第二章曲柄连杆机构 良空品 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组 工作特点：高温、高压、高速、化学腐蚀， 第一节鱼柄连杆机构的受力及动分析 、运动分析 二、驱力种是及墨力分析 活塞组 小头：上下往复运动 气体作用力（主要 主要做左右摆 曲轴 主要做旋转运动 以上各零部件均是做变速运动、厕期性的 空化 口引起发动机损动。降任汽车行驶的手顺性和籽 口济德在去尘结轻控器独性季墨以鸭 油柄连杆机构中的作用力及其传递
1 wt55pub@scau.edu.cn 第二章 曲柄连杆机构 wt55pub@scau.edu.cn 作用：将燃料燃烧的热能转换为机械能，将活塞 的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将能量 传输出去。 组成： 1、 机体组 2、 活塞连杆组 3、 曲轴飞轮组 工作特点：高温、高压、高速、化学腐蚀。 wt55pub@scau.edu.cn 第一节 曲柄连杆机构的受力及运动分析 一、运动分析 活塞组、连杆小头：上下往复运动 连杆大头、杆身、连杆盖：主要做左右摆 动，同时伴有上下往复运动； 曲轴、飞轮：主要做旋转运动。 以上各零部件均是做变速运动、周期性的。 wt55pub@scau.edu.cn 二、受力种类及受力分析 1） 气体作用力（主要） 2） 往复惯性力与离心力（主要） 3） 摩擦力和其它（因为较小，故分析时忽略） wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn 由于发动机工作循环的周期性和曲柄连杆机构 运动的周期性，上述各力随曲轴转角呈周期性 变化。 引起发动机振动，降低汽车行驶的平顺性和舒 适性。 改善方法：减小曲柄连杆机构运动件质量以减 小惯性力；在曲轴上加平衡重和设置平衡机构
第二节机体组 汽缸 2)材料：优质合金铸铁。 口(2)根据冷却方式不同 名 1,水神 2风冲 常供 (3)根据气缸的排列方式 (体式气红体和式气法 日普体技气体气精体药尚气 性能及应用 特
2 wt55pub@scau.edu.cn 第二节 机体组 wt55pub@scau.edu.cn 汽缸体 工作条件和材料 1）气缸工作条件： 气缸受到高温、高压的冲击；受到腐蚀；活塞 在气缸里作高速运动而受到磨损等。 2）材料：优质合金铸铁。 但是为了降低成本，通常是机体用灰铸铁，气 缸孔用优质合金铸铁，而采用气缸套。 wt55pub@scau.edu.cn 分类 （1）按气缸体与油底壳 安装平面位置不同分为 负荷较大 的柴油机 上 。 捷达轿车、 富康轿车、 桑塔纳轿 车 492Q汽油 机，90系 列柴油机。 应用 结构紧凑、刚度和 强度好。难加工、 工艺性差、曲轴拆 卸不方便。 强度和刚度较好。 工艺性差、结构笨 重、加工困难。 机体高度小、重量 轻、结构紧凑，便 于加工拆卸。刚度 和强度差。 性能 隧道式 龙门式 一般式 名称 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。 气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式。 wt55pub@scau.edu.cn （2）根据冷却方式不同 散热片 风冷气缸体和气缸盖 1、水冷 2、风冷 wt55pub@scau.edu.cn （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。六缸 以上发动机使用 高度小，总体布 置方便。轿车中 应用不多 wt55pub@scau.edu.cn （4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体 a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。 强度和刚度好，能承受 大负荷。成本高。 整体式 气缸直接镗在气缸体上 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。 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。 镶嵌式 类型 构造 性能及应用
(5)干红套和湿套 气缸盖 名称 示意 气缸盖 1)脑体红卷。 一台发动机一个气缸整。 总萄构较餐 作件受到离、高压的冲击：受到做 数目少 成本低发动机的 2)缺状缸盖：2面或2以上共用一个缸盖。 适用于105m<红径<160m的发动机. 3)单体缸盖：一红一个缸盖。 总录用用：包120m的优先果用： 燃烧室 1)对汽油机燃镜室的要球 (1)有利于提高热效率 (2)有利干排 气净化 单体式气红盖 整体式气缸盖 烧平韩 (5)有利于组织气流运动 拧紧：从中间往两边依次对角分次进行： 拧护松：从两边往中间依次对角进行 3
3 wt55pub@scau.edu.cn （5）干缸套和湿缸套 外壁不直接与冷却水接 触。壁厚1~3mm。 干缸套 外壁直接与冷却水接触。 壁厚5~9mm。 湿缸套 名称 特点 示意图 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？ wt55pub@scau.edu.cn 气缸盖 wt55pub@scau.edu.cn 1、作用 封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃 烧室；是配气机构的多数零件的安装机体。 2、工作条件和材料 1）工作条件：受到高温、高压的冲击；受到腐蚀 作用。 2）材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金（汽油机用） wt55pub@scau.edu.cn 3、结构形式 1）整体缸盖：一台发动机一个气缸盖。 结构较紧凑，零件数目少，成本低，发动机的 总长度减少；但刚性差，易变形，使得发动机的 密封性下降，系列化程度差，加工报废率高；适 用于缸径105mm可用；缸径>120mm的优先采用；缸 径>160mm 都采用。 wt55pub@scau.edu.cn 缸盖螺栓： 拧紧：从中间往两边依次对角分次进行； 拧松：从两边往中间依次对角进行 wt55pub@scau.edu.cn 燃烧室 1）对汽油机燃烧室的要求 （1）有利于提高热效率 （2）有利于排气净化 （3）有利于换气 （4）有利于燃烧平静 （5）有利于组织气流运动
当 逆 ②奖壳鱼配气机物复，工作粗 4 也 汽油机燃烧室 1,气缸村垫的功用、工作条件及要求 口气缸村垫应该具有足够的强度，并且要耐压 涡流室哒烧室 预燃空抛烧空 油底壳 2.气缸衬垫的分类及结构 口盒得整被垫、金属一复合材料时垫和全全 故神性，对菌精满清油进入油底亮的候 00 气缸村垫 4
4 wt55pub@scau.edu.cn 2）几种典型燃烧室： （1）盆型：结构简单，但不够紧凑。 （2）楔型：结构简单，较紧凑，能形成挤气流，但使得 HC排放增加。 （3）半球型：结构紧凑，但配气机构复杂，工作较粗 暴，多用于高速汽油机。 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn 柴油机燃烧室 wt55pub@scau.edu.cn 气缸垫 1．气缸衬垫的功用、工作条件及要求 其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机体流 向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。 气缸衬垫承受拧紧气缸盖螺栓时造成的压力， 并受到气缸内燃烧气体高温、高压的作用以及 机油和冷却液的腐蚀。 气缸衬垫应该具有足够的强度，并且要耐压、 耐热和耐腐蚀。另外，还需要有一定的弹性， 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。 wt55pub@scau.edu.cn 2．气缸衬垫的分类及结构 金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金 属衬垫等多种。 wt55pub@scau.edu.cn 油底壳 放油螺塞带磁性，对随着润滑油进入油底壳的铁 屑进行吸附
第三节 活塞连杆 活销、 油环 1)承受力、传力， 2)组成烧室 工作条件（非常器劣） 高压、高速 连杆抽瓦 4、加工制造方法 钠铝合金（高硅铝合金、铝钢合金） 1)德造 提离共肌高级储候、耐路朝〔生要为7 2)搬造 3)液态横堰 塞顶部)， 1)项都 用平 二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多
5 wt55pub@scau.edu.cn 第三节 活塞连杆组 活塞组：活塞、活 塞环（气环、油 环）、活塞销、 卡环等。 连杆组：连杆、连 杆盖、连杆轴瓦、 连杆螺钉等。 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 wt55pub@scau.edu.cn 一、活塞 1、作用 1）承受力、传力。 2）组成燃烧室。 2、 工作条件（非常恶劣） 三高：高温、高压、高速 两难：冷却困难、润滑困难 一腐蚀：受到酸性物质的腐蚀 wt55pub@scau.edu.cn 3、材料 常用：铸铝合金（高硅铝合金、铝铜合金） 强化发动机：高级铸铁、耐热钢（主要为了 提高其强度） 新型：金属陶瓷（有组合式的（陶瓷用于活 塞顶部），也有整体式的） 总之，对于转速较高的发动机来说，活塞 材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机， 现在多用灰铸铁。 wt55pub@scau.edu.cn 4、加工制造方法 1）铸造 2）锻造 3）液态模锻 wt55pub@scau.edu.cn 5、结构 wt55pub@scau.edu.cn 1）顶部： 汽油机：二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多 用平顶。 柴油机：有平顶、凹顶、ω形、碗形、盆型、花 瓣形等
、环槽部。加工有活惠环情 的部分 作用：密封、传热、传力。 的 )裙都：指最后一道油环槽下缘起至活底面的 部分 、异间 ⊕ ⊕ 四 (e)变 A、原因 队、预防和控制湘部洲圆变形的措施 0沿活的方包较所以在共受 尽量减少活塞的受热 使活机活 面形 C多也的的作用男引起活塞变 V、采用油冷活塞。 Ⅵ、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形 6
6 wt55pub@scau.edu.cn 活塞顶分类 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。 wt55pub@scau.edu.cn 2）头部（又叫环槽部、防漏部） 头部：又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环槽 的部分。 作用：密封、传热、传力 。 wt55pub@scau.edu.cn 3）裙部：指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的 部分。 （1）作用：承受侧压力、导向。 （2）裙部的椭圆变形 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn A、原因 A）沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受 热膨胀后，此处的膨胀量就最大。 B）在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的 作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯 曲变形。 C）气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变 形也沿活塞销的轴线方向。 wt55pub@scau.edu.cn B、预防和控制裙部椭圆变形的措施 Ⅰ、尽量减少活塞的受热 。 Ⅱ、使活塞的侧表面形状与变形相适应 。 Ⅲ、对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。 Ⅳ、在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。 Ⅴ、采用油冷活塞。 Ⅵ、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形
口活塞销孔轴线 压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾 销孔位置对侧向力变向时活塞运动的影响 口1)自由喷射冷却法 连杆 口2》振冷却 佩 中六击护客独桂物使法落中学塑 口3)强制冷却法。 面厨 0900
7 wt55pub@scau.edu.cn 活塞销孔轴线通常与活塞轴线垂直相交。这 时，当压缩行程结束、作功行程开始，活塞越 过上止点时，侧向力方向改变，活塞由次推力 面贴紧气缸壁突然转变为主推力面贴紧气缸 壁，活塞与气缸发生“拍击”，产生噪声，且 有损活塞的耐久性。在许多高速发动机中，活 塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线1～ 2mm。压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾 斜，活塞在越过上止点时，将逐渐地由次推力 面转变为由主推力面贴紧气缸壁，从而消减了 活塞对气缸的拍击。 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn 活塞的冷却 1)自由喷射冷却法。 从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油 嘴向活塞顶内壁喷射机油。 2)振荡冷却法。 从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环 形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振 荡而冷却活塞。 3)强制冷却法。 在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机 油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为 增压发动机所采用。 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn 二、活塞环 按照用途分为：气环和油环。 汽油机：气环2～3道；油环数1道。 柴油机：气环3～4道；油环数1～2道。 柴油机气环数多于汽油机的原因： 1）柴油机压缩比大于汽油机；2）柴油机转速低于汽 油机；3）柴油机的配缸间隙大于汽油机。 （一）气环 1、作用 1）与活塞一起密封高温高压的燃气下窜入曲轴箱。 （主要） 2）将活塞头部的热量传给气缸壁。 3）辅助油环控制气缸壁上的润滑油。 wt55pub@scau.edu.cn
最短的。 气环)是发动机零件中工作寿 喷石叠及硫化处理， 总的说 、压、离速、清图难、损 以捷高与气红的合性 下头电电身的弹力作 用 7茶封的气体压力形。加 分 5、气环的初口形状 四种：1)直切口 2)斜切口 3)搭切口 4)封闭切口 气环的密封夏理 2)徽维面环 二三环金性食封杰此环多用在第 3)细曲断面环 维要电隆用作后三道环)和反扭曲 用于热负荷比较高的柴油机上，多用于第一道。 形环的泵油作用 优点：(1)抗胶结作用比较强，有自洁作用。 (2)与其它环比较，提高了环的密封性 8
8 wt55pub@scau.edu.cn 2、工作条件 恶劣：活塞环（气环）是发动机零件中工作寿命 最短的。 总的说：高温、高压、高速、润滑困难、磨损严 重等。 3、材料 多用合金铸铁、钢片、粉末冶金、金属陶瓷等。 对于强化发动机：则用球墨铸铁，以加强环的 强度和冲击韧性。 wt55pub@scau.edu.cn 第一环：条件最恶劣，所以要求表面镀铬。 其余各环：镀锡或者磷化、喷石墨及硫化处理， 以提高其与气缸壁的磨合性。 4、密封原理 第一密封面：由气环装入气缸后在自身的弹力作 用下形成，为气环外缘面与缸壁接触的面。 第二密封面：由下窜入上侧隙的气体压力形成， 为气环的下端面与环槽下面形成。 第二次密封：由下窜入背隙的气体压力形成， 加 强了第一密封面的密封性。 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn 5、气环的切口形状 四种：1）直切口 2）斜切口 3）搭切口 4）封闭切口 wt55pub@scau.edu.cn 6、常见气环的断面形状 1）矩形断面（气环横剖 面为矩形） 结构简单，加工容易，成 本较低，报废率少，贴 合性、结合性、磨合性 较差，耐磨性也较差， 密封效果不好，泵机油 现象严重。 wt55pub@scau.edu.cn 2）微锥面环 环的磨合性和贴合性大大提高，此环多用在第 二、三道上，起强化密封的作用。 3）扭曲断面环 正扭曲内切环（用作第二、三道环）和反扭曲 锥面环（多用于第一道环上）。 4）梯形环 （图2-32） 用于热负荷比较高的柴油机上，多用于第一道。 优点：（1）抗胶结作用比较强，有自洁作用。 （2）与其它环比较，提高了环的密封性
化些胡由的一 特点： 的表面适应性和 有利于密封。 面 8)桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。 9日子9幽 7)开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力 的多孔性氟化铁。有利于润滑、磨合和密封。 气环的断面形状 8)顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。 (二)油环 作用 环在环槽中的上下侧要适当，Q6 ,并且均匀分布缸壁上 2) 4 环的注意事项 5、营推要环不油奥德环生不装 1小香惠装入气红之后，环的开口间腺要适 6、先装袖环再装气环。 三、活意销 ▣（三）内影状 (一)作用 1)圆柱形（加工 交易，但质量校 二)材 2)两段雄形 ,但 活的结构 9
9 wt55pub@scau.edu.cn 5）桶面环 普遍用在强化柴油机中的第一道。 特点：结构有利于润滑；对气缸的表面适应性和 对活塞偏摆适应性均好，有利于密封。 缺点：凸圆弧表面加工困难。 6）桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。 7）开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力 的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。 8）顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。 wt55pub@scau.edu.cn wt55pub@scau.edu.cn （二）油环 1、作用 1）刮掉缸壁上多余的机油，并且均匀分布缸壁上 的机油。 2）辅助密封。 2、分类 1）普通油环（整体式油环） 2）组合式钢片油环 (三)安装活塞环的注意事项 1、活塞环装入气缸之后，环的开口间隙要适 当,0.2～0.4mm。 wt55pub@scau.edu.cn 2、活塞环在环槽中的上下侧隙要适当，0.04～ 0.15mm。 3、安装活塞环时，应将活塞环切口错开，以减 少漏气。另外，切口不能朝向活塞销轴线方 向。 4、镀络环应装入第一环槽（外表面光亮的为第 一环）。 5、微锥面环、扭曲环、倒角油环上下不能装 反，否则将产生将机油泵入燃烧室的危险。 6、先装油环再装气环。 wt55pub@scau.edu.cn 三、活塞销 （一）作用 1、连接活塞与连杆小头。 2、将活塞承受的气体力传给连杆。 （二）材料 多用低碳钢和低碳合金钢。 同时要求其芯部具有一定的韧性。为了减轻质 量，常将其做成空心圆柱形。 wt55pub@scau.edu.cn （三）内孔形状 1）圆柱形（加工 容易，但质量较 大） 2）两段截锥形 （质量较小，但 加工较难） 3）组合形（介于 前后两者之间）
由小头、杆身和大头构成 (二)工作 多用合金铜与优质银铜。知40、45、400第。 口小头 口杆身 口小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连 口杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模 连接方式 平浮式 企浮式 杆身的工字形面 口剖分形式： 线成3060失角，减 体力而且还 多用于功校天 10
10 wt55pub@scau.edu.cn 四、连杆组 （一）作用 1、传力：将活塞所承受的力传给曲轴。 2、转变运动形式：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转 运动。 （二）工作条件 连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压 缩载荷出现在作功行程上止点附近，最大拉伸载荷出 现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平 面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可 能发生弯曲变形。 （三）材料 多用合金钢与优质锻钢。如40＃、45＃、40Cr等。 wt55pub@scau.edu.cn 连杆构造 连杆由小头、杆身和大头构成 wt55pub@scau.edu.cn 小头 小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连 杆小头的连接方式 全浮式 半浮式 wt55pub@scau.edu.cn 杆身 杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模 锻。 wt55pub@scau.edu.cn 大头 连杆大头除应具有足够的刚度外，还应外形尺寸小，质 量轻，拆卸发动机时能从气缸上端取出。 连杆大头是剖分的，连杆盖用螺栓或螺柱紧固，为使结 合面在任何转速下都能紧密结合，连杆螺栓的拧紧力矩 必须足够大。 wt55pub@scau.edu.cn 剖分形式： 平剖：剖分面与连杆中心线垂直。刚性好，加工 方便，对于连杆螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。 多用于小型汽油机。但在装配时易出现大头碰伤 气缸壁的现象。 斜剖：剖分面与连杆中心线成30～60°夹角。减 少了连杆大头的外形尺寸。但使得连杆螺栓不仅 受到拉伸力而且还受到剪切力。多用于功率较大 的发动机，比前者多用