《曲柄连杆机构》PPT课件.ppt

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1、第三章第三章曲柄连杆机构曲柄连杆机构1、机体组、机体组2、活塞连杆组、活塞连杆组3、曲轴飞轮组、曲轴飞轮组一、功用一、功用 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动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。的旋转运动而对外输出动力。曲柄连杆机构工作示曲柄连杆机构工作示意图意图.二、组成二、组成三、工作条件三、工作条件承受机械载荷：承受机械载荷：1、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力、气体压力、惯性力、离心力、摩擦力;2、汽车行驶中产生的冲击力。、汽车行驶中产生的冲击力。1 1、机体组、

2、机体组曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸气缸油道和水道油道和水道油底壳油底壳 机体组是发动机体组是发动机各总成的装配机各总成的装配基体，它决定着基体，它决定着各个总成的位置各个总成的位置关系。关系。机体组包括气机体组包括气门室罩、气缸盖、门室罩、气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸垫、气缸体、曲轴箱和油底壳曲轴箱和油底壳等组成。等组成。曲轴箱曲轴箱气门室罩气门室罩曲轴托架曲轴托架1）气缸体与曲轴箱）气缸体与曲轴箱 气缸体一般由铸铁或铝合金铸造而成，水冷发动机的气缸体一般由铸铁或铝合金铸造而成，水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴

3、箱。曲轴箱。名称名称性能性能应用应用 一般一般式（平式（平分式）分式）机体高度小、重量机体高度小、重量轻、结构紧凑，便轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度于加工拆卸。刚度和强度差。和强度差。492Q汽汽油机，油机，90系列柴油系列柴油机。机。龙门式龙门式强度和刚度较好。强度和刚度较好。工艺性差、结构笨工艺性差、结构笨重、加工困难。重、加工困难。捷达轿车、捷达轿车、富康轿车、富康轿车、桑塔纳轿桑塔纳轿车车隧道式隧道式结构紧凑、刚度和结构紧凑、刚度和强度好。难加工、强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆工艺性差、曲轴拆卸不方便。卸不方便。负荷较大负荷较大的柴油机的柴油机上上。a.按与油底壳安装平面按与油底壳

4、安装平面位置不同气缸体分为：位置不同气缸体分为：油底壳安装平面油底壳安装平面和曲轴旋转中心和曲轴旋转中心在同一高度在同一高度。油底壳安装平油底壳安装平面低于曲轴的面低于曲轴的旋转中心。旋转中心。气缸体上曲轴气缸体上曲轴的主轴承孔为的主轴承孔为整体式。整体式。一般式气缸体一般式气缸体b.根据冷却方式不同气缸体分为：根据冷却方式不同气缸体分为：风冷气缸体和气缸盖风冷气缸体和气缸盖风冷式风冷式水冷气缸体和气缸盖水冷气缸体和气缸盖水冷式水冷式c.根据排列方式不同气缸体分为：根据排列方式不同气缸体分为：结构简单、加工结构简单、加工容易，但发动机容易，但发动机长度和高度较大。长度和高度较大。缩短了机体的长

5、度和高缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状了发动机的重量；形状复杂，加工困难。复杂，加工困难。高度小，总体高度小，总体布置方便。布置方便。对置气缸式发动机对置气缸式发动机d.整体式气缸体和镶嵌式气缸体整体式气缸体和镶嵌式气缸体整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型类型构造构造性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气缸体上气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。受大负荷。成本高。镶嵌式镶嵌式用

6、耐磨优质材料制成气用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。制成的气缸体内。降低了制造成本，便降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用延长了气缸体的使用寿命。寿命。2）气缸套）气缸套名称名称特点特点示意图示意图干缸套干缸套外壁不直接与冷却外壁不直接与冷却水接触。壁厚水接触。壁厚13mm。湿缸套湿缸套外壁直接与冷却水外壁直接与冷却水接触。壁厚接触。壁厚59mm。强度和刚强度和刚度都较好，度都较好，加工复杂，加工复杂，拆装不便，拆装不便，散热不良。散热不良。散热良好、散热良好、冷却均匀、冷却均匀、加工容易。加工容易。强度和刚度强

7、度和刚度不如干缸套，不如干缸套，易漏水。易漏水。3）曲轴箱）曲轴箱曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。结构：结构：上轴箱上轴箱 与气缸体铸成一体与气缸体铸成一体 下轴箱下轴箱 贮存润滑油（油底壳）贮存润滑油（油底壳）材料：薄钢板冲压材料：薄钢板冲压桑塔纳发动机油底壳桑塔纳发动机油底壳4）气缸盖）气缸盖(cylinder head)功功 用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。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。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。材材 料：

8、灰铸铁或合金铸铁，铝合金。料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。气缸盖上一般气缸盖上一般装有气门、火花装有气门、火花塞或喷油器等，塞或喷油器等，其内部加工有气其内部加工有气门座孔、火花塞门座孔、火花塞座孔、油道、水座孔、油道、水道、推杆孔等道、推杆孔等。5)燃烧室燃烧室(combustion chamber)名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程短、结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、燃烧速率高、热损失小、热效率高热效率高桑塔纳桑塔纳 夏利夏利 富康富康楔形楔形结构简单、紧凑、散热结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，花

9、塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长火焰传播距离长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、进工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃排气效果不如半球形燃烧室烧室捷达捷达奥迪奥迪6)气缸垫气缸垫功用：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。的密封，防止漏气、漏水和漏油。安装安装:注意方向注意方向材料要求：材料要求：有弹性、耐热性、耐压性有弹性、耐热性、耐压性2.2.活塞连杆组活塞连杆组气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖活塞应具备活塞应具备的特点的特点A

10、 刚度和强度应足够大，传力可靠。刚度和强度应足够大，传力可靠。B 导热性能好，耐高压、高温、磨损导热性能好，耐高压、高温、磨损C 质量较小，尽可能减少往复惯性力质量较小，尽可能减少往复惯性力1 1）活塞）活塞）活塞）活塞(Piston(Piston)功用：直接承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使功用：直接承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。曲轴旋转。工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600700K600700K，且分布不均匀；高速，线速度达到，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s10m/s，承，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最

11、高可达受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3 5MPa3 5MPa（汽油（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。机）的压力，使之变形，破坏配合联结。材料：铝合金：质量小材料：铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁。导热性好；灰铸铁。活塞结构：活塞结构：（1）活塞顶部）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。活塞顶类型活塞顶类型形状形状示意图示意图平顶平顶凸顶凸顶凹顶凹顶结构简单、制造容结构简单、制造容易、受热面积小、易、受热面积小、应力分布较均匀，应力分布较均匀，多用在汽油机上。多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部凸起呈球状、顶部强度高，

12、起导向作强度高，起导向作用、有利于改善换用、有利于改善换气过程。气过程。凹坑的形状、位置必凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。防止碰气门。（2）活塞头部）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽气环槽油环槽油环槽工作条件工作条件最恶劣，最恶劣，应离顶部应离顶部远些。远些。活塞销孔活塞销孔作用：作用：1 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，、防止可燃混合气漏到曲轴箱内，3 3、将顶部吸收的热量通过活塞环

13、传给气缸壁。、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。（3）活塞裙部）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。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：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。力，防治破坏油膜。裙部表面的保护裙部表面的保护n1）镀锡）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。n2）涂石墨）涂石墨(柴油机）柴油机）易脆断可加速磨合，自润滑。易脆断可加速磨合，自润滑。n3）表面粗糙化）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨

14、合，沟谷可存机油润滑。有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑。裙部受侧压力的作裙部受侧压力的作用，导致活塞发生用，导致活塞发生变形变形活塞形状活塞形状 工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，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。在销座轴方向。销座方向销座方向工作时向里变形工作时向里变形不受压力的不受压力的部分，去掉部分，去掉后可以减轻后可以减轻质量。质量。开槽活塞（汽油机）开槽活塞（汽油机）绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽圆槽圆槽2）活塞环）活塞环n 是具

15、有弹性的开口环，分为气环和油环。是具有弹性的开口环，分为气环和油环。n工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。n平均寿命：平均寿命：6万公里万公里切口切口气环气环（1）气环）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。吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。气环断面形状：气环断面形状：形状形状特点特点示意图示意图矩形环矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应结构简单、制造方便、易于生产、应用面广，易发生泵油作用。用面广，易发生泵油作用。

16、扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小摩擦，减轻泵油作用，注意安装方向。小摩擦，减轻泵油作用，注意安装方向。锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触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。加工困难。压力，有利于磨合和密封。加工困难。梯形环梯形环易于挤出环槽内积炭，延长使用寿命，易于挤出环槽内积炭，延长使用寿命，加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高桶面环桶面环对气缸表面和活塞偏摆的适应性好、对气缸表面和活塞偏摆的适应性好、外圆为凸圆弧形，加工困难。外圆为凸圆弧形，加工困难。气环的泵油作用气环的泵油作用

17、气环的泵油作用演示气环的泵油作用演示防泵油方法：防泵油方法：装油环、装油环、采用扭曲环采用扭曲环（2）油环）油环种类种类 普通油环普通油环组合式油环组合式油环示示意意图图刮油片刮油片轴向衬环轴向衬环径向衬环径向衬环刮油片刮油片油环的刮油作用油环的刮油作用活塞环安装位置活塞环安装位置3）活塞销）活塞销 作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力作用：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。传递给连杆。构造：构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。两段截锥与一段圆柱的组合形。活塞销的连接方式活塞销的连

18、接方式连杆连杆活塞销活塞销全浮式全浮式半浮式半浮式活塞销的偏置活塞销的偏置 使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。边过渡到另一边，减少敲缸的声音。4）连杆）连杆(Connecting rod)作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给作用：连接活塞与曲轴，并把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。曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆组件分解图连杆组件分解图连杆的布置连杆的布置V型发动机连杆的布置形式型发动机连杆的布置形式并列式并列式主副式主副式叉式叉式直列发动机连杆的布置形式

19、直列发动机连杆的布置形式连杆轴瓦连杆轴瓦定位凸键定位凸键油槽润滑油槽润滑减磨合金层减磨合金层连杆大头的连接形式连杆大头的连接形式平分式平分式斜分式斜分式3.曲轴飞轮组曲轴飞轮组起动爪起动爪正时齿轮正时齿轮主轴瓦主轴瓦皮带轮皮带轮扭转减振器扭转减振器飞轮飞轮飞轮螺栓飞轮螺栓曲轴曲轴1）曲轴）曲轴(Crank)功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交

20、变载荷的冲击。荷的冲击。结构：结构：前端轴前端轴连杆轴颈连杆轴颈曲轴轴颈曲轴轴颈后端轴后端轴平衡重平衡重曲拐曲拐曲柄曲柄曲轴的支承方式曲轴的支承方式优点优点缺点缺点应用应用全支承曲轴全支承曲轴提高曲轴的刚度和提高曲轴的刚度和弯曲强度，减轻主弯曲强度，减轻主轴承的载荷轴承的载荷曲轴的加工表曲轴的加工表面增多，主轴面增多，主轴承数增多，使承数增多，使机体加长机体加长柴油机一般多柴油机一般多采用此种支撑采用此种支撑方式方式非全支承曲轴非全支承曲轴缩短了曲轴的长度，缩短了曲轴的长度，使发动机总体长度使发动机总体长度有所减小有所减小主轴承载荷较主轴承载荷较大大承受载荷较小承受载荷较小的汽油机可以的汽油机

21、可以采用此种方式采用此种方式概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为概念：在相邻的两个曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。全支承曲轴，否则称为非全支承曲轴。曲拐的布置曲拐的布置n一般规律一般规律n各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。n连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。部和后半部交替进行。nV型发动机左右气缸尽量交替作功。型发动机左右气缸尽量交替作功。n曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。曲拐布置尽可

22、能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。四冲程四缸发动机四冲程四缸发动机曲拐布置及点火顺序曲拐布置及点火顺序四冲程六缸发动机曲轴四冲程六缸发动机曲轴曲拐布置及点火顺序曲拐布置及点火顺序扭转减振器扭转减振器皮带盘皮带盘惯性盘惯性盘橡胶垫橡胶垫减振器圆盘减振器圆盘皮带轮毂皮带轮毂曲轴前端曲轴前端 多用橡胶摩擦式扭转减多用橡胶摩擦式扭转减振器，其振器，其功用：吸收曲轴功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭扭转振动的能量，消减扭转振动。转振动。当曲轴发生扭转振当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动时，力图保持等速转动

23、的惯性盘便与橡胶层动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，耗了扭转振动的能量，消减了扭振。消减了扭振。2）飞轮）飞轮(Flywheel)功用：将在作功行程中输入于曲轴的能量的一部分贮存功用：将在作功行程中输入于曲轴的能量的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。力传给离合器。飞轮边缘部分做飞轮边缘部分做的厚些，可以增的厚些，可以增大转动惯量大转动惯量齿圈在发动机起齿圈在发动机起动时与起动机齿动时与起动机齿轮啮合，带动曲轮啮合，带动曲轴旋转。轴旋转。一缸上止点一缸上止点记号记号