內(nèi)燃機曲柄連桿

內(nèi)燃機曲柄連桿第一節(jié)固定件包括：

氣缸蓋罩

氣缸蓋

氣缸墊

氣缸體

密封墊

油底殼一氣缸體是內(nèi)燃機的主體，是裝配其他零部件和附件的支承架，整個是一鑄件受力情況復雜要求：強度、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性材料：優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵（常用），

也有鋁合金結(jié)構(gòu)方面：內(nèi)有冷卻水套：用以充水的空間，

氣缸體和氣缸蓋的水套是互

相連通的。潤滑油道其他孔道曲軸箱：氣缸體下面用來安裝曲軸的空間部位。分為上、下部分：上曲軸箱：與氣缸體鑄成整體（又稱機體）下曲軸箱：又分為干式：箱內(nèi)不儲存機油，機油經(jīng)回油管流回機油箱濕式：箱內(nèi)儲存有機油機體的結(jié)構(gòu)型式水冷風冷：氣缸體與曲軸箱分開制造機體的結(jié)構(gòu)型式

（水冷）主要特點應用龍門式

（拱橋式）曲軸箱剖分平面大大低于曲軸中心線，剛度大柴油機，有的汽油機隧道式

（整體式）主軸承孔不分開，結(jié)構(gòu)的剛度高小型單、雙缸發(fā)動機一般式（平分式）曲軸箱剖分面與主軸承剖分面基本重合，質(zhì)量輕、剛度差輕型車用汽油機氣缸與氣缸套燃燒室由？、？、？構(gòu)成。兩種氣缸內(nèi)壁直接在機體上的鏜孔作為內(nèi)壁：負荷較小、缸徑不大的汽油機。氣缸內(nèi)壁最大的問題是：磨損，→大修機體內(nèi)裝氣缸套：柴油機和強度較高的汽油機機體材料成本低，氣缸套用耐磨材料氣缸套?？煞譃椋焊墒剑翰慌c冷卻水直接接觸，

優(yōu)點、缺點，多用于汽油機濕式：與冷卻水接觸

優(yōu)點、缺點，多用于柴油機，材料：高磷鑄鐵熱處理：為了提高耐磨性，主要方法二氣缸蓋功用：封閉氣缸上部，

與？、？構(gòu)成燃燒室。其上可能裝有：進排氣門、

氣門搖臂、噴油器或火花塞結(jié)構(gòu)上：冷卻水套、氣門座孔、螺栓孔柴油機：渦流室或預燃室汽油機：燃燒室材料：優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，也有鋁合金結(jié)構(gòu)型式：單體缸蓋、塊狀缸蓋、整體缸蓋(比較優(yōu)缺點)螺栓的擰緊：由中央向四周均勻交替地逐次進行氣缸蓋與氣缸體的分界三氣缸墊作用：裝于缸體和缸蓋之間，用以保證氣缸體和氣缸蓋間的密封，使發(fā)動機不漏氣、不漏水、不漏油結(jié)構(gòu)：金屬-石棉缸墊塑性金屬襯墊四油底殼作用儲存潤滑油，并密封曲軸箱加工一般用薄鋼板壓沖壓制成也有用鑄鐵或鋁合金鑄成的結(jié)構(gòu)放油塞穩(wěn)油板有的外面設(shè)有散熱片五發(fā)動機的支承彈性地支承在車架上三點支承四點支承：對容易發(fā)生較大變形的工程機械底盤不宜采用。★內(nèi)燃機冷卻方式：風冷：用空氣來冷卻。在缸體缸蓋表面鑄有許多散熱片以增加散熱面積，保障散熱充分。水冷：用水來冷卻。在氣缸周圍和氣缸蓋中設(shè)有充水的空腔，用管道互通，稱為水套/道。第二節(jié)活塞連桿組活塞活塞環(huán)活塞銷連桿將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動一活塞功用：承受燃氣的壓力，并經(jīng)過連桿將力傳給曲軸工作條件：高溫、高壓、高速，潤滑差，腐蝕要求要有足夠的強度和剛度要有足夠的耐熱性輕的質(zhì)量，以減少往復慣性力表面耐磨材料鑄鐵：耐磨、強度高，熱膨脹系數(shù)小，成本低。缺點：質(zhì)量大，導熱性差鋁合金：質(zhì)量輕而導熱性好，中小型高速內(nèi)燃機中應用廣泛。缺點是熱膨脹大?；钊慕Y(jié)構(gòu)頂部汽油機：平頂柴油機：特殊形狀的燃燒室(各種凹坑，詳見第八章)頭部：壁加厚，切有活塞環(huán)槽上面為氣環(huán)槽最下面1～2道為油環(huán)槽，槽底面鉆有許多小孔(作用：油環(huán)從氣缸壁刮下多余的潤滑油從小孔流回曲軸箱)有的還有隔熱槽(圖3-12)、環(huán)槽護圈(圖3-13)。裙部：最低一道環(huán)以下的部分。作用：為活塞導向并將活塞的側(cè)向力傳給氣缸壁。其長度依側(cè)向力大小而定。銷座：用以安裝活塞銷活塞裙部的變形熱變形：銷座附近金屬較厚，熱膨脹大力變形：氣體壓力，側(cè)向力

使裙部直徑沿活塞銷軸線方向增大，成橢圓形鋁活塞結(jié)構(gòu)措施（防熱變形）上小下大的階梯形或錐形活塞裙部制成橢圓形因裙部受熱變成橢圓形(銷座軸線方向變大)，所以預先將裙部制成橢圓形(銷座軸線方向為短軸)，則工作時近似為圓形裙部切槽（汽油機）橫槽：隔熱槽，開在銷座兩邊，兼作油環(huán)的泄油通道?？v向直槽：一道或兩道，使裙部有一定彈性，冷態(tài)時間隙盡可能小，熱態(tài)時活塞又不在氣缸中滯住，又稱補償槽安裝時應使縱槽朝向作功行程時不受側(cè)向力的一邊槽的交點或終點處開圓孔，避免應力集中柴油機一般不開槽：強度和剛度要求高在活塞中鑲鑄膨脹系數(shù)小的鋼片，牽制裙部的熱膨脹活塞與氣缸壁間的間隙過?。涸诠ぷ髦锌赡艹霈F(xiàn)活塞在氣缸中滯住或刮傷氣缸壁的現(xiàn)象（拉缸）過大：冷車起動時活塞會敲擊氣缸，還會漏氣和竄機油二活塞環(huán)是開口環(huán)，有彈性，自由狀態(tài)時其直徑大于缸徑，裝入氣缸后產(chǎn)生彈力壓緊在缸壁上。分：上端是氣環(huán)下端1～2道是油環(huán)功用：氣環(huán)：1）密封；2）傳熱（散熱）油環(huán)：刮油、布油（刮去氣缸壁上多余的潤滑油，并使缸壁上的油膜分布均勻，輔助密封）材料：優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵結(jié)構(gòu)：開口的圓環(huán)端隙(開口間隙)：裝入后開口處留有的間隙，防止活塞環(huán)受熱膨脹時卡死在氣缸中安裝時各環(huán)的開口處要互相錯開(180或120度)側(cè)隙(邊隙)：高度方向上的間隙封氣原理氣環(huán)外圓表面與氣缸壁緊緊貼合：本身

的彈力、膨脹行程時形成的活塞環(huán)背壓，

少量氣體在環(huán)的切口處通過。各環(huán)錯開，形成“迷宮式”的封氣結(jié)構(gòu)斷面形狀(圖3-21)油環(huán)的作用氣環(huán)的泵油作用結(jié)果：潤滑油被泵入燃燒室危害：積碳，火花塞沾油不能燃燒或噴油器孔堵塞因此：要裝有油環(huán)，當活塞往復運動時，將氣缸壁多余的潤滑油刮下，經(jīng)油環(huán)上的排油孔和活塞上的回油孔流回曲軸箱。普通油環(huán)（圖3-24）鋼片組合油環(huán)（圖3-25）目前較多內(nèi)燃機采用二道氣環(huán)和一道油環(huán)的三環(huán)結(jié)構(gòu)三活塞銷作用：連接活塞和連桿小頭，……傳力給連桿空心圓柱體結(jié)構(gòu)，以使質(zhì)量輕材料：低碳鋼（20鋼或合金鋼）；浮式安裝法：發(fā)動機工作時，銷在聯(lián)桿小頭及活塞銷座中能自由轉(zhuǎn)動→磨損均勻冷態(tài)時，銷在座孔中為過盈配合；裝配時先將鋁活塞加熱后裝入四連桿功用：連接活塞和曲軸，將活塞承受的力傳給曲軸，把活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動材料：優(yōu)質(zhì)中碳鋼或合金鋼，模鍛結(jié)構(gòu)連桿小頭：安裝活塞銷，青銅襯套作減摩軸承連桿桿身：連接大、小頭，一般為“工”字形斷面連桿大頭：安裝在曲軸曲柄銷上，一般為可分的連桿大頭的剖分形式平切口斜切口連桿螺栓連桿軸承大頭一般采用分開式滑動軸承（即軸瓦）四曲軸飛輪組組成：曲軸、飛輪及其輔助零件作用：承受連桿傳來的力，生成轉(zhuǎn)矩，通過飛輪對外輸出功率和帶動發(fā)動機其他輔件工作。一曲軸功用將連桿傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變成扭矩，然后傳給傳動裝置。工作條件受力復雜：彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓等復雜交變應力；還有扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動；應力集中→疲勞破壞曲柄銷、主軸頸及其軸承在高比壓下相對旋轉(zhuǎn)→磨損、發(fā)熱和燒損要求：足夠的強度和剛度軸頸-軸承應具有足夠的承壓面積和較高的耐磨性合理的油孔布置和曲柄排列材料優(yōu)質(zhì)碳鋼(45號)或合金鋼模鍛；球墨鑄鐵(中小型柴油機)連桿大頭：安裝在曲軸曲柄銷上，一般為可分的結(jié)構(gòu)、制造和裝配都比較復雜、質(zhì)量較大，成本較高。設(shè)計上保證發(fā)動機不發(fā)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動。經(jīng)幾何關(guān)系的推導，得活塞的加速度為：柴油機一般不開槽：強度和剛度要求高橫槽：隔熱槽，開在銷座兩邊，兼作油環(huán)的泄油通道。與曲軸制成一體，也有單獨制成用螺釘裝合在曲柄臂上，也有的發(fā)動機曲軸上不裝平衡塊。材料：優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵1、6缸朝上，3、4缸朝左，2、5缸朝右，1-4-2-6-3-5Pj1稱為一級往復慣性力，是曲軸轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，它變化一個周期。機體上的力和力矩有三個：Pj、Pr、MN。合理的油孔布置和曲柄排列二、曲柄連桿機構(gòu)的受力分析扭轉(zhuǎn)振動必須加以控制和消減。與曲軸制成一體，也有單獨制成用螺釘裝合在曲柄臂上，也有的發(fā)動機曲軸上不裝平衡塊。曲軸的結(jié)構(gòu)（組成）曲軸：主軸頸、曲柄銷(連桿軸頸)、曲柄臂、自由端、功率輸出端、平衡塊主軸頸：支承曲軸，是曲軸的回轉(zhuǎn)軸心。有的作成中空的?？刹捎没瑒虞S承或滾動軸承。曲柄銷：與連桿大頭相配合。常作成中空的。一般采用分開式滑動軸承。見P65曲柄臂：連接曲柄銷和主軸頸的，常作成橢圓形。以上三者之間有貫通的油道。自由端：一般裝有正時齒輪、擋油圈、皮帶輪和起動爪等，油封裝置，有的還有扭轉(zhuǎn)減振器。（圖3-36）功率輸出端：有安裝飛輪的凸緣、擋油圈及回油螺紋等，油封裝置。平衡塊：平衡曲軸的不平衡慣性力和力矩，減輕主軸承的負荷。與曲軸制成一體，也有單獨制成用螺釘裝合在曲柄臂上，也有的發(fā)動機曲軸上不裝平衡塊。曲軸的分類按支承情況分全支承式：每個曲柄銷的兩端都有支承點(主軸頸)非全支承式：每兩個曲柄銷公用一對支承點比較：全支承式曲軸抗彎曲強度高，主軸承負荷小。缺點是制造和結(jié)構(gòu)較復雜，且曲軸的長度較大。因柴油機工作負荷大，大多數(shù)柴油機采用全支承曲軸，車用汽油機也多采用。按結(jié)構(gòu)型式分整體式：尺寸緊湊、質(zhì)量較輕、強度高，中小型廣泛采用。組合式：全部或部分分開制造，然后組合成一體。結(jié)構(gòu)、制造和裝配都比較復雜、質(zhì)量較大，成本較高。曲軸的軸向定位保證曲柄連桿機構(gòu)的正確位置及正時齒輪的正常間隙與正時止推軸承或止推片曲軸的形狀和發(fā)動機的發(fā)火次序曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置（即曲拐的布置）與沖程數(shù)、氣缸數(shù)、氣缸排列方式和各氣缸作功行程發(fā)生的順序有關(guān)。要同時滿足慣性力的平衡和發(fā)動機工作平穩(wěn)的要求。四沖程發(fā)動機各缸的發(fā)火間隔時間（應力求均勻）：＝720°/i（℃A）四沖程直列四缸機的發(fā)火次序發(fā)火間隔＝720°/4＝180℃A曲柄銷布置：四個曲柄銷在同一個平面，1、4缸的曲柄銷朝上，2、3缸的朝下，相隔180度。發(fā)火次序：1－3－4－2或1－2－4－3

1－3－4－2℃A1缸2缸3缸4缸0~180進氣壓縮排氣作功180~360壓縮作功進氣排氣360~540作功排氣壓縮進氣540~720排氣進氣作功壓縮四沖程直列六缸機的發(fā)火次序發(fā)火間隔＝720°/6＝120℃A曲柄銷布置：六個曲柄銷分別布置在三個平面內(nèi)，各平面互成120度。1、6缸朝上，2、5缸朝左，3、4缸朝右，1-5-3-6-2-41、6缸朝上，3、4缸朝左，2、5缸朝右，1-4-2-6-3-5前后兩缸作功行程有60度的重疊。

這對工作平穩(wěn)性是有利的V8機的曲柄銷布置

發(fā)火次序上曲軸箱：與氣缸體鑄成整體（又稱機體）側(cè)隙(邊隙)：高度方向上的間隙上曲軸箱：與氣缸體鑄成整體（又稱機體）在氣缸周圍和氣缸蓋中設(shè)有充水的空腔，用管道互通，稱為水套/道。材料：低碳鋼（20鋼或合金鋼）；側(cè)隙(邊隙)：高度方向上的間隙經(jīng)幾何關(guān)系的推導，得活塞的加速度為：連桿大頭：安裝在曲軸曲柄銷上，一般為可分的干式：箱內(nèi)不儲存機油，機油經(jīng)回油管流回機油箱與曲軸制成一體，也有單獨制成用螺釘裝合在曲柄臂上，也有的發(fā)動機曲軸上不裝平衡塊。1、6缸朝上，3、4缸朝左，2、5缸朝右，1-4-2-6-3-5前后兩缸作功行程有60度的重疊。發(fā)動機中，由于氣缸內(nèi)周期性變化的氣體壓力和往復慣性力形成的扭矩強迫曲軸作扭轉(zhuǎn)振動。以上三者之間有貫通的油道。端隙(開口間隙)：裝入后開口處留有的間隙，防止活塞環(huán)受熱膨脹時卡死在氣缸中四點支承：對容易發(fā)生較大變形的工程機械底盤不宜采用。過?。涸诠ぷ髦锌赡艹霈F(xiàn)活塞在氣缸中滯住或刮傷氣缸壁的現(xiàn)象（拉缸）柴油機一般不開槽：強度和剛度要求高經(jīng)幾何關(guān)系的推導，得活塞的加速度為：曲軸的形狀和發(fā)動機的發(fā)火次序力變形：氣體壓力，側(cè)向力曲軸：主軸頸、曲柄銷(連桿軸頸)、曲柄臂、自由端、功率輸出端、平衡塊側(cè)隙(邊隙)：高度方向上的間隙力變形：氣體壓力，側(cè)向力還有扭轉(zhuǎn)振動、彎曲振動；可采用滑動軸承或滾動軸承。螺栓的擰緊：由中央向四周均勻交替地逐次進行氣缸內(nèi)壁最大的問題是：磨損，→大修分析中，其他力被忽略：活塞的重力，活塞與缸壁的摩擦力，活塞運動的空氣阻力等。組成：曲軸、飛輪及其輔助零件二飛輪是一個鑄鐵制成的圓盤功用：……四缸和四缸以上發(fā)動機飛輪的轉(zhuǎn)動慣量可以小些與曲軸裝配后，要經(jīng)過嚴格的平衡校準，以免產(chǎn)生離心力而引起發(fā)動機的振動及加速主軸承的磨損。外周齒圈：與起動機的驅(qū)動齒輪嚙合，供起動之用。上止點標記：用以和飛輪殼上的相應標記對準，以便進行發(fā)動機的某些調(diào)整工作。曲柄連桿機構(gòu)的

運動與受力分析

第四節(jié)一、曲柄連桿機構(gòu)的運動分析活塞的位移：式（3－2）活塞的速度：式（3－3）活塞的加速度：式（3－4）二、曲柄連桿機構(gòu)的受力分析將曲柄連桿機構(gòu)簡化為兩個集中質(zhì)量集中于活塞銷中心的往復運動質(zhì)量mj集中于曲柄銷中心的旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量mr發(fā)動機機體受力和力矩結(jié)果往復慣性力Pj一級往復慣性力Pj1二級往復慣性力Pj2旋轉(zhuǎn)慣性力Pr傾覆力矩MN經(jīng)幾何關(guān)系的推導，得活塞的加速度為：往復慣性力：Pj1稱為一級往復慣性力，是曲軸轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，它變化一個周期。Pj2稱為二級往復慣性力，是曲軸轉(zhuǎn)角二倍的余弦函數(shù)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，它變化兩個周期。

旋轉(zhuǎn)慣性力傾覆力矩MN=－Mi圖3-44，側(cè)向力PN和P’N構(gòu)成力偶MN

，由機體承受，與指示扭矩大小相等，方向相反，稱為反扭矩，它力圖使發(fā)動機傾倒，故又稱傾覆力矩。反扭矩是曲柄連桿機構(gòu)對機體作用的力矩。一般發(fā)動機的反扭矩不易被察覺，因為它被支座的約束反力所抗衡了。分析中，其他力被忽略：活塞的重力，活塞與缸壁的摩擦力，活塞運動的空氣阻力等。圖3-44，側(cè)向力PN和P’N構(gòu)成力偶MN，由機體承受，與指示扭矩大小相等，方向相反，稱為反扭矩，它力圖使發(fā)動機傾倒，故又稱傾覆力矩。凡設(shè)有平衡機構(gòu)的發(fā)動機，平衡機構(gòu)必需正確安裝，否則達不到預期效果。軸頸-軸承應具有足夠的承壓面積和較高的耐磨性活塞的速度：式（3－3）球墨鑄鐵(中小型柴油機)四沖程發(fā)動機各缸的發(fā)火間隔時間（應力求均勻）：＝720°/i（℃A）四點支承：對容易發(fā)生較大變形的工程機械底盤不宜采用。自由端：一般裝有正時齒輪、擋油圈、皮帶輪和起動爪等，油封裝置，有的還有扭轉(zhuǎn)減振器。集中于活塞銷中心的往復運動質(zhì)量mj裙部：最低一道環(huán)以下的部分。曲柄銷布置：四個曲柄銷在同一個平面，1、4缸的曲柄銷朝上，2、3缸的朝下，相隔180度。在活塞中鑲鑄膨脹系數(shù)小的鋼片，牽制裙部的熱膨脹風冷：氣缸