发动机构造02机体与曲柄连杆机构

第 2章 发动机构造 2.2 机体与曲柄连杆机构 2.2 机体与曲柄连杆机构 功用 :把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩。 主要零件 ： 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 2.2.1 机体组 发动机的支架，曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统 主要零部件的 装配基体 机体组组成： 机体 、 气缸盖 、 气缸盖罩 、 气缸衬垫 、 主轴 承盖、油底壳 气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成 燃烧室。气缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳分别是 冷却系统和润滑系统的组成部分。 2.2.1 机体组 机体 机体工作条件 ： 拉、压、弯、扭多种形式的机械负荷 热负荷 机体要求： 足够的强度和刚度，耐磨损和耐腐蚀，机 体冷却、结构紧凑、质量轻 机体材料： 高强度灰铸铁或铝合金铸造 机体的构造 ： 气缸排列形式、气缸结构形式和曲轴箱 结构形式相关 2.2.1 机体组 气缸内表面受高温高压燃气的作用并与高速运动的活塞接触而 极易磨损。为了提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命而有 不同的气缸结构形式和表面处理方法。 湿气缸套式 干气缸套式 无气缸套式 2.2.1 机体组 风冷发动机气缸体结构 金属对空气的换热系数 =金属对水的换热系数的 1/33 2.2.1 机体组 按曲轴箱结构形式的不同机体有平底式、龙门式和隧道式 3种 平底式机体 ：底平面与曲轴轴线齐平。高度小、质量轻、 加工方便，刚度较差。 龙门式机体 ：底平面下沉到曲轴轴线以下，弯曲刚度和扭 转刚度较高 隧道式机体 ：主轴承孔不剖分的机体结构。这种机体配以 窄型滚动轴承可以缩短机体长度。隧道式机体的刚度大， 主轴承孔的同轴度好， 2.2.1 机体组 汽缸盖 工作条件 ： 承受气体力、紧固机械负荷，热负荷 要求 ： 密封性，足够的强度和刚度，良好的冷却 气缸盖材料 ： 气缸盖一般都由优质灰铸铁或合金铸铁铸 造，轿车用的汽油机则多采用铝合金气缸盖。 气缸盖结构 ： 复杂的箱形零件 ，进、排气门座孔，气门 导管孔，火花塞安装孔 (汽油机 )或喷油器安装孔 (柴油机 )， 水套、进排气道，燃烧室，凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其 润滑油道。 2.2.1 机体组 燃烧室 活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的 空间称为燃烧室。在汽油机气缸盖底面通常铸有形状各异的凹 坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。 浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线平行， 进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤气涡流。 楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸轴线倾斜，进气道比较平直 ，进气阻力小。压缩行程终了时能产生挤气涡流。 半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积与其容积之比 (面容 比 )最小。进排气门呈两列倾斜布置，气门直径较大，气道较平 直。火焰传播距离较短，不能产生挤气涡流。 2.2.1 机体组 气缸衬垫 气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密封件 气缸衬垫的功用 ： 保持气缸密封不漏气，冷却液和机油 不泄漏 工作条件： 紧固压力，高温、高压的作用以及机油及冷 却液腐蚀 要求： 足够的强度，耐压、耐热和耐腐蚀，一定的弹性， 以补偿机体顶面和气缸盖底面的粗糙度和不平度以及发动 机工作时反复出现的变形。 气缸衬垫的分类及结构 ： 按所用材料的不同，气缸衬垫 可分为金属 石棉衬垫、金属 复合材料衬垫和全金属衬 垫等 2.2.1 机体组 油底壳 作用：储存机油、封闭机体或曲轴箱 结构：油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成。内有挡板，减轻 油面震荡、油底壳局部较深，放油螺塞 2.2.1 机体组 发动机的支撑 通过机体和飞轮壳或变速器壳上的支承支撑在车架上。发动机 的支承方法，一般有三点支承和四点支承两种。三点支承可布 置成前一后二或前二后一。采用四点支承法时，前后各有两个 支承点。 2.2.2曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的功用及组成 功用 ：是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作 用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩 组成 ：活塞组、连杆组和曲轴飞轮组 2.2.2曲柄连杆机构 活塞组 活塞、活塞环、活塞销 （一）活塞 活塞的功用 ：将燃烧气体压力通过活塞销传给连杆 以推动曲轴旋转，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同 组成燃烧室。 工作条件： 气体力、往复惯性力，热负荷，沿气缸 壁面高速滑动，磨损严重。 活塞材料 ：大多数为铝合金 2.2.2曲柄连杆机构 气环槽、油环槽、隔热槽 隔热槽的作用 ： 隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流，使部分 热量由第二、三道活塞环传出，从而可以减轻第 一道活塞环的热负荷，改善其工作条件，防止活 塞环粘结。 2.2.2曲柄连杆机构 活塞裙部 活塞在气缸内的导向，承受侧向力 气缸与活塞间隙 ：间隙过大，活塞 敲缸 ； 间隙过小，活塞可能被气缸卡住。 次推力面 主推力面 2.2.2曲柄连杆机构 （二）活塞环 气环 和 油环 气环功用 ：密封和传热 油环功用 ：刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上 涂布一层均匀的油膜。 气环的密封原理： 2.2.2曲柄连杆机构 油环有槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式 3种类型 槽孔式油环：外圆面上加工出环形集油 槽，形成上下两道刮油唇，在集油槽底 加工有回油孔。由上下刮油唇刮下来的 机油经回油孔和活塞上的回油孔流回油 底壳。 撑环油环：内圆面加装撑簧，这种油环 由于增大了环与气缸壁的接触压力，而 使环的刮油能力和耐久性有所提高。 组合型油环：由上、下刮片和轨形撑簧 组合而成。接触压力大，上下刮片能单 独动作，对气缸失圆和活塞变形的适应 能力强。但钢带组合油环需用优质钢制 造，成本高。 2.2.2曲柄连杆机构 （三）活塞销 作用 ：连接、传力 工作条件 ：高温、周期性冲击负荷，润滑条件较差 要求： 刚度、强度和耐磨性。 材料： 一般为低碳钢或低碳合金钢，如 20、 20Mn、 15Cr、 20Cr等，外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工 活塞销结构： 内孔特点？ 2.2.2曲柄连杆机构 连杆组 连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承 功用 ： 传力，往复运动转变为旋转运动 连杆材料： 优质中碳钢或中碳合金钢，如 45、 40Cr、 42CrMo或 40MnB等模锻或辊锻 连杆构造 ： 小头、杆身、大头 2.2.2曲柄连杆机构 连杆小头连接方式 ：全浮式和半浮式。 全浮式 ：活塞销在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活 塞销沿圆周 磨损均匀 。 半浮式 ：用螺栓将活塞销夹紧在连杆小头孔内，这时活塞销只 在活塞销孔内转动，在小头孔内不转动。 2.2.2曲柄连杆机构 大头结构 ：具有足够的刚度，外形尺寸小，质量轻。剖分结构， 连杆盖用螺栓或螺柱紧固 平切口连杆 ：结合面与连杆轴线垂直 斜切口连杆 ：结合面与连杆轴线成 30 60 夹角。 比较 ：刚度、变形、制造费用 斜切口特点与应用？ 2.2.2曲柄连杆机构 曲轴飞轮组 （一）曲轴 曲轴的功用 ： 承受弯曲和扭转交变载荷，把活塞、连杆传来的 气体力转变为转矩 曲轴材料 ： 中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr、 35Mn2，模锻而成， 轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。 球墨铸铁曲轴，价格便宜，耐磨性好，轴颈不需硬化处理， 同时金属消耗量少，机械加工量也少。 曲轴结构 ： 曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个曲柄销， 左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。 直列发动机曲拐数？ V形发动机曲拐数？ 2.2.2曲柄连杆机构 曲拐布置与多缸发动机的工作顺序 曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当 气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐布置就只取决于发动机 工作顺序。在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点： 1)应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，避免在进气行程中发生抢 气现象。 2)各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称 发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应 发火作功一次。对于气缸数为 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为 720 /i，即曲轴每转 720 /i 时，就有一缸发火作功，以保证发动机 运转平稳。 2.2.2曲柄连杆机构 （二）飞轮 飞轮的作用： 1）四冲程发动机做功行程只有一个，其余行程消耗功， 曲轴转速周期性变化，飞轮积蓄能量减小转速波动 2）摩擦离合器的主动件 3）轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈，测速 4）在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时 或喷油定时以及调整气门间隙