第3章发动机之曲柄连杆机构

20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1 1第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2 2曲柄连杆机构的功用曲柄连杆机构的功用热能热能机械能机械能燃气压力燃气压力 转转 矩矩连杆连杆活塞活塞曲轴曲轴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转变为曲轴旋转运动而对外输出动力20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3 3曲柄连杆机构能量转换曲柄连杆机构能量转换热能热能 转变为转变为机械能机械能 向向工作工作机构机构 输出输出 机械能机械能20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4 4曲柄连杆机构工作过程曲柄连杆机构工作过程将活塞将活塞顶上的顶上的燃气燃气 压力压力 转变为转变为曲轴曲轴 转矩转矩20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5 5曲柄连杆机构的组成曲柄连杆机构的组成1、机体组机体组 气缸体气缸体 曲轴箱曲轴箱 气缸套气缸套 气缸盖气缸盖 气缸垫气缸垫 油底壳等油底壳等2、活塞连杆组活塞连杆组 活塞活塞 活塞环活塞环 活塞销活塞销 连杆等连杆等 3、曲轴飞轮组曲轴飞轮组 曲轴曲轴 飞轮等飞轮等20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6 620222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7 720222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8 8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20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9 9 1.机机体组的功用体组的功用 机体组是发动机的机体组是发动机的支架支架 是各机构与系统的装配是各机构与系统的装配机体机体 气缸盖密封气缸、形成燃烧室气缸盖密封气缸、形成燃烧室 机体与气缸盖内水套机体与气缸盖内水套冷却系统冷却系统 机体与气缸盖内油道机体与气缸盖内油道润滑系统润滑系统20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1010（1）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、）应具有足够的强度和刚度、耐磨损和耐腐蚀、适当冷却（以免损坏和变形）适当冷却（以免损坏和变形）发动机中最大的零件发动机中最大的零件 承受承受拉、压、弯、扭拉、压、弯、扭等机械负荷等机械负荷 承受承受高温燃气高温燃气很大的热负荷很大的热负荷 发动机大部分零件发动机大部分零件安装安装在机体上在机体上（2）力）力求结构紧凑、质量轻求结构紧凑、质量轻 尽量减小整机的尽量减小整机的重量（重量（发动机最大的零件）发动机最大的零件）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）加强肋（减小质量、保证刚度与强度）（3）机体材料）机体材料 一般高强度灰铸铁、铝合金一般高强度灰铸铁、铝合金 合金铸铁合金铸铁 机机体工作条件、要求及材料体工作条件、要求及材料20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1111 气缸的排列方式气缸的排列方式（发动机形式）（发动机形式）直列式直列式：多用于六缸以下的发动机。V型式型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机对置式对置式：是V型的特殊形式。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1212气缸气缸W型式型式大众大众W12 由两个夹角为由两个夹角为15的的V6发动发动机，以机，以72的的夹角组成夹角组成 拥有拥有5.6升的升的排量排量 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1313A8L6.0及其及其W12发动机发动机 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1414曲轴箱的型式（1）平分式 定义：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。特点：刚度小，前后端呈半圆形，与油底壳接合面的密封较困难。应用：中小型发动机。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1515（2）龙门式定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠。应用：大中型发动机。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1616（3）隧道式定义：主轴承座孔不分开。特点：刚度最大，主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承。应用：负荷较大的柴油机。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1717气缸体制造气缸体制造气缸体气缸体20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院18181.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）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。油底壳20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1919 气缸的结构气缸的结构形式（气缸套）形式（气缸套）（1）无气缸套式）无气缸套式优点：优点：缩短气缸中心距，减小缩短气缸中心距，减小机体尺寸质量机体尺寸质量 机体刚度大、工艺性好机体刚度大、工艺性好 缺点：缺点：耐磨合金铸铁耐磨合金铸铁 成本高成本高 无气缸套式铝合金缸体无气缸套式铝合金缸体 气缸表面镀铬，提高耐气缸表面镀铬，提高耐磨性磨性 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2020干式缸套干式缸套 灰铸铁或铝合金缸体灰铸铁或铝合金缸体可卸干式缸套可卸干式缸套（2）干式缸套式）干式缸套式13特点：1)壁厚较薄（1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2121（3）湿式缸套式）湿式缸套式普通铸铁或铝合金缸体普通铸铁或铝合金缸体AB环带：径向定位环带：径向定位 凸缘凸缘C：轴向定位：轴向定位 缸套顶缸套顶面略高于缸体平面：面略高于缸体平面：0.050.15mm 密封圈：下部密封圈：下部13道密封道密封圈圈ABC0.050.1559特点：1)壁厚较厚（5mm9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2222干、湿式缸套比较干、湿式缸套比较和冷却和冷却水直接水直接接触接触 与缸体与缸体配合较配合较松松 壁厚壁厚 59mm 不直接不直接和冷却和冷却水接触水接触 与缸体与缸体紧配合紧配合 壁厚壁厚 13mm 缸套材料：合金铸铁或合金钢缸套材料：合金铸铁或合金钢缸套20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院232320222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院24246.水冷和风冷气缸体水冷和风冷气缸体（1）水冷气缸体）水冷气缸体利用利用水套水套中的中的冷却冷却水水流过流过高高温零件温零件的的周围带走周围带走多余多余热量热量20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2525缸体与缸体与 曲轴箱曲轴箱 分开铸分开铸 缸体和缸缸体和缸盖铸有盖铸有 散热片散热片 如有风扇如有风扇可加强可加强 散热散热（2）风冷气缸体）风冷气缸体20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2626气缸盖气缸盖 1.气缸盖的组成气缸盖的组成 密封气缸上部密封气缸上部形成燃烧室形成燃烧室 冷却水套冷却水套与缸体水套相通与缸体水套相通 设有设有进排气座、气门导管孔进排气座、气门导管孔 设有设有进排气通道进排气通道 汽油机汽油机缸盖：设有缸盖：设有火花塞座孔火花塞座孔 柴油机柴油机缸盖：设有缸盖：设有喷油器座孔喷油器座孔20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2727气缸盖气缸盖气缸盖示意图气缸盖示意图气缸盖实物气缸盖实物气缸盖20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院28285.燃烧室燃烧室（1）燃烧室基本要求燃烧室基本要求 结构紧凑：（表面积结构紧凑：（表面积/容积）要小，减小容积）要小，减小热损失，提高热效率热损失，提高热效率 能增大进气门直径或进气道通道面积：增能增大进气门直径或进气道通道面积：增加进气量，提高发动机转矩和功率加进气量，提高发动机转矩和功率 能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，汽油机燃烧室：应保证火焰传播距离最短，以防止发生不正常燃烧以防止发生不正常燃烧 柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流柴油机燃烧室：应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合运动进行良好配合20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院2929（2）汽油机汽油机燃烧室燃烧室楔形楔形 盆形盆形 半球半球形形 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3030名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程段、结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、燃烧速率高、热损失小、热效率高热效率高桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康楔形楔形结构简单、紧凑、散热结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长火焰传播距离长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、进工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃排气效果不如半球形燃烧室烧室捷达捷达奥迪奥迪20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3131（3）柴油机燃烧室柴油机燃烧室直喷式燃烧室直喷式燃烧室 形燃烧形燃烧室室球形燃烧球形燃烧室室20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3232分开式燃烧室分开式燃烧室涡流燃烧涡流燃烧室室 预燃燃烧预燃燃烧室室 喷油器喷油器喷油器喷油器涡流涡流室室预燃预燃室室20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3333直喷式燃烧室直喷式燃烧室燃烧室燃烧室容积容积 集中于集中于活塞顶活塞顶上的上的 燃烧室燃烧室凹坑内凹坑内20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3434涡流燃烧室涡流燃烧室空气被挤空气被挤入涡流室入涡流室形成强烈形成强烈有规则涡有规则涡流运动流运动 大部分柴大部分柴油在涡流油在涡流室内燃烧室内燃烧形成二次形成二次涡流混合涡流混合燃烧燃烧20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3535气缸垫1.作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。2.构造（图214）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）。金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3636 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。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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3737密封垫20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3838思考题（续）思考题（续）1.曲柄连杆机构的功用和组成？曲柄连杆机构的功用和组成？2.气缸体的结构形式及概念比较气缸体的结构形式及概念比较?3.气缸的三种排列方式及特点气缸的三种排列方式及特点?4.比较干式和湿式缸套的特点比较干式和湿式缸套的特点?5.机体组由哪些零件组成？机体组由哪些零件组成？6.汽油机和柴油机燃烧室的种类？汽油机和柴油机燃烧室的种类？课课外外20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院3939 活塞连杆组活塞连杆组 活塞活塞活活塞塞环环活塞销活塞销连杆连杆组组曲轴曲轴 飞轮飞轮组组 活塞活塞 活塞环活塞环 活塞销活塞销 连杆组连杆组 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4040活活 塞塞 活塞活塞功用功用（1）承受气缸中的）承受气缸中的燃气压力燃气压力（2）将燃气作用力通过）将燃气作用力通过活塞销活塞销和和连杆连杆传给传给曲曲轴轴，推动曲轴旋转，推动曲轴旋转（3）参与组成）参与组成燃烧室燃烧室20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4141工作条件：高温、高压、高速往复直线运动工作条件：高温、高压、高速往复直线运动 要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀要求：活塞的质量要小，可以减小惯性力；热膨胀系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活系数要小，减小受热时的变形；导热性好，防止活塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中塞过热，发生损坏；耐磨性好，防止在往复运动中大量磨损。大量磨损。材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是材料：常用铝合金制造，质量小，导热性好，但是热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。有的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。的柴油机采用高级铸铁或耐热钢制造。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4242成型方法成型方法铸造：高温强度下降较小、成本低，铸造：高温强度下降较小、成本低，易出现气孔、缩松等铸造缺陷。易出现气孔、缩松等铸造缺陷。锻造：强度比铸造高、导热性较好，锻造：强度比铸造高、导热性较好，适用于强化发动机，制造成本高。适用于强化发动机，制造成本高。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4343 活塞构造活塞构造活塞活塞顶部顶部活塞活塞头部头部活塞活塞裙部裙部20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4444（1）活塞顶部活塞顶部（燃烧室组成部分燃烧室组成部分）汽油机汽油机多采用多采用平顶平顶、有些采用、有些采用凹顶凹顶二冲程汽油机二冲程汽油机多用多用凸顶凸顶柴油机柴油机多采用各种各样的多采用各种各样的凹坑凹坑凸凸顶顶凹凹坑坑平平顶顶凹凹顶顶20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4545（2）活塞头部（）活塞头部（活塞环槽以上部位活塞环槽以上部位）承受气承受气体压力体压力将热量通将热量通过活塞环传过活塞环传给气缸壁给气缸壁与活塞环与活塞环实现实现 气缸密封气缸密封主主要要作作用用20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4646环槽环槽环槽护圈环槽护圈可保护和加可保护和加强铝合金活强铝合金活塞环槽塞环槽隔热槽隔热槽(有时有时)使部分热流转使部分热流转向二、三环向二、三环主主要要结结构构气环气环油环油环热负荷较高发动机采用热负荷较高发动机采用20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4747（3）活塞裙部（）活塞裙部（活塞环槽以下部位活塞环槽以下部位）功用功用 椭圆椭圆变形变形 为活塞导向和承受侧压力为活塞导向和承受侧压力燃气压力使燃气压力使裙部弯曲变形裙部弯曲变形侧压力使销座侧压力使销座轴线方向增大轴线方向增大热变形使销座热变形使销座轴线方向增大轴线方向增大20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4848活塞裙部椭圆形活塞裙部椭圆形冷态下把冷态下把活塞加工活塞加工成裙部断成裙部断面为长轴面为长轴垂直于活垂直于活塞销方向塞销方向的椭圆形的椭圆形20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院4949活塞销座附近裙部外表面下陷活塞销座附近裙部外表面下陷为减少活塞为减少活塞销座附近处销座附近处的热变形量的热变形量20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5050活塞销座轴线布置活塞销座轴线布置活塞越过上止点时活塞越过上止点时侧压力方向改变会侧压力方向改变会产生产生“敲缸敲缸”噪声噪声可减轻活塞可减轻活塞“敲缸敲缸”噪噪声，但会引起裙部两端声，但会引起裙部两端尖角的磨损或变形增大尖角的磨损或变形增大主主推推力力面面活塞销偏移布置活塞销偏移布置(偏移活塞轴线偏移活塞轴线12mm)活塞销对中布置活塞销对中布置20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5151二、活二、活 塞塞 环环 1.活塞环活塞环功用功用 气环气环 刮油刮油 均匀油膜均匀油膜 辅助密封辅助密封 油环油环密封密封 导热导热 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5252（一）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。环气环20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院53532.活塞环的间隙（图237）（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0.25mm0.50mm；20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5454（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0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm；（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。0.5mm1mm；2320222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院55553.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20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5656（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。PjFP1第二密封面20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5757（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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院58584.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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院5959现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6060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；（4）加剧了气缸的磨损。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6161措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院62625.气环的断面形状（1）矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6363（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）；锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6464（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，断面中性层以内产生拉应力、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。e20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院65651）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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6666（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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6767（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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6868（二）油环1.作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院6969（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7070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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7171三、活三、活 塞塞 销销 1.活塞销功用活塞销功用 连接活塞和连接活塞和连杆连杆 将活塞承受的将活塞承受的力传给连杆力传给连杆 活塞销活塞销连杆衬套连杆衬套卡环卡环结构：用低碳结构：用低碳钢或低碳合金钢或低碳合金钢制成的厚壁钢制成的厚壁管状体。管状体。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7272 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。连接方式20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7373 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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7474四、连四、连 杆杆 组组 连杆衬套连杆衬套连杆体连杆体连杆螺栓连杆螺栓连杆轴承连杆轴承上轴瓦上轴瓦连杆轴承连杆轴承下轴瓦下轴瓦连杆盖连杆盖螺母螺母连杆衬套连杆衬套连杆体连杆体连杆轴承连杆轴承上轴瓦上轴瓦连杆轴承连杆轴承下轴瓦下轴瓦连杆盖连杆盖连杆连杆螺栓螺栓集油孔集油孔喷油孔喷油孔20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院75751.连杆连杆组功用组功用活活塞塞曲曲轴轴往复往复运动运动旋转旋转运动运动连连杆杆力力组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成瓦等组成20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院76762.连杆构造连杆构造 小头小头杆身杆身大头大头小头小头杆身杆身大头大头集油孔集油孔喷油孔喷油孔纵向纵向油道油道20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7777 1、小头：用来安装活塞销，以连接活塞。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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7878连杆大头连杆大头剖分形式剖分形式（连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固连杆大头剖分，用连杆螺栓紧固）平切口平切口斜切口斜切口结合面与连杆轴线垂直结合面与连杆轴线垂直刚度大刚度大 变形小变形小 成本低成本低汽油机采用平切口汽油机采用平切口结合面与连杆轴线成结合面与连杆轴线成3060夹角夹角连杆体能从缸体上端取出连杆体能从缸体上端取出多用于柴油机多用于柴油机20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院7979(2)切口定位方式 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，用于直切口连杆。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20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8080 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。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1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8181 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：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。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8282轴瓦的定位20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院83833.V型发动机型发动机连杆连杆（1）并列连杆）并列连杆前后连杆可通用前后连杆可通用左右两列活塞运左右两列活塞运动规律相同动规律相同增加了曲轴和发动机长度增加了曲轴和发动机长度优优点点缺缺点点20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8484（2）主副连杆）主副连杆主副连杆主副连杆不能互换不能互换两列活塞运动规律和两列活塞运动规律和上止点位置不相同上止点位置不相同优优点点不会增加发动机长度不会增加发动机长度缺缺点点主连杆主连杆副连杆副连杆20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8585（3）叉形连杆）叉形连杆两列气缸无需错开两列气缸无需错开两列气缸中活塞两列气缸中活塞运动规律相同运动规律相同连杆大头结构复连杆大头结构复杂、刚度较差杂、刚度较差优优点点缺缺点点叉形叉形连杆连杆内连杆内连杆叉形连叉形连杆轴承杆轴承内连杆内连杆轴承轴承20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8686思考题思考题?1.指出右图指出右图中各零件的中各零件的名称？名称？(活活塞连杆部分塞连杆部分)课课堂堂20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8787曲轴飞轮组曲轴飞轮组 飞轮飞轮曲轴曲轴曲轴曲轴轴承轴承曲轴曲轴 曲轴前后曲轴前后 端密封端密封 曲轴扭转曲轴扭转 减震器减震器 飞轮飞轮 曲轴轴承曲轴轴承 平衡机构平衡机构 20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院8888一、曲一、曲 轴轴 1.曲轴曲轴功用功用曲轴曲轴气体气体压力压力转矩转矩飞轮飞轮汽车传动系汽车传动系驱动配气机构和驱动配气机构和其它辅助装置其它辅助装置材料：大多采用优质中碳钢或中碳合金钢。有的采用球墨铸铁。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院89893.曲轴构造曲轴构造 平衡重平衡重输输出出端端曲轴曲轴前端前端主轴颈主轴颈连杆轴颈连杆轴颈曲柄臂曲柄臂单单元元曲曲拐拐自由端自由端曲轴曲轴后端后端20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9090（1）曲轴分类）曲轴分类按单元曲拐连接方式分类按单元曲拐连接方式分类 整体式整体式曲轴曲轴各单元曲拐锻造各单元曲拐锻造或铸造成整体或铸造成整体工作可靠工作可靠 质量轻质量轻 结构简单结构简单 加工面少加工面少 主轴颈主轴颈连杆轴颈连杆轴颈曲柄臂曲柄臂概概念念特特点点20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9191组合式组合式曲轴曲轴由单元曲拐由单元曲拐组合装配组合装配方便制造和更换方便制造和更换 结构复杂结构复杂 拆装不便拆装不便曲柄臂兼曲柄臂兼作主轴颈作主轴颈单元曲拐单元曲拐滚动轴承滚动轴承(主轴承主轴承)配用隧道配用隧道式机体式机体概概念念特特点点20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9292按主轴颈数分类按主轴颈数分类全支承全支承曲轴曲轴相邻两个相邻两个曲拐间都曲拐间都有主轴颈有主轴颈抗弯曲能力强抗弯曲能力强 可减轻主轴颈载荷可减轻主轴颈载荷概概念念主轴颈多主轴颈多 加工面多加工面多曲轴和机体较长曲轴和机体较长缺缺点点优优点点20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9393非全支承非全支承曲轴曲轴主轴颈数主轴颈数少于全支少于全支承曲轴承曲轴概概念念缺缺点点优优点点与全支承曲轴恰好相反与全支承曲轴恰好相反20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9494（3）曲轴前端）曲轴前端曲轴曲轴带轮带轮空调压空调压缩机缩机动力动力 转向泵转向泵张紧轮张紧轮导向轮导向轮发电机发电机曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴曲轴链轮链轮凸轮凸轮轴正轴正时齿时齿形带形带轮轮水泵水泵机油泵机油泵20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9595曲轴前端驱动曲轴前端驱动20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9696（4）曲轴后端）曲轴后端曲轴曲轴带轮带轮曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴曲轴链轮链轮安装飞轮安装飞轮用凸缘用凸缘飞轮飞轮20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9797前后端的密封：前后端的密封：曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油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置。沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。油封、回油螺纹等。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9898曲轴的轴向定位曲轴的轴向定位（1）结构：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推结构：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。片由低碳钢背和减磨层组成。（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后当曲轴向前窜动时，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。窜动时，前止推片承受轴向推力。（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院9999（5）曲轴润滑）曲轴润滑机油机油机体油道机体油道主轴承主轴承主轴颈主轴颈曲轴油孔曲轴油孔连杆轴承连杆轴承连杆轴颈连杆轴颈曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，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。以便润滑主轴颈和连杆轴颈。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院100100（1）布置原则布置原则 1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为列多缸四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。缸数。2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴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承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。开启的抢气现象。3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功型发动机左右两气缸尽量交替作功（6）曲拐的布置）曲拐的布置20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院101101（1）直列四缸发动机工作循环）直列四缸发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/4=180工作顺序工作顺序 1-3-4-2 1-2-4-314321-42-318020222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院102102工作循环表（工作循环表（1-3-4-2）曲轴转角曲轴转角()第一缸第一缸 第二缸第二缸 第三缸第三缸 第四缸第四缸0180排气排气压缩压缩进气进气180360排气排气进气进气压缩压缩360540进气进气压缩压缩排气排气540720压缩压缩进气进气排气排气作功作功作功作功作功作功作功作功20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院103103（2）直列六缸发动机工作循环）直列六缸发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/6=120工作顺序工作顺序 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-514321-63-4120562-520222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院104104工作循环表（工作循环表（1-5-3-6-2-4）曲轴转角曲轴转角()第一缸第一缸 第二缸第二缸 第三缸第三缸 第四缸第四缸 第五缸第五缸 第六缸第六缸0 180060排气排气压缩压缩进气进气60120压缩压缩排气排气120180进气进气180 360180240排气排气压缩压缩240300 进气进气300360压缩压缩排气排气360 540360420进气进气420480排气排气压缩压缩480540进气进气540 720540600压缩压缩排气排气600660进气进气660720作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院105105（3）V8发动机工作循环发动机工作循环发火间隔角发火间隔角 720/8=90工作顺序工作顺序 R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2 L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1R1R1-L190R4 R3 R2 L1L4 L3 L2 R2-L2R3-L3R4-L420222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院106106工作循环表（工作循环表（R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2）曲轴转角曲轴转角()R1R2R3R4L1L2L3L40 180090压缩压缩进气进气 排气排气90180排气排气 进气进气压缩压缩180 360180270排气排气压缩压缩 进气进气270360进气进气 压缩压缩排气排气360 540360450进气进气排气排气压缩压缩450630压缩压缩进气进气排气排气540 720540630压缩压缩进气进气排气排气630720排气排气压缩压缩进气进气作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功作功20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院107107四、飞四、飞 轮轮 1.飞轮飞轮功用功用 能量存储器：在作功行程贮存能量，用以能量存储器：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，保证发动机运转平稳完成其它三个行程，保证发动机运转平稳 将动力传给离合器（摩擦式离合器的主动将动力传给离合器（摩擦式离合器的主动件）件）轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈轮缘上镶嵌起动用飞轮齿圈 刻有上止点记号：用于调整点火正时、喷刻有上止点记号：用于调整点火正时、喷油正时或配气正时油正时或配气正时克服短暂的超负荷。克服短暂的超负荷。20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1081082.飞轮结构飞轮结构有齿圈的盘形零件有齿圈的盘形零件轮缘较宽厚以获得较大转动惯轮缘较宽厚以获得较大转动惯量量与曲轴动平衡，定位销和飞轮与曲轴动平衡，定位销和飞轮螺栓螺栓多用灰铸铁，高速发动机应采用球多用灰铸铁，高速发动机应采用球墨铸铁或铸钢墨铸铁或铸钢20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院109109思考题思考题?1.指出右图指出右图中各零件的中各零件的名称？名称？(曲曲轴部分轴部分)课课堂堂20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院110110三、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。PPjPCF20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1111111、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NPSPPRPTP20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院112112(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，右侧磨损严重NPPSPRPTP20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1131132、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。Pj20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1141143、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。Pc20222022年年1212月月8 8日星期四日星期四武汉大学动力与机械学院武汉大学动力与机械学院1151154、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