曲柄连杆机构

曲柄连杆机构（一）

组织教学

复习旧课

1、发动机的工作原理

2、发动机的主要性能指标

讲述新课

第二章曲柄连杆机构

1、功用：曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构，通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

2、工作条件：曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。

3、组成

曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。

§2.1 机体组

一、气缸体

水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。

气缸体一般用灰铸铁和铝合金铸成。

气缸体应具有足够的强度和刚度。

㈠气缸体的结构形式

通常分为三种形式：1、一般式气缸体 2、龙门式气缸体 3、隧道式气缸体

㈡气缸体的冷却形式一种是水冷，另一种是风冷。

㈢气缸的排列方式可以分成直列式，V型和对置式三种。

㈣气缸套气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。

二、曲轴箱

曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。

三、气缸盖

1、功用：密封气缸并构成燃烧室。

2、工作条件：很大的热负荷和机械负荷。

3、材料：一般采用灰铸铁、合金铸铁或铝合金铸成。

4、构造：气缸盖分单体气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖。

四、气缸垫

气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。

作业

1、曲柄连杆机构有何功用？其工作条件如何？

2、气缸体有哪几种结构形式？各有什么特点?干式气缸套与湿式气缸套壁厚各为多少？

曲柄连杆机构（二）

组织教学

复习旧课

1、曲柄连杆机构的功用及其工作条件；

2、气缸体的结构形式、特点，干式气缸套与湿式气缸套的壁厚。

讲述新课

§2.2 活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。

一、活塞

㈠功用：承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。㈡工作条件：在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。

㈢对其要求：(1)要有足够的刚度和强度；(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；(3) 质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。

㈣材料：广泛采用高强度铝合金。

㈤构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。

1、活塞顶部：活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分。

2、活塞头部：活塞环槽以上的部分。

活塞头部的主要作用有三：①承受气体压力，并传给连杆；②与活塞环一起实现气缸的密封；③将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导到气缸壁上。

3、活塞裙部：活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞底面的部分。

1）作用：为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。

2）活塞在工作时的变形

3）活塞的预做形状：①裙部横截面：预先把活塞裙部做成椭圆形。椭圆的长轴方向垂直于销座轴线。②活塞纵剖面：上小下大的阶梯型、锥形。

二、活塞环

活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环两种。

㈠功用：

①气环起密封和导热的作用；②油环起布油和刮油的作用。

㈡工作条件：高温、高压、高速和润滑极其困难。

㈢材料：目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁。

㈣构造：

①气环有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，外表面紧贴在气缸壁上，形成密封面。在保证密封的前提下，应尽可能减少环数。

②油环油环有普通油环和组合油环两种。

1、活塞连杆组由哪些零件组成？

2、活塞是在什么样的条件下工作？它可分为哪三部分？它被预做成什么形状？为什么？

3、活塞环有哪几种？各有什么功用?活塞上安装的活塞环数目是不是越多越好？

曲柄连杆机构（三）

组织教学

复习旧课

1、活塞连杆组的组成、活塞的工作条件、组成及预做形状。

3、活塞环的种类、功用及构造。

讲述新课

三、活塞销

㈠功用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。

㈡工作条件：高温、很大的周期性冲击载荷、润滑条件较差。

㈢对其要求：具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。

㈣材料：采用低碳钢或低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度。

㈤构造：a、圆柱形；b、两段截锥与一段圆柱组合；c、两段截锥形。

㈥安装形式：两种方式：“全浮式”安装和“半浮式”安装。

四、连杆

㈠功用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。

㈡工作条件：承受压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。

㈢对其要求：强度高、刚度大、重量轻。

㈣材料：一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻，然后经机加工和热处理。

㈤构造：连杆分为三部分：即连杆小头、连杆杆身和连杆大头（包括连杆盖）。

连杆小头对于活塞销采用“全浮式”安装方式的，工作时小头孔与活塞销之间有相对运动，故在连杆小头孔中压入减摩的青铜衬套。并在小头和衬套上铣有油槽或钻有油孔以收集润滑油以保证润滑。

连杆杆身连杆杆身通常做成“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大，采用压力润滑的，杆身中部加工有连通大、小头的油道。

连杆大头一般都采用分开式，分开式又分为平分和斜分两种。

平分——剖分面与连杆杆身轴线垂直，汽油机多采用这种连杆。

斜分——剖分面与连杆杆身轴线成30～60°夹角。柴油机多采用这种连杆。

连杆盖与连杆的定位：平切口多采用连杆螺栓定位；斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位、圆销定位、套筒定位和止口定位。

连杆轴瓦：为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。

V形发动机两侧对应气缸的连杆是装在曲轴同一连杆轴颈上，布置形式有三种：

①并列连杆式：两侧气缸的连杆一前一后装在曲轴同一连杆轴颈上；

②主副连杆式③叉形连杆式

曲柄连杆机构（四）

组织教学

复习旧课

1、活塞销的功用、工作条件及与活塞之间采用的连接方式。

2、连杆的功用、工作条件、连杆盖与连杆之间采用的定位方式。

讲述新课

§2.3 曲轴飞轮组

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。

一、曲轴

曲轴是发动机最重要的机件之一。

㈠功用：将连杆传来的力变为旋转的动力（扭矩），并向外输出。

㈡工作条件：承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心力以及由它们产生的弯曲和扭转载荷的作用。

㈢对其要求：足够的刚度和强度，耐磨损且润滑良好，并有很好的平衡性能。

㈣材料及加工：一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工。

㈤构造：由曲轴前端（自由端）、曲拐及曲轴后端（功率输出端）三部分组成。

曲拐：由一个曲柄销（连杆轴颈）和它两端曲柄以及主轴颈构成。

直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数；V型发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数的一半。

主轴颈：主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。

按主轴颈的数目，曲轴可分为全支承曲轴和非全支承曲轴。

全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。

非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。

曲柄销（连杆轴颈）：曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连。直列发动机的曲柄销数目和气缸数相等。V型发动机的曲柄销数等于气缸数的一半。

曲柄：主轴颈和连杆轴颈的连接部分。为了平衡惯性力，有的曲柄处有平衡块。

主轴瓦：为了减小摩擦阻力和曲轴主轴颈的磨损，主轴承座孔内装有瓦片式滑动轴承，简称主轴瓦（大瓦）。

曲轴的润滑：为了润滑主轴承和连杆轴承，曲轴上钻有连接主轴颈和连杆轴颈的油道。

曲轴的轴向定位：限制曲轴工作时前后窜动量，保证曲柄连杆机构的正确位置。

曲轴前端：装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。

曲轴后端：用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。

曲柄连杆机构（五）

组织教学

复习旧课

曲轴的构成及支承方式

讲述新课

§2.3 曲轴飞轮组

一、曲轴

㈥曲拐的布置：取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。

安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。作功间隔应力求均匀。

各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示，称为发火间隔角。

发火间隔角为720°/i。

1、四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置

四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4＝180°

发火顺序的排列只有两种可能，即为1-3-4-2或为1-2-4-3。

2、四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置

四行程直列六缸发动机发火间隔角为720°/6=120°

一种发火顺序是1-5-3-6-2-4，另一种发火顺序是1-4-2-6-3-5

3、四行程V型八缸发动机的发火顺序

四行程V型八缸发动机的发火间隔角为720°/8=90°，V型发动机左右两列中对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V型八缸发动机只有四个曲拐。

二、飞轮

功用：用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转；作为传动系中摩擦离合器的驱动件。

为了在保证有足够的转动惯量的前提下，尽可能减小飞轮的质量，应使飞轮的大部分质量都集中在轮缘上，因而轮缘通常做得宽而厚。

飞轮是高速旋转的零件，平衡性能要好，因此，飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置。通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。

飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。

飞轮轮缘上作有正时记号。

飞轮一般由灰铸铁、球墨铸铁或铸钢制造。

三、曲轴扭转减振器

功用：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。

1、何谓发动机的发火间隔角？四缸和六缸四行程发动机发火间隔角各为多少？

2、列出四缸四行程及直列六缸四行程发动机的发火顺序。

3、曲轴扭转减振器起什么作用？