汽车构造--第2章--机体组及曲柄连杆机构解析
合集下载
汽车构造(曲柄连杆机构)
裙部表面的保护
1）镀锡
油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。
2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存
机油润滑。
（4）活塞裙部形状
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
工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多， 所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形， 短轴在销座轴方向。
制造时 变形后
开槽活塞（汽油机）
二、活塞环
（一）气环
1.作用： （1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳； （2） 传热：将活塞头部的热量传给气缸壁； （3）辅助刮油、布油。
活塞环安装三隙
侧隙
背隙
端隙
气环的密封
气环的泵油作用
气环的泵油作用
气环断面形状：
（2）刮油油片环（轴普向通衬环环组径合向环衬）环
3、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用 在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使 活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过 上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触 处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换 向。
（四）连杆
功用： 将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动
为曲轴的旋转运动。 组成：
二、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。 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。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。
气缸盖的分解图
捷达轿车气缸盖总成
二、燃烧室
（三）气缸垫
1、功用：安装在气缸盖 和气缸体之间，保证 气缸盖与气缸体接触 面的密封，防止漏气、 漏水和漏油。
Pc
《汽车构造》第二章曲柄连杆机构
3）按排列形式分
直列式（＜6缸），V型＞8缸），水平对置式 优缺点： 优缺点： 直列式：结构简单、长度、 高度较大（垂直、倾斜、 水平）。 V型：刚度大、缩短发动 机的长度、高度、质量。 水平对置式：高度最小、 使轿车和大客车总布置更 方便。
(c)水平对置式 水平对置式
(a)直列式 直列式
(b)V型 型
2.活塞的变形与防治措施 2.活塞的变形与防治措施
活 塞 受 力 情 况
采用的措施： 采用的措施：
（1）冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的 椭圆。
采用的措施： 采用的措施：
（2）上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或 桶形（任何情况下都能得到良好润滑，但加工困难）。
采用的措施： 采用的措施：
扭曲环
锥面环
梯形环
桶面环
气环的泵油作用
活塞 汽 汽 活塞
缸
缸
2.油环 2.油环 种类 普通油环
上刮片
组合油环
示 意 图
刮片
油环的刮油作用
2.2.3 活塞销
作用： 作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传递给连杆。 材料与工艺: 材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。
1.活塞销的形状 1.活塞销的形状
1.连杆的结构 1.连杆的结构
连杆主要由连杆 小头、连杆杆身、连 杆螺栓、连杆大头、 连杆轴瓦和连杆盖等 组成
2.1 机体组
机体是构成发动机的骨架，是 发动机各机构和各系统的安装基础， 其内、外安装着发动机的所有主要 零件和附件，承受各种载荷。因此， 机体必须要有足够的强度和刚度。 机体组由汽缸体、曲轴箱、 汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机 件组成。
图2-1 机体组的组成部件 1—汽缸盖； 2—汽缸体； 3—汽缸垫； 4—汽缸体—曲轴箱； 5—油底壳
《汽车发动机构造与维修》第二章曲柄连杆机构的构造与维修
• • • • • • • • • •
1.曲轴的构造 曲轴的构造 2.工作条件和要求 工作条件和要求 3.材料 材料 4.构造 构造 1）整体式曲轴的构造 （1）主轴颈和连杆轴颈 （2）曲柄和平衡重 （3）曲拐的布置 （4）前端轴与后端轴 2）组合式曲轴的构造与装 配
1-前端轴；2—主轴颈；3-连杆轴颈； 4—曲柄；5-平衡重；6—后凸缘盘
• •
2.材料 材料 3.组成 组成
根据活塞作用，其分 为顶部、环槽部、裙部 和活塞销座四部分。
图2-22 活塞的基本结构1-活塞顶；2-活 塞头；3-活塞环；4-活塞销座；5-活塞销；6-活塞销锁环； 7-活塞裙部；8-加强肋；9-环槽
• 4.活塞的变形及应采取措施 活塞的变形及应采取措施
• 1）活塞的变形原因及规律 • 活塞变形的主要原因是受热膨胀，其次是侧压力。 • 活塞变形的规律是： • (1) 活塞与汽缸的配合间隙变小。 • (2)活塞自上而下膨胀量由大而小。 • (3) 活塞裙部圆周方向近似椭圆形变化，且长轴沿着销 座孔轴线方向。 • 2）结构措施 • 采取不同的措施，应该与变形相适应或尽可能控制变形 。
• 2.1.2 工作条件及受力 分析
• 1.气体压力 气体压力 • 2.往复惯性力和离心力 往复惯性力和离心力 • 3. 摩擦力
2.2 机体的构造与工作原理
•
机体组是发动机的骨架，主要有汽缸体、汽缸垫、汽缸 盖、曲轴箱和油底壳等组成。发动机工作时，机体承受着 大小和方向呈周期性变化的气体压力、惯性力和力矩的作 用，并将所受的力和力矩通过机体传给机架。发动机各机 构和系统及其它附件均装在机体上。
2.6 曲轴飞轮组的构造与工作原理
• 2.6.1 曲轴飞轮组的构造
• 曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、 正时齿轮(或链轮)等组成。
汽车构造 第二章机体组及曲柄连杆机构
0.05~0.15mm
密封： 上部：缸套顶面高出缸体 0.05mm～0.15mm，当气缸 盖螺栓拧紧后，缸套与缸体 凸台接合处、缸套与缸垫接 合处，承受较大的压紧力。
车辆工程教研室
第二章
机体组及曲柄连杆机构
下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈
车辆工程教研室
第二章
机体组及曲柄连杆机构
二 气缸盖与气缸衬垫 ⒈ 气缸盖
车辆工程教研室
第二章
机体组及曲柄连杆机构
（4）偏臵销座 1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧） 偏移1mm～2mm。 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。
车辆工程教研室
第二章
机体组及曲柄连杆机构
3、原理：因销座偏臵，在接近 上止点时，作用在活塞销座轴 线以右的气体压力大于左边， 使活塞倾斜，裙部下端提前换 向。而活塞在越过上止点，侧 压力反向时，活塞才以左下端 接触处为支点，顶部向左转（ 不是平移），完成换向。可见 偏臵销座使活塞换向分成了两 步，第一步是在气体压力较小 时进行，且裙部弹性好，有缓 冲作用；第二步虽气体压力大 ，但它是个渐变过程。为此， 两步过渡使换向冲击力大为减 弱。 车辆工程教研室
车辆工程教研室
第二章 机体组及曲柄连杆机构 五 作用在曲柄连杆机构和机体的各有关 零件上的力有：
P
气体作用力，运动质量 往复惯性力和离心力，摩 擦力。
F
Pj
PC
车辆工程教研室
第二章
机体组及曲柄连杆机构
1、 气压力：气压力P的集中力PP分解为侧 压力NP和SP， SP分解为RP和TP，RP使曲轴 主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。 (1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重
汽车维修与发动机构造——第二章 机体组及曲柄连杆机构
第二章机体组及曲柄连杆机构功用：曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。
工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。
总的来说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。
工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。
可见，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。
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。
第一节曲柄连杆机构中的作用力及力矩作用在曲柄连杆机构上的力有气体力和运动质量惯性力。
气体力作用于活塞顶上，在活塞的四个行程中始终存在，但只有作功行程中的气体力是发动机对外作功的原动力。
气体力通过连杆、曲柄销传到主轴承。
气体力同时也作用于气缸盖上，并通过气缸盖螺栓传给机体。
作用于活塞上和气缸盖上的气体力大小相等、方向相反，在机体中相互抵消而不传至机体外的支承上，但使机体受到拉伸。
曲柄连杆机构可视为由往复运动质量和旋转运动质量组成的当量系统。
往复运动质量包括活塞组零件质量和连杆小头集中质量，它沿气缸轴线作往复变速直线运动，产生往复惯性力；旋转运动质量包括曲柄质量和连杆大头集中质量，它绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，也称离心力。
往复惯性力和旋转惯性力通过主轴承和机体传给发动机支承。
第二节机体组一、机体组的功用及组成现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。
镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿式气缸套。
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。
汽车构造2 曲柄连杆机构
2、组成
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组
3、工作特点
发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度 又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触， 曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，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。
（1）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。 （2）工作条件：高温、高压、高速。
要求：质量小，具有一定强度和刚度； 热膨胀系数小； 导热性好；耐磨。
（3）材料：广泛采用铝合金
（4）构造：活塞包括顶部、头部和裙部
a 顶部 顶部形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。
b 头部： 活塞环槽以上的部分。 作用：承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶
吸收的热量通过环传到气缸壁。
c 裙部：
油环槽下端面至活塞底面的部分，为活 塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。
活塞在气体力和侧向力的作用下发生机 械变形，而活塞受热膨胀时还发生热变形。 这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销 孔轴线方向的尺寸增大。因此，为使活塞工 作时裙部接近正圆形与气缸相适应，在制造 时应将活塞裙部的横断面加工成椭圆形，并 使其长轴与活塞销孔轴线垂直。
主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。 机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。
2 、机体结构
（1）曲轴箱与气缸体的结构形式 a 平底式（一般式） b 龙门式
c 隧道式
（2）气缸排列形式 直列式、V型、水平对置式
（3）气缸套形式 无缸套、干缸套、湿缸套
3、气缸盖 （1） 作用及组成
壁接触面及环与槽的接触面窜到曲轴箱。
C 开口形状：直开口、阶梯形和斜开口
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组
3、工作特点
发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度 又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触， 曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，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。
（1）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。 （2）工作条件：高温、高压、高速。
要求：质量小，具有一定强度和刚度； 热膨胀系数小； 导热性好；耐磨。
（3）材料：广泛采用铝合金
（4）构造：活塞包括顶部、头部和裙部
a 顶部 顶部形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。
b 头部： 活塞环槽以上的部分。 作用：承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶
吸收的热量通过环传到气缸壁。
c 裙部：
油环槽下端面至活塞底面的部分，为活 塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。
活塞在气体力和侧向力的作用下发生机 械变形，而活塞受热膨胀时还发生热变形。 这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销 孔轴线方向的尺寸增大。因此，为使活塞工 作时裙部接近正圆形与气缸相适应，在制造 时应将活塞裙部的横断面加工成椭圆形，并 使其长轴与活塞销孔轴线垂直。
主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。 机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。
2 、机体结构
（1）曲轴箱与气缸体的结构形式 a 平底式（一般式） b 龙门式
c 隧道式
（2）气缸排列形式 直列式、V型、水平对置式
（3）气缸套形式 无缸套、干缸套、湿缸套
3、气缸盖 （1） 作用及组成
壁接触面及环与槽的接触面窜到曲轴箱。
C 开口形状：直开口、阶梯形和斜开口
汽车构造(上册)——第2章曲柄连杆机构
小头孔和活塞销座孔中都能转动。
• (2)装配： • 1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配
法。
• 2） 热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅 速将销装入。
2.半浮式
❖ (1)定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一 处浮动。（一般固定连杆小头）
❖ (2)装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈 配合。
❖ 3.组成：
❖
由钢背和减磨层组成。钢背由1mm～3mm的低碳
钢制成。减磨层为0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较
软能保护轴颈。
• 1）铝锑镁合金和低锡铝合金： • 械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。 • 主要用于柴油机。
• 2)高锡铝合金：
•
具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于
柴油机和汽油机。
• （2） V型式：它缩短了发动机的长度和 高度，多用于八缸以上的发动机。
• （3）对置式：是V型的特殊形式。
3、曲轴箱的型式
• （1） 平分式
• 定义：主轴承座孔中心线位于曲轴 箱分开面上。
• 特点：刚度小，前后端呈半圆形， 与油底壳接合面的密封较困难。
• 应用：中小型发动机。
• （2） 龙门式 • 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。 • 特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠
P1
F Pj
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。
5.气环的断面形状
• （1） 矩形环：结构简单 ，与缸壁接触面积大，散热 好，但易泵油。
• （2） 锥形环
•
1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮 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。
• (2)装配： • 1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配
法。
• 2） 热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅 速将销装入。
2.半浮式
❖ (1)定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一 处浮动。（一般固定连杆小头）
❖ (2)装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈 配合。
❖ 3.组成：
❖
由钢背和减磨层组成。钢背由1mm～3mm的低碳
钢制成。减磨层为0.3mm～0.7mm的减磨合金，层质较
软能保护轴颈。
• 1）铝锑镁合金和低锡铝合金： • 械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。 • 主要用于柴油机。
• 2)高锡铝合金：
•
具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于
柴油机和汽油机。
• （2） V型式：它缩短了发动机的长度和 高度，多用于八缸以上的发动机。
• （3）对置式：是V型的特殊形式。
3、曲轴箱的型式
• （1） 平分式
• 定义：主轴承座孔中心线位于曲轴 箱分开面上。
• 特点：刚度小，前后端呈半圆形， 与油底壳接合面的密封较困难。
• 应用：中小型发动机。
• （2） 龙门式 • 定义：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面。 • 特点：刚度较大，油底壳前后端为一平面，密封简单可靠
P1
F Pj
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。
5.气环的断面形状
• （1） 矩形环：结构简单 ，与缸壁接触面积大，散热 好，但易泵油。
• （2） 锥形环
•
1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮 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。
汽车发动机之——第二章 机体组及曲柄连杆机构
2.3 活塞连杆组
气环断面形状：
形状
特点
矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广
扭曲环
断面不对称，受力不平衡，使活塞环 扭曲
锥面环
减少了环与气缸壁的接触面，提高了 表面接触压力，有利于磨合和密封。
梯形环 加工困难，精度要求高
示意图
桶面环 外圆为凸圆弧形
2.3 活塞连杆组
（2）油环：刮除飞溅到汽缸壁上的多余的机油，并在汽缸壁
2.3 活塞连杆组
隔断由活塞顶传向第一 道活塞环的热流。
2.3 活塞连杆组
增加环 槽的耐 磨性。
增加活塞的 强度，提高 第一道环槽 的耐磨性。
2.3 活塞连杆组
（3）活塞裙部 位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括
销座孔。 作用：对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承
受侧向力，防止破坏油 膜。
2.2 机体组
• 在风冷汽缸的外壁铸制散热片，以增加散热面积， 增强散热能力。
2.2 机体组
• 二、汽缸盖 功用：密封汽缸的上部，与活塞、汽缸等共同构成燃
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汽，所以承受的热
负荷很大。
2.2 机体组
2.2 机体组
• 水冷发动机的汽缸盖有整体式、分块式和单体
活塞顶与高温燃汽直接接触，使活塞顶的温度很高。 活塞在侧压力的作用下沿汽缸壁面高速滑动，由于润 滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 •2 • 广泛采用铝合金，只在极少数汽车发动机上采用铸铁 或耐热钢。
2.3 活塞连杆组
•3
顶部：构成燃烧室， 承受气体压力。
头部:安装活塞环， 制作 较厚。
裙部：导向，传力。 承受侧压力销座孔 处制有加强筋。