02曲柄连杆机构

燃烧室
燃烧室形状对发动机的工作影响很大。 (1)要求： 结构尽可能紧凑，冷却面 积小，以减少热量损失及缩 短火焰行程。 使混合气在压缩终了时具 有一定的涡流运动，以提高 混合气燃烧速度，保证混合 气得到及时和充分燃烧。
形状分类
名称 特点 结构紧凑、火焰行程 短、燃烧速率高、热 损失小、热效率高 结构简单、紧凑、散 热面积小、热损失少； 火花塞置于燃烧室最 高处，火焰传播距离 长 工艺性好、成本低、 进排气效果不如半球 形燃烧室 示意图 应用 桑塔纳、 夏利、 富康
气环的泵油作用
矩形断面的气环随活塞作往复 运动时，会把气缸壁上的机油 不断送人气缸中。这种现象称 为“气环的泵油作用”。当活 塞向下运动时，环压在环槽的 上端面，被气环刮下的滑油充 满环于环槽之间的空间。当活 塞向上运动时，环压在环槽的 下端面，而滑油被挤入上部的 环槽间隙中。
气环的断面形状
油环
第三节 活塞连杆组
活塞(piston) 一、活塞(piston) 作用 对活塞的要求 活塞材料 活塞的基本结构
一、结构
气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖
结构
• • • • • • • • • • 1-第一道气环 2-第二道气环 3-油环衬簧 4-油环 5-活塞 6-连杆 7-连杆盖 8-连杆轴瓦 9-活塞销 10-连杆螺栓
主要零件组成： 主要零件组成：
机体组：主要包括气缸体、曲轴箱、气缸 盖、气缸套、气缸衬垫和油底壳等； 活塞连杆组：主要包括活塞、活塞环、活 塞销和连杆等； 曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮和扭转 减振器等。
工作条件的特点： 工作条件的特点：恶劣
高温：最高可达 2500K以上 高压：最高可达 3MPa—5MPa 高速：最高可达 3000 r/min—6000 r/min 化学腐蚀：可燃混合气和燃烧废气直接接 触机件。
气缸套影视
三、气缸盖
气缸盖结构 气缸盖材料 汽油机燃烧室 气缸盖类型
气缸盖
• 气缸盖功用 气缸盖功用：密封气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁 一起形成燃烧室。 • 结构 结构：气缸盖内部有与气缸体相通的冷却水道，有进、 排气门座及气门导管孔和进、排气通道，有燃烧室、 火花塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机），有 些还有用以安装凸轮轴的轴承孔。 • 材料 灰铸铁、合金铸铁、铝合金。 材料： • 类型 类型：单体气缸盖、分块气缸盖、整体气缸盖。
受力状态：气体力和运动质量惯性力 受力状态： 往复惯性力、旋转惯性力）。 （往复惯性力、旋转惯性力）。
第二节 机体组
一、机体组的组成
• 1-气门室罩 • 2-气缸盖 • 3-气缸垫 • 4-气缸体 • 5-油底壳 • 6-油底壳油封 （汽缸套）
二、气缸体
气缸体：发动机的气缸 体和曲轴箱常铸成一 体，称为气缸体－－ 曲轴箱，简称气缸体。 气缸：气缸体上半部有 若干个为活塞在其中 运动导向的圆柱形空 腔。 气缸的工作条件：高温、 高压，并且有活塞在 其中做高速往复运动。
活塞头部
• 位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 位置： • 作用：安装活塞环；与活塞环一起密封气缸； 作用： 防止可燃混合气漏到曲轴箱内；将顶部吸收的热 量通过活塞环传给气缸壁。
工作条件最 恶劣， 恶劣，应离 顶部远些。 顶部远些。
气环槽
活塞销孔
油环槽
• 位置：从油环槽下端 位置： 面起至活塞最下端的 部分，包括销座孔。 • 作用：对活塞在气缸 作用： 内的往复运动起导向 作用，并承受侧压力， 防治破坏油膜。
第二章 曲柄连杆机构
第一节 概述 第二节 机体组 第三节 活塞连杆组 第四节 曲轴飞轮组
第一节 概述
功用 主要零件组成 工作条件的特点 受力状态
功用： 功用： 是发动机的主要运动机构，将燃料燃 是发动机的主要运动机构， 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 的机械能， 运动变为曲轴的旋转运动而对外输出 动力。是发动机系统主要零部件装配 动力。 的机体和支架。 的机体和支架。
活塞结构
• 活塞基本结构分顶部、 头部和裙部三部分。 • 活塞顶部 • 功用：是燃烧室的组 功用 成部分，主要作用承 受气体压力。
活塞顶分类
平顶：结构简单、受热面积小，多用在汽油机上 凸顶：凸起呈球状、顶部强度高，有利于改善换 气过程。 凹顶：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。
1、气体作用力 在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运 动的力，燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶 部。活塞所受总压力为Fp，它传到活塞销上可分解 为Fp1和Fp2；分力Fp1通过活塞传给连杆，并沿连杆 方向作用在连杆轴颈上。
Fp1还可分解为两个分力R 和S。沿曲柄方向的分力R使曲 轴主轴颈与主轴承间产生压紧 力；与曲柄垂直的分力S除了 使主轴颈与主轴承间产生压紧 力外，还对曲轴形成转矩T， 推动曲轴旋转。Fp2把活塞压向 气缸壁，形成活塞与缸壁间的 侧压力，有使机体翻倒的趋势， 故机体下部的两侧应支撑在车 架上。
连杆大端的连接形式
平分式
斜分式
V型发动机连杆的布置形式
并列式
连杆可互换； 连杆可互换； 但增加曲轴长度
主副式
连杆不可互换
叉式
连杆不可互换； 连杆不可互换； 结构复杂
1、并列式
优点：连杆可以通用，两列气缸的活塞连杆组运动规 律相同。 缺点：两列气缸轴心线沿曲轴轴向错开一段距离，使 曲轴长度增加，刚度降低。
作用： 防止机油窜入气缸； 作用 ： ① 防止机油窜入气缸 ； 减少摩擦； 辅助密封。 ②减少摩擦；③辅助密封。 种类：整体油环、组合油环。 种类：整体油环、组合油环。
油环
组合油环优点： ①片环很薄，对气 片环很薄， 组合油环优点： 缸壁的压力大， 因而刮油作用强； 缸壁的压力大 ， 因而刮油作用强 ； 刮油片是各自独立的， ② 刮油片是各自独立的 ， 故对气缸 的适应性好； 质量小； 的适应性好 ； ③ 质量小 ； ④ 回油通 道大。 道大。 缺点： 缺点：制造成本高
机体高度小、重量轻、 一般式（平分 结构紧凑，便于加工拆 式） 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。
隧道式
结构紧凑、刚度和强度 负荷较大的柴 好。难加工、工艺性差、 油机上 。 曲轴拆卸不方便。
2、根据冷却方式不同分：水冷、风冷 、根据冷却方式不同分：水冷、
绝热槽
膨胀槽
（3）采用双金属 活塞： 活塞：
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 铸入或嵌入膨胀系 数低的钢片。
活塞环(piston 三、活塞环(piston ring) 活塞环的种类 活塞环作用 活塞环材料 气环 油环
活塞环
具有弹性的开口 环，分为气环和油 环。 • 工作条件： 工作条件： – 高温、高压、高 速、极难润滑。 – 平均寿命：6万 公里 •
活塞裙部
预先做成阶梯形、 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。
（2）活塞裙部开槽（汽油机） 活塞裙部开槽（汽油机） 横向绝热槽 纵向膨胀槽 减少活塞头的热量向裙部扩散 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低
活塞销的连接方式
活塞销
连杆
连杆(connection 五、连杆(connection rod)
功用 材料 结构 要求
连杆
• 作用：连接活塞与曲轴，并把 作用： 活塞承受的气体压力传给曲轴， 使活塞的往复运动变成曲轴的 旋转运动。 • 材料：中碳钢或中碳合金钢。 材料： • 要求：刚度和强度。 要求： • 连杆盖、连杆轴瓦要配对安装 连杆组件分解图
在压缩行程中，气体 压力是阻碍活塞向上运动 的阻力。这时作用在活塞 顶部的气体压力Fpˊ也可分 解为两个分力Fp1ˊ和Fp2ˊ。 而Fp1ˊ又分解为Rˊ和Sˊ两 个分力。Rˊ使曲轴主轴颈 与主轴承间产生压紧力； Sˊ对曲轴造成一个旋转阻 力矩Tˊ，企图阻止曲轴旋 转。而Fp2ˊ则将活塞压向 气缸的另一侧壁。
3、根据气缸的排列方式分： 、根据气缸的排列方式分： 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。 对置式：高度小，平衡性好，总体布置方便，成本高。 4、根据气缸套结构分： 、根据气缸套结构分： 干式缸套：外壁不直接与冷却水接触。特点：强度和刚度都 较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。 湿式缸套：外壁直接与冷却水接触。特点：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、活塞
功用： 功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转； 与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 工作环境： 工作环境：高温、散热条件差；顶部温度高达且分布不均匀； 高速，承受很大的惯性力。顶部承受3～5MPa的压力。 材料： 材料：铝合金或灰铸铁。 A、刚度和强度应足够大，传力可 靠。 活塞应具备的特 B、导热性能好，耐高压、高温、 磨损。 点 C、质量较小，尽可能减少往复惯 性力。
气缸体的材料： 气缸体的材料：灰铸铁或铝合金 气缸体的构造： 气缸体的构造：结构复杂的箱型零件。 水道、润滑油道、加强肋、支承。
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气缸体的分类： 气缸体的分类：
1、按气缸体底平面与曲轴轴线的相对位置不同分 、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
性能比较与应用
名称 性能 应用 492Q汽油机， 90系列柴油机。 捷达轿车、富 康轿车、桑塔 纳轿车
2、主副式
优点：减小了发动机的轴向尺寸； 缺点：主副连杆不能互换，运动规律和受力不同。
3、叉型式
优点：运动规律相同 缺点：结构复杂，工艺性差，刚度较低。