第二章曲柄连杆机构09

速
0
不同形式的载荷，为了保证工作
可行减少磨损，在结构上要采取
相应的措施。
第二节 机体组（气缸体曲轴箱组）
机体组：包括机体、气缸盖、缸垫、气缸盖罩、主轴承盖、 以及油底壳。
机体组是发动机的 支架，是曲柄连杆 机构、配气机构和 发动机各系统主要 零部件的装配基体。 气缸盖用来封闭气 缸顶部，并与活塞 顶和气缸壁一起形 成燃烧室。 另外，气缸盖和机 体内的水套和油道 以及油底壳又分别 是冷却系和润滑系 的组成部分。
往复惯性力与离心力作用的后果：加剧发动机的振动（上下振动，水平振动）, 增加发动机曲柄连杆机构的各部件及所有轴颈、轴承的磨损。
3、摩擦力：存在于作相对运动而又相互接触的零件表面之间。如气缸壁与
活塞间等。
*上述各力作用于曲柄连杆机构
及机体的各有关零件上，使它们 受到压缩、拉伸、弯曲、扭转等
加0
速
减 vmax
3、多缸发动机的气缸排列形式： 直列式：发动机的各气缸成一字型排列。 双列式：V型 Φ<180° ； P型 Φ=180°。
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，增加了宽 度，减轻了发动机 的重量；形状复杂， 加工困难。
高度小，总体 布置方便。多 用于赛车。
对置气缸式发动机
状 5)篷形燃烧室，是近年来在高性能多气门轿车发动机上广
泛应用的燃烧室。
柴油机的分隔式燃烧室有两种类型： 1)涡流室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接通道与副燃烧室切向
连接，在压缩行程中，空气从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室， 在其中形成强烈的有组织的压缩涡流，因此称副燃烧室为涡流室。
2)预燃室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接通道不与副燃烧室切向 连接，且截面积较小。在压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强 烈的无组织的紊流。燃油迎着气流方向喷射，并在副燃烧室顶部 预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。
d：为减少热力负荷常采用油冷活塞。
（4） 活塞在工作时的保护措施
机电工程学院
（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，
形状
特点
示意图
矩形环 工艺简单、导热性好。但会出现泵油作用，造
成积碳。
由于左右不对称，产生M，使环的边缘与槽上、
扭曲环
下端面接触，防止泵油，加强密封。
通常用做第二、三道环。装配注意
内园环槽向上， 外园环槽向下。
锥面环
向下刮油，上滑时在油膜上浮起，减少磨损。 但锥角难加工。
以推动曲轴旋转。 2、工作条件：机械负荷大（气压力、惯性力、摩擦力）
热力负荷大（200—400ºC）
活塞在气缸中的工作情况
3、活塞材料
A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 活塞应具备的 B 导热性能好，耐高压、高温、磨损 特点
C 质量较小，尽可能减少往复惯性力
（1）早期发动机活塞的材料是灰铸铁。 优点：高温强度高，耐磨性好，铸造性能好，成本低。 缺点：比重大，导热性差。
(1) 作功行程：均布的合力Fp
Fp2 作用于缸壁
Fp1 沿连杆方向作用于曲柄销上
Fp1
FR 使主轴曲轴颈与主轴承产生压紧。
Fs 除使主轴颈与主轴承产生压紧力还对曲轴形成扭矩T，
推动曲轴旋转， T= Fs × r
（2）压缩行程：
F'p2 把活塞压向气缸另一侧
F'p
F'p1
F'R
F's =>T' = F's × r (旋转阻力矩，阻碍曲轴旋
横断面（俯视图）
C、裙部上方开绝热横槽、防胀纵槽。
d、在销座两侧嵌铸膨胀系数低的恒范钢片，以牵制裙部的热膨胀。
活塞裙部变形演示
柴油机活塞的特点：因为柴油机的ε大（机械负荷大、热力负荷大） a：柴油机活塞群部一概不开槽，以保证刚度。 b：裙部椭圆度大，活塞与缸壁的配合间隙也大，易产生漏气、窜油。 c：柴油机比汽油机具有更多的气环和油环。
（2）现代发动机活塞的材料是铝合金。 优点：导热性好。比灰铸铁大了3—4倍，比重小。 缺点：热膨胀系数大耐磨性差，成本高。高温下易变形。要采
取结构设计和调整材料配方等措施加以弥补 。
4、活塞的构造：顶部、头部、裙部。
（1）活塞顶部：作用：与缸盖共同围成燃烧室。 顶
凸顶（二冲程） 形状：汽油机： 平顶（四冲程）
材料：缸套用耐磨性好的合金铸铁或合金钢制造。 缸体可用价格较低的优质灰铸铁。
气缸套型式： 干缸套：外表面不与冷却水直接接触
湿缸套：外表面与冷却水直接接触。
缸套装入座孔后，通常高出缸体0.05—0.15mm。 这样当紧固气缸盖螺栓时，可将气缸盖衬垫压得更紧，保证密封。
干式缸套和湿式缸套的特点比较
名称
汽 油
2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸轴线倾斜， 进气道比较平直，进气阻力小。压缩行程终了时能产生挤 气涡流。
机 3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积与其容积之
燃 比(面容比)最小。进排气门呈两列倾斜布置，气门直径较
烧 大，气道较平直。火焰传播距离较短，不能产生挤气涡流。
室 4)多球形燃烧室是由两个以上半球形凹坑组成的，其结构 形 紧凑，面容比小，火焰传播距离短，气门直径较大，气道
头
柴油机：凹顶
裙
形状 平顶
示意图
结构简单、制造容易、 受热面积小、应力分 布较均匀，多用于四
冲程汽油机。
凸顶
凸起呈球状，增大
压缩比。
凹顶
凹坑的形状来调节压 缩比，并有利于混合 气的混合及燃烧。
（2）活塞头部：作用：承受气压力、传力、密封、传热。
形状： 上部2—3道气环环槽 下部1—2道油环环槽
A、为防止第一道环因温度过高而 产生拉缸，常在头部顶岸开隔热槽。 目的：改变热流方向，将原来应由第 一环承受的热量，散走一部分到二、 三道环。
2、缸盖的构造：除有燃烧室、水套、火花塞孔（或喷油器孔）、还有
进、排气门座、气门导管孔、推杆孔、进、排气门道水等。
名称
结构特点
整体式
分块式 单体式
结构紧凑，可缩短气缸中 心距，但受热压后易变形 影响密封。
制造、维修方便，刚性大。
一缸一块、二缸一块、三缸一块
3、工作条件：高热负荷、较高的机械负荷。
4、材料：导热性好，高温强度高，铸造条件好。
拆卸不方便。
特重型的柴油机上 。
6、气缸体的冷却方式：
（图1）
水冷：在气缸及缸盖中设水套——充水的空腔。
风冷：在气缸体及缸盖外表面铸散热片。（图2）
（图1）
（图2）
二、气缸盖与气缸垫
1、缸盖的作用：封闭气缸形成燃烧室。缸盖内也有冷却水套，冷却水
孔与气缸体的冷却水孔相通，以利用循环水来冷却燃烧 室等高温部件。
气缸盖的安装操作方式
用规定力矩分3次由内向外成对角线拧紧。
三、油底壳
功用：储存机油和封闭曲轴箱。 材料：钢板冲压出来或用铝合金铸造，有利于散热。 油底壳内设有挡板，用以减轻汽车颠簸时油面震荡。
四、发动机支承：
通过气缸体和飞轮壳（或变速器壳）上的支撑点支承在车架上。 发动机在车架上的支承是弹性的，以减少冲击，振动及噪声。
5、气缸体的曲轴箱结构形式：
性能
气缸体下表面与曲轴轴线在同一平面。
机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚 度和强度差。
应用 轿车、轻微型货车
龙门式
气缸体下表面降至曲轴轴线以下。
强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。
中、重型载重车
主轴承不分开（配用组合式曲轴）。
隧道式 结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴
二、工作条件
1.热力负荷：因高温会使发动机零件失去工作能力。如烧伤、膨胀变形等。 2.机械负荷：气体压力、惯性力、摩擦力。 3.高速、化学腐蚀： 废气中的（CO, NO , HC）与机件接触使之受到腐蚀。
三、曲柄连杆机构的受力情况
1 、气体作用力（气压力）：作功行程作用在活塞顶部的气压力
最大，其次是压缩行程。
隔热槽
环
槽
护
B、为防止环槽磨损可铸入用奥氏体铸
圈
铁（耐热、耐磨）做成的环槽护导向，承受气压力。
结构形状：a.活塞裙部的横断面做成与其变形相适应。
受热
若冷态时为圆 膨胀 椭圆
冷态下设计成椭 圆，热膨胀为圆， 椭圆度0.15~0.35
b.活塞纵断面做成与变形相适应。
结构特点
优、缺点比较
干式缸套
外壁不直接与冷却水接触。 强度和刚度都较好。但加工复杂，
壁厚1~3mm。
拆装不便，散热不良。
湿式缸套
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。 但强度和刚度不如干缸套，易漏水， 需设上、下定位带和 密封带。
定位 环带
定位 环带
密封 环带
名称 一般式
6、气缸垫：作用：密封。（防止燃气、冷却水、润滑油发生窜漏。） 材料：目前应用最广泛的是：金属—石棉缸垫。
安装：光滑面朝缸体，机油孔、水套孔与缸体和缸盖对正。
7、气缸盖的安装：用螺栓紧固到气缸体上。 （用规定力矩3次由内向外成对角线拧紧。）
如果：缸盖为铝合金制，则必须在发动机冷态下拧紧。 因为铝缸盖的膨胀比大于钢螺栓。若缸盖为铸铁时，可在 发动机热时最后拧紧。
4、气缸结构形式 1）无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式。 2）气缸套：
类型
构造
性能及应用
整体式气缸体
气缸直接镗在气缸 体上。