曲柄连杆机构课件.ppt

1 第二章 曲柄连杆机构 2 概述 一、功用： 作功冲程：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往 复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输 出动力 其他冲程： 把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直 线运动（依靠曲轴与飞轮的惯性） 3 二、组成： 1、 机体组 ： 气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸 套、气缸盖和气缸垫 -不动件 曲轴箱 气缸体 气缸垫 气缸盖 气缸 油道和水道 油底壳 4 2、 活塞连杆组： 由活塞、活塞环、活塞销和连杆 -运动件 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 5 3、 曲轴飞轮组： 曲轴、飞轮 减振器 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 飞轮螺栓 曲轴 6 三 、 工作条件 ： 发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压 气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复 运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃 烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作 用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工 作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速 和化学腐蚀作用。 工作条件 :高温 ,高压 ,高速 , 化学腐蚀 受力分析 :气体作用力 ,往复 慣 性力 , 离心力， 摩擦力 7 三、受力分析 曲柄连杆机构受的力 主要有 气压力 P， 往复 惯性力 Pj， 旋转离心 力 Pc和摩擦力 F。 P Pj PC F 8 1、 气压力：气压力 P的集中力 PP分解为侧 压力 NP和 SP， SP分解为 RP和 TP， RP使曲轴 主轴颈处受压， TP为周向产生转矩的力。 (1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重 NP SP P RP TP 9 (2)压缩行程：侧压 力 NP向右，活塞的 右侧面压向气缸壁， 左侧磨损严重 NP P SP RP T P 10 2、 往复惯性力 Pj：活塞在上半行程时，惯性 力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上 下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度 最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞 运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。 Pj 11 3、 离心惯性力 PC：旋转机件的圆周运动产 生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离 心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机 振动而传到机体外。 Pc 12 4、摩擦力 F：指相互运动件 之间的摩擦力，它是造成配 合表面磨损的根源。 F 13 2.1 机体组 机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安 装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件， 承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度 机 体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸 垫组成。 曲轴箱 气缸体 气缸垫 气缸盖 气缸 油道和水道 油底壳 14 1、 气缸体 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 ， 也可称为气缸体 。 气缸体一般用灰铸铁铸成 ， 气缸体 上部的圆柱形空腔称为气缸 ， 下半部为支承曲轴的曲轴箱 ， 其 内腔为曲轴运动的空间 。 在气缸体内部铸有许多加强筋 ， 冷却 水套和润滑油道等 。 15 气缸体的分类 1） 根据气缸的排列方式 （ 1） 直列式：多用于六缸以下的发动机 。 （ 2） V型式：缩短了发动机的长度和高度 ， 多用于八缸以上发动机 。 （ 3）对臵式：是 V型的特殊形式。 16 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 了发动机的重量；形状 复杂，加工困难。 17 高度小，总体布置 方便。 对置气缸式发动机 18 名称 性能 应用 一般式 （平分式） 机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加 工拆卸。刚度和强度差。 492Q汽油机， 90系列 柴油机。（中小型） 龙门式 强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。（大中型发动机） 捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车 隧道式 结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺 性差、曲轴拆卸不方便。 主轴承同轴度易 保证，主轴承用滚动轴承 负荷较大的柴油机 上 。 油底壳 安装平 面和曲 轴旋转 中心在 同一高 度。 气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式。 2）按气缸体与油底壳安装平面位臵不同分为 油底壳安装 平面低于曲 轴的旋转中 心。 19 3）根据冷却方式不同 (1)、水冷 (2)、风冷 20 4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体 (1)、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 (2)、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 类型 构造 性能及应用 整体式 气缸直接镗在气缸体上 强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。 镶嵌式 用耐磨优质材料 制成气缸套，再 装到一般材料制 成的气缸体内。 降低了制造成本，便 于修理和更换气缸套， 延长了气缸体的使用 寿命。 21 气缸套 目的：解决成本与寿命之间的矛盾 。 气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸 套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的 铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节 省了好材料。 22 性能如何？ 5）干缸套和湿缸套 名称 特点 示意图 干缸套 外壁不直接与冷却水接触。 1）壁厚较薄（ 1mm 3mm）； 2） 与刚体承孔过盈配合； 3） 不易漏水漏气 。 湿缸套 外壁直接与冷却水接触。 1）壁厚较厚（ 5mm 9mm）； 2） 散热效果好； 3） 易漏水漏气； 4） 易穴蚀。 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、加工 容易。 强度和刚度不 如干缸套，易 漏水。 23 2.型式 （ 1） 干式缸套 13mm 定义 ：其外表面不直接 与冷却水接触 。 特点： 1)壁厚较薄 （ 1mm 3mm） ； 2)与缸体承孔过盈配合； 3)不易漏水漏气。 13mm 24 （ 2） 湿式缸套 定义 ：其外表面直 接与冷却水接触 。 特点： 1) 壁 厚 较 厚 （ 5mm 9mm） ； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀 59 mm 0.050.15 mm 25 定位： 1） 径向：靠上下两个凸 出的 、 与气缸体间为动配 合的圆环带 A和 B。 2） 轴向：利用缸套上部 凸缘与缸体相应的台阶 。 0.050.15 mm A B 26 密封： 上部：缸套顶面高出缸体 0.05mm 0.15mm，当气缸 盖螺栓拧紧后，缸套与缸体 凸台接合处、缸套与缸垫接 合处，承受较大的压紧力。 0.050.15mm 27 1）下部： 1 3个耐热耐油的橡胶密封圈。 28 2、 气缸盖与燃烧室 1)、气缸盖 （汽油机多为整体式；柴油机多为分开式） 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 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。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气 门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。 多缸一盖安装时：由中央对 称向四周扩展拧紧螺栓 分 2 3次 。拆卸相反顺序。 铝合金缸盖冷机拧紧即可； 铸铁缸盖冷机拧紧后热机还 需拧紧一次 29 2）、汽油机燃烧室 要求： 结构紧凑，冷却面积小；能使混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动 类型 名称 特点 示意图 应用 半球形 结构紧凑、 排气效果好 火焰行程短、燃烧速率 高、热损失小、热效率 高 桑塔纳 夏 利 富康 楔形 结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火 花塞臵于燃烧室最高处， 火焰传播距离长 ,燃烧 速度较快 切诺基 盆形 工艺性好、成本低、进 排气效果不如半球形燃 烧室 ,燃烧速度较低 捷达 奥迪 30 2） 、 汽油机燃烧室 （ 1） 盆形燃烧室：其特点为 1） 气门平行于气缸轴线； 2） 有挤气 冷激面 ， 可形成挤气涡流； 3） 盆的形状狭窄 ， 气门尺寸受限 ， 换气质量较差 ， 燃烧速度较低 ， CO和 HC排放较高而 NO的排放较 低 。 31 （ 2） 楔形燃烧室：其特点为 1） 气门斜置 ， 气流导流较好 ， 充气效率高； 2） 有挤气 冷激面 ， 可形成挤气涡流； 燃烧速度较快， CO和 HC排放较低而 NO的 排放稍高。 32 （ 3） 半球形燃烧室：其 特点为 1)气门成横向 V型排列 ， 因此气门头部直径可以做 得较大 ， 换气好； 2)火花塞位于燃烧室的中 部火焰行程短 ， 燃烧速度 最高 ， 动力性 、 经济性最 好 。 是高速发动机常用的 燃烧室； 3)CO和 HC排放最少，而 NO的排放较高。 33 3、 气缸垫 1） .作用：保证缸体与缸盖间的密封 ， 防止漏水 、 漏气 、 窜油 。 2） .材料：有弹性、耐热性、耐压性 3） .安装时注意方向 34 4） . 构造 （ 1） 金属 石棉垫：（见 a、 b） 外包铜皮和钢片，且在缸口、水 孔、油道口周围卷边加强，内填 石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚 强导热）。 （ 2） 金属骨架 石棉垫：以编 织的钢丝网（图 c）或有孔钢板 （图 e）为骨架，外覆石棉，只 在缸口、水孔、油道口处用金属 片包边。 （ 3） 纯金属垫：（见图 e）由 单层或多层金属片（铜、铝或低 碳钢）制成，用于某些强化发动 机。 （ 4） 安装注意：金属皮的金 属 石棉垫，缸口金属卷边一面 应朝向易修整接触面或硬平面。 因卷边一面会对与其接触的平面 造成压痕变形。 35 4、 油底壳 1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱 。 2).构造： （ 1） 用薄钢板冲压而成 。 (2)内部设有稳油挡板 ， 以防止汽车振动时油底壳油面产生较 大的波动 。 (3)最低处有放油塞 (磁性 ) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。 36 2.2 活塞连杆组 37 38 1 活塞 1）功用： (1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室； (2)承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲 轴旋转。 2）工作环境： 高温、散热条件差；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。 3）材料： 铝合金：质量小 （约为铸铁活塞的 50% 70%）； 导热性好（约为铸铁的三倍）； 3. 热膨胀系数大。 灰铸铁 活塞应具备 的特点 A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 B 导热性能好，耐高压、高温、磨损 C 质量较小，尽可能减少往复惯性力 39 4） 构造：活塞可分为顶部 、 头部 、 裙部 销座 40 (1)、 顶部：是燃烧室的组成部分 ， 用来承受气体压力 。 形状 示意图 平顶 凸顶 凹顶 结构简单、制造容 易、受热面积小、 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。 凹坑的形状、位臵 必须有利于可燃混 合气的燃烧；提高 压缩比，防止碰气 门。（高压缩比发 动机为了防止碰撞 气门，也可用凹坑 的深度来调整压缩 比 ) 41 2）活塞头部 位臵：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 气环槽 油环槽 工作条件 最恶劣， 应离顶部 远些。 (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。 作用： 活塞 销孔 42 3）活塞裙部 (1)位 臵：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 (2)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， 防治破坏油膜。 43 （ 3） 活塞的变形及采取的相应措施 a、 变形原因：热膨胀 、 侧压力和气体压力 。 44 b、 变形规律 （ 1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量 ， 使配缸间隙变小 。 因活塞温度高于气缸壁 ， 且铝合金的膨胀系数大于铸铁； （ 2） 活塞自上而下膨胀量由大而小 。 因温 度上高下低 ， 壁厚上厚下薄； （ 3） 裙部周向近似椭圆形变化 ， 长轴沿销 座孔轴线方向 。 因销座处金属量多而膨胀量 大 ， 以及侧压力作用的结果 。 45 c.结构措施 （ 1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形 。 46 （ 2） 活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向， 即侧压力方向。销座处凹陷 0.5mm 1.0mm。 47 （ 3） 裙部开隔热 膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨 胀槽。 (柴油机一般不开 ) 48 （ 4） 偏臵销座 1、 定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面 （ 图示左侧 ） 偏移 1mm 2mm。 2、 作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击 。 49 3、 原理：因销座偏臵 ， 在接近上止点时 ， 作用在活塞销座轴线以 右的气体压力大于左边 ， 使活塞倾斜 ， 裙部下端提前换向 。 而活塞 在越过上止点 ， 侧压力反向时 ， 活塞才以左下端接触处为支点 ， 顶 部向左转 （ 不是平移 ） ， 完成换向 。 可见偏臵销座使活塞换向分成 了两步 ， 第一步是在气体压力较小时进行 ， 且裙部弹性好 ， 有缓冲 作用；第二步虽气体压力大 ， 但它是个渐变过程 。 为此 ， 两步过渡 使换向冲击力大为减弱 。 50 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、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 1气环 1） .作用： （ 1） 密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （ 2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （ 3） 辅助刮油 、 布油 。 气环尽量少（ 2-3）； 安装时切口错开（迷宫） 51 活塞环的间隙 （ 1） 端隙 1：又称开口间隙 ， 是活塞环装入气 缸后开口处的间隙 。 一般为 0.25mm 0.50mm； 2） .结构与密封原理： 52 （ 2） 侧隙 2：又称边隙 ， 是 环高方向上与环 槽之间的间隙 。 第一道 0.04mm 0.10mm；其 它气环 0.03mm 0.07mm。 油环一般侧隙较小 ， 0.025mm 0.07mm； （ 3） 背隙 3：是 活塞环装入气缸后 ， 活塞环 背面与环槽底部的间隙 。 0.5mm 1mm； 2 3 53 气环的密封原理 （ 1） 第一密封面的建立：环在自由状态 下 ， 环外径缸径 ， 装缸后在其弹力 P0作用 下与缸壁压紧 ， 形成第一密封面 。 第一密封面 54 （ 2） 第二密封面的建立：活塞环在运动时 产生惯性力 Pj， 与缸壁间产生摩擦力 F， 以 及侧隙有气体压力 P1， 在这三个力的共同作 用下 ， 使环靠在环槽的上侧或下侧 ， 形成第 二密封面 。 Pj F P1 第二密封面 55 （ 3）气环的第二次密封：窜入背隙 和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进 一步压紧，加强了第一、二密封面的 密封。 56 3） .活塞环的泵 油作用及危害 原因： （ 1） 存在侧隙 和背隙； （ 2） 环运动时 在环槽中靠上靠 下 。 57 危害： （ 1） 增加了润滑油的消耗； （ 2） 火花塞沾油不跳火； （ 3） 燃烧室积炭增多 ， 燃烧性能变坏； （ 4） 环槽内形成积炭 ， 挤压活塞环而失去密封性； （ 5） 加剧了气缸的磨损 。 58 措施： （ 1） 采用扭曲环； （ 2） 采用组合式油环； （ 3） 油环下设减压腔 59 4） .气环的断面形状 气环的断面形状 a)矩形环； b)锥形环； c)内切口扭曲环； d)外切口扭曲环； e)梯形环； f)桶形环 60 （ 1） 矩形环：结构简单 ， 与缸壁接触面积 大 ， 散热好 ， 但易泵油 。 61 （ 2） 锥形环 1） 特点：与缸壁线接触 ， 有利于密封和磨合 。 下行有刮 油作用 ， 上行有布油作用 ， 并可形成楔形油膜 。 2） 安装注意： 锥角朝下 （ 在环端有向上或 TOP等标记 ） ；安装时 ， 不能 装反 ， 否则会引起机油上窜 锥形环传热性差 ， 常装到第二 、 三道环槽上 。 62 （ 3） 扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆 下方切成台阶或倒角而成 。 扭曲原理：当活塞环装入气缸后 ， 环 受到压缩产生弯曲变形 ， 断面中性层以外产 生拉应力 、 中性层以外产生压应力 ， 矩形环 由于中性层内外断面不对称 ， 使 F和 F不在同 一平面内 ， 从而形成力偶 M， 在力偶的作用 下 ， 活塞环发生微量的扭曲变形 。 e 63 1） 特点 具有锥形环的特点； 减小了泵油作用； 作功行程环不再扭曲 ， 两个密封面达到完全接触 ， 利于散热 。 安装：内上切扭曲环装入第一道环槽 ， 外下切扭曲环装入第二 、 三道环槽 。 安装：注意断面形状和方向 ， 内切口朝上 ， 外切口朝下 ， 不能 装反 。 64 （ 4） 桶形环：其特点为 1） 环的外圆面为凸圆弧形； 2） 环面与缸壁圆弧接触 ， 避免了棱角负荷； 环上下运动时 ， 均能形成楔形油膜 。 65 （ 5） 梯形环： 当活塞在侧压力作 用下左 、 右换向时 ， 环的侧隙和背隙将 不断变化 ， 使胶状 油焦不断从环槽中 被挤出 。 梯形环用 于热负荷较大的柴 油机的第一道环 。 66 气环断面形状： 形状 特点 示意图 矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广 扭曲环 断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲 锥面环 减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，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 67 （ 二 ） 油环 （ 一般为一道 ， 柴油机一般两道 ） 1.作用：刮油 。 即将气缸壁上多余的润滑油刮下来 。 68 2.类型 （ 1） 整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。 69 （ 2） 组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组 成。 1-钢片； 2-衬簧； 3-径向衬簧； 4-轴向衬簧； 5-活塞 70 其特点为 1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长 大于刮片长而产生径向力。 第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片 总厚度大于环槽高而产生轴向力。 2) 无侧隙，不窜油。 3) 刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。 4) 上下片可分别动作，适应性好。 5) 回油能力强。 71 三 、 活塞销 1作用：连接活塞和连杆 ， 并传递活塞的力给连杆 。 2结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体 。 72 3连接方式 1.全浮式 （ 1）定义： 在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活 塞销座孔中都能转动 。 (2)装配： 1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。 2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。 73 2.半浮式 (1)定义： 销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动 。 （一般固定连杆小头） (2)装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。 74 四、连杆 1功用： 将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。 1-小头； 2-杆身； 3-大头； 4、 9-装 配记号（朝前）； 5-螺母； 6-连杆 盖； 7-连杆螺栓； 8-轴瓦； 10-连杆 体； 11-衬套； 12-集油孔 2 组成 1)、小头：用来安装活塞销，以连 接活塞。（全浮式有油沟） 2)、杆身：常做成 “ 工 ” 字形断面。 3)、大头：与曲轴的连杆轴颈相连。 大头一般做成分开式，即连杆体 大头和连杆盖。 连杆一般都采用中碳钢或合金钢锻造而成，少数球墨铸铁 75 3连杆大头 （ 1） 切口形式：有平切口 (汽油机 )和斜切口 (柴油机 )两种。 （ 2） 定位方式 连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。 其定位精度较差，用于切口连杆。 锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。 套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。 止口定位 斜切口（ 30-60 一般 45） 76 (3)喷油孔： 有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（ 1mm 1.5mm），以润滑气缸主承压面。 。 4连杆的安装 (1)、不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一 侧打有配对标记。 (2)、不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有 缸号标记。 77 4 连杆轴承（俗称小瓦） 1.作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。 2. 组成：由钢背和减磨层组成。钢背由 1mm 3mm的低碳钢制成。 减磨层为 0.3mm 0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。 连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位 槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时 应与连杆上相应的油孔对齐。 78 79 3. 减磨层材料 （ 1） 白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热 性差。常用于负荷不大的汽油机。 （ 2） 铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高 负荷的柴油机。但其减磨性能差。 （ 3） 铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。 1）铝锑镁合金和低锡铝合金：机械性能好，负载能力强，但其减 磨性能差。 主要用于柴油机。 2） 高锡铝合金：具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴 油机和汽油机。 4、 轴瓦的自由弹势 （ 1）定义：轴瓦在自由状态下的曲率半径略大于座孔半径，其直 径之差称为自由弹势或张开量。 （ 2） 配合过盈：因轴瓦外径周长较座孔周长稍大，连杆螺栓紧固 后，便产生一定的配合过盈量。靠合适的过盈量保证轴瓦在工作时 不转、不移、不振，并可使轴瓦与座孔紧密贴合，以利散热。 80 2.3 曲轴飞轮组 由曲轴 、 飞轮 、 减振器等组成 。 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 飞轮螺栓 曲轴 81 一、曲轴 （一）功用 1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外 输出。 2.驱动配气机构及其它附属装臵。 材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的 采用球墨铸铁。 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。 82 （二）构造： 曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、 后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。 前端轴 连杆轴颈 曲轴轴颈 后端轴 平衡重 曲拐 曲柄 曲轴的曲拐数目等于气缸数 (直列式发动机 )； V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。 83 1.主轴颈和连杆轴颈 1)主轴颈是曲轴的支承部分 (主轴承 )。 每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴 ； 主轴颈数等于 或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴 。 优点 缺点 应用 全支承曲轴 提高曲轴的刚度和 弯曲强度，减轻主 轴承的载荷 曲轴的加工表面 增多，主轴承数 增多，使机体加 长 柴油机一般多 采用此种支撑 方式 非全支承曲轴 缩短了曲轴的长度， 使发动机总体长度 有所减小 主轴承载荷较大 承受载荷较小 的汽油机可以 采用此种方式 84 2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈 和连杆轴颈。 1-主轴颈； 2-曲轴； 3-连杆轴颈； 4-圆角； 5-积污腔； 6-油管； 7-开口销； 8-螺塞； 9-油道； 10-挡油盘； 11-回油螺纹 ； 12-飞轮结合盘 85 2.曲轴臂： 曲轴臂是用来连接主轴颈和连杆轴颈的 。 平衡重 的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩 。 86 3.前端轴与后端轴 （ 1）作用： 前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮、扭转减振器及 起动爪等；后端轴有飞轮结合盘 (凸缘盘 )，用来安装飞 轮。 （ 2）前后端的密封： 曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴 颈流出，在曲轴前后都设有防漏装臵。 87 常用的防漏装臵有挡油盘、填料油封、自紧油封、 回油螺纹等。 88 89 4.曲轴的轴向定位 （ 1） 结构： 止推片：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低 碳钢背和减磨层组成。 翻边轴瓦： 90 （ 2） 安装注意：止推片有减磨层的一面 朝向转动件 (有油槽一面 )。当曲轴向前 窜动时，后止推片承受轴向推力；向后 窜动时，前止推片承受轴向推力。 91 （ 3）曲轴的轴向间隙的调整： 更换止推片的厚度。 92 5.曲拐的布臵 （ 1） 布臵原则 1） 使各缸作功间隔角尽量相等。对 直列多缸四冲程发动机，作功间隔角 为 7200/缸数。 2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少 主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气 门同时开启的抢气现象。 3） V型发动机左右两气缸尽量交替作 功 93 （ 2） 常用曲拐布臵 1） 直列四冲程四缸发动机 曲拐对称布臵于同一平面内。 相邻作功气缸的曲拐夹角为 7200/4=1800。 发动机工作顺序有 1 3 4 2 1 2 4 3 工作顺序：各缸完成同 名行程的次序。 94 95 96 97 2)直列四冲程六缸发动机 曲拐对称布臵于三个平面内。 相邻作功气缸的曲拐夹角为 7200/6=1200。 发动机工作顺序有 1 5 3 6 2 4 ; 1 4 2 6 3 5 98 (1)直列式分左手排列和右手排列两种形式。左手排列即：从曲 轴前端看第二缸在第一缸左侧，右手排列，即：从曲轴前端看，第 二缸在第一缸的右侧。第一缸与第六缸、第二缸与第五缸、第三缸 与第四缸在同一平面内，曲轴配角为 120 ，使用四道或七道轴颈。 点火顺序： 左手曲轴为 1 5一 3 6 2 4。 右手曲轴为 l一 4 2 6 3 5 (2)v型，左右排的相对气缸共用一道曲柄销，使用四道轴颈，点火 顺序为 l 6一 5一 4一 3 2(右 1一左 3一右 3一左 2一右 2一左 1)。 99 100 发火顺序为 1-5-3-6-2-4发动机工作循环表。 101 1.6 3.4 2.5 1-4-2-6-3-5 102 3)四行程 V型八缸发动机 曲拐对称布臵于四个平面内 （或 1个）。 相邻作功气缸的曲拐夹角为 7200/8=900。 发动机工作顺序有 1 8 4 3 6 5 7 2 103 104 105 (1)直列式：八缸直列式曲轴又分 4 4型和 2 4 2型。用两根直列 四缸曲轴成 90 连接在一起，称为 4 4曲轴，将一根四缸直列曲轴 断成二节，分别接在另一根曲轴的前后端的称为 2 4 2曲轴。 4 4曲轴第一与第四缸，第二与第三缸，第五与第八缸，第六与第七 缸在同一平面，点火顺序为 1 8 3 7 4 5 2一 6， 2 4 2曲 轴第一与第八缸，第二与第七缸，第三与第六缸第四与第五缸在 同一平面，点火顺序为： l一 6 2 5 8 3 7 4，这两种型式的 曲轴使发动机整体结构变长，且平衡性较差现代发动机已不采用。 (2)V式 :左右相对的气缸共用一个曲柄销，曲轴配角为 90 ，使用三 道或五道轴颈，因各发动机标法不同，点火顺序也不相同，但基本 的点火顺序有两种，即 1 5 4 8 6 3一 7一 2(左 1一右 1一左 4一 右 2一左 3一右 3一左 2)； l一 8 4 3 6 5 7 2(右 1一右 4一左 2一 右 2一左 3一右 3一右 4一左 1)， 106 二、飞轮 （一）功用 1、贮存能量：在作功行程贮存能量， 用以完成其它三个行程，使发动机运 转平稳。 2、利用飞轮上的齿圈起动时传力。 3、将动力传给离合器。 4、克服短暂的超负荷。 107 发动机使用的飞轮因离合 器不同而不同，分机械式离 合器和液力偶合器两类。 (1)用于机械式离合器的飞轮 机械式离合器使用的飞轮，用铸铁制成，用螺丝与曲轴凸缘相连接。 中间有支承曲承，飞轮与离合器摩擦片接触的平面经精密加工而成。 圆周装有齿环，安装齿环时通常将齿环加热后套入，冷却后即紧密 结合在一起。有些飞轮上打有上止点及点火正时记号。 (2)用于液力偶合器的飞轮 液力偶合器用的飞轮。飞轮与主动叶轮焊在一起，被动叶轮与导轮 等包在内部，而形成液力偶合器组。 108 （二）构造 1、飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘。 飞轮边缘部分做的 厚些，可以增大转 动惯量 齿圈在发动机起动 时与起动机齿轮啮 合，带动曲轴旋转。 一缸上止点记号 圆周装有齿环， 安装齿环时通常 将齿环加热后套 入，冷却后即紧 密结合在一起。 109 2、有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机） 或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供 油提前角和气门间隙。 3、 飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了 不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相 对位臵。通常用定位销和不对称布臵的螺栓来定位。 110 三、曲轴扭转减振器 （一）扭转振动 在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向 都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈 周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀 速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称 之为曲轴的扭转振动。 当曲轴第一、二缸作功行程时，有使曲轴前部向前转动的倾向，而 曲轴后部则因飞轮惯性不能立刻跟随转动，此时曲轴产生扭曲现象。 第一，二缸作功行程以后飞轮惯性反使曲轴后都较前部转得快， 而发生另一方向扭转。这种来回扭转若不加以控制，在某种转速时 会产生共振，而曲轴经长时间承受扭转应力会产生疲劳而折断。减 振器就是起吸收振动的作用。当曲轴前端发生加速或减速时，减振 器上的配重就发生迟滞作用，而吸收扭转振动。减振器有磨擦片式、 橡胶式和液体式三种。 111 （二）扭转减振器 皮带盘 惯性盘 橡胶垫 减振器圆盘 皮带轮毂 曲轴前端 功用：吸收曲轴扭转 振动的能量，消减扭 转振动。 当曲轴发生扭转振 动时，力图保持等 速转动的惯性盘便 与橡胶层发生了内 摩擦，从而消耗了 扭转振动的能量， 消减了扭振。 橡胶摩擦式扭转减振器 112 曲轴的平衡 曲轴如果局部重量不均运转时将产生剧烈振动，致使曲轴疲劳 折断。因此，在曲柄销对面必须加上配重以保持平衡。配重有些 可用螺丝固定，可拆卸，有的配重直接铸造在曲轴上。现代的高 速发动机为减小噪音，平衡轴来提高平衡度。平衡轴通常使用两 根，断面为半圆，使用胶木齿轮与曲轴齿轮相啮合，平衡轴与曲 轴转动方向相反， 以消除曲轴转动的惯性力。