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1、n本章讲述内容：本章讲述内容：2.12.1 概述概述2.2 2.2 机体组机体组2.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组2.4 2.4 曲轴飞轮组曲轴飞轮组第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构(5h)(5h)2.1 2.1 概概 述述一、曲柄连杆机构的功用及组成一、曲柄连杆机构的功用及组成(一）一）功用：功用：q将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，向工将燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，向工作机械输出机械能。作机械输出机械能。(二）二）组成：组成：q机机体体组组：主主要要包包括括气气缸缸体体、曲曲轴轴箱箱、气气缸缸盖盖、气气缸缸套套、气缸衬垫和油底壳等；气缸衬垫和油底壳等；q活活塞塞
2、连连杆杆组组：主主要要包包括括活活塞塞、活活塞塞环环、活活塞塞销销和和连连杆杆等；等；q曲轴飞轮组曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。：主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器等。(三）工作条件三）工作条件q 高温高温：最高可达最高可达 2500K2500K以上以上q 高压高压：最高可达：最高可达 5MPa5MPa9MPa9MPaq 高速高速：最高可达：最高可达 3000 r/min3000 r/min6000 r/min6000 r/minq 化学腐蚀化学腐蚀：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件。（四）受力分析（四）受力分析 曲柄连杆机构受的力主要有气压力F
3、p，往复惯性力Fj，旋转离心力FC 和摩擦力F。FpFjFCF1 1、气压力：气压力气压力：气压力 的集中力的集中力FpFp分解为分解为侧压力侧压力FpFp1 1和和FpFp2 2，FpFp1 1分解为分解为F FR R和和F FS S，F FR R 使使曲轴主轴颈处受压，曲轴主轴颈处受压，F FS S为周向产生转矩的为周向产生转矩的力。力。(1)(1)作功行程：侧压力作功行程：侧压力 Fp1Fp1向向左，活塞的左侧面压向气缸左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重壁，左侧磨损严重 Fp2Fp1 FpFRFSFp1(2)压缩行程：侧压力压缩行程：侧压力FP2向右，活塞的右侧面向右，活塞的右侧面
4、压向气缸壁，右侧磨损严重。压向气缸壁，右侧磨损严重。FP2FPFP1FRFS2 2、往复惯性力往复惯性力P Pj j：从上止点向下止点运动，活塞：从上止点向下止点运动，活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。最大，加速度为零，惯性力也等于零。Pj3 3、离心惯性力离心惯性力P PC C：旋转机件的圆周运动产生
5、离旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。Pc3、离心惯性力离心惯性力PC：4 4、摩擦力、摩擦力F F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。成配合表面磨损的根源。F4、摩擦力、摩擦力F：五、总结：五、总结：偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄半径向外。径向
6、外。曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。机体组组成：机体组组成：曲轴
7、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气缸盖罩气缸盖罩2.2 2.2 机机 体体 组组气缸盖罩垫圈气缸盖罩垫圈q气缸体气缸体：发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为：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。气缸体曲轴箱，简称气缸体。（一）功用（一）功用：气缸体上半部有若干个为活塞在其中运动：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。导向的圆柱形空腔。1 1、内腔、内腔 （1 1）形成气缸工作容积；）形成气缸工作容积；（2 2）活塞运动导向。）活塞运动导向。2 2、外腔、外腔 （1 1）各机构和系统的装配基体；）各
8、机构和系统的装配基体；（2 2）散热。）散热。一、一、气缸体气缸体（三）材料和工艺：（三）材料和工艺：1 1、材料、材料 （1 1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢）气缸套：优质合金铸铁或合金钢 （2 2）气缸体：灰铸铁或铝合金）气缸体：灰铸铁或铝合金2 2、气缸工作表面制造工艺（、气缸工作表面制造工艺（2 2级加工精度）级加工精度）（1 1）精镗）精镗（2 2）珩磨（网纹状）珩磨（网纹状）1 1、改善磨合条件，磨合改善磨合条件，磨合 2 2、避免拉缸（金属熔着磨损）避免拉缸（金属熔着磨损）时间短时间短 （二）要求：二）要求：1 1、耐高温、高压、耐高温、高压 2 2、耐磨损、耐磨损 3 3、耐腐
9、蚀、耐腐蚀 4 4、足够的刚度和强度、足够的刚度和强度（三）（三）气缸体结构分类：气缸体结构分类：（a a）一般式一般式（b b）龙门式龙门式（c c）隧道式隧道式（a a）曲轴轴线与气缸曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上体下表面在同一平面上 。优点是制造方便，质优点是制造方便，质量轻，高度低，但刚度量轻，高度低，但刚度低，适用于汽油机。低，适用于汽油机。(b)(b)油底壳安装油底壳安装平面低于曲轴的平面低于曲轴的旋转中心旋转中心(c)(c)气缸体上曲气缸体上曲轴的主轴承孔轴的主轴承孔为整体式为整体式1 1、按气缸体结构形式分为：按气缸体结构形式分为：名名 称称性性 能能应应 用用一般式一般式
10、机体高度小、重量轻、机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。卸。刚度和强度差。492Q492Q汽油机，汽油机，9090系列柴油机。系列柴油机。龙门式龙门式强度和刚度较好。工艺强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工性差、结构笨重、加工困难。困难。捷达轿车、富捷达轿车、富康轿车、桑塔康轿车、桑塔纳轿车纳轿车隧道式隧道式结构紧凑、刚度和强度结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。曲轴拆卸不方便。负荷较大的柴负荷较大的柴油机上油机上 。性能与应用比较性能与应用比较 2 2、按冷却方式分：、按冷却方式分：（1 1）水冷式：气
11、缸体内铸有冷却水套）水冷式：气缸体内铸有冷却水套 （2 2）风冷式：气缸体外铸有散热片）风冷式：气缸体外铸有散热片水冷发动机和气缸盖水冷发动机和气缸盖风冷发动机的气缸体和气缸盖风冷发动机的气缸体和气缸盖散热片散热片冷却水冷却水冷却水冷却水3 3、按镶缸套方式分：、按镶缸套方式分：（1 1）干式缸套：）干式缸套：图（图（a a）所示，所示，不直接与冷却水接触，薄壁不直接与冷却水接触，薄壁（1-31-3mmmm），），过盈压配在气缸体内孔中。过盈压配在气缸体内孔中。优点优点 ：密封性好，气缸体刚性好，缸心距小，曲轴不易变形。：密封性好，气缸体刚性好，缸心距小，曲轴不易变形。缺点：缺点：a a、制造
12、成本增加：制造成本增加：气缸体内孔、缸套外气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，加工装夹时易变形。装夹时易变形。b b、热负荷增加：热负荷增加：缸套外圆与气缸体内孔理缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使之不可能论上是完全接触，但加工误差使之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。热，必然使缸套、活塞等热负荷严重。c c、气缸体铸造工艺性差：气缸体铸造工艺性差：水套封闭，去渣困难。水套封闭，去渣困难。气缸套气缸套水套水套气缸体气缸体图图 2-6 2-6（a a）干
13、式干式气缸套气缸套（2 2）湿式缸套：）湿式缸套：气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接气缸体水套敞开，缸套与冷却水直接接触，薄厚（触，薄厚（5-9mm5-9mm），），缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆缸套下端带橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下端带上大，下小（因为气缸套下端带1-31-3道橡胶封水圈），且上道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体端与气缸体内孔配合紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。内孔。湿式缸套压配在气缸体内孔时，湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶面高出气缸体顶面上部凸肩顶面高出气缸体顶面0.05-0.05-0.15 0.15 m
14、mmm，这样紧固缸盖时，可将缸这样紧固缸盖时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。垫压得更紧，以密封燃气。优点：优点：气缸套冷却好；制造成本气缸套冷却好；制造成本低；气缸体铸造工艺性好。低；气缸体铸造工艺性好。缺缺点：点：气缸体刚性差，容易变形，气缸体刚性差，容易变形，易漏气、漏水；缸心距增加，曲轴易易漏气、漏水；缸心距增加，曲轴易变形；气缸套外圆表面易产生穴蚀现变形；气缸套外圆表面易产生穴蚀现象，常见涂漆。象，常见涂漆。0.050.050.050.05 0.150.150.150.15mmmm气缸套气缸套水套水套气缸体气缸体橡胶封水圈橡胶封水圈图图 2-6 2-6（b b）湿式湿式气缸套气缸套（轴
15、向定位）（轴向定位）（径向定位）（径向定位）（径向定位）（径向定位）干式气缸套和湿式气缸套比较干式气缸套和湿式气缸套比较名称名称特特点点示意图示意图干缸套干缸套外壁外壁不直接不直接与冷却水与冷却水接触。壁厚接触。壁厚1 13mm3mm。湿缸套湿缸套外壁外壁直接直接与冷却水接与冷却水接触。壁厚触。壁厚5 59mm9mm。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。强度和刚度强度和刚度不如干缸套，不如干缸套，易漏水。易漏水。4 4、根据气缸的排列方式分根据气缸的排列方式分：q直列式：直列式
16、：结构简单、加工容易，结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。但发动机长度和高度较大。qV型：型：缩短了机体的长度和高度，缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。量；形状复杂，加工困难。q对置式：对置式：高度小，总体布置方便高度小，总体布置方便。直列式V型对置式5 5、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n(1)(1)、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。n(2)(2)、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
17、性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气气缸直接镗在气缸体上缸体上强度和刚度好，能强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。承受大负荷。成本高。镶嵌式镶嵌式用耐磨优质材用耐磨优质材料制成气缸套，再料制成气缸套，再装到一般材料制成装到一般材料制成的气缸体内。的气缸体内。降低了制造成本，降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿延长了气缸体的使用寿命。命。气缸盖罩气缸盖罩气缸盖气缸盖气缸垫气缸垫衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞二、气缸盖与气缸垫二、气缸盖与气缸垫（一）气缸盖一）气缸盖1 1、组成：、组成：气缸盖上应有进、排气门座及气门导管气缸盖上应有进、排气门座及
18、气门导管 和进、排气门通道等。和进、排气门通道等。2 2、作用：、作用：（1 1）密封气缸上部；）密封气缸上部；（2 2）构成燃烧室（与气缸壁、气缸垫和）构成燃烧室（与气缸壁、气缸垫和 活塞顶一起）；活塞顶一起）；（3 3 3 3）构成供给系中进、排气系统及冷却构成供给系中进、排气系统及冷却 系、润滑系的一部分（铸有进、排系、润滑系的一部分（铸有进、排 气通道及冷却水套或散热片、润滑气通道及冷却水套或散热片、润滑 油道）。油道）。3 3、要求：、要求：（1 1）耐高温、高压；）耐高温、高压；（2 2）耐腐蚀；）耐腐蚀；（3 3 3 3）足够的刚度和强度。足够的刚度和强度。（2 2）灰铸铁或合金
19、铸铁：）灰铸铁或合金铸铁：（大部分柴油机）（大部分柴油机）a a、刚度、强度高；刚度、强度高；b b、耐高温；耐高温；c c、导热性差导热性差:缸盖底面鼻梁区易开裂；缸盖底面鼻梁区易开裂；d d、质量重。质量重。4 4、材料：、材料：（1 1）铝合金压铸：）铝合金压铸：（汽油机及少数柴油机）（汽油机及少数柴油机）a a、质量轻、导热性好；质量轻、导热性好；b b、铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）；铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）；c c、刚度低刚度低:易变形易变形导致漏气漏水；导致漏气漏水；d d、强度低强度低:气缸盖螺栓孔易拉毛；气缸盖螺栓孔易拉毛；e e、不耐高温不耐高温:
20、超过超过350350 C C，强度急剧降低。，强度急剧降低。5、燃烧室、燃烧室v结构尽可能紧凑，冷却结构尽可能紧凑，冷却面积小，以减少热量损面积小，以减少热量损失及缩短火焰行程。失及缩短火焰行程。v使混合气在压缩终了时使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动，具有一定的涡流运动，以提高混合气燃烧速度，以提高混合气燃烧速度，保证混合气得到及时和保证混合气得到及时和充分燃烧。充分燃烧。燃烧室燃烧室形状对发动机的工作影响很大形状对发动机的工作影响很大。(1)要求：要求：汽油机燃烧室形状汽油机燃烧室形状燃烧室比较燃烧室比较名称名称 特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程段、结构紧凑、
21、火焰行程段、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492（二）气缸垫（二）气缸垫1 1、作用：、作用：密封密封燃气燃气冷却水、机油冷却水、机油2 2、要求、要求：（1 1）一定的强度要求）一定的强度要求（2 2）耐热、耐腐蚀）耐热、耐腐蚀（3 3）一定的弹性）一定的弹性a a、
22、密封密封 （变形以补偿结合面的不平度）（变形以补偿结合面的不平度）b b、能重复使用能重复使用 （在一定公差内）在一定公差内）3 3、材料与结构：、材料与结构：金属金属-石棉气缸垫；石棉气缸垫；实心金属片气缸垫；实心金属片气缸垫；加强型无石棉气缸垫。加强型无石棉气缸垫。安装注意：安装注意：金属皮的金金属皮的金属属石棉垫，缸石棉垫，缸口金属卷边一面口金属卷边一面应朝向易修整接应朝向易修整接触面或硬平面。触面或硬平面。因卷边一面会对因卷边一面会对与其接触的平面与其接触的平面造成压痕变形。造成压痕变形。光滑面朝向气缸光滑面朝向气缸体。体。4 4、气缸盖螺栓的拧紧次序：、气缸盖螺栓的拧紧次序：必须由中
23、央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封一次要用扭力扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝性，二则避免损坏气缸垫，三则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状态下拧紧，丰田佳美丰田佳美3S-FE3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序这样，发动机热这样，发动机热起来时会增加密封性，起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热因为铝合金气缸盖的热膨胀比钢
24、螺栓的大；铸膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因机热车时最后拧紧，因为装配时拧紧的螺栓在为装配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久发动机工作初始后不久会松弛。会松弛。三、油底壳三、油底壳1 1、作用：储存机油并密封曲轴箱。、作用：储存机油并密封曲轴箱。2 2、要求：（、要求：（1 1）结合面平整，密封性好）结合面平整，密封性好 （2 2）刚性好，避免振动、机械噪声过大）刚性好，避免振动、机械噪声过大 （3 3）散热性好）散热性好3 3、材料与结构：、材料与结构：材料：低碳合金钢板或铝合金冲压而成；材料：低碳合金钢板或铝合金冲压而成；结构：为了加强油底壳
25、内机油的散热，油底壳底部铸有结构：为了加强油底壳内机油的散热，油底壳底部铸有散热肋片。油底壳形状后部一般做得较深，以便发动机纵向散热肋片。油底壳形状后部一般做得较深，以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板，避免油面波动太倾斜时机油泵能吸到机油。内设有挡油板，避免油面波动太大，大，机油泵吸进气泡，供油不机油泵吸进气泡，供油不桑塔纳轿车油底壳结构桑塔纳轿车油底壳结构畅。油底壳底部装有磁性放畅。油底壳底部装有磁性放油塞，吸集机油中的金属屑，油塞，吸集机油中的金属屑，减少磨损。减少磨损。气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖2.3 2.3 活塞连杆组活塞连杆组 连杆衬套定位套筒活塞销
26、卡簧组成组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆：活塞、活塞环、活塞销、连杆1 1、作用：、作用：（1 1）构成燃烧室；）构成燃烧室；（2 2）传递动力。）传递动力。2 2、要求：、要求：铝合金铝合金(质量小质量小,导热性好导热性好);灰铸铁灰铸铁一、活塞一、活塞活塞应具备的特点活塞应具备的特点A A、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 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 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。3 3、材料与工艺：、材料与工艺：（1 1）材料：）材料：a a、共晶共晶铝硅合金（铸铝、锻铝）；铝
27、硅合金（铸铝、锻铝）；（质量小，导热性好，适用于一般发动机）（质量小，导热性好，适用于一般发动机）b b、组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺组合式：上半部用钢，下半部用铝合金，沉头螺 栓连接。栓连接。1 1、刚度好，高温强度高；刚度好，高温强度高；2 2、热膨胀系数低，配缸间隙小；、热膨胀系数低，配缸间隙小；仅适用于极少数大功率仅适用于极少数大功率 强化柴油机强化柴油机 3 3、耐磨（环槽）；、耐磨（环槽）；4 4、质量居中。质量居中。（2 2）工艺：）工艺：a a、铸造：铸造：质量大，加工工序多；质量大，加工工序多；b b、锻造：、锻造：居中；居中；c c、模锻：、模锻：质量小，加工
28、少。质量小，加工少。4 4、结构特点：、结构特点：（1 1）基本结构：）基本结构：由顶部、头部、裙部组成（图由顶部、头部、裙部组成（图2-202-20所示）。所示）。图图220 活塞结构活塞结构 1活塞顶部活塞顶部 2活塞头部活塞头部 3活塞裙部活塞裙部 结构简单、制造结构简单、制造容易、受热面积容易、受热面积小、应力分布较小、应力分布较均匀，多用在汽均匀，多用在汽油机上。油机上。凸起呈球状、顶凸起呈球状、顶部强度高，起导部强度高，起导向作用、有利于向作用、有利于改善换气过程。改善换气过程。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
29、压缩比，防止碰气门。防止碰气门。a a、顶部：、顶部：组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。活塞头部活塞头部n位置：位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。n作用：作用：n 安装活塞环；安装活塞环；n 与活塞环一起密封气缸；与活塞环一起密封气缸；n 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；n 将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。气环槽气环槽油环槽油环槽工作条件最恶工作条件最恶劣，应离顶部劣，应离顶部远些。远些。活塞销孔活塞销孔活塞裙部活
30、塞裙部n位置：位置：从油环槽下端面起从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，至活塞最下端的部分，包括销座孔。包括销座孔。n作用：作用：导向作用导向作用;承受侧压力承受侧压力;防止破坏油膜。防止破坏油膜。冷态敲缸现象：冷态敲缸现象：冷态装配间隙若无或过小，冷态装配间隙若无或过小，则由于活塞工作时的则由于活塞工作时的机械变形机械变形和热变形和热变形时裙部直径增大，容时裙部直径增大，容易拉伤气缸壁（又称拉缸），易拉伤气缸壁（又称拉缸），轻则造成漏气、窜机油，重则轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。活塞卡死。由于冷态装配间隙的存在由于冷态装配间隙的存在:活塞工作时侧压力方向的交替活塞工作时侧压力方向的交替
31、变化，活塞越过上止点时，时变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的次推力面侧贴紧气而是活塞的次推力面侧贴紧气缸壁，时而是活塞的主推力面缸壁，时而是活塞的主推力面侧贴紧气缸壁，形成金属敲缸侧贴紧气缸壁，形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。显然，声音，加剧裙部磨损。显然，发动机冷车时敲缸现象严重。发动机冷车时敲缸现象严重。减轻冷态敲缸现象的主要结构措施：减轻冷态敲缸现象的主要结构措施：1 1、定定义义：活活塞塞销销座座朝朝向向承承受受作作功功侧侧压压力力的的一一面面（图图示示左左侧侧）偏偏移移1mm1mm2mm2mm。2 2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。3 3、
32、原原理理：因因销销座座偏偏置置，在在接接近近上上止止点点时时，作作用用在在活活塞塞销销座座轴轴线线以以右右的的气气体体压压力力大大于于左左边边，使使活活塞塞倾倾斜斜，裙裙部部下下端端提提前前换换向向。而而活活塞塞在在越越过过上上止止点点，侧侧压压力力反反向向时时，活活塞塞才才以以左左下下端端接接触触处处为为支支点点，顶顶部部向向左左转转（不不是是平平移移），完完成成换换向向。可可见见偏偏置置销销座座使使活活塞塞换换向向分分成成了了两两步步，第第一一步步是是在在气气体体压压力力较较小小时时进进行行，且且裙裙部部弹弹性性好好，有有缓缓冲冲作作用用；第第二二步步虽虽气气体体压压力力大大，但但它它是是
33、个个渐渐变变过过程程。为为此此，两两步步过过渡渡使使换换向向冲冲击击力力大大为为减弱。减弱。（1 1）预先做成阶梯形、锥形）预先做成阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度很活塞沿高度方向的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作时活大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于相等，即为圆塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须预先把活塞制成柱形，就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。上小下大的阶梯形、锥形。为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密封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
34、运动间隙，制造活塞是通常采取下列和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：结构措施：（2 2）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸）预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷造时凹陷0.5-1mm0.5-1mm，或截去一小部分。或截去一小部分。椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方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。向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。（3 3）活塞裙部开槽）活塞裙部开槽（汽油机）（汽油机）横向绝热槽横向绝热槽减少活塞头的热量向裙部扩散减少活塞头的热量向裙部扩散有的兼作油环回油孔有的兼作油环回油孔纵向膨胀槽纵向膨胀槽留有膨胀余地留有膨胀余地活塞强度降低
35、活塞强度降低绝热槽膨胀槽（4 4）采用双金属活塞：）采用双金属活塞：为了减小铝合金活塞裙为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内铸活塞在活塞裙部或销座内铸入或嵌入膨胀系数低的钢片。入或嵌入膨胀系数低的钢片。恒范钢片式活塞的结构恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的，由于恒范特点就是这样的，由于恒范钢为含镍钢为含镍33%33%36%36%的低碳铁的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的合金的1/101/10，而销座通过恒，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。裙部的热膨胀变形量。活塞的冷
36、却 高强化发动机尤其是活塞顶上有燃烧室凹坑的柴油机，为了减轻活塞顶部和头部的热负荷而采用油冷活塞。1)自由喷射冷却法。2)振荡冷却法。3)强制冷却法。强制冷却法广为增压发动机所采用。拖鞋式活塞在保证裙部有足够承压面积的条件下，将不承受侧向力一侧的裙部部分地去掉，即为半拖鞋式裙部；若全部去掉则为拖鞋式裙部。优点是：质量轻，比全裙式活塞轻1010，适应高速发动机减小往复惯性力的需要。裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配合间隙。能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。二、活塞环二、活塞环：分成气环和油环两大类。分成气环和油环两大类。（一）作用：（一）作用：2 2、油环：、油环：1 1、气环：、气环：平均寿命
37、：平均寿命：6 6万公里万公里图图2-25 活塞环活塞环（1 1）密封（防止燃气漏入曲轴箱）；密封（防止燃气漏入曲轴箱）；是是主要作用，是传热作用的前提。主要作用，是传热作用的前提。（2 2）传热（将活塞头部吸收的）传热（将活塞头部吸收的70%80%70%80%的热量传导给气缸壁）。的热量传导给气缸壁）。（1 1）润滑（气缸壁上铺油膜）；）润滑（气缸壁上铺油膜）；（2 2）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；）刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）；（3 3）辅助密封。）辅助密封。（二）工作环境：（二）工作环境：（1 1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重；）高温、高压、高速，润滑不良，磨损
38、严重；（2 2）交变的弯曲应力）交变的弯曲应力（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。（气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。（三）要求：（三）要求：（四）材料（四）材料：（1 1）足够的强度、冲击韧性；）足够的强度、冲击韧性；（2 2）耐高温（第）耐高温（第1 1道气环）、耐磨。道气环）、耐磨。（1 1）一般用）一般用合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环以提高合金铸铁，少数高速强化柴油机用钢片环以提高 弹力和冲击韧性）；弹力和冲击韧性）；（2 2）第第1 1道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬（硬度高，并 能储存少量机油，以改善润滑条件）；能储
39、存少量机油，以改善润滑条件）；（3 3）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞）其余气环一般镀锡（铸铝活塞）或磷化（锻铝活塞）（以改善磨合性能）。（以改善磨合性能）。（五）气环的密封机理：（五）气环的密封机理：第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力PaPa）；）；第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力后在其弹力F1 作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第二密封面（燃气压力第二密封面（燃气压力P1P1）；）；气环的切口端呈迷宫式布置气环的切口端呈
40、迷宫式布置（减少漏气）。（减少漏气）。第二密封面的建立：活塞环在第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力运动时产生惯性力PjPj，与缸壁，与缸壁间产生摩擦力间产生摩擦力F F，以及侧隙有，以及侧隙有气体压力气体压力P2P2，在这三个力的共，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。侧或下侧，形成第二密封面。PaFPjP1P2图图2-28 2-28 气环的切口形状气环的切口形状（六）气环的结构特点：（六）气环的结构特点：（1 1）切口形状：）切口形状：1 1）直角切口：）直角切口：工艺性好，密封效果差；工艺性好，密封效果差；2 2）阶梯切口：密
41、封好，工艺性差；）阶梯切口：密封好，工艺性差；3 3）斜切口：）斜切口：介于中间，但套装时尖角易折断；介于中间，但套装时尖角易折断；4 4）带防转销钉槽切口：）带防转销钉槽切口：方向不可装反，否则，漏气量急方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。剧增加。气环的泵油作用气环的泵油作用 矩形断面矩形断面的气环的气环随活塞作往复运动时，随活塞作往复运动时，会把气缸壁上的机油会把气缸壁上的机油不断送人气缸中。这不断送人气缸中。这种现象称为种现象称为“气环的气环的泵油作用泵油作用”。（1 1）增加了润滑油的消耗；）增加了润滑油的消耗；（2 2）火花塞沾油不跳火；）火花塞沾油不跳火；（3 3）燃烧室积炭增多，
42、燃烧）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；性能变坏；（4 4）环槽内形成积炭，挤压）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；活塞环而失去密封性；（5 5）加剧了气缸的磨损。）加剧了气缸的磨损。活塞环泵油作用的危害活塞环泵油作用的危害2 2）扭曲环：扭曲环：a)a)正扭曲环：正扭曲环：内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去 部分金属；部分金属；b)b)反扭曲环：反扭曲环：内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去 部分金属；部分金属；图图2-30 气环的断面形状气环的断面形状（a）正扭曲内切环）正扭曲内切环（b）反扭曲内切环）反扭
43、曲内切环图图2-31 扭曲环的作用原理扭曲环的作用原理扭曲环成因见图扭曲环成因见图2-312-31所示：所示：活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力F1F1与内侧环与内侧环的弹力的弹力F2F2不在一条直线上，于是产生扭曲力矩不在一条直线上，于是产生扭曲力矩M M，从而使环从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的边缘与环槽的上下侧平面都接触，避免了因环在环槽内的上下窜动造成的的上下窜动造成的“泵油泵油”现象。现象。环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角环的扭曲变形应使环的端面与气缸壁形成的楔形尖角向下。这样，活塞向上运动时，因向下
44、。这样，活塞向上运动时，因“油楔油楔”作用使环悬浮作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，于气缸壁，改善润滑，减少摩擦阻力；活塞向下运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向下刮油。但如果装反使尖角朝上，则活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。扭曲环的优点：扭曲环的优点：a)a)密封性、磨合性好（线接触）；密封性、磨合性好（线接触）；b)b)防止防止“泵油泵油”现象；现象；c)c)形成油楔，改善润滑；形成油楔，改善润滑；d)d)提高刮油能力。提高刮油能力。扭曲环的缺点：扭曲环的缺点：a)a)扭转角不超
45、过扭转角不超过11，工艺性差；，工艺性差；b)b)不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。a)a)工艺性差（凸圆弧面难加工）；工艺性差（凸圆弧面难加工）；b)b)仍有仍有“泵油泵油”现象。现象。（d）锥面环锥面环优点优点：缺缺点：点：a)a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑；b)b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面；c)c)密封性改善。密封性改善。3 3）锥面）锥面环：环：小锥角，不超过小锥角，不超过2 2，方向不可装反。，方向
46、不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有优缺点同扭曲环，但仍有“泵油泵油”现象。现象。4 4）桶面环：桶面环：与气缸壁凸圆弧面接触。与气缸壁凸圆弧面接触。（f）桶面环桶面环图图2-30 气环的断面形状气环的断面形状缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有缺点是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油泵油”现象。现象。5）梯形）梯形环环：如图如图2-322-32所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断，常做第一道气环。免环因粘结而折断，常做第一道气环。（e）
47、梯形环梯形环（a）间隙变化间隙变化（b）受力情况受力情况图图2-32 梯形环工作示意图梯形环工作示意图气环的断面形状气环的断面形状气环断面形状：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、应用面结构简单、制造方便、易于生产、应用面广广扭曲环扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲锥面环锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面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。接触压力，有利于磨合和密封。梯形环梯形环加工困难，精度要求高加工困难，精度要求高桶面环桶面环外圆为凸圆弧形外圆为凸圆弧形作用：作用
48、：布油布油(活塞上行活塞上行)刮油刮油(活塞下行活塞下行)密封密封(辅助作用辅助作用)（七）（七）油环油环图图2-33 油环的刮油作用油环的刮油作用（a）（b）油环的结构特点：油环的结构特点：油环油环 置于最后一道置于最后一道环槽，背隙内气体压力极环槽，背隙内气体压力极低，因此，油环置于气缸低，因此，油环置于气缸内时，必须具有较大的初内时，必须具有较大的初始弹力。始弹力。刮油片刮油片轴向衬簧轴向衬簧刮油片刮油片径向衬簧径向衬簧普通油环普通油环组合油环组合油环（3 3）油环分为两种类型：）油环分为两种类型：（a a）异向外倒角油环异向外倒角油环 （b b）同向外倒角油环）同向外倒角油环 （c c
49、）同向内倒角油环）同向内倒角油环 （d d）鼻式油环）鼻式油环 （e e）双鼻式油环）双鼻式油环 油环的刮油作用油环的刮油作用油环的刮油作用 将气缸壁上多余的机油刮下来经活塞上的回油孔流回油底壳。三、活塞销与销座三、活塞销与销座（一）活塞销一）活塞销一）活塞销一）活塞销1 1、作用：、作用：连接活塞和连杆小头，传递动力。连接活塞和连杆小头，传递动力。2 2、要求：、要求：3 3、材料与工艺：、材料与工艺：一般为低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳或渗氮热处理一般为低碳钢或低碳合金钢，经表面渗碳或渗氮热处理以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研磨。以提高心部冲击韧性和表面硬度，然后进行精磨和研
50、磨。.（1 1）足够的刚度、强度和冲击韧性；）足够的刚度、强度和冲击韧性；（2 2）表面耐磨；）表面耐磨；（3 3）质量小。）质量小。图图 2-36 活塞销的内孔形状活塞销的内孔形状4 4、结构特点：、结构特点：管状（图管状（图 2-362-36所示）所示）（1 1）等截面圆柱形）等截面圆柱形：易加工，但质量大；：易加工，但质量大；（2 2）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工；）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工；（3 3）组合形：居中。）组合形：居中。连杆连杆活塞销活塞销全浮式：全浮式：活塞销能活塞销能在连杆衬在连杆衬套和活塞套和活塞销座中自销座中自由摆动，由摆动，使磨损均使磨损均匀