机体组及曲柄连杆机构

第 二 章 机 体 组 及 曲 柄 连 杆 机 构概 述机 体 组曲 炳 连 杆 机 构 1 概 述一 、 功 用将 燃 料 燃 烧 时 产 生 的 热 能 转 变 为 活 塞 往 复 运 动 的机 械 能 ， 再 通 过 连 杆 将 活 塞 的 往 复 运 动 变 为 曲 轴 的 旋转 运 动 而 对 外 输 出 动 力 。二 、 组 成1、 机 体 组2、 活 塞 连 杆 组3、 曲 轴 飞 轮 组 三 、 工 作 条 件承 受 机 械 载 荷 ：1、 气 体 压 力 、 惯 性 力 、 离 心 力 、 摩 擦 力2、 汽 车 行 驶 中 产 生 的 冲 击 力 。 2 机 体 组 发 动 机 的 支 撑 。 组 成 ： 气 缸 盖 、 气 缸 体 、 气 缸 垫 、 曲 轴箱 、 油 底 壳 。 2 机 体 组机 体 组 组 成 ： 曲 轴 箱气 缸 体 气 缸 垫气 缸 盖 气 缸 油 道 和 水 道油 底 壳气 缸 盖 罩 一 、 机 体1、 机 体 :水 冷 发 动 机 的 气 缸 体 和 上 曲 轴 箱 常 铸 成 一 体 ，称 为 机 体 。 材 料 一 般 采 用 高 强 度 灰 铸 铁 或 铝 合 金 铸 造 。2、 机 体 的 分 类 ： 名 称 性 能 应 用 一 般 式（ 平 底 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 。龙 门 式 强 度 和 刚 度 较 好 。工 艺 性 差 、 结 构笨 重 、 加 工 困 难 。 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 。 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 。 油 底 壳 安 装平 面 低 于 曲轴 的 旋 转 中心 。机 体 上 曲 轴的 主 轴 承 孔为 整 体 式 。（ 1） 按 机 体 与 油底 壳 安 装 平 面 位 置不 同 分 为 （ 2） 根 据 冷 却 方 式 不 同1、 水 冷2、 风 冷 散 热 片 风 冷 机 体 和 气 缸 盖 （ 3） 根 据 气 缸 的 排 列 方 式结 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 。 高 度 小 ， 总体 布 置 方 便 。对置气缸式发动机 （ 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 。 （ 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 。 壁 厚13mm。湿 缸 套 外 壁 直 接 与 冷 却 水接 触 。 壁 厚 59mm。 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 。性 能 如 何 ？ 二 、 曲 轴 箱1、 概 念 ：曲 轴 箱 ： 气 缸 体 下 部 用 来 安 装 曲 轴 的 部 分 。2、 结 构 ：上 轴 箱 与 气 缸 体 铸 成 一 体 下 轴 箱 贮 存 润 滑 油 （ 油 底 壳 ）3、 材 料 ：薄 钢 板 冲 压 桑 塔 纳 发 动 机 油 底 壳 三 、 气 缸 盖1、 功 用 ： 密 封 气 缸 的 上 部 ， 与 活 塞 、 气 缸 等 共 同 构 成 燃 烧室 。2、 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 。3、 材 料 ： 灰 铸 铁 或 合 金 铸 铁 ， 铝 合 金 （ 目 前 国 产 轿 车 发 动机 缸 盖 均 采 用 铝 合 金 缸 盖 ） 。 气 缸 垫气 缸 盖气 缸 盖 罩 衬 垫安 装 火 花 塞 4、 汽 油 机 燃 烧 室名 称 特 点 示 意 图 应 用半 球 形 结 构 紧 凑 、 火 焰 行 程 段 、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 置 于 燃 烧 室 最 高 处 ，火 焰 传 播 距 离 长 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 捷 达奥 迪 5、 柴 油 机 燃 烧 室 统 一 式 ： 相 对 散 热 面 积 小 ， 经 济 性 好 ，工 作 粗 暴 。 分 隔 式 ： 相 对 散 热 面 积 大 ， 经 济 性 差 ，工 作 柔 和 ， 排 放 低 。 四 、 气 缸 垫1、 功 用 ： 安 装 在 气 缸 盖 和 气 缸 体 之 间 ， 保 证 气缸 盖 与 气 缸 体 接 触 面 的 密 封 ， 防 止 漏 气 、 漏 水和 漏 油 。2、 材 料 ： 有 弹 性 、 耐 热 性 、 耐 压 性3、 安 装 时 注 意 方 向 缸 盖 螺 栓 拆 装 方 法 ： 安 装 ： 由 内 向 外 ， 对 称 拧 紧 。 拆 卸 ： 由 外 向 里 ， 对 称 拧 松 。 3 曲 柄 连 杆 机 构一 、 功 用 及 组 成功 用 是 将 往 复 运 动 转 变 成 曲 轴 的 旋 转 运 动 ， 同时将 作 用 在 活 塞 上 的 力 转 变 为 曲 轴 对 外 输 出 的 转 矩 ，以 驱 动 汽 车 车 轮 转 动 。组 成 ： 活 塞 组 、 连 杆 组 、 曲 轴 飞 轮 组 的 零 件 气 环油 环活 塞 销活 塞连 杆连 杆 螺 栓连 杆 轴 瓦连 杆 盖活 塞 连 杆 组 （ 一 ） 活 塞1、 功 用 ： 承 受 气 体 压 力 ， 并 通 过 活 塞 销 和 连 杆 驱 使 曲 轴 旋 转 。2、 工 作 环 境 ：高 温 、 散 热 条 件 差 ； 顶 部 工 作 温 度 高 达 600700K ， 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 导 热 性 好 ； 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 力二 、 活 塞 组 3、 结 构（ 1） 活 塞 顶 部功 用 ： 是 燃 烧 室 的 组 成 部 分 ， 主 要 作 用 承 受 气 体 压 力 。 活 塞 顶 分 类形 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 置 必 须 有 利 于 可 燃 混 合 气的 燃 烧 ； 提 高 压 缩 比 ，防 止 碰 气 门 。 （ 2） 活 塞 头 部位 置 ： 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 （ 3） 活 塞 裙 部位 置 ： 从 油 环 槽 下 端 面 起 至 活 塞 最 下 端 的 部 分 ， 包 括 销 座 孔 。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 。 裙 部 表 面 的 保 护1） 镀 锡油 膜 破 坏 时 ， 起 润 滑 作 用 ； 又 可 加 速 磨 合 作 用 。2） 涂 石 墨 (柴 油 机 ）易 脆 断 可 加 速 磨 合 ， 自 润 滑 。3） 表 面 粗 糙 化有 规 律 的 粗 糙 化 ， 可 加 速 磨 合 ， 沟 谷 可 存机 油 润 滑 。 （ 4） 活 塞 形 状工 作 时 ， 活 塞 受 热 膨 胀 ， 由 于 销 座 方 向 的 金 属 材 料 较 多 ， 所 以 膨 胀 量 较 大 。 所 以 在 生 产 时 先 将 活 塞 制 成 椭 圆 形 ，短 轴 在 销 座 轴 方 向 。销 座 方 向 裙 部 受 侧 压 力 的 作 用 ，导 致 活 塞 发 生 变 形工 作 时 向 里 变 形 桶 形不 受 压 力 的部 分 ， 去 掉后 可 以 减 轻质 量 。 开 槽 活 塞 （ 汽 油 机 ） 绝 热 槽膨 胀 槽圆 槽 活 塞 结 构 特 点 总 结 ： 活 塞 制 成 椭 圆 形 ， 短 轴 在 销 座 轴 方 向 。 上 小 下 大 的 圆 锥 。 裙 部 开 槽 。 采 用 恒 范 钢 片 、 双 金 属 活 塞 。 （ 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 环作 用 ： 保 证 气 缸 与 活 塞 间 的 密 封 性 ， 防 止 漏 气 ， 并 把 活 塞顶 部 吸 收 的 大 部 分 热 量 传 给 气 缸 壁 ， 再 由 冷 却 水 将 其 带 走 。密 封 原 理 ： 活 塞 环 开 口 相 互 错 开 ， 形 成 迷 宫 式 漏 气 通 道 。开 口 端 隙 一 般 为 0.20.8mm，端 隙 过 大 ， 漏 气 严 重 ；端 隙 过 小 ， 活 塞 环 受 热 后易 卡 死 或 折 断 。 切 口气 环 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 气 环 的 泵 油 作 用 气 环 的 泵 油 作 用 演 示 扭 曲 环 安 装 ： 内 圆 切 槽 朝 上 ， 外 圆 切 槽 朝 下 。 切 口 错 开 。 （ 2） 油 环种 类 普 通 油 环 （ 槽 孔 式 、槽 孔 撑 环 式 ） 组 合 式 油 环示意图 刮 油 片轴 向 衬 环径 向 衬 环 刮 油 片 油 环 的 刮 油 作 用 气 环 的 泵 油 作 用 演 示 （ 三 ） 活 塞 销作 用 ： 连 接 活 塞 和 连 杆 小 头 ， 并 把 活 塞 承 受 的 气体 压 力 传 递 给 连 杆 。构 造 ： 活 塞 销 的 内 孔 形 状 有 圆 柱 形 ， 两 段 截锥 形 ， 以 及 两 段 截 锥 与 一 段 圆 柱 的 组 合 形 。 活 塞 销 的 连 接 方 式 连 杆活 塞 销全 浮 式 半 浮 式 活 塞 销 的 偏 置使 活 塞 从 压 缩 行 程 到 作 功 行 程 柔 和 的 从 气 缸 的 一边 过 渡 到 另 一 边 ， 减 少 敲 缸 的 声 音 。 三 、 连 杆 组作 用 ： 连 接 活 塞 与 曲 轴 ， 并 把 活 塞 承 受 的 气 体 压力 传 给 曲 轴 ， 使 活 塞 的 往 复 运 动 变 成 曲 轴 的 旋 转运 动 。要 求 ： 足 够 的 抗 疲 劳 强 度和 结 构 刚 度 ， 质 量 应 尽 量小 。材 料 ： 连 杆 体 和 连 杆 盖 由优 质 中 碳 钢 或 中 碳 合 金 钢模 锻 或 辊 锻 而 成 ， 连 杆 螺栓 由 优 质 合 金 钢 制 成 。 连 杆 组 件 构 造 分 解 图组 成 ： 连 杆 大 头 、 小 头 、 杆 身 V型 发 动 机 连 杆 的 布 置 形 式并 列 式 主 副 式 叉 式 连 杆 轴 瓦定 位 凸 键油 槽 润 滑 减 磨 合 金 层 连 杆 大 头 的 连 接 形 式平 分 式 斜 分 式 四 、 曲 轴 飞 轮 组一 ） 、 曲 轴 飞 轮 组 的 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 二 ） 、 曲 轴1、 功 用 ： 把 活 塞 连 杆 组 传 来 的 气 体 压 力 转 变 为 扭 矩 对 外输 出 。 还 用 来 驱 动 发 动 机 的 配 气 机 构 及 其 他 各 种 辅 助 装置 。2、 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 。3、 材 料 ： 45、 40Cr、 35Mn2等 中 碳 钢 和 中 碳 合 金 钢 模 锻而 成 。 4、 结 构 ：前 端 轴连 杆 轴 颈 曲 轴 轴 颈 后 端 轴平 衡 重 曲 拐 曲 拐 ： 由 一 个 连 杆 轴 颈 和 它 两 端 曲 柄 及 主 轴 颈 构 成 。曲 柄 曲 轴 组 成 ： 曲 轴 前 端 、 曲 拐 、 平 衡 重 、曲 轴 后 端 曲 轴 后 端 ： 功 率 输 出 端 曲 轴 前 端 ： 自 由 端 桑 塔 纳 轿 车 发 动 机 曲 轴 飞 轮 组 三 ） 、 曲 拐 的 布 置 1 、 一 般 规 律1） 各 缸 的 作 功 间 隔 要 尽 量 均 衡 ， 以 使 发 动 机运 转 平 稳 。2） 连 续 作 功 的 两 缸 相 隔 尽 量 远 些 ， 最 好 是 在发 动 机 的 前 半 部 和 后 半 部 交 替 进 行 。3） V型 发 动 机 左 右 气 缸 尽 量 交 替 作 功 。4） 曲 拐 布 置 尽 可 能 对 称 、 均 匀 以 使 发 动 机 工作 平 衡 性 好 。 2、 常 见 曲 轴 曲 拐 的 布 置1） 四 冲 程 四 缸 发 动 机 曲 拐 布 置 2） 四 冲 程 四 缸 发 动 机 点 火 顺 序点 火 顺 序 ： 各 缸 完 成 同 名 行 程 的 次 序 。发 火 间 隙 ： 按 点 火 顺 序 相 邻 两 缸 点 火 的 间 隙 （ 以曲 轴 的 转 角 计 ） 。 1-3-4-2；1-2-4-3。 3） 直 列 四 冲 程 六 缸 发 动 机 曲 轴 曲 拐 布 置点 火 顺 序 ：1-5-3-6-2-4；1-4-2-6-3-5 。 四 冲 程 六 缸 发 动 机 点 火 顺 序 某 发 动 机 的 型 号 是 6100Q汽 油 机 ， 其 作工 顺 序 为 1-5-3-6-2-4， 问 ： （ 1） 该 发 动机 型 号 的 含 义 是 什 么 ？ （ 2） 该 发 动 机 发火 （ 作 功 ） 间 隙 角 是 多 少 CA？ （ 3）当 第 二 缸 位 于 进 气 下 止 点 时 ， 其 余 各 缸分 别 在 什 么 位 置 ？ 四 ） 、 曲 轴 扭 转 减 振 器（ 一 ） 扭 转 振 动自 由 扭 转 振 动强 迫 扭 转 振 动 共 振 功 率 损 失 、 曲 轴 扭转 变 形 甚 至 扭 断 、正 时 齿 轮 产 生 冲 击噪 声 等临 界 转 速 ： 发 生 共 振 时 的 转 速 （ 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 五 ） 、 飞 轮（ 一 ） 功 用 ： 储 存 能 量 ， 使 发 动 机 运 转 平 稳 （ 二 ） 构 造 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 曲 轴 的 结 构曲 拐 ： 由 主 轴 颈 、 连 杆 轴 颈 、 曲 柄 组 成 曲 轴 的 支 承 方 式优 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 式概 念 ：在 相 邻 的 两 个 曲 拐 之 间 都 设 置 一 个 主 轴 颈 的 曲 轴 ， 称 为 全 支 承曲 轴 ， 否 则 称 为 非 全 支 承 曲 轴 。 作 业1、 曲 柄 连 杆 机 构 由 哪 些 零 件 组 成 ？ 其 功 用 是 什么 ？2、 试 述 气 缸 体 的 三 种 形 式 及 特 点 。3、 汽 油 机 、 柴 油 机 的 燃 烧 室 有 哪 几 种 ？ 有 何 特点 ？4、 铝 合 金 活 塞 预 先 作 成 椭 圆 形 、 锥 形 或 阶 梯 形 ，为 什 么 ？5、 什 么 是 矩 形 环 的 泵 油 作 用 ？ 有 什 么 危 害 ？6、 什 么 是 发 动 机 的 点 火 顺 序 ？ 什 么 是 发 动 机 的作 功 间 隔 角 ？