机体零件与曲柄连杆机构
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第二章机体零件与曲柄连杆机构
缺点 进行精加工，拆装不方便，散热不 强度、刚度不如干式气缸套好， 良。加工比较复杂，内、外表面都 容易产生漏水现象。 需要
2.1.2 曲轴箱
曲轴箱——气缸体下部用来安装曲轴的部位； 分上曲轴箱和下曲轴箱（油底壳），接合面之间 装有衬垫。 油底壳：装有稳油挡板、放油螺塞、机油温度 传感器等，受力很小，薄钢板冲压而成，其形状 取决于总布置和机油容量。
图2-1 气缸体的种类
一般（平底）式
优点
机体高度小，重量轻， 便于加工，曲轴拆装方便,
龙门式
强度和刚度都好 能承受较大的机械负荷，机 体前后端与油底壳之间的密 封较简单 工艺性较差，结构笨重，加 工较困难
隧道式
结构紧凑、 刚度和强度好
加工精度要求高，工艺性较 差，曲轴拆装不方便，必须 使用滚动轴承，限制了在高 速发动机上的使用
(2) 油环 油环有普通油环和组合油环两种。
① 普通油环 普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面 中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽， 有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环 在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油 的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的 上窜。
② 组合式油环 组合环由上下两片侧轨环与中间的扩胀器 组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩胀器的周 边比气缸内圆周略大一些，将侧轨环紧紧压 向气缸壁。这种油环的接触压力高，对气缸 壁面适应性好，而且回油通路大，重量小， 刮油效果明显。缺点主要是制造成本高。
（4）拖板式（拖鞋式）活塞或短活塞 为了减轻重量，在裙部开孔或把裙部不受侧压力的 两边切去一部分，以减小惯性力，减小销座附近的热变 形量，形成拖板式（拖鞋式）活塞或短活塞 拖板式结构裙部弹性好，质量小，活塞与气缸的配 合间隙较小，适用于高速发动机。
第二章 机体组与曲柄连杆机构4
体的刚度，重量量也有所减轻；
缺点：但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工
困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。V4-V16
(3)对置气缸式发动机
优点：高度比其他形式的小得多，在某些情况
下使得汽车(特别是轿车和大型客车)的总布置更 方便。气缸对置对于风冷发动机也是有利的。
缺点：结构复杂。
2)气缸结构形式
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。
无气缸套式
优点：缩短气缸中心距， 从而使机体的尺寸和质量 减小。
缺点：浪费贵重材料（合 金铸铁），提高指导成本
干气缸套式
干缸套不自接与冷却液接触，壁厚— 般为1—3mm。干缸套的外圆表面和气 缸套座孔内表面均须精加工，以保证必 要的形位精度和便于拆装。
气缸盖的工作条件：（p47) 要求： 使用材料：
1.单体气缸盖
单体气缸盖：只覆盖一个气缸的
气缸盖，
优点：单体气缸盖刚度大，且在备
件储存、修理及制造等方面都比较 优越。
缺点：在缩小气缸中心距上面受到
一定的限制，同时气缸盖冷却液的 回流需装设专门的回水管，使结构 复杂，一般气缸直径>140mm的 Байду номын сангаас动机采用单体气缸盖；
一、曲柄连杆机构的运动
曲轴虽然作匀速运动， 而活塞的速度却是不均 匀的。
由于活塞运动速度的 变化，导致其加速度的 变化，加速度的变化， 导致了惯性力的产生。
二、曲柄连杆机构的受力
气体力 运动质量惯性力
气压力P， 往复惯性力Pj， 旋转惯性力（离心力）Pc 摩擦力F。
P
F
Pj
PC
气体作用力
气体力的大小随活塞 的位移发生变化，各 处磨损不一样。 翻倒力矩
缺点：但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工
困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。V4-V16
(3)对置气缸式发动机
优点：高度比其他形式的小得多，在某些情况
下使得汽车(特别是轿车和大型客车)的总布置更 方便。气缸对置对于风冷发动机也是有利的。
缺点：结构复杂。
2)气缸结构形式
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。
无气缸套式
优点：缩短气缸中心距， 从而使机体的尺寸和质量 减小。
缺点：浪费贵重材料（合 金铸铁），提高指导成本
干气缸套式
干缸套不自接与冷却液接触，壁厚— 般为1—3mm。干缸套的外圆表面和气 缸套座孔内表面均须精加工，以保证必 要的形位精度和便于拆装。
气缸盖的工作条件：（p47) 要求： 使用材料：
1.单体气缸盖
单体气缸盖：只覆盖一个气缸的
气缸盖，
优点：单体气缸盖刚度大，且在备
件储存、修理及制造等方面都比较 优越。
缺点：在缩小气缸中心距上面受到
一定的限制，同时气缸盖冷却液的 回流需装设专门的回水管，使结构 复杂，一般气缸直径>140mm的 Байду номын сангаас动机采用单体气缸盖；
一、曲柄连杆机构的运动
曲轴虽然作匀速运动， 而活塞的速度却是不均 匀的。
由于活塞运动速度的 变化，导致其加速度的 变化，加速度的变化， 导致了惯性力的产生。
二、曲柄连杆机构的受力
气体力 运动质量惯性力
气压力P， 往复惯性力Pj， 旋转惯性力（离心力）Pc 摩擦力F。
P
F
Pj
PC
气体作用力
气体力的大小随活塞 的位移发生变化，各 处磨损不一样。 翻倒力矩
发动机第2章曲柄连杆机构与机体组
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。
*
干缸套和湿缸套
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。
2.1.2 气缸盖
作用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室；安装进排气门、火花塞（喷油嘴）、燃烧室等构件。
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。 气缸套作用 ：节省贵金属材料，降低成本，方便维修 。
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。
气缸体的分类
*
（2）根据冷却方式不同
水冷 风冷
*
（3）根据气缸的排列方式
名称
特点
形状
直列式
结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。
V型
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。
水平对置式
高度小，总体布置方便。
*
实物图 对置式 V形式 直列式
（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体
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
*
制造时 变形后
活塞的变形及采取的相应措施
变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 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。
*
干缸套和湿缸套
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。
2.1.2 气缸盖
作用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室；安装进排气门、火花塞（喷油嘴）、燃烧室等构件。
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。 气缸套作用 ：节省贵金属材料，降低成本，方便维修 。
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。
气缸体的分类
*
（2）根据冷却方式不同
水冷 风冷
*
（3）根据气缸的排列方式
名称
特点
形状
直列式
结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。
V型
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。
水平对置式
高度小，总体布置方便。
*
实物图 对置式 V形式 直列式
（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体
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
*
制造时 变形后
活塞的变形及采取的相应措施
变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 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。
[精]第2章机体组及曲柄连杆机构
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第二章 机体组及曲柄连杆机构
第一节 曲柄连杆机构中的作用力 第二节 机体组 第三节 曲柄连杆机构 作业
第一节 曲柄连杆机构中的作用力
作用在曲柄连杆机构上的力:气体力和惯性力 气体力：Fg一方面作用于活塞顶上, 通过连杆、曲柄销传
到主轴承；另一方面作用于气缸盖上，通过螺栓传给机体。 作用于活塞和气缸盖上的力相平衡。对外不传给机体支承。 惯性力：往复惯性力Fj和旋转惯性力Fk 往复惯性力：往复运动质量包括活塞组质量和连杆小头集 中质量，沿气缸轴线作往复变速直线运动 旋转惯性力：旋转惯性质量包括曲柄质量和连杆大头集中 质量，绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力
周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧 到规定的力矩。
返回
密封垫
返回
油底壳
功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱 结构：用薄钢板冲压或铝铸造，内装有稳油挡板，
底部还装有放油螺塞
返回
发动机的支承
支承位置：气缸体、飞轮壳、变速器壳 支承方法：三点支承、四点支承 三点支承：前一后二、前二后一
例如：解放CA6102、东风EQ6100Q-1等 四点支承：前后各有两个支承点
例如：NJ1061A
补充：发动机的支承
探秘别克凯越的发动机与变速箱
绝招二：NTA(中间轴悬置)令发动机宁静顺畅
凯越的4缸机如何续写别克宁静顺畅的神话？ 如果说高效运作令该款发动机举重若轻是其宁静 顺畅的根本，那么NTA(Neutral Torque Axis)则 是附加的振动过滤功能。除了用弹性软连接悬置 发动机，以减少传入车厢的振动之外，NTA还巧妙 运用翘翘板的杠杆原理，在发动机底端，以单点 支撑化解左右两边的高频振动，由此突破了直列4 缸噪音过滤的瓶颈。加上该款发动机采用全铝合 金油底壳，配合液压减震系统和各种隔音密封材 质，使凯越得以续写别克特有的宁静篇章
第一节 曲柄连杆机构中的作用力 第二节 机体组 第三节 曲柄连杆机构 作业
第一节 曲柄连杆机构中的作用力
作用在曲柄连杆机构上的力:气体力和惯性力 气体力：Fg一方面作用于活塞顶上, 通过连杆、曲柄销传
到主轴承；另一方面作用于气缸盖上，通过螺栓传给机体。 作用于活塞和气缸盖上的力相平衡。对外不传给机体支承。 惯性力：往复惯性力Fj和旋转惯性力Fk 往复惯性力：往复运动质量包括活塞组质量和连杆小头集 中质量，沿气缸轴线作往复变速直线运动 旋转惯性力：旋转惯性质量包括曲柄质量和连杆大头集中 质量，绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力
周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧 到规定的力矩。
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密封垫
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油底壳
功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱 结构：用薄钢板冲压或铝铸造，内装有稳油挡板，
底部还装有放油螺塞
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发动机的支承
支承位置：气缸体、飞轮壳、变速器壳 支承方法：三点支承、四点支承 三点支承：前一后二、前二后一
例如：解放CA6102、东风EQ6100Q-1等 四点支承：前后各有两个支承点
例如：NJ1061A
补充：发动机的支承
探秘别克凯越的发动机与变速箱
绝招二：NTA(中间轴悬置)令发动机宁静顺畅
凯越的4缸机如何续写别克宁静顺畅的神话？ 如果说高效运作令该款发动机举重若轻是其宁静 顺畅的根本，那么NTA(Neutral Torque Axis)则 是附加的振动过滤功能。除了用弹性软连接悬置 发动机，以减少传入车厢的振动之外，NTA还巧妙 运用翘翘板的杠杆原理，在发动机底端，以单点 支撑化解左右两边的高频振动，由此突破了直列4 缸噪音过滤的瓶颈。加上该款发动机采用全铝合 金油底壳，配合液压减震系统和各种隔音密封材 质，使凯越得以续写别克特有的宁静篇章
第二章-发动机机体组及曲柄连杆机构
（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。
气环
切口
第二章 机体组及曲柄连杆机构 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
第二章 机体组及曲柄连杆机构 气环的泵油原理：
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（2）油环：刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁
①质量轻，比全裙式活塞 轻10％～10％，适应高速 发动机减小往复惯性力的 需要。 ②裙部弹性好，可以减小 活塞与气缸的配合间隙。 ③能够避免与曲轴平衡重 发生运动干涉。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
4．活塞的冷却
振荡冷却法： 从连杆小头 上的喷油孔 将机油喷入 活内壁的 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。
气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 三、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。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式
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。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（3）活塞裙部开槽 横向绝热槽
纵向膨胀槽
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 膨胀槽
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（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。
困难。
高度小， 总体布置 方便。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
学习任务5机体组及曲柄连杆机构的结构与拆装
感谢您的观看
1. 准备工具和材料
在开始拆装之前，需要准备好所 需的工具和材料，例如螺丝刀、 锤子、钳子、润滑油等。
4. 安装曲柄连杆机构
在安装曲柄连杆机构时，需要按 照一定的顺序和步骤进行，先安 装曲轴和连杆，然后安装活塞和 气缸盖。
5. 安装外部附件
在安装好曲柄连杆机构之后，需 要安装外部附件，例如气缸体等。
故障1
机体组出现裂纹或断裂。
01
排除方法1
02 检查机体组的材料和工艺，确
保符合设计要求，及时更换损 坏的机体组。
排除方法2
03 加强机体组的刚度和强度，如
增加加强筋或改变材料等。
故障2
机体组安装不正或松动。
04
排除方法1
05 检查机体组的安装位置和固定
方式，确保安装正确、牢固。
排除方法2
06 使用合适的紧固件或调整机体
检查曲柄连杆机构各部件的磨损 情况，及时更换磨损严重的部件
。
故障2
曲柄连杆机构出现异常声响或振 动。
05 维护与保养
机体组的维护与保养
机体清洁
定期清除机体上的灰尘和杂物 ，保持机体清洁，防止杂物进 入机体内部，影响机体的正常
运转。
检查紧固件
定期检查机体的紧固件，如螺 栓、螺母等，确保其紧固，防 止松动造成机体损坏。
曲柄连杆机构工作原理
在气缸内燃烧压力的作用下，活塞向下运动，通过连杆将此运动传递给曲轴， 曲轴再通过齿轮、链条等传动机构将动力输出。
02 机体组结构与拆装
机体组的组成
01
02
03
04
气缸体
是发动机的基础结构，承载着 曲柄连杆机构和各个运动部件
。
气缸盖
1. 准备工具和材料
在开始拆装之前，需要准备好所 需的工具和材料，例如螺丝刀、 锤子、钳子、润滑油等。
4. 安装曲柄连杆机构
在安装曲柄连杆机构时，需要按 照一定的顺序和步骤进行，先安 装曲轴和连杆，然后安装活塞和 气缸盖。
5. 安装外部附件
在安装好曲柄连杆机构之后，需 要安装外部附件，例如气缸体等。
故障1
机体组出现裂纹或断裂。
01
排除方法1
02 检查机体组的材料和工艺，确
保符合设计要求，及时更换损 坏的机体组。
排除方法2
03 加强机体组的刚度和强度，如
增加加强筋或改变材料等。
故障2
机体组安装不正或松动。
04
排除方法1
05 检查机体组的安装位置和固定
方式，确保安装正确、牢固。
排除方法2
06 使用合适的紧固件或调整机体
检查曲柄连杆机构各部件的磨损 情况，及时更换磨损严重的部件
。
故障2
曲柄连杆机构出现异常声响或振 动。
05 维护与保养
机体组的维护与保养
机体清洁
定期清除机体上的灰尘和杂物 ，保持机体清洁，防止杂物进 入机体内部，影响机体的正常
运转。
检查紧固件
定期检查机体的紧固件，如螺 栓、螺母等，确保其紧固，防 止松动造成机体损坏。
曲柄连杆机构工作原理
在气缸内燃烧压力的作用下，活塞向下运动，通过连杆将此运动传递给曲轴， 曲轴再通过齿轮、链条等传动机构将动力输出。
02 机体组结构与拆装
机体组的组成
01
02
03
04
气缸体
是发动机的基础结构，承载着 曲柄连杆机构和各个运动部件
。
气缸盖
第3章 机体组及曲柄连杆机构
二. 气缸盖 Cylinder Head
第二章 机体组及曲柄连杆机构
动画
第二章 机体组及曲柄连杆机构
功能 (Function)：
气缸盖安装在气缸体的上面，密封气缸上部并与活塞顶部和气缸一起构成燃烧 室。
工作环境 (Work environment)
它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动 机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通 。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。尤其是鼻梁区热应力很高。 鼻梁区：在进、排气门口之间，以及进、排气门口与汽油机的火化塞之间；
(3) 隧道式气缸体 曲轴主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。 结构紧凑、刚度和强度好，加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
缸体冷却方式有两种 (Cooling method for engine block)：
➢水冷：用冷却液来冷却，水冷发动 机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷 却水套，气缸体和气缸盖冷却水套相 通，冷却水在水套内不断循环，带走 部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作 用。 ➢风冷：用空气来直接冷却。
➢ 往复运动的物体，当运动速度变化时，就要产生往复惯性力。 ➢ 物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。
第二章 机体组及曲柄连杆机构 活塞和连杆小头 ➢ 往复直线运动，速度高、不断变化 ➢ 上止点下止点，速度变化规律：
零增大最大(临近中间)减小零 活塞向下运动:
前半行程加速运动，惯性力向上，Fj； 后半行程减速运动，惯性力向下，F’j 活塞向上运动: 前半行程惯性力向下
构造 (Parts)：
活塞可分为三部分，活塞顶部(Top)、活塞头部(Head)和活塞裙部(Skirt)。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构本章内容：发动机机体组、活塞连杆组、曲柄飞轮组。
本章重点：曲柄连杆机构的功用、组成与工作特点。
第一节 概述功用：把燃气作用在活塞顶上的力矩转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。
主要零件组成：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。
工作条件的特点：高温、高压、高速、化学腐蚀。
受力状态：气体作用力、往复惯性力与离心力、摩擦力。
第二节 机体组一、气缸体1.气缸体：水冷发动机的气缸体和曲轴箱铸成一体。
2.气缸： 气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形的空腔。
3.曲轴箱：气缸体下半部支承曲轴，其内腔为曲轴运动的空间。
4.结构型式分为三种：1)一般式气缸体：便于机加工2)龙门式气缸体：刚度和强度较好，但工艺性较差3)隧道式气缸体：刚度最好，与组合曲轴配用5.气缸材料：优质合金铸铁、铝合金6.冷却方式：空冷、水冷7.水套：发动机用水冷却时，气缸周围和气缸盖上均有用以充水的空腔。
8.多缸发动机气缸排列的型式有：直列式、V型式、对置式。
9.气缸套应用原因：降低气缸生产制造成本10.气缸套材料：耐磨性较好的合金铸铁或合金钢11.气缸套形式：干式和湿式二、气缸盖与气缸衬垫1.气缸盖结构：1)单体气缸盖2)块状气缸盖3)整体气缸盖2.气缸盖材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金铸造。
3.汽油机燃烧室：由活塞顶部气缸壁及缸盖上相应的凹部空间组成。
4.汽油机燃烧室形状有以下几种：1)楔形燃烧室：结构简单、紧凑。
在压缩终了时能形成挤气涡流。
2)盆形燃烧室：结构简单、紧凑。
3)半球形燃烧室：结构较前两种更紧凑，散热面积小，对排气净化有利，配气机构比较复杂。
5.气缸盖衬垫结构：1)金属—石棉衬垫，安装气缸衬垫时，把光滑的一面朝气缸体。
2)石棉中心用编织的钢丝网或有孔钢板为骨架3)实心金属片作用：密封三、油底壳第三节 活塞连杆组一、活塞1.作用：承受气缸中气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。
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★四冲程汽油机一般2-3道气环槽，1道油环槽，最低一
道油环槽内转有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下 后，经过这些小孔流回油底壳。
c、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。 其主要作用是——
★活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过 短，否则活塞运动时摆头）；
★承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面
第三章 机体零件与曲柄连杆机构
• 第一节 机体零件 第二节 曲柄连杆结构
• 第三节 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡 • 重点：曲柄连杆机构的功用与结构 • 难点：曲柄连杆机构的受力分析
★2012年教育部高教方面重点工作： 落实4%拨款，西部倾斜，研究生创新教育（我校
的CDIO与人事分配制度改革） ★两会焦点：几组数字：7.,5,4,900，50,2.5；增长方式；
★有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环
槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路， 迫使热流方向折转，目的同上；...
★热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐
热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高， 铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜 机油。 ...
2）湿式缸套：气缸体 水套敞开，缸套与 冷却水直接接触， 薄厚（5-9mm）， 缸套下端带橡胶封 水圈，气缸套外圆 上大，下小（因为 气缸套下端带1-3道 橡胶封水圈），且 上端与气缸体内孔 配合紧，下端配合 松，以方便推入气 缸体内孔。
湿式缸套压配在气缸
体内孔时，上部凸肩
顶面高出气缸体顶面
0.05-0.15 mm，这样 紧固缸盖时，可将缸 汽缸壁
3、实物图片
立体结构
4、结构材料：
5、型式
（1）、按具体结构形式分：
1）一般式（无裙式）气缸 体：
曲轴轴线与气缸体下表面 在同一平面上。其优点是 制造方便，质量轻，高度 低，但刚度低，适用于汽 油机。
2）龙门式气缸体：
气缸体下表面移至 曲轴轴线以下。
其优点是刚度 和强度较好，但工 艺性较差，适用于 柴油机和强化汽油 机。
稳中求进；文化繁荣；实体经济；小微企业；葛建雌 ★思考：创新包括哪些方面的内容？ ★本课“三强”的要求对我们提出特殊要求 • 能够识别各种图形（block、stereo、structure、
schematic、parts、assembly、principle; drawing、diagram、chart等）草绘、图解、图表 • 加强与实践的结合：体会，“孵化基地”，双元教育 • 充分发挥空间想象能力，以直觉思维为主，以逻辑思维 为辅，逐步过度、升华的顿悟思维
4）、水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一 个曲柄销）
• 6、要求： • （1）、足够的刚度 • （2）、足够的强度 • （3）、上下平面有足够的平面度 • （4）、质量尽量小 • （5）、有防冻措施 • （6）、便于其它零部件的安装、调整、保养 • （7）、通道设计合理
二、汽缸套 1、功用 2、要求 3、材料 4、类型
• 三、汽缸盖 • 1、功用： • 2、要求：刚度、强度、下平面、耐热性、冷却效果 • 3、材料：与机体一致 • 4、结构形式： • （1）按是否可拆分(多缸发动机用)分为 • a、单体气缸盖(亦称组合式)：每缸一盖，或两缸一盖,
刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容 易弯曲。
• b、整体气缸盖(亦称单体式)：只有一盖，缸心距最短， 发动机紧凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难， 维修成本增加。（现代发动机大部分采用）
• 回忆：①金属材料有关机械性能：弹性变形，塑性变 形，……②机械组成相关名词：零件，机构，总成……
§3-1 机体零件
• 汽缸体，汽缸，汽缸盖，汽缸垫，缸盖螺栓。 • 一、汽缸体（链接动画） • 1、功用：整个内燃机的骨架（支撑、承载、安 • 装、固定、通路）
2、受力：多达十余种力的作用
机体零件
积）。... 发动机工作时活塞裙部的变形——
★机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲
变形，裙部挤压变形；
★热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。
机械变形
结论：
机械变形和热变形均使得裙部断面 变成长轴沿活塞销方向的椭圆。
热变形
裙部的结构特点——
★椭圆度：活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意
★、承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；
★、与活塞环一起实现气缸的密封；
★、将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。
其主要结构特点是：
★、活塞内腔呈流线型，由油环到活塞顶的最小厚度 逐 渐扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位 置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平均分摊给各道活 塞环，避免第一道活塞环过热；...
3）隧道式气缸体：
气缸体上有完整的 主轴承座孔。其优 点是刚度最好，主 轴承座孔不易变形， 便于安装滚动主轴 承支承的组合曲轴， 各缸主轴承孔同轴 度易保证，制造方 便，但质量大，高 度高。
（2）、按冷却方式分： 1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套 2）风冷式：气缸体外铸有散热片
（3）、按镶缸套方式分为两种： 1）干式缸套：不直接与冷却水
★凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，如形、双型、
U型、花瓣型、四角形燃烧室。
但有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车AJR发动机的 活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气 形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。
★成型顶活塞 ：用于与特殊喷油器配合，以获得良好
的喷油和雾化质量
b、头部： 油环槽以上部分。 其主要作用是：
0.5~1.0 mm：减 少此处 金属堆 积，以 减少热 变形；...
垫压得更紧，以密封
燃气。
湿式缸套优点是： 气缸套冷却好；制造
水套
成本低；气缸体铸造
工艺性好；缸心距短， 机体
曲轴不易弯曲。
湿式缸套缺点是： 气缸体刚性差，容易
密封圈
变形，易漏气、漏水；
气缸套外圆表面易产
生穴蚀现象，常见涂
漆。
（4）、按气缸排列形式分：
1）、直立（立式）
2）、平卧（卧式）
3）、V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个 曲柄销）
• 思考：查阅捷达、奥迪某发动机的上紧扭力；若 无据可查时怎么办？
• 四、汽缸垫 • 1、功用：弥补不平度，防漏 • 2、型式： • （1）、铜皮—石棉—铜皮（常用） • （2）、实心弹性金属片（用于强化） • （3）、丝网石棉（少用，逐步淘汰） • 3、“呲垫儿”： • 4、汽缸垫的安装注意正反面：一般，记号冲盖；光面
接触，薄壁（1-3mm），过盈 压配在气缸体内孔中。其优点 是：密封性好，气缸体刚性好， 不易变形。缺点是： a 、制造成本增加：气缸体内孔、 缸套外圆亦需精加工，且薄壁 缸套刚性差，加工装夹时易变 形。 b、热负荷增加：缸套外圆与气 缸体内孔理论上是完全接触， 但加工误差使之不可能完全接 触，因而散热面积小，影响缸 套散热，必然使缸套、活塞等 热负荷严重。 c、气缸体铸造工艺性差：水套 封闭，去渣困难。 d：缸心距（气缸间的中心距） 增加，曲轴过 活塞销传给连杆驱使曲轴旋转
（2）、要求： ①、活塞质量小：往复惯性力小；... ②、热膨胀系数小：冷态装配 间隙小，减轻敲 缸现象；... ③、导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易 积碳， 活塞顶不易热裂； ④、耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；... ⑤、耐高温：高温时机械强度不会下降太多； ⑥、足够的刚度和强度： a、销座不会产生过大的弯曲变形；... b、活塞顶不会压碎。...
（3）、材料与工艺：
1）、材料：
a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；... （质量 小，导热性好，适用于一般发动机）...
b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金， 沉头螺栓连接。... 刚度好，高温强度高；热膨胀 系数低，配缸间隙小；耐磨（环槽）；质量居中。 仅适用于极少数大功率 强化柴油机
2）、工艺：
椭圆度不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大 易拉伤气缸壁；...
★圆台度：沿高度方向呈上小下大的圆锥形：
★开切槽：裙部次推力面侧开“T”形槽或“ п ”形槽：
次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油 槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；
横槽称为隔热槽
竖槽叫做膨胀槽
★销座附
近裙部 凹陷
• b、柴油机气缸盖：
• 1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔
• 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热， 影响充气效率，降低发动机功率）
• 3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直 喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸 盖内部）。
（3）按冷却 方式分：
a、水冷： 内铸水套， 入水口与气 缸体上水套 相通，上 部出水口通 过节温器与 散热器入水 口相通。
导入——二起脚，火箭，试管飞塞，火枪， 四杆机构，曲柄连杆机构
一、功用： 1、作功冲程中 2、其它冲程时
二、基本构成 1、活塞组 2、连杆组 3、曲轴飞轮组
三 、活塞组：
1、活塞
（1）、功用：
1）、构成燃烧室；活塞在高温、高压、高速、润滑不 良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度 可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差， 所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温 度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是 作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高 达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力 的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运 动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力， 使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下 工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热 应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。...
朝汽缸体
道油环槽内转有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下 后，经过这些小孔流回油底壳。
c、裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。 其主要作用是——
★活塞往复直线运动导向（说明裙部长度不能过 短，否则活塞运动时摆头）；
★承受侧压力（说明裙部应有一定的刚度和承压面
第三章 机体零件与曲柄连杆机构
• 第一节 机体零件 第二节 曲柄连杆结构
• 第三节 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡 • 重点：曲柄连杆机构的功用与结构 • 难点：曲柄连杆机构的受力分析
★2012年教育部高教方面重点工作： 落实4%拨款，西部倾斜，研究生创新教育（我校
的CDIO与人事分配制度改革） ★两会焦点：几组数字：7.,5,4,900，50,2.5；增长方式；
★有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环
槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路， 迫使热流方向折转，目的同上；...
★热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐
热材料奥氏体铸铁制造的护圈，因为第一道环槽温度高， 铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜 机油。 ...
2）湿式缸套：气缸体 水套敞开，缸套与 冷却水直接接触， 薄厚（5-9mm）， 缸套下端带橡胶封 水圈，气缸套外圆 上大，下小（因为 气缸套下端带1-3道 橡胶封水圈），且 上端与气缸体内孔 配合紧，下端配合 松，以方便推入气 缸体内孔。
湿式缸套压配在气缸
体内孔时，上部凸肩
顶面高出气缸体顶面
0.05-0.15 mm，这样 紧固缸盖时，可将缸 汽缸壁
3、实物图片
立体结构
4、结构材料：
5、型式
（1）、按具体结构形式分：
1）一般式（无裙式）气缸 体：
曲轴轴线与气缸体下表面 在同一平面上。其优点是 制造方便，质量轻，高度 低，但刚度低，适用于汽 油机。
2）龙门式气缸体：
气缸体下表面移至 曲轴轴线以下。
其优点是刚度 和强度较好，但工 艺性较差，适用于 柴油机和强化汽油 机。
稳中求进；文化繁荣；实体经济；小微企业；葛建雌 ★思考：创新包括哪些方面的内容？ ★本课“三强”的要求对我们提出特殊要求 • 能够识别各种图形（block、stereo、structure、
schematic、parts、assembly、principle; drawing、diagram、chart等）草绘、图解、图表 • 加强与实践的结合：体会，“孵化基地”，双元教育 • 充分发挥空间想象能力，以直觉思维为主，以逻辑思维 为辅，逐步过度、升华的顿悟思维
4）、水平对置（=，每缸的连杆大头各占用一 个曲柄销）
• 6、要求： • （1）、足够的刚度 • （2）、足够的强度 • （3）、上下平面有足够的平面度 • （4）、质量尽量小 • （5）、有防冻措施 • （6）、便于其它零部件的安装、调整、保养 • （7）、通道设计合理
二、汽缸套 1、功用 2、要求 3、材料 4、类型
• 三、汽缸盖 • 1、功用： • 2、要求：刚度、强度、下平面、耐热性、冷却效果 • 3、材料：与机体一致 • 4、结构形式： • （1）按是否可拆分(多缸发动机用)分为 • a、单体气缸盖(亦称组合式)：每缸一盖，或两缸一盖,
刚性好，制造容易，维修方便，但缸心距较长，曲轴容 易弯曲。
• b、整体气缸盖(亦称单体式)：只有一盖，缸心距最短， 发动机紧凑，曲轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难， 维修成本增加。（现代发动机大部分采用）
• 回忆：①金属材料有关机械性能：弹性变形，塑性变 形，……②机械组成相关名词：零件，机构，总成……
§3-1 机体零件
• 汽缸体，汽缸，汽缸盖，汽缸垫，缸盖螺栓。 • 一、汽缸体（链接动画） • 1、功用：整个内燃机的骨架（支撑、承载、安 • 装、固定、通路）
2、受力：多达十余种力的作用
机体零件
积）。... 发动机工作时活塞裙部的变形——
★机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲
变形，裙部挤压变形；
★热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。
机械变形
结论：
机械变形和热变形均使得裙部断面 变成长轴沿活塞销方向的椭圆。
热变形
裙部的结构特点——
★椭圆度：活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向，但注意
★、承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座）；
★、与活塞环一起实现气缸的密封；
★、将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。
其主要结构特点是：
★、活塞内腔呈流线型，由油环到活塞顶的最小厚度 逐 渐扩大，并使活塞头部第一道环槽处于活塞内腔最低位 置之上，目的是使活塞顶吸收的热量平均分摊给各道活 塞环，避免第一道活塞环过热；...
3）隧道式气缸体：
气缸体上有完整的 主轴承座孔。其优 点是刚度最好，主 轴承座孔不易变形， 便于安装滚动主轴 承支承的组合曲轴， 各缸主轴承孔同轴 度易保证，制造方 便，但质量大，高 度高。
（2）、按冷却方式分： 1）水冷式：气缸体内铸有冷却水套 2）风冷式：气缸体外铸有散热片
（3）、按镶缸套方式分为两种： 1）干式缸套：不直接与冷却水
★凹顶：一般适用于车用直喷式柴油机，如形、双型、
U型、花瓣型、四角形燃烧室。
但有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车AJR发动机的 活塞顶是凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气 形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。
★成型顶活塞 ：用于与特殊喷油器配合，以获得良好
的喷油和雾化质量
b、头部： 油环槽以上部分。 其主要作用是：
0.5~1.0 mm：减 少此处 金属堆 积，以 减少热 变形；...
垫压得更紧，以密封
燃气。
湿式缸套优点是： 气缸套冷却好；制造
水套
成本低；气缸体铸造
工艺性好；缸心距短， 机体
曲轴不易弯曲。
湿式缸套缺点是： 气缸体刚性差，容易
密封圈
变形，易漏气、漏水；
气缸套外圆表面易产
生穴蚀现象，常见涂
漆。
（4）、按气缸排列形式分：
1）、直立（立式）
2）、平卧（卧式）
3）、V型（，相邻两缸的连杆大头共用一个 曲柄销）
• 思考：查阅捷达、奥迪某发动机的上紧扭力；若 无据可查时怎么办？
• 四、汽缸垫 • 1、功用：弥补不平度，防漏 • 2、型式： • （1）、铜皮—石棉—铜皮（常用） • （2）、实心弹性金属片（用于强化） • （3）、丝网石棉（少用，逐步淘汰） • 3、“呲垫儿”： • 4、汽缸垫的安装注意正反面：一般，记号冲盖；光面
接触，薄壁（1-3mm），过盈 压配在气缸体内孔中。其优点 是：密封性好，气缸体刚性好， 不易变形。缺点是： a 、制造成本增加：气缸体内孔、 缸套外圆亦需精加工，且薄壁 缸套刚性差，加工装夹时易变 形。 b、热负荷增加：缸套外圆与气 缸体内孔理论上是完全接触， 但加工误差使之不可能完全接 触，因而散热面积小，影响缸 套散热，必然使缸套、活塞等 热负荷严重。 c、气缸体铸造工艺性差：水套 封闭，去渣困难。 d：缸心距（气缸间的中心距） 增加，曲轴过 活塞销传给连杆驱使曲轴旋转
（2）、要求： ①、活塞质量小：往复惯性力小；... ②、热膨胀系数小：冷态装配 间隙小，减轻敲 缸现象；... ③、导热性好：减轻热负荷，第一道环槽不易 积碳， 活塞顶不易热裂； ④、耐磨：环槽不易磨损，裙部不易磨损；... ⑤、耐高温：高温时机械强度不会下降太多； ⑥、足够的刚度和强度： a、销座不会产生过大的弯曲变形；... b、活塞顶不会压碎。...
（3）、材料与工艺：
1）、材料：
a、共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；... （质量 小，导热性好，适用于一般发动机）...
b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金， 沉头螺栓连接。... 刚度好，高温强度高；热膨胀 系数低，配缸间隙小；耐磨（环槽）；质量居中。 仅适用于极少数大功率 强化柴油机
2）、工艺：
椭圆度不可过大，否则活塞上下运动时因棱缘负荷过大 易拉伤气缸壁；...
★圆台度：沿高度方向呈上小下大的圆锥形：
★开切槽：裙部次推力面侧开“T”形槽或“ п ”形槽：
次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油 槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）；
横槽称为隔热槽
竖槽叫做膨胀槽
★销座附
近裙部 凹陷
• b、柴油机气缸盖：
• 1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔
• 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热， 影响充气效率，降低发动机功率）
• 3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直 喷式 燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸 盖内部）。
（3）按冷却 方式分：
a、水冷： 内铸水套， 入水口与气 缸体上水套 相通，上 部出水口通 过节温器与 散热器入水 口相通。
导入——二起脚，火箭，试管飞塞，火枪， 四杆机构，曲柄连杆机构
一、功用： 1、作功冲程中 2、其它冲程时
二、基本构成 1、活塞组 2、连杆组 3、曲轴飞轮组
三 、活塞组：
1、活塞
（1）、功用：
1）、构成燃烧室；活塞在高温、高压、高速、润滑不 良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度 可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差， 所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温 度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是 作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高 达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力 的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运 动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力， 使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下 工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热 应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。...
朝汽缸体