第三章曲柄连杆机构.ppt

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1、热力发动机基础热力发动机基础热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力本章内容本章内容：介绍曲柄连杆机构的功用与组成；机体组中缸介绍曲柄连杆机构的功用与组成；机体组中缸体的结构形式、冷却方式、排列形式以及缸套的种类，气体的结构形式、冷却方式、排列形式以及缸套的种类，气缸盖及燃烧室的结构；活塞结构和冷却方式；气环和油环缸盖及燃烧室的结构；活塞结构和冷却方式；气环和油环的种类及工作原理；活塞销结构及连接方式；连杆和曲轴的种类及工作原理；活塞销结构及连接方式；连杆和曲轴的结构，飞轮的作用；发动机的平衡结构。的结构，飞轮的作用；发动机的平衡结构。曲轴飞轮组曲轴飞轮组概概 述述机机 体体 组组活塞

2、连杆组活塞连杆组平衡机构平衡机构 第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构14235【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】3.1 3.1 概述概述 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的重要工作机构。其功用是把燃气作用在活塞顶面上的压力转变为曲轴的转矩，并向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，参见图3-1。1活塞 2活塞销3连杆 4连杆大头5连杆轴承 6曲轴主轴颈 7连杆轴颈 8曲柄 9平衡重 10连杆盖轴承11连杆盖12飞轮 图3-1 曲柄连杆机构【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基

3、础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】3.2 3.2 机体组机体组 机体组是发动机的骨架，是发动机各机构和系统的装配基体。机体组主要由气缸体、气缸盖、汽缸盖罩、气缸衬垫、气缸套和油底壳等组成，如图3-2所示。图3-2 机体组【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】一、气缸体一、气缸体（材料：高强度灰铸铁或铝合金铸造）1、根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式（其强度和刚度逐渐增强，而工艺性逐渐变差）：如图3-3所示。一般式气缸体：安装油底壳的加工面与曲轴旋转中心轴线齐平，多

4、用于中小型发动机。龙门式气缸体：气缸体安装油底壳的加工面低于曲轴旋转中心轴线，多用于大中型发动机 隧道式气缸体：主轴承座孔为整体式，装用滚动轴承，主要用在负荷较大的柴油机上。图3-3 机体的结构形式【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】2、按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成以下三种形式:如图3-4所示。直列式：发动机各气缸排成一直列，其特点是结构简单，加工容易，发动机的平衡性最好，但发动机高度和长度大，多用于六缸以下的发动机。例如，一汽红旗CA7220、宝来、捷达和大众波罗等型轿车。V形：发动机气缸排成两列，左右两列气缸中

5、心线的夹角小于180。气缸体的长度和高度缩短了，刚度增加了；但发动机的宽度增加了，且形状复杂，加工较困难。多用于6缸以上大功率发动机，如奥迪A6、广州08款雅阁轿车均装备V6发动机。对置式：气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角为180。其优点是气缸体的高度小，重心低，总体布置方便，风冷效果好，发动机平衡性较好，如保时捷2.5L6。图3-4 机体的排列形式【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】3、冷却：为了能够使气缸内表面在高

6、温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷（图3-5）。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且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。图3-5 机体及缸盖的冷却【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】二、气缸套二、气缸套（材料：耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造）按照气缸的结构形式，气缸体还可以分成：无气缸套气缸体和有气缸套气缸体。无气缸套气缸体在强化程度不高的轿车汽油机中应用较广，如桑塔纳1.8L、奥迪100的1.8L、

7、2.2L，夏利1.0L等，特点是缸心距小，结构紧凑。但气缸磨损后需镗缸。图3-6 干缸套和湿缸套1 1、气缸套分干缸套和湿缸套两种：、气缸套分干缸套和湿缸套两种：干式气缸套：气缸套的外表面不直接与冷却水接触。优点是不易漏气漏水，缸体结构刚度大，缸心距小，质量轻；缺点是冷却效果较差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。湿式气缸套：气缸套外表面直接与冷却水接触。优点是气缸体上没有封闭的水套，铸造方便，冷却效果好，容易拆卸更换；缺点是强度和刚度差，容易漏气漏水。2 2、缸套定位：、缸套定位：以缸套外表面凸出圆环带A和B实现径向定位，轴向定位是利用缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面C，如图3-6所示。【

8、第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】三、气缸盖三、气缸盖（材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金铸造）1 1、气缸盖结构、气缸盖结构（如图3-7所示）气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。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。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置

9、凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。整体式气缸盖：在多缸发动机中，全部气缸共有一个气缸盖（多用于缸径105mm的发动机）。分块式气缸盖：每两缸一盖或三缸一盖。单体式气缸盖：每缸一盖（多用于气缸直径140mm的发动机）风冷发动机均为单体式气缸盖。图3-7 气缸盖进气道接废气涡轮增压器排气连接管排气管凸轮轴EGR接口【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】2 2、燃烧室、燃烧室 汽油机的燃烧室由活塞顶部和气缸盖上相应的凹坑组成（见图3-8）。柴油机的分隔

10、式燃烧室中，主燃烧室在活塞顶部，副燃烧室铸在气缸盖中（见图3-9）。燃烧室结构对燃烧质量和发动机性能有重要影响。对燃烧室基本要求有；一是结构紧凑，面容比（燃烧室表面积与其容积之比）小，减少热损失；二是增大进气门直径或进气道通过面积，提高充气效率；三是产生适当的涡流，保证混合气及时、充分地混合燃烧。此外，汽油机燃烧室还应保证火焰传播距离短，防止发生不正常燃烧（如爆震）。柴油机燃烧室形状还应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好的配合。图3-8 典型的汽油机燃烧室【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】四、气缸垫四、气缸垫 气缸垫装在气缸盖

11、和气缸体之间，功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，水和漏油，见图3-10。对气缸垫的要求：1、要有足够强度，在高温高压燃气作用下不易损坏。2、耐热和耐腐蚀，不烧损不变质。3、具有一定的弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、不平度以及发动机工作时反复出现的变形。4、拆装方便，能重复使用，寿命长。图3-9 柴油机分隔式燃烧室【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】按所用材料的不同，气缸垫可分为金属-石棉衬垫、金属-复合材料衬垫和全金属衬垫。近年来，我国正在试验用膨胀石墨作为气缸垫材料，国外一些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气

12、缸垫，但要求气缸盖和气缸体的接合面有较高的加工精度。安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐；同时应注意把光滑的一面朝向气缸体，否则容易被气体冲坏。图3-10 气缸垫五、气缸盖螺栓五、气缸盖螺栓 气缸盖和气缸体用缸盖螺栓连接，缸盖螺栓为标准件。拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩散的顺序分23次进行，最后一次使用扭力扳手按工序规定的拧紧力矩值拧紧，以免损坏气缸垫，使气缸盖变形而发生漏水现象。拧松与拧紧顺序相反。如果气缸盖由铝合金制成，则最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样热机状态可以增加密封的可靠性。【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机

13、基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】六、曲轴箱和油底壳六、曲轴箱和油底壳 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳（见图3-11）。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。图3-11 油底壳七、发动机的支撑七、发动机的支撑 发动机一般

14、采用三点支承和四点支承两种方式，通过机体和飞轮壳或变速器壳体上的支承支撑在车架上。为消除汽车行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，发动机在车架上的支承是弹性的，这样也能减少发动机传给底盘和乘员的振动和噪声。为防止汽车制动或加速时由于弹性元件变形而产生发动机的纵向位移，一般还设纵向拉杆，纵向拉杆的一端与车架纵梁相连，另一端与发动机连接，两端连接处有橡胶垫。【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】3.3 3.3 活塞连杆组活塞连杆组 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成，如图3-12所

15、示。图3-12 活塞连杆组结构及装配【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】图3-13 活塞结构汽油机一般采用共晶(亚/过)铝硅合金，采用铸造、锻造和液态模锻；柴油机一般采用铸铁或耐热合金钢。2 2、活塞结构：、活塞结构：活塞由活塞顶部、活塞头部（环槽部）和裙部三部分组成，如图3-13所示。一、活塞一、活塞1 1、活塞的工作条件及材料：、活塞的工作条件及材料：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作，条件十分恶劣，要承受很大的热应力和机械应力。活塞在气缸内高速往复运动（平均速度：汽油机18m/s，柴油机13 m/s左右），与缸

16、套之间有很大的摩擦力，工作时直接接触周期变化的高温（最高达2500K以上）、高压（最高达15MPa)燃气，且承受很的往复惯性力。要求：(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠；(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损 (3)质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。【第三章 曲柄连杆机构】热力发动机基础热力发动机基础热能与动力热能与动力上一页下一页【2023-9-7】（1 1）活塞顶部：）活塞顶部：活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞，如图3-14所示。平顶活塞：顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一 般用在汽油机上。柴油机很少采用。凸顶活塞：顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。凹顶活塞：顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。一般用在柴油机上，汽油机很少采用。成型顶活塞：主要用于分层稀薄燃烧的