第二章 曲柄连杆机构机体组活塞连杆组曲轴飞轮组概述
§ 2.1 概 述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旋转运动而对外输出动力。
1、机体组
2、活塞连杆组
3、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用二、组成多缸发动机的曲柄连杆机构演示
§ 3.2 机 体 组机体组组成:
曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩一、气缸体
1、气缸体,水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体 —— 曲轴箱油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式
( 1)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
2、气缸体分类一般式 龙门式 隧道式名 称 性 能 应 用一般式机体高度小、重量轻、结构紧凑,便于加工拆卸。
刚度和强度差。
492Q汽油机,90
系列柴油机。
龙门式 强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。
捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车隧道式结构紧凑、刚度和强度好。
难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。
负荷较大的柴油机上 。
性能与应用比较
( 2)根据冷却方式不同分,水冷、风冷散热片冷却水
( 3)根据气缸的排列方式结构简单、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,
增加了刚度,
减轻了发动机重量;形状复杂,加工困难。
高度小,总体布置方便。
( 4)干式气缸套和湿式气缸套名称 特 点 示意图干缸套 外壁 不直接 与冷却水接触。壁厚 1~ 3mm。
湿缸套 外壁 直接 与冷却水接触。壁厚 5~ 9mm。
强度和刚度都较好,
加工复杂,
拆装不便,
散热不良 。
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。
三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用,密封气缸的上部,与活塞、气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气,所以承受的热负荷很大。
1、气缸盖气缸垫,功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油。
气缸盖气缸盖罩 衬垫安装火花塞
2、气缸盖罩和气缸垫
3、燃烧室名称 特点 示意图 应用半球形结构紧凑、火焰行程段、
燃烧速率高、热损失小、
热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少;火花塞置于燃烧室最高处,
火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪汽油机燃烧室形状三、油底壳
1、概念:
贮存机油并封闭曲轴箱,又称为下曲轴箱。
2、使用特点:
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
3、材料:
薄钢板冲压
§ 3.3 活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖点此观看活塞连杆组的录像
1、功用,承受气体压力,并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。
2、工作环境,高温、散热条件差;顶部工作温度高达 600~ 700K,且分布不均匀;高速,线速度达到 10m/s,承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达 3~ 5MPa(汽油机)的压力,使之变形,破坏配合联结。
3、材料,铝合金:质量小 导热性好;灰铸铁活塞应具备的特点
A 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
C 质量较小,尽可能减少往复惯性力
D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙
E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数一、活 塞
( 1)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。
4、结构顶部,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。
( 1)活塞顶部结构简单、制造容易、受热面积小、
应力分布较均匀,
多用在汽油机上 。
凸起呈球状、顶部强度高,起导向作用、有利于改善换气过程。
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,
防止碰气门。
头部
( 2)活塞头部位置,第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
工作条件最恶劣,应离顶部远些。
1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、
2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内,
3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
作用:
( 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。
裙部活塞裙部的椭圆变形演示
( 1)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。
5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封和运动间隙,制造活塞是通常采取下列 结构措施:
( 2)预先做成椭圆形椭圆的长轴方向与销座垂直,短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。
( 3)活塞裙部开槽横向绝热槽 减少裙部受热有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽 留有膨胀余地活塞强度降低 绝热槽膨胀槽
( 4)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嵌入钢片。
恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的,
由于恒范钢为含镍
33%~ 36%的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金的 1/10,而销座通过恒范钢片与裙部相连,
牵制了裙部的热膨胀变形量。
6、活塞在工作时的保护措施
( 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,
向作功行程中受主侧压力的一方偏移了 1~ 2mm。
(二)活塞环是具有弹性的开口环,分为 气环 和 油环 。
工作条件,高温、高压、高速、极难润滑。
平均寿命,6万公里材料,合金铸铁或球墨铸铁(有时表面涂有保护层)
切口气环
( 1)气环作用,保证气缸与活塞间的密封性,防止漏气,并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁,再由冷却水将其带走。
气环的密封原理:
将 2~ 3道气环的切口相互错开形成,迷宫式,封气装置。
气环的泵油原理:
动态演示点此观看录像
( 2)油环种类 普通油环 组合式油环示意图刮油片轴向衬环径向衬环刮油片油环的刮油作用油环的刮油作用
(三)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传递给连杆。
材料与工艺,优质低碳钢,表面淬火、精磨。
构造,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。
活 塞 销圆柱形 两段截锥与一段圆柱结合 两段截锥形连杆活塞销全浮式,活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动,使磨损均匀。
半浮式:
活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接,活塞销只能在两端销座内作自由摆动。多用于小轿车形式,全浮式(工作时自由转动)、半浮式。
(四)连杆作用,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。
连杆组件分解图连杆小头杆身连杆大头连杆大头的连接形式平切式 斜切式连杆轴瓦
V型发动机连杆的布置形式并列式 主副式 叉型式
§ 3.4 曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴二、曲轴
1、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。
2、工作条件,受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。
3、结构:
前端轴连杆轴颈 曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐:由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。
曲柄
4、材料,中碳钢(汽)、合金铸铁(柴)、球墨铸铁。
5、分类,整体式(常用)
组合式(长用于连杆大头为整体式的小型汽油机和以滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机上)
6、组成,( 1)主轴颈曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个。强度、
刚度好,减小了磨损;柴油机和大部分汽油机均采用。
全支承:
非全支承,曲轴的主轴颈数少于或等于气缸数。载荷较大,缩短了曲轴的总长度。
—— 用于支撑曲轴。
( 2)连杆轴颈
( 3)曲柄
——曲轴臂,用于连接主轴颈和连杆轴颈
( 4)平衡块平衡离心力偶减轻或消除弯曲变形部分中空兼作油道安装连杆大头中空连杆轴径平衡重曲柄
( 5)前端轴和后端轴前端轴:安装正时齿轮及附件(皮带盘等)
1,2止推轴承
3.止推片
4.正时齿轮
5.甩油盘
6.油封
7.皮带轮
8.起动爪曲轴的前端
7
两止推 轴承 白金合面相背曲轴向前移动,后止推轴承与曲轴臂端面摩擦;轴向后移动,
前止推轴承与正时齿轮端面摩擦。
4 1
8
6
3
2
5
后端轴:安装飞轮前后端轴都设有防漏装置:
挡油盘、回油螺纹、油封等。
曲轴后端 回油螺纹
( 6)曲轴的轴向限位通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推轴承来实现的(翻边轴瓦)。
主轴颈止推垫片止推垫片连杆轴颈主轴承盖三、曲拐的布置
1) 各缸的作功间隔要尽量均衡,以使发动机运转平稳。
2) 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。
比如,四缸机,1-3-4-2或 1-2-4-3
六缸机,1-5-3-6-2-4;
3) V型发动机左右气缸尽量交替作功。
4) 曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。
( 1)一般规律
( 2)常见曲轴曲拐的布置对缸数为 i的发动机而言,其发火顺序为:
四行程,720° /i
二行程,360° /i
① 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置点火顺序,各缸完成同名行程的次序。
曲轴转角
(度 ) 一 缸 二 缸 三 缸 四 缸
0~ 180
180~ 360
360~ 540
540~ 720
功功功功排进压排进压 排进压排进压
1

3

4

2
四缸四行程发动机的曲拐布置
② 直列四冲程六缸发动机发火顺序和曲拐布置曲轴转角
(度)
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
0

180
180

360
360

540
540

720
一 缸 二 缸 三 缸 四 缸 五 缸 六 缸排进压进压排进压 排进压排进压排进压排发火顺序,1-5-3-6-2-4
功功功功功功六缸四行程发动机的曲拐布置八缸四行程发动机的曲拐布置(红旗轿车 SV100型发动机)
1-8-4-3-6-5-7-2
四、曲轴扭转减振器作用,吸收曲轴扭转振动的能量,使曲轴转动平稳,可靠工作。
种类,橡胶式(车用),硅油式,摩擦片式。
橡胶式 摩擦片式 硅油式皮带盘惯性盘 橡胶垫减振器圆盘皮带轮毂曲轴前端当曲轴发生扭转振动时,力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦,从而消耗了扭转振动的能量,消减了扭振。
橡胶摩擦式曲轴扭转减振器结构图五、飞轮
(一)功用:
将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来,
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,同时将发动机的动力传给离合器。
(二)构造飞轮边缘部分做的厚些,可以增大转动惯量。
齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合,
带动曲轴旋转 。
飞轮上的标记符号:
在飞轮轮缘上作有记号 (刻线或销孔 )供找压缩上止点用 (四缸发动机为 1缸或 4缸压缩上止点;六缸发动机为 1缸或 6缸压缩上止点 )。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时,正好是压缩上止点。
解放 CA6102型发动机的记号是,上止点 ———
1— 6
奥迪 100飞轮上有-,0”标记。
例如:
标记桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组小 结活塞连杆组活塞活塞环活塞销连杆:
(铝合金)
防冷敲热拉措施活塞制成上小下大的锥形活塞裙部呈椭圆形活塞裙部开槽销座孔处铸入防胀钢片油环气环作用及组成曲轴飞轮组曲轴带轮正时齿轮扭转减震器飞轮:
主轴颈连杆轴颈曲柄平衡块前端和后端曲拐 (理解记忆)
橡胶式硅油式摩擦片式掌握 飞轮的作用