞環(huán)分成氣環(huán)和油環(huán)（一）作用：1、氣環(huán)：（1）密封（防止燃氣漏入曲軸箱）；是主要作用。（2）傳熱（將活塞頭部吸收的70%~80%的熱量傳導給氣缸壁）。2、油環(huán)：（1）潤滑（氣缸壁上鋪油膜）（2）刮油（氣缸壁上多余機油刮落回曲軸箱）（3）輔助密封（二）工作特點：（1）高溫、高壓、高速，潤滑不良，磨損嚴重（2）交變的彎曲應力（氣缸壁沿高度方向有加工錐度，環(huán)有開口）。（三）要求：（1）足夠的強度、沖擊韌性（2）耐高溫（第1道氣環(huán)）、耐磨（四）材料：（1）一般用合金鑄鐵，少數(shù)高速強化柴油機用鋼片環(huán)（以提高彈力和沖擊韌性）（2）第1道氣環(huán)的工作表面一般都鍍上多孔性鉻（硬度高，并能儲存少量機油，以改善潤滑條件）（3）其余氣環(huán)一般鍍錫（鑄鋁活塞）或磷化（鍛鋁活塞）（以改善磨合性能）2.活塞環(huán)分成氣環(huán)和油環(huán)28（五）氣環(huán)的密封機理第一密封面（氣環(huán)裝入氣缸時產(chǎn)生的初始彈力F1）第二密封面（燃氣壓力F2）氣環(huán)的切口端呈迷宮式布置（減少漏氣）。1、第一密封面很重要，若失效，則第二密封面建立不起來，因此氣環(huán)裝入氣缸時產(chǎn)生的初始彈力F1很重要。2、由書本64頁圖2－28可知，第一道氣環(huán)的初始彈力F1要求最小，隨后的幾道氣環(huán)的初始彈力F1大小要求依次遞增。氣環(huán)的密封機理（五）氣環(huán)的密封機理氣環(huán)的密封機理29（六）氣環(huán)的結構特點：（1）切口形狀：1）直角切口：工藝性好，密封效果差2）階梯切口：密封好，工藝性差3）斜切口：介于中間，但套裝時尖角易折斷4）帶防轉銷釘槽切口：方向不可裝反，否則，漏氣量急劇增加（2）氣環(huán)的斷面形狀：1）矩形環(huán)：工藝最簡單，導熱性好，但存在“泵油”現(xiàn)象矩形環(huán)的“泵油”作用原理解釋：活塞下行時，分兩種情況：在進氣行程中，由于環(huán)與缸壁的摩擦阻力以及環(huán)本身的慣性，環(huán)將靠緊環(huán)槽的上側平面，缸壁上的機油就被刮入下邊隙與背隙內；在膨脹作功行程中，燃氣壓力的作用大于摩擦阻力和慣性的影響，環(huán)被壓緊在環(huán)槽的下側平面，下邊隙與背隙內的機油上竄?；钊闲袝r，在摩擦阻力、慣性、缸內氣體壓力的作用下，環(huán)將靠緊在環(huán)槽的下側平面，下邊隙與背隙內的機油上竄。由于矩形環(huán)的“泵油”作用，氣缸壁上的機油將源源不斷地上竄入活塞頂上燃燒室內燒掉，使排氣管冒藍煙。（六）氣環(huán)的結構特點：（2）氣環(huán)的斷面形狀：由于矩形環(huán)的“泵302）扭曲環(huán)：a）正扭曲環(huán)：內圓上邊緣切去部分金屬或外圓下邊緣切去部分金屬b）反扭曲環(huán)：內圓下邊緣切去部分金屬或外圓上邊緣切去部分金屬扭曲環(huán)成因：活塞環(huán)裝入氣缸后，其外側氣缸壁的作用力F1與內側環(huán)的彈力F2不在一條直線上，于是產(chǎn)生扭曲力矩M，從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下側平面都接觸，避免了因環(huán)在環(huán)槽內的上下竄動造成的“泵油”現(xiàn)象。環(huán)的扭曲變形應使環(huán)的端面與氣缸壁形成的楔形尖角向下。（活塞向上運動時，因“油楔”作用使環(huán)懸浮于氣缸壁，改善潤滑，減少摩擦阻力；活塞向下運動時，向下刮油。但如果裝反使尖角朝上，則活塞向上運動時，向上刮油，機油消耗率劇增，排氣冒藍煙）。扭曲環(huán)的優(yōu)點：a）密封性、磨合性好（線接觸）b）防止“泵油”現(xiàn)象c）形成油楔，改善潤滑d）提高刮油能力缺點：a）扭轉角不超過1o，工藝性差b）不可裝反，否則機油消耗率成倍增加，環(huán)上有朝上記號2）扭曲環(huán)：313）錐形環(huán)：小錐角，不超過2o，方向不可裝反。優(yōu)缺點同扭曲環(huán)，但仍有“泵油”現(xiàn)象。4）梯形環(huán)：

側壓力方向的交替變化，使環(huán)槽間隙時而減小，時而增大，間隙中的結焦被擠出，避免環(huán)因粘結而折斷，常做第一道氣環(huán)。缺點是環(huán)上、下兩側平面難以精磨，工藝性差，仍有“泵油”現(xiàn)象5）桶面環(huán)：與氣缸壁凸圓弧面接觸優(yōu)點：a）活塞上下移動時均能形成油楔作用，改善潤滑b）避免棱緣負荷，能很好適應活塞的擺動及氣缸表面c）密封性改善缺點：a）工藝性差（凸圓弧面難加工）b）仍有“泵油”現(xiàn)象3）錐形環(huán)：32（七）油環(huán)的結構特點：（1）油環(huán)置于最后一道環(huán)槽，背隙內氣體壓力極低，因此，油環(huán)置于氣缸內時，必須具有較大的初始彈力（2）油環(huán)的斷面形狀如圖，均分布若干個中間泄油孔，設計重點在于提高與氣缸壁的接觸比壓，以提高刮油能力（3）油環(huán)分為兩種類型：1）普通槽孔式油環(huán)：合金鑄鐵，鼻形倒角2）組合鋼片式油環(huán)：接觸比壓大，刮油能力強，泄油通路大，慣性質量小，但制造成本高組合油環(huán)1-上刮片2-襯簧3-下刮片4-活塞（七）油環(huán)的結構特點：組合油環(huán)33汽車構造第二章課件343.活塞銷

（一）活塞銷1、作用：連接活塞和連桿小頭，并將活塞承受的氣體力傳給連桿2、要求：（1）足夠的剛度、強度（2）表面耐磨，內部有較好的韌性和較高的疲勞強度（3）質量?。p少往復慣性力）3、材料與工藝：一般為低碳鋼或低碳合金鋼，經(jīng)表面滲碳或滲氮處理以提高心部沖擊韌性和表面硬度，然后進行精磨和研磨4、結構特點：管狀（1）等截面圓柱形：易加工，但質量大（2）兩段截錐形：等強度梁，質量小，但難加工（3）組合形：居中5、活塞銷連接方式：活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套孔的連接配合，一般采用“全浮式”，在發(fā)動機運轉過程中，活塞銷不僅可以在連桿小頭襯套孔內，還可以在銷座孔內緩慢轉動，以使活塞銷表面的磨損比較均勻，但必須在活塞銷座兩端用卡環(huán)定位，防止軸向竄動。由于鋁合金活塞銷座的熱膨脹量大于鋼活塞銷，因此，在冷態(tài)裝配時，活塞銷與活塞銷座孔為過渡配合，裝配時，應先將鋁合金活塞預熱（70~90oC的水或油中加熱），然后將銷裝入。3.活塞銷（一）活塞銷354.連桿1、作用：將活塞承受的力傳給曲軸，將活塞往復直線運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。2、工作特點：復雜平面運動，承受壓縮、拉伸、彎曲等交變載荷。3、受力：活塞頂?shù)臍怏w力；活塞組和連桿小頭的往復慣性力；連桿本身繞活塞銷作變速擺動時的橫向慣性力4、要求：在質量盡可能小的前提下有足夠的剛度和強度。剛度不足的后果：（1）大頭孔失圓：燒軸瓦，甚至咬死。（2）桿身彎曲：偏磨，漏氣，竄機油。5、材料與工藝：40﹟，45﹟優(yōu)質中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛而成。4.連桿1、作用：將活塞承受的力傳給曲軸，將活塞往復直線運366、結構特點：由連桿小頭1、桿身2、連桿大頭3（包括連桿蓋9）三部分組成。（1）連桿小頭：一般壓入減磨的錫青銅襯套4，小頭頂部鑄有工藝凸臺，減重用；小頭頂部開有潤滑油槽，收集飛濺油霧，潤滑活塞銷。（2）桿身：通常做成“工”字形斷面，以求在剛度足夠的前提下盡可能減少慣性質量，有的桿身鉆有潤滑油道。45671-連桿小頭2-桿身3-連桿大頭4-襯套5-軸瓦896-軸瓦上的凸肩7-連桿螺栓8-潤滑油槽9-連桿蓋6、結構特點：45671-連桿小頭896-軸瓦上的凸37（3）連桿大頭：

通常做成分開式的，以便于拆裝活塞連桿組，被分開的部分叫連桿蓋9，兩者之間用連桿螺栓連接。連桿與連桿蓋之間有配對記號，拆裝時應注意一致。連桿大頭孔內過盈壓入上、下兩半薄壁鋼軸瓦，在其內表面上涂有0.3~0.7mm厚的減磨合金層，具有保持油膜、減少摩擦阻力和易于磨合的作用，主要有巴氏合金、銅鋁合金、高錫鋁合金。軸瓦背面制有定位凸肩，防止軸瓦轉動；軸瓦內表面開有油槽用以儲油和作垃圾槽用。連桿大頭分為：

整體式：采用滾柱軸承（但曲軸須為組合式）——用于小型的二沖程汽油機

剖分式：平切口（汽油機）斜切口（柴油機）連桿軸瓦受力分析：連桿小頭軸承承受氣體力和活塞組的往復慣性力連桿大頭軸承及曲軸主軸承承受小頭傳來的力和曲軸的離心慣性力連桿裝配標記連桿軸瓦（3）連桿大頭：連桿裝配標記連桿軸瓦387、汽車發(fā)動機連桿分類：（1）平切口：連桿大頭沿著與桿身軸線垂直的方向切開，汽油機和較小功率柴油機用。優(yōu)點是：定位可靠，結構簡單（利用連桿螺栓上經(jīng)過精加工的圓柱凸臺或光圓柱部分與精加工的連桿螺栓孔來保證）（2）斜切口：連桿大頭沿著與桿身軸線成30~60o夾角切開，常用于連桿軸頸（曲柄銷）直徑較粗的大功率柴油機，否則，連桿大頭尺寸太大，無法從氣缸中拆下活塞連桿組。缺點是：定位不可靠（切口方向受到附加剪切力，連桿螺栓易剪斷，連桿蓋脫落會擊穿氣缸體）。7、汽車發(fā)動機連桿分類：39斜切口定位方式：1）止口定位：工藝簡單，但定位不可靠（徑向脫離無法阻止）2）套筒定位：定位精度較高，但工藝要求高（若孔距不準確，則可能因過定位而造成大頭孔嚴重失圓），且大頭橫向尺寸加大3）鋸齒定位：定位可靠（鋸齒接觸面大，貼合緊密），結構緊湊，但齒距公差要求高，否則，會因個別齒脫空影響連桿組件的剛度，也會造成連桿大頭孔失圓。斜切口連桿大頭的定位方式（a）止口定位（b）套筒定位（c）鋸齒定位斜切口定位方式：斜切口連桿大頭的定位方式（a）止口定位（b）408、

V型發(fā)動機連桿分類：（1）并列連桿：左右兩缸的連桿一前一后地裝在同一個曲柄銷上，連桿可以通用，兩缸活塞連桿組的運動規(guī)律相同，但曲軸加長，剛度降低。常用于V6、V8汽車發(fā)動機。（2）主副連桿：副連桿鉸接在主連桿凸耳上，曲軸不加長，但相鄰兩缸活塞連桿組運動規(guī)律和受力不相同。（3）叉形連桿：相鄰兩缸的一個連桿大頭做成叉形，另一個連桿大頭套于其叉形中。兩缸活塞連桿組的運動規(guī)律相同，左右兩缸中心線不需錯位，但叉形連桿大頭結構和制造工藝比較復雜，而且連桿大頭的剛度不高。V型發(fā)動機連桿示意圖8、V型發(fā)動機連桿分類：V型發(fā)動機連桿示意圖41第四節(jié)曲軸飛輪組第四節(jié)曲軸飛輪組42桑塔納2000時代超人轎車AJR發(fā)動機曲軸飛輪組零件分解圖曲軸帶輪曲軸正時齒形帶輪曲軸鏈輪（驅動油泵）止推片主軸承下軸瓦轉速傳感器脈沖輪飛輪飛輪齒圈曲軸正時齒形帶輪凸輪軸正時齒形帶輪正時齒形帶水泵齒形帶輪張緊輪桑塔納2000時代超人轎車AJR發(fā)動機曲軸飛輪組零件分解圖曲431.曲軸1、作用：將活塞和連桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩輸出，驅動與其相連的動力裝置2、工作條件：承受周期性變化的氣體壓力、往復慣性力、離心力以及由此產(chǎn)生的扭矩、彎矩的共同作用。3、要求：（1）足夠的剛度、疲勞強度和沖擊韌性；（2）各工作表面潤滑良好、耐磨；（3）旋轉慣性力系達到良好的平衡（離心力合力及其合力矩為零時稱為完全平衡，亦稱動平衡）。4、材料及工藝：（1）多采用優(yōu)質中碳鋼或中碳合金鋼如鉻鎳鋼（18CrNi5）、鉻鋁鋼（34CrAl16）模鍛而成，其主軸頸和曲柄銷工作表面均需高頻淬火或氮化，再經(jīng)過精磨；其軸頸圓角過渡處不經(jīng)淬火，采用滾壓強化工藝，提高疲勞強度。優(yōu)點是機械疲勞強度高，軸頸直徑可以較細，發(fā)動機結構緊湊，但表面加工質量要求高，否則，容易引起應力集中。（2）過去，國產(chǎn)的許多發(fā)動機采用高強度的稀土球墨鑄鐵鑄造曲軸，優(yōu)點是制造成本低，鑄鐵比鋼的耐磨性、抗扭振性好，但發(fā)動機體積過于龐大。1.曲軸1、作用：將活塞和連桿傳來的氣體力轉變?yōu)檗D矩輸出，驅445、曲軸的基本組成：1）曲軸前端3（自由端）；2）若干個由曲柄銷2、左、右曲柄5（包括平衡塊4）、左、右主軸頸1組成的曲拐；3）曲軸后端6（功率輸出端）。6、曲軸的基本分類：分為整體式曲軸和組合式曲軸7、曲軸的結構特點：1）曲軸的曲拐數(shù)取決于氣缸的數(shù)目和排列形式2）直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)3）V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半前端軸連桿軸頸（曲柄銷）主軸頸平衡塊曲柄后端凸緣整體式曲軸5-定位螺栓1、3-滾動軸承2-連接螺栓4-曲柄組合式曲軸（6135柴油機）5、曲軸的基本組成：前端軸連桿軸頸主軸頸平衡塊曲柄后端凸緣整451）整體式曲軸剛性好，現(xiàn)代汽車發(fā)動機多采用模鍛而成的中碳鋼或中碳合金鋼整體式曲軸，以追求汽車發(fā)動機結構緊湊。2）組合式曲軸用于隧道式氣缸體，特點是制造成本低，便于系列化。為減輕質量和離心力，有時將曲柄銷和主軸頸做成空心的，可兼做潤滑油道。3）按主軸頸數(shù)分類（a）全支承曲軸：在相鄰曲拐之間都設置一個主軸頸。優(yōu)點：是曲軸剛性好，不易彎曲；缺點：是缸心距加大，機體加長，制造成本增加。柴油機多用全支承曲軸。（b）非全支承曲軸：多用于中小功率的汽油機。（1）曲軸前端：第一道主軸頸之前的部分，裝有驅動其他裝置的機件（正時齒輪4、及起動爪8、止推墊片3、甩油盤5、油封6、扭轉減振器等。）曲軸前端結構止推墊片（驅動風扇和水泵）帶輪起動爪油封甩油盤正時齒輪1、2滑動推力軸承1）整體式曲軸剛性好，現(xiàn)代汽車發(fā)動機多采用模鍛而成的中碳鋼或46（2）曲軸后端：最后一道主軸頸之后的部分。一般在其后端為安裝飛輪的法蘭盤曲軸前、后端的封油原理：常用的防漏裝置有甩油盤、填料油封、自緊油封和回油螺紋等。一般發(fā)動機都采用復合式防漏裝置，由甩油盤與其它一至二種防漏裝置組成。曲軸前端甩油盤的外斜面應朝外，當被齒輪擠出和甩出的潤滑油落到甩油盤上時，沿壁面流回油底殼中?；赜吐菁y的螺旋方向應為右旋，當曲軸旋轉時，機油也被帶動旋轉，因為機油有粘性，所以受到機體后蓋孔壁的摩擦阻力Fr。Fr可分解為平行于螺紋的分力Fr1和垂直于螺紋的分力Fr2。機油在Fr1的作用下，順著螺紋槽道流回機油盤?；赜吐菁y的封油原理8-主軸承蓋曲軸后端的結構（6100）1-軸承座（曲軸箱體）2-甩油盤3-回油螺紋4-飛輪5-飛輪螺栓螺母6-曲軸凸緣盤7-填料油封（2）曲軸后端：回油螺紋的封油原理8-主軸承蓋曲軸后端的結47（3）曲軸主軸承：曲軸軸承按其承載方向可分為徑向軸承和軸向（推力）軸承。徑向軸承用于支承曲軸，一般用滑動軸承，即上、下兩半軸瓦，少數(shù)大功率柴油機用滾動軸承（與球墨鑄鐵鑄成的組合式曲軸對應）。軸向（推力）軸承用于限制曲軸的軸向竄動（發(fā)動機工作時，曲軸常受到離合器施加于飛輪的軸向力作用而有軸向竄動的趨勢），保證曲柄連桿機構各零件正確的相對位置。但曲軸受熱膨脹時，又應允許其自由伸長，故曲軸上的軸向定位裝置必須有，但只能設于一處。通常設在中間主軸承處。現(xiàn)代汽車發(fā)動機常將徑向軸承和推力軸承合而為一，制成翻邊滑動軸承。多層推力軸承1-凸肩2-油槽3-鋼質薄壁4-基層5-鎳涂層6-磨耗層7-油孔8-卷邊（3）曲軸主軸承：多層推力軸承488、多缸發(fā)動機曲拐布置和發(fā)火順序：曲軸的形狀和各曲拐的相對位置取決于缸數(shù)、氣缸排列形式和各缸的作功行程的交替順序（發(fā)火順序）。曲拐布置的原則：①發(fā)動機每完成一個循環(huán)，各缸都應發(fā)火一次，為了使內燃機工作平穩(wěn)，各相繼工作兩缸間著火間隔角應盡可能相等，相繼工作兩缸的著火間隔以曲軸轉角計為720°／i——四沖程發(fā)動機（i－缸數(shù)）360°／i——二沖程發(fā)動機②使多缸發(fā)動機的往復慣性力和離心慣性力可能相互抵消而自行平衡，各缸曲拐須對稱于曲軸軸線的中心平面③使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠，避免相鄰兩缸發(fā)生進氣重疊現(xiàn)象并減輕主軸承和主軸頸受力，盡可能使相鄰兩缸不連續(xù)著火直列四缸發(fā)動機：平面曲拐，相鄰曲拐兩兩相對（如圖），發(fā)火順序是1或12431，發(fā)火間隔角等于720o/4=180o。直列四缸發(fā)動機曲拐布置8、多缸發(fā)動機曲拐布置和發(fā)火順序：曲軸的形狀和各曲拐的相對位49直列六缸發(fā)動機：空間曲拐，各平面曲拐成120°夾角，發(fā)火間隔角是720/6=120°（如圖），發(fā)火順序是1536241或1426351。直列六缸發(fā)動機的曲拐布置直列六缸發(fā)動機：空間曲拐，各平面曲拐成120°夾角，發(fā)火間隔50表直列六缸機工作循環(huán)表（發(fā)火順序：1-5-3-6-2-4-1）表直列六缸機工作循環(huán)表51V型八缸發(fā)動機：空間曲拐，各平面曲拐成90°夾角，發(fā)火間隔角是720/8=90°（如圖），發(fā)火順序是184365721。V型八缸發(fā)動機的曲拐布置V型八缸發(fā)動機：52汽車構造第二章課件539、曲軸平衡重布置：平衡重一般用于平衡發(fā)動機不平衡的離心力及離心力矩，有時也被用于部分平衡往復慣性力。對于汽車發(fā)動機常用的直列四缸機、六缸機，從整體上看，旋轉慣性力系和一階往復慣性力系已得到完全平衡（由于曲拐均勻布置且相對于曲軸中央主軸頸成鏡面對稱，慣性力合力及其合力矩均為零）（六缸機二階往復慣性力系也已得到完全平衡，但四缸機的二階往復慣性力系慣性力合力不為零），曲軸的局部（即內部）卻受到較大的彎曲力矩，過大會使主軸承過載，振動加劇。因此，四缸機一般在曲柄的反方向上設置平衡重，通常采用四塊平衡重，以免曲軸轉動慣量過大，容易發(fā)生共振，降低發(fā)動機最高工作轉速。六缸機通常采用八塊平衡重，方案較多。直列四缸機平衡重作用示意圖（a）受力分析（b）平衡重布置9、曲軸平衡重布置：直列四缸機平衡重作用示意圖（a）受力分析542.曲軸扭轉減振器發(fā)動機運轉過程中，曲軸在外激力作用下使其具有周期性變化的瞬時角速度，因飛輪轉動慣量大，所以其瞬時角速度可視為均勻，曲軸是一種扭轉彈性系統(tǒng)，連桿作用于曲柄銷上的力呈周期性變化，使曲軸轉速忽快忽慢，造成曲軸的扭轉振動。曲軸轉動慣量愈大，自振頻率愈低，愈易發(fā)生共振，曲軸扭轉振幅極大，將破壞配氣相位的準確性，產(chǎn)生沖擊噪聲，導致曲軸因扭轉變形過大而斷裂。因此，對曲軸剛度小、轉動慣量大、缸數(shù)多及轉速高的發(fā)動機，一般在曲軸前端裝有曲軸扭轉減振器，此處扭轉振幅最大。2.曲軸扭轉減振器發(fā)動機運轉過程中，551、摩擦式扭轉減振器（汽車發(fā)動機）：其工作原理是使曲軸扭轉振動能量逐漸消耗于減振器內的摩擦，從而使振幅逐漸減小?？煞譃椋海╝）橡膠式扭轉減振器由轉動慣量較大的慣性盤5與（薄鋼片制成）減振器圓盤3通過橡膠墊4硫化粘結，減振器圓盤3轂部用螺栓固裝于曲軸前端的風扇帶輪6上，后者與曲軸前端螺栓固緊。圓盤3與帶輪、曲軸同步轉動，慣性盤5與圓盤3有了相對角振動，橡膠墊4的扭轉變形消耗了扭轉振動能量，使振幅減小。橡膠減振器的主要優(yōu)點：結構簡單、質量小、工作可靠，但橡膠對曲軸扭轉振動的衰減作用不夠強，且橡膠易因摩擦生熱而容易老化。8V100型發(fā)動機橡膠式扭轉減振器6-帶盤1-曲軸前端2-帶輪轂3-減振器圓盤4-橡膠墊5-慣性盤1、摩擦式扭轉減振器（汽車發(fā)動機）：8V100型發(fā)動機橡膠式56（b）干摩擦式扭轉減振器兩個慣性盤1松套在風扇帶輪6的輪轂上（之間有襯套），軸向上在帶輪與平衡重4之間，可軸向移動，但不能相對轉動。在帶輪6與一慣性盤之間以及平衡重4與另一慣性盤之間各有一摩擦片5。裝在兩個慣性盤之間的彈簧2使慣性盤壓緊摩擦片。這樣，當曲軸帶動帶輪、平衡重發(fā)生扭轉振動時，由于慣性盤、帶輪、平衡重與摩擦片之間的摩擦消耗了曲軸扭轉振動的能量，使振幅減小。4-平衡重5-摩擦片6-帶輪干摩擦式扭轉減振器1-慣性盤2-彈簧3-曲軸（b）干摩擦式扭轉減振器4-平衡重干摩擦式扭轉減振器1-慣性57（c）硅油—橡膠式扭轉減振器:該減振器結構緊湊（質量和容積均較小）、減振性能良好。減振體2浮動地裝在密封外殼1中，兩者之間間隙很?。?.5~0.7mm），其中充滿高粘度硅油。當曲軸發(fā)生扭轉振動時，帶著外殼1一起振動，而轉動慣量較大的減振體2基本上是勻速轉動，于是兩者之間發(fā)生相對滑動，使硅油受剪切，摩擦生熱而消耗振動的能量，從而減小扭轉振幅。顯然，摩擦使硅溫度升高，粘度下降，對曲軸的扭振衰減作用減弱。1-密封外殼2-減振體3-襯套4-側蓋5-注油螺塞孔150系列車用柴油機粘液摩擦式扭轉減振器（c）硅油—橡膠式扭轉減振器:1-密封外殼150系列車用柴油583.飛輪1、作用：（1）儲存動能，克服阻力，使發(fā)動機的工作循環(huán)周而復始，使曲軸轉速均勻，并使發(fā)動機具有短時間超載的能力；（2）驅動其它輔助裝置；（3）傳遞扭矩給汽車傳動系，是離合器的驅動件；（4）飛輪上正時刻度記號作為配氣機構、供油系統(tǒng)（柴油機）、點火系統(tǒng)（汽油機）正時調整角度用。2、要求：質量盡可能小的前提下具有足夠的轉動慣量，因而輪緣通常做得寬而厚。3、材料、工藝、結構特點：（1）一般用灰鑄鐵，當輪緣速度超過50米/秒時要采用球鐵或鑄鋼。（2）飛輪外緣上的齒圈是熱壓配的，齒圈磨損失效后可以更換。（3）多缸發(fā)動機的飛輪應與曲軸一起進行動平衡校準。為了拆裝時不破壞它們的平衡狀態(tài)，飛輪與曲軸之間的連接螺栓應不對稱布置。1-離合器外殼的記號2-觀察孔蓋板3-飛輪上的記號發(fā)動機發(fā)火定時記號3.飛輪1、作用：1-離合器外殼的記號發(fā)動機發(fā)火定時記號59第二章曲柄連桿機構第一節(jié)概述第二章曲柄連桿機構第一節(jié)概述601.曲柄連桿機構的運動分析曲柄連桿機構的主要零件機體組活塞連桿組曲軸飛輪組曲柄連桿機構的工作條件：高溫，高壓，高速和化學腐蝕。曲柄連桿機構是往復活塞式內燃機的主要工作機構，而且還是熱功轉換的主要機構，它承受燃料燃燒時產(chǎn)生的氣體力，并將其傳給曲軸對外輸出做功，同時將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。1.曲柄連桿機構的運動分析曲柄連桿機構的主要零件61上止點中間下止點加速度變化j=jmax0j=-jmax速度變化0v=vmax0運動學分析：一般假設：活塞作往復直線運動連桿作復雜的平面運動曲軸作勻速旋轉運動（ω定值）加速度：j=ω2·r(cosα+λcos2α)λ=r/lλ—連桿比；r—曲柄半徑；l—連桿長度；α—曲柄轉角（與y軸正相夾角）上止點62位移：x＝r（1＋λ（sin2α－cosα）/2）速度：v=rω（sinα＋λsin2α/2）

右圖：活塞位移，速度與加速度隨曲軸轉角的變化關系位移：x＝r（1＋λ（sin2α－cosα）/2）63活塞由中間向上行：

增大上止點減小反向增大下止點反向減小j=0jmaxj=0jmaxj=0作用在活塞上的力：氣體力，往復慣性力j=rω2cosα——一級加速度——一級往復慣性力j=rω2λcos2α——二級加速度——二級往復慣性力活塞由中間向上行：64運動特點（1）曲軸基本做勻速運動，活塞的速度卻不均勻。在上下止點處速度為零，在90°稍前處和270°稍后處達到最大。即活塞從上止點向下止點運動和從下止點向上止點運動的約前半個行程是加速，后半個行程是減速。（2）由于活塞運動速度的變化，導致加速度的變化，在速度為零處的加速度最大，而速度最大處的加速度為零。（3）加速度的變化，導致了慣性力的產(chǎn)生，使發(fā)動機產(chǎn)生沖擊、振動和磨損，需采取相應平衡措施。運動特點（1）曲軸基本做勻速運動，活塞的速度卻不均勻。在上下652.曲柄連桿機構的受力分析作用在曲柄連桿機構上的三個主要力

氣體力（主要為燃氣壓力），往復慣性力和離心慣性力氣體力：氣缸內氣體作用在活塞頂部的力。壓縮沖程，氣體力是活塞的運動阻力；做功沖程則為推動力。氣體力做功壓縮上止點曲軸轉角2.曲柄連桿機構的受力分析作用在曲柄連桿機構上的三個主要力氣66

Fp=Ap(p1-p2)Ap—活塞頂在垂直于氣缸中心線的平面上的投影面積（m2）Ap=πd2/4P1—氣缸中的氣體壓力（實測而得）P2—曲軸箱中的氣體壓力（非曲軸箱掃氣則為大氣壓）Fp=Ap(p167如上圖所示Fp2—垂直于氣缸軸線的力，稱為側壓力。(使活塞一側面壓向氣缸壁，其在一個工作循環(huán)中大小和方向都不斷變化，隨活塞運動而在左右兩側間跳動)因為在做功沖程中此力達最大，所以活塞左側承受的側壓力較大分析：在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨活塞的位移而變化的，再加上連桿左右搖擺，因而作用在缸套、活塞、活塞銷和曲軸軸頸表面上的壓力和作用點不斷變化，造成各處磨損不均勻。如上圖所示分析：在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是68往復慣性力和離心力往復慣性力方向與加速度方向相反，前半行程朝上，后半行程向下（活塞向下運動時）曲軸每轉一圈，活塞在氣缸上半部時，；活塞在氣缸下半部時，。Fj=-mj·jmj——活塞組及連桿作往復運動部分大小、方向呈的質量（一般等于連桿全重的20%～周期性變化30%）j—活塞加速度Fj沿氣缸中心線作用在活塞銷上，并通過連桿和曲軸傳到內燃機機體和機架上，從而引起內燃機振動。離心慣性力Fc=-mj·ω

2·r——（大小恒定，方向由大頭軸頸圓心指向外）Fc始終沿曲柄臂方向并垂直于曲軸軸線向外，此力主要由承受。往復慣性力總向上往復慣性力總向下曲軸主軸承往復慣性力和離心力往復慣性力總向上往復慣性力總向下曲軸主軸承69

總結：缸內氣體力作用活塞頂，同時也作用在缸蓋上，大小相等，方向相反，所以在機體內平衡，不傳到機體外。傳到機體外部支承上的力有傾倒力矩和Fj、Fc。

F=合力（是Fp和Fj的合力）→→→→→F=Fp+Fj=Fs+Fn→→→

Fs=Ft+Fk(令力，加速度和位移向下為正，反之負；順時針為正，反之負）總結：缸內氣體力作用活塞頂，同時也作用70

→→Fn：側向力Ft：切向力→→Fs：連桿力Fk：徑向力作平衡力Ft′與Ft〞,使Ft與Ft′構成力偶，力矩為MFnFkFFsFtFnFt′FtMrFk′Fs〞Ft〞MFnFn′FFs〞M′

M′=Fn·︱AO︱M′=-MM=Ft·r—曲柄半徑Fn與Fn′構成力偶，力矩M′力矩M通過曲軸對外輸出做功，M’作用在發(fā)動機機體上，并傳給發(fā)動機支承，使機體向左或向右傾倒趨勢，稱為傾倒力矩（所以發(fā)動機工作應緊固在機座上)

→71第二節(jié)機體組機體：氣缸體，曲軸箱，油底殼

1.機體的結構形式：（材料：灰鑄鐵）

平分式：上曲軸箱底平面與曲軸中心線在同一平面上——適用于汽油機分（一般式）（優(yōu)：加工和曲軸拆裝方便，制造方便，質量輕，高度低；缺：剛度差）

龍門式：上曲軸箱底平面低于曲軸中心線類（優(yōu)：剛度強度較好，曲軸可在下方拆裝，較方便，但工藝性較差，適用于柴油機和強化汽油機）

隧道式：安裝曲軸主軸承的孔沒剖分（支承剛性最好，便于安裝滾動主軸承支承的組合曲軸，各缸主軸承孔同軸度易保證，制造方便，但質量大，高度高，拆裝不便）（特點：主軸承座孔尺寸應大于曲拐的外廓尺寸，才可安裝）（曲拐：由主軸頸，曲柄和曲柄銷組成）—（P74圖2-46）

水冷：缸體與上曲軸箱連成一體冷卻方式（灰鑄鐵）風冷：缸體與曲軸箱分開（鑄鐵或鑄鋁）氣缸體第二節(jié)機體組機體：氣缸體，曲軸箱，油底殼721.氣缸體作用：1、內孔：（1）形成氣缸工作容積（2）活塞運動導向2、外部：（1）各機構和系統(tǒng)的裝配基體（2）散熱要求：1、耐高溫、高壓2、耐磨損3、耐腐蝕4、足夠的剛度和強度材料和工藝：1、材料（1）氣缸套：優(yōu)質合金鑄鐵或合金鋼（2）氣缸體：灰鑄鐵或鋁合金2、氣缸工作表面制造工藝（1）精鏜改善磨合條件（2級加工精度）（2）珩磨（網(wǎng)紋狀）磨合時間短避免拉缸1.氣缸體73氣缸排列形式：直列式，V型，對置式氣缸：氣缸體內用來引導活塞作往復運動的圓筒形空間氣缸壁：氣缸的內壁因活塞與氣缸壁在高溫下作高速相對運動，潤滑條件差，磨損嚴重。氣缸壁磨損過度，活塞環(huán)與氣缸壁間會失去密封性，燃氣會漏入曲軸箱，使發(fā)動機性能惡化。因此對氣缸材料，加工精度與表面粗糙度要求較高。整體式氣缸（無缸套）：剛性好，不易發(fā)生水套漏水，但鑄造困難且耗材。氣缸套：干式：不直接與冷卻水接觸，薄壁（δ=1～4mm），過盈壓配在氣缸體內孔中。密封性好，剛度好，工藝性復雜，加工困難缺點是：a、制造成本增加：氣缸體內孔、缸套外圓亦需精加工，且薄壁缸套剛性差，加工裝夾時易變形。

b、熱負荷增加：缸套外圓與氣缸體內孔理論上是完全接觸，但加工誤差使之不可能完全接觸，因而散熱面積小，影響缸套散熱。

c、氣缸體鑄造工藝性差：水套封閉，去渣困難。氣缸套氣缸套水套氣缸體氣缸排列形式：直列式，V型，對置式氣缸74濕式：氣缸體水套敞開，缸套與冷卻水直接接觸，壁厚（δ=5～9mm），缸套下端帶橡膠封水圈，氣缸套外圓上大，下小（因為氣缸套下端帶1-3道橡膠封水圈），且上端與氣缸體內孔配合緊，下端配合松，以方便推入氣缸體內孔。濕式缸套壓配在氣缸體內孔時，上部凸肩頂面高出氣缸體頂面0.05-0.15mm，這樣緊固缸蓋時，可將缸墊壓得更緊，以密封燃氣。濕式缸套優(yōu)點是：氣缸套冷卻好；制造成本低；氣缸體鑄造工藝性好。缺點是：氣缸體剛性差，容易變形，易漏氣、漏水；氣缸套外圓表面易產(chǎn)生穴蝕現(xiàn)象。3.氣缸蓋與氣缸襯墊

氣缸蓋：（須有足夠的剛度，冷卻好）一般用鋁合金或優(yōu)質灰鑄鐵。功用：密封氣缸上部，與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室并構成供給系、進、排氣系統(tǒng)及冷卻系、潤滑系的一部分對燃燒室的要求：

結構緊湊，表面積小（減小熱損失及縮短火焰行程）

使壓縮終了具有一定渦流運動（提高混合氣燃燒速度，保證及時充分燃燒）汽油機燃燒室形狀

楔形結構簡單緊湊，壓縮終了時能形成擠壓渦流浴盆形結構簡單不緊湊，能形成進氣渦流半球形結構緊湊，高，配氣機構復雜碗形蓬形

0.050.15mm氣缸套水套氣缸體橡膠封水圈（軸向定位）（徑向定位）（徑向定位）濕式：氣缸體水套敞開，缸套與冷卻水直接接觸，壁厚（δ=5～75氣缸蓋氣缸墊氣缸蓋氣缸墊76氣缸墊：（足夠強度，耐熱，耐腐蝕，有彈性，拆裝方便，壽命長）作用：是防止漏氣漏油漏水材料與結構：（1）金屬+石棉：石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮，水孔和燃燒室孔周圍另用鑲邊增強，以防被高溫燃氣燒壞，具有很好的彈性和耐熱性，能重復使用，但制造厚度均一性較差，使用時注意光滑面朝氣缸體，否則容易被燃氣或冷卻水沖壞（2）金屬片：帶凸紋，強度高，沖壓適用于增壓等強化發(fā)動機3.油底殼功用：收集和儲存機油并封閉曲軸箱（用于平分式或龍門式）柴油機油底殼多用鑄鐵；汽油機油底殼多用鋼板沖壓油標尺有兩道刻線，潤滑油面應在兩刻線之間，過高會耗油，過低導致潤滑不足油底殼形狀決定于發(fā)動機的總體布置和機油容量，后部一般做得較深，以便發(fā)動機縱向傾斜時機油泵能吸到機油。油底殼內還設有擋油板，避免油面波動太大，機油泵吸進氣泡，供油不暢。油底殼底部裝有磁性放油塞，以便吸附機油中的金屬屑，減少發(fā)動機運動件磨損。4.發(fā)動機支承三點支承四點支承

低碳鋼板銅板鋁板氣缸墊：（足夠強度，耐熱，耐腐蝕，有彈性，拆裝方便，壽命長）77氣缸蓋螺栓的擰緊次序必須由中央對稱地向四周擴展的順序分幾次進行，最后一次要用扭力扳手按工廠規(guī)定的數(shù)值擰緊。目的：一則保證密封性，二則避免損壞氣缸墊，三則保證壓縮比的一致性。鋁合金制成的氣缸蓋到最后必須在發(fā)動機冷態(tài)下擰緊，這樣，發(fā)動機熱起來時會增加密封性，因為鋁合金氣缸蓋的熱膨脹比鋼螺栓的大；鑄鐵氣缸蓋則一般在發(fā)動機熱車時最后擰緊，因為裝配時擰緊的螺栓在發(fā)動機工作初始后不久會松弛。豐田佳美3S-FE發(fā)動機氣缸蓋螺栓的拆、裝卸順序氣缸蓋螺栓的擰緊次序必須由中央對稱地向四周擴展的順序分78第三節(jié)活塞連桿組1——活塞2——活塞環(huán)3——活塞銷4——連桿5——連桿螺栓6——連桿蓋7——連桿軸瓦第三節(jié)活塞連桿組1——活塞791.活塞活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等組成1.功用:①把受到的氣體力傳給連桿，曲軸對外輸出轉矩②與氣缸壁、氣缸蓋組成燃燒室2.工作條件①高的機械負荷②高的熱負荷③高速往復運動，磨損劇烈④左右擺動、撞擊

3.要求（1）活塞質量小——往復慣性力小（2）熱膨脹系數(shù)小——冷態(tài)裝配間隙小，減輕敲缸現(xiàn)象（3）導熱性好——減輕熱負荷，第一道環(huán)槽不易積碳，活塞頂不易熱裂（4）耐磨——環(huán)槽不易磨損，裙部不易磨損（5）耐高溫——高溫時機械強度不會下降太多（6）足夠的剛度和強度——銷座不會彎曲變形；活塞頂不會壓碎1.活塞活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿等組成804.材料

共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）——（質量小，導熱性好，線膨脹系數(shù)小，適用于一般發(fā)動機）；組合式：上半部用鋼，下半部用鋁合金，沉頭螺栓連接——（剛度好，高溫強度高；熱膨脹系數(shù)低，裝配間隙小；耐磨；質量居中；僅適用于極少數(shù)大功率強化柴油機）5.工藝:鑄造；鍛造；模鍛6.結構特點由頂部、頭部、裙部組成

頂部：組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應光潔，材料應阻熱活塞連桿組第1道氣環(huán)第2道氣環(huán)組合油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿蓋連桿軸瓦4.材料活塞連桿組第1道氣環(huán)第2道氣環(huán)組合油環(huán)81活塞結構

活塞銷座活塞銷活塞銷卡環(huán)1—活塞頂部2—活塞頭部3—活塞裙部平頂:吸熱面積小，制造工藝簡單（四沖程汽油機）凸頂:剛性好、強度高，但吸熱面積大，難加工（二沖程汽油機，凸頂有利于掃氣）凹頂:一般適用于車用直噴式柴油機，如形、四角形、花瓣形燃燒室

但有的汽油機如桑塔納2000GSI轎車AJR發(fā)動機的活塞頂是凹頂，主要為減少往復慣性質量，改善混合氣形成和燃燒，有時可用來調節(jié)發(fā)動機的壓縮比?；钊Y構活塞銷座活塞銷活塞銷卡環(huán)1—活塞頂部2—活塞頭82頭部（防漏部、環(huán)槽部）油環(huán)槽以上部分主要作用：（1）承受燃氣壓力，并傳給連桿（2）與活塞環(huán)一起實現(xiàn)氣缸的密封（防止燃油漏入曲軸箱，阻止機油竄入）（3）將活塞頂所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳導給氣缸體結構特點：1）活塞內腔呈流線型，由活塞頂?shù)淖钚】諒街饾u擴大，使活塞頂吸收的熱量平均分攤給各道活塞環(huán)，避免第一道活塞環(huán)過熱2）有的汽油機的活塞在第一道環(huán)槽上面，切出一道較環(huán)槽窄而寬的隔熱槽，隔斷傳給第一道活塞環(huán)的熱流通路，使熱流方向折轉3）熱負荷較高的汽油機活塞一般在第一道環(huán)槽內鑲鑄耐熱材料（奧氏體鑄鐵）制造的護圈，因為第一道環(huán)槽溫度高，鋁合金材料硬度大幅下降，易磨損，導致燃氣泄漏和竄機油4）四沖程汽油機一般2-3道氣環(huán)，1道油環(huán)，最低一道油環(huán)槽內鉆有許多徑向小孔，氣缸壁上多余機油刮下后，經(jīng)小孔流回油底殼頭部（防漏部、環(huán)槽部）油環(huán)槽以上部分83裙部（導向部）油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面主要作用：（1）活塞往復直線運動導向（2）承受側壓力發(fā)動機工作時活塞裙部的變形1）機械變形：燃氣壓力作用在活塞頂上，導致銷座彎曲變形；裙部擠壓變形2）熱變形：銷座附近金屬堆積，受熱后熱膨脹量大（a）彎曲變形（b）擠壓變形（c）銷座熱變形（d）裙部綜合變形結論：機械變形和熱變形均使得裙部斷面變成長軸沿活塞銷方向的橢圓裙部（導向部）油環(huán)槽底面至活塞底端的外圓柱表面（a）彎曲變形84結構特點：1）裙部橫斷面呈反橢圓形（活塞裙部加工成短軸沿活塞銷方向）2）沿高度方向呈上小下大的圓錐形（同一截面從上到下溫度↘）3）裙部次推力面?zhèn)乳_“T”形槽或“П”形槽，次推力面?zhèn)乳_橫向隔熱直槽（油環(huán)槽內，兼做泄油槽）和縱向膨脹補償斜槽（避免拉傷氣缸壁）使其具有一定彈性4）銷座附近裙部凹陷0.5~1.0mm（減少此處金屬堆積，以減少熱變形）5）雙金屬活塞（銷座內側鑲鑄熱膨脹系數(shù)極低的恒范鋼片，牽制此處熱變形）6）拖板式裙部（活塞銷座下方挖去大塊金屬，以減輕往復慣性質量，避免下止點時活塞裙部下端與曲軸平衡重相碰，并且可使裙部富有彈性，補償熱變形）結構特點：85冷態(tài)敲缸現(xiàn)象：活塞裝配時應留有間隙。冷態(tài)裝配間隙若無或過小，則由于活塞工作時的機械變形和熱變形時裙部直徑增大，容易拉傷氣缸壁（又稱拉缸），輕則造成漏氣、竄機油，重則活塞卡死。由于冷態(tài)裝配間隙的存在?；钊ぷ鲿r側壓力方向的交替變化，時而是活塞的次推力面?zhèn)荣N緊氣缸壁，時而是活塞的主推力面?zhèn)荣N緊氣缸壁，形成金屬敲缸聲，加劇裙部磨損。顯然，發(fā)動機冷車時敲缸現(xiàn)象嚴重。減輕冷態(tài)敲缸現(xiàn)象的主要結構措施：1)活塞銷偏置：偏向主推力面?zhèn)?~2mm，可使活塞越過上止點之前就完成推力面?zhèn)鹊膿Q向，避免峰值壓力時刻過渡，因而可以減輕敲缸現(xiàn)象，但增加了裙部尖角處的磨損，常見于汽油機。2)減少冷態(tài)裝配間隙：通過改進結構措施，制成反橢圓裙部斷面，牽制裙部工作時的熱變形，從而在保證活塞工作時不拉缸的前提下減小活塞配缸間隙，減輕發(fā)動機冷車敲缸現(xiàn)象。冷態(tài)敲缸現(xiàn)象：862.活塞環(huán)分成氣環(huán)和油環(huán)（一）作用：1、氣環(huán)：（1）密封（防止燃氣漏入曲軸箱）；是主要作用。（2）傳熱（將活塞頭部吸收的70%~80%的熱量傳導給氣缸壁）。2、油環(huán)：（1）潤滑（氣缸壁上鋪油膜）（2）刮油（氣缸壁上多余機油刮落回曲軸箱）（3）輔助密封（二）工作特點：（1）高溫、高壓、高速，潤滑不良，磨損嚴重（2）交變的彎