2、曲柄连杆机构

活塞环的间隙 1-气缸；2-活塞环；3-活塞； △1-开口间隙；△2-侧隙；△3-背隙
(7)常用气环的断面形状及优缺点
a)矩形环；b)锥形环；c)内切口扭曲环；d)外切口扭曲环；e)梯形环；f)桶形环
a 矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但
易泵油。
b 锥形环： 1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有
§2.2
机体组组成： 气缸盖
机 体 组
气缸盖罩 气缸垫 油道和水道
气缸体
曲轴箱
气缸 油底壳
一、气缸体
1、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
气缸工作条件：高温、高压、且有活塞在其中 作高速运动。 材料：优质合金铸铁、球墨铸铁或铝合金。
2、气缸体分类
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
2） 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。 3） 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。 d 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； 3） 环上下运动时，均能形成楔形油膜。 e 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。
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）
c 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。 1） 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、中性层以内产生压应力， 矩形环由于中性层内外断面不对称，使F1和F2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。 扭曲环的作用原理a)矩形环；b)扭曲环
7、活塞在工作时的保护措施
（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。 （2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面 的， 向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。
油底壳 安装平 面和曲 轴旋转 中心在 同一高 度
一般式
龙门式
隧道式
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
性能与应用比较
名 称 一般式 性 能 应 用 492Q汽油机， 90系列柴油机。 机体高度小、重量轻、 结构紧凑，便于加工拆 卸。刚度和强度差。
龙门式
强度和刚度较好。工艺 性差、结构笨重、加工 困难。
5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密 封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：
（1）预先做成阶梯形、锥形
活塞沿高度方向的温度 很不均匀，活塞的温度是上 部高、下部低，膨胀量也相 应是上部大、下部小。为了 使工作时活塞上下直径趋于 相等，即为圆柱形，就必须 预先把活塞制成上小下大的 阶梯形、锥形。
高度小，总 体布置方便。
（4）干式气缸套和湿式气缸套
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。
外壁不直接与冷却水 干缸套 接触。壁厚1～3mm。
湿缸套
外壁直接与冷却水接 触。壁厚5～9mm。
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。
二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
注意:安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质
量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸 体上的孔对齐,将光滑的一面朝向气缸体,防止 被高温气体冲坏。其次要严格按照说明书上 的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时， 必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3 次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。
3、燃烧室
梯形环工作示意图
2、油环
（1）作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来， 也有一定的密封作用。
油环的刮油作用
（2）类型
分类 整体式油环
刮油片
组合式油环
示 意 图
轴向衬环
刮油片
径向衬环
气环的密封原理 1-第一密封面；2-第二密封面；PA-第一密封面的压紧力；PB-第二密封面的压紧力； P-气缸内气体压力；P1-环侧气体压力；P2-背压力； P0-环的弹力；Pj-环的惯性力；F-环与缸壁的摩擦力
活塞环的泵油作用
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。 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。 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。 措施：①采用扭曲环； ②采用组合式油环； ③油环下设减压腔
结论： 任何行程中，气体作用力的大小都是随 着活塞的位移而变化的，沿气缸方向上各处 的磨损是不均匀的。 气缸沿圆周方向的磨损也是不均匀的。
2、往复惯性力与离心力
（1）往复惯性力
往复惯性力是指活塞组和连杆小头在气缸中作往复直 线运动所产生的惯性力。 其大小：与机件的质量及加速度成正比。 其方向：总是与加速度方向相反。 规律：活塞向下运动，前半行程，加速，惯性力向上。 后半行程，减速，惯性力向下。 活塞向上运动与上述同理。 结论：质量大，转速高，惯性力大。使曲柄连杆机构和所有轴 颈受周期性附加载荷，加快轴承磨损，未平衡惯性力传到缸 体会引发振动。
3、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器等。
三、工作条件与受力分析 （一）工作条件 高温：最高达2500K以上 高压：最高达5-9MPa以上 高速：最高达3000-6000rpm 化学腐蚀：可燃混合气和废气直接接触机件
（二）曲柄连杆所受的力
1、气体作用力 （1）作功行程 气体压力是推动活 塞向下运动的力。 （2）压缩行程 气体压力是阻碍活 塞向上运动的阻力。
（2）预先做成椭圆形 椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时 趋近正圆。
（3）活塞裙部开槽
横向绝热槽 减少裙部受热 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低 绝热槽
纵向膨胀槽
膨胀槽
（4）为了减小铝合金 活塞裙部的热膨胀量， 有些汽油机活塞在活塞 裙部或销座内嵌入钢片。 恒范钢片式活塞的 结构特点就是这样的， 由于恒范钢为含镍 33%～36%的低碳铁镍合 金，其膨胀系数仅为铝 合金的1/10，而销座通 过恒范钢片与裙部相连， 牵制了裙部的热膨胀变 形量。
（1）活塞顶部
结构简单、制造容 易、受热面积小、 应力分布较均匀， 制造工艺简单，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：活塞环槽以上的部分。
头部
工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。
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 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
1、气环
（1）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。
切口
气环
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。 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。 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。
第二章 曲柄连杆机构
概述
机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
§2.1
一、功用与组成 （一）功用
概
述
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：气缸体、曲轴箱、气缸盖、缸套、气缸衬垫
和油底壳等。
2、活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销和连杆等。

（2）工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。 （3）材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）。
（4）结构特点：在自由状态下直径略大于气缸直径。
（5）切口形状：直切口、阶梯形、斜切口。
（6）活塞环的三隙： 以防环受热后胀死在环槽内 或卡死在气缸内，造成损坏。 端隙：0.25-0.50mm 侧隙:第一道:0.04-0.10mm 其它各道气0.03-0.07mm 油环:0.025-0.05mm 背隙:0.5-1.0mm
（2）旋转惯性力
是指曲柄、销、连杆大头绕曲轴轴线旋 转产生的惯性力，即离心力。 大小：曲柄半径、旋转部分质量、转速 有关。 方向：沿曲柄向外。 结论：使发动机上下、左右振动。产生 附加载荷、磨损、变形。
3、摩擦力
压紧的运动零件表面之间产生的。 大小与正压力和摩擦系数有关。
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
1、气缸盖
功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 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。 要求：足够的强度、刚度，且温度分布要均匀。
2、气缸盖罩和气缸垫
气缸盖罩 衬垫
气缸盖 安装火花塞