曲柄连杆机构22953资料课件

单元二单元二 曲柄连杆机构曲柄连杆机构6/29/202411.1 概述1.1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，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力 6/29/202421.2组成 一、机体组（不动件）气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫6/29/20243二、活塞连杆组（运动件）由活塞、活塞环、活塞销和连杆组成三、曲轴飞轮组曲轴、飞轮、减振器6/29/202441.3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。PPjPCF6/29/202451.3.1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NPSPPRPTP6/29/20246(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NPPSPRPTP6/29/202471.3.2 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。Pj6/29/202481.3.3 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。Pc6/29/202494.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。F6/29/202410机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。2机体组6/29/2024112.1气缸体与曲轴箱2.1.1缸体的结构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。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。6/29/2024122.1.2.气缸的排列形式（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V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。（3）对置式：是V型的特殊形式。6/29/2024132.1.3.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。6/29/202414（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。6/29/202415（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。6/29/2024162.1.4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）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。6/29/2024172.1.5气缸套 1.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。6/29/2024182.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（1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。13mm6/29/202419（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（59mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀 59mm0.050.15mm6/29/202420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。0.050.15mmAB6/29/202421密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，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。0.050.15mm6/29/202422下部：13个耐热耐油的橡胶密封圈6/29/2024232.1.6气缸盖1.结构 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。6/29/2024242.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。6/29/202425（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。6/29/202426（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。6/29/2024272.1.7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。6/29/2024282.构造金属石棉垫 包括铜皮和钢片，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，以加强导热）。6/29/202429（1）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。6/29/202430纯金属垫：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。6/29/202431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。6/29/2024322.1.8机体的检验机体的检验 2.1.8.1机体的损伤形式1.裂纹2.变形3.磨损2.1.8.2机体的检验缸体变形检修点击播放气缸磨损检验点击播放气缸盖拆装点击播放6/29/2024333 活塞连杆组活塞连杆组 6/29/202434组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承6/29/2024353.1活塞3.1.1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。6/29/2024363.1.2材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为1.质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；2.导热性好（约为铸铁的三倍）；3.热膨胀系数大。6/29/2024373.1.3组成根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。销座6/29/2024381.顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：受热面积小，广泛采用。（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。（3）凹顶：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。6/29/2024392.活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。6/29/2024403.1.4活塞的变形及采取的相应措施1.变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。6/29/2024412.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。点击观看活塞变形动画6/29/202442冷态时正常工作时头部椭圆裙部截锥体6/29/2024433.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。6/29/202444（4）裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。6/29/202445（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。1）恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。6/29/2024462）自动调节式：膨胀系数小的低碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。6/29/2024473)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。6/29/2024483.1.5偏置销座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1mm2mm。2.作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。6/29/2024493.原理：因销座偏置，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。6/29/202450 可见偏置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。6/29/2024513.2 活塞环活塞环活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。功用：气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用6/29/2024523.2.1活塞环的间隙活塞环有三隙，即端隙、侧隙和北隙（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0.25mm0.50mm；6/29/202453（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；236/29/2024543.2.2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6/29/202455（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。第二密封面PjFP16/29/202456（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。6/29/2024573.2.3.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。6/29/202458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。点击观看活塞环泵油动画6/29/202459泵油的危害：（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。6/29/202460防止活塞环泵油的措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔 6/29/2024613.2.4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。矩形断面6/29/202462（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。6/29/202463（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，使拉力和压力不在同一平面内，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。e6/29/2024641）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。2）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。6/29/202465（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。6/29/202466（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。6/29/2024673.2.5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。6/29/202468v（2）组合式：v由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。6/29/202469组合式油环的特点v1）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。v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。v2)无侧隙，不窜油。v3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。v4)上下片可分别动作，适应性好。v5)回油能力强。点击观看动画6/29/2024703.3活塞销（一）作用连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。（二）结构用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。6/29/202471（三）连接方式v1.全浮式v（1）定义v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。6/29/202472v(2)装配v1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。v2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。6/29/202473v2.半浮式v(1)定义v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。6/29/2024743.4连杆v3.4.1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。v3.4.2组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。6/29/2024753.4.3构造v1.小头：用来安装活塞销，以连接活塞。v2.杆身：常做成“工”字形断面。v3.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6/29/202476(1)切口形式v有平切口和斜切口两种。6/29/202477v(2)切口定位方式v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。6/29/202478v锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。v套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。v止口定位6/29/202479(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（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。6/29/2024803.4.4连杆的安装v1.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。v2.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。6/29/2024813.5连杆轴承（俗称小瓦）3.5.1作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。6/29/202482v3.5.2组成v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。6/29/202483v3.5.3减磨层材料v（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。v（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。v(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。v1）铝锑镁合金和低锡铝合金：v械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。v2)高锡铝合金：v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。6/29/2024843.5.4轴瓦的定位6/29/2024853.6活塞连杆组的检修连杆变形检验点击播放活塞环的选配点击播放连杆衬套修复点击播放6/29/2024862.4 曲轴飞轮组 由曲轴、飞轮、减振器等组成。6/29/2024872.4.1曲轴v2.4.1.1功用v1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。v2.驱动配气机构及其它附属装置。v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。6/29/2024882.4.1.2构造v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。6/29/202489v1.主轴颈和连杆轴颈v1)主轴颈是曲轴的支承部分。v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。6/29/2024902)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。6/29/2024912.曲柄和平衡重 曲柄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6/29/202492v3.曲拐的布置v（1）布置原则v1）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。v2)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。v3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功6/29/202493（2）常用曲拐布置v1）直列四冲程四缸发动机v曲拐对称布置于同一平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。v发动机工作顺序有两种134212436/29/2024941.42.36/29/202495曲轴转角 第一缸第二缸第三缸第四缸0180作功排气压缩进气180360 排气进气作功压缩360540 进气压缩排气作功540720 压缩作功进气排气工作顺序为1342的发动机工作循环表如下6/29/202496直列四冲程六缸发动机v曲拐对称布置于三个平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200v发动机工作顺序有两种：153624和1426356/29/2024971.62.53.41.63.42.51-5-3-6-2-41-4-2-6-3-56/29/2024984.前端轴与后端轴（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘盘，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置。6/29/202499常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等6/29/20241005.曲轴的轴向定位（1）结构：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。照片6/29/2024101（2）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；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。6/29/2024102（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。6/29/2024103 6.曲轴扭转减振器曲轴扭转减振器曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。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。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。6/29/20241047.曲轴的检修曲轴的测量点击播放曲轴弯扭检验点击播放6/29/20241052.4.2飞轮2.4.2.1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。6/29/20241062.4.2.2构造1.飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘6/29/20241072.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。0510156/29/20241082.4.2.3飞轮的检修飞轮齿圈更换点击播放飞轮端面修整点击播放6/29/2024109谢谢！