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1、活塞连杆机构与工作原理活塞连杆机构与工作原理2/19/20231一、曲轴连杆机构v1、曲轴连杆机构是将气缸内的可燃混合气燃烧膨胀时将放出的热量转变为机械能。v2、曲轴连杆机构有作用v是承受气体高温、高压，利用气体的压力推动活塞运动，通过连杆使曲轴旋转活塞的直线往复运动转为曲轴的放置运动，从而输出扭矩。2/19/202323、主要构件的组成v气缸体曲轴箱：气缸体、气缸盖、气缸套、缸垫、上下曲轴箱等机件的组成。v活塞连杆组活塞连杆组：活塞、活塞环活塞销、连杆、衬套、连杆轴承等机件的组成。v曲轴飞轮组：曲轴、飞轮等组件。2/19/20233二、活塞概述主要是承受气缸中燃烧气体的压力，并将力通过活塞销
2、传给连杆促使曲轴旋转产生扭力对外作功。2/19/20234活塞的要求v1)有足够的强度和刚度v2)须有尽可能小的质量v3)要求活塞的材有较好的导热率，膨胀系数v4)要求活塞工作时与气缸有较小的摩擦且耐磨损2/19/20235三、活塞连杆组2/19/20236组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承2/19/20237材料：汽车发动机活塞广泛采用铝合金。其特点为质 量 小（约 为 铸 铁 活 塞 的 50%70%）；导热性好（约为铸铁的三倍）；热膨胀系数大。2/19/20238活塞一般结构：活塞顶、活塞头、活塞裙等三部分组成，还有环槽部、活塞销座二部分。销座2/19/20239（一）顶部：是燃
3、烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：1、平顶：受热面积小，广泛采用。2、凸顶：与半球形燃烧室配用。3、凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。2/19/202310形状目的是：形状目的是：v能够使气体产生涡流和有利于燃烧v尽可能减少炭渣堆积有足够的强度和刚度，并且减少质量v有利于散热2/19/202311（二）活塞头v活塞头部活塞头部：安装活塞环的部分,它的作用是防止活塞环上部气体下漏或润滑油进入燃室.活塞头部开有活塞环,活塞环的数目与防漏的关系:活塞环越多防漏越好导热越好,但是磨擦损失加大,造成气缸磨损快。2/19/202312（三）活塞裙部
4、（三）活塞裙部v作用：是导向部分,引导活塞在气缸中作往复运动,并将连杆的侧向力传给气缸壁。v活塞裙部的结构：膨胀槽、绝热槽v裙部开绝热膨胀槽（“T”形或形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。2/19/202313活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。2/19/202314活塞的变形及采取的相应措施变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。2/19/202315(四)变形规律1、活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；2、活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；3、裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴
5、线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。点击观看活塞变形动画2/19/202316冷态时正常工作时头部椭圆裙部截锥体2/19/202317（五）结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.5mm1.0mm。2/19/202318（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片，以减少裙部的膨胀量。1）恒范钢片式：活塞销座通过恒范钢片与裙部相连，而恒范钢片（含镍33%36%）的膨胀系数仅为铝合金的十分之一。这样，使裙部膨胀量大为减少。2/19/2023192）自动调节式：膨胀系数小的低
6、碳钢片贴在销座铝层的内侧，依靠钢片的牵制作用，及钢片与铝壳之间的双金属效应来减小裙部侧压力方向的膨胀量。2/19/2023203)筒形钢片式：浇铸时，将钢筒夹在铝合金中，冷凝时钢筒内外侧的铝合金分别产生“收缩缝隙”和拉应力。工作时因要先消除“收缩缝隙”和拉应力而膨胀量减小。2/19/202321四、活塞环四、活塞环v活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。2/19/202322（一）、作用v封闭活塞与气缸壁的间隙，使气缸体不致于从气缸漏入曲轴箱内而降低内燃机的功率。v将气缸壁上涂上一层润滑油，减少磨擦，并且将气缸壁上多的润滑油刮回曲轴箱内以防止润滑油窜入燃室内。v导热作用将活塞的热量传导气
7、缸壁上，从而保证发动机正常温度。高温燃气接触，散热差，为了内燃机的正常工作，所以材料应做到导热率好膨胀系数小）。2/19/202323（二）活塞环（二）活塞环 （气环和油环）（气环和油环）v1、气环和油环、气环和油环v 气环也称压缩环：内燃机常采用2道3道气环。v2、常用的形状的有：矩形环、锥形环、扭矩形环、锥形环、扭曲环、梯形环曲环、梯形环2/19/202324（1）矩形环结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。矩形断面2/19/202325（2）锥形环 1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或T
8、OP等标记）；锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。2/19/202326（3）扭曲环 将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使拉力和压力不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。e2/19/2023271）特点具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。2）安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。2/19/202328（4）桶形环其特点为：1）环的外
9、圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；环上下运动时，均能形成楔形油膜。2/19/202329（5）梯形环当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。2/19/2023302、油环：也称刮油环、油环：也称刮油环v油环的主要作用于是将气缸内壁多余的润滑油刮回油底壳，防止润滑油窜入燃烧室内，并且给气缸壁上涂上一层均匀的润滑油。v油环的刮油特点：图示讲解。v活塞环的材料：采用耐磨性、耐热性、导热性、冲击韧生及与气缸材料磨合性均好，并具有适当的弹性病的材料制成。合金铸铁加入适量的元素。也有钢片制成。v
10、油环组成：刮油片、径向衬簧、轴向衬簧（看图讲解）v油环组成的装配方法：首先将径向衬簧装入槽内，再将下刮片和轴向衬簧装入，最后装入上刮片。2/19/2023313、活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。2/19/202332现象：当活塞带着环下行（进气行程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下的润滑油充入环槽下方；当活塞又带着环上行（压缩行程）时，环又靠在环槽的下方，同时将油挤压到环槽上，如此反复，就将润滑油泵到活塞顶。点击观看活塞环泵油动画2/19/202333泵油的危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性
11、能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。2/19/202334防止活塞环泵油的措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔 2/19/2023351）作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。2）类型（1）整体式 其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。4、油环2/19/202336v（2）组合式：v由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。2/19/202337组合式油环的特点v1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮片长而产生径向力。v第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。v2)无侧隙
12、，不窜油。v3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。v4)上下片可分别动作，适应性好。v5)回油能力强。点击观看动画2/19/202338五、活塞销（一）作用连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。（二）结构用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。2/19/202339（三）连接方式v1.全浮式v（1）定义v在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。2/19/202340v(2)装配v1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。v2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。2/19/202341v2.半浮式v(1)定义v销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，
13、一处浮动。（一般固定连杆小头）(2)装配加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。2/19/202342五、连杆v（一）功用：将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。v（二）组成：连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成。2/19/202343（三）构造v1.小头：用来安装活塞销，以连接活塞。v2.杆身：常做成“工”字形断面。v3.大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖2/19/202344(1)切口形式v有平切口和斜切口两种。2/19/202345v(2)切口定位方式v连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较
14、差，用于直切口连杆。2/19/202346v锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。v套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。v止口定位2/19/202347(3)喷油孔有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。2/19/202348（四）连杆的安装v1.不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。v2.不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。2/19/202349（五）连杆轴承（俗称小瓦）1、作用保护连杆轴颈及连杆大头孔。2/19/202350v2、组成v由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3m
15、m的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。2/19/202351v2、减磨层材料v（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。v（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。v(3)铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。v1）铝锑镁合金和低锡铝合金：v械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。v2)高锡铝合金：v具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。2/19/202352六、轴瓦的定位2/19/202353七、曲轴飞轮组 由曲轴、飞
16、轮、减振器等组成。2/19/202354（一）曲轴v1、功用v1）把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。v2）驱动配气机构及其它附属装置。v材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。2/19/2023552、构造v曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。2/19/202356v3、主轴颈和连杆轴颈v1)主轴颈是曲轴的支承部分。v每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。2/19/2023572)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和
17、连杆轴颈。2/19/2023584、曲柄和平衡重 曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩2/19/202359v5、曲拐的布置v（1）布置原则v1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。v2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。v3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功2/19/202360（2）常用曲拐布置v1）直列四冲程四缸发动机v曲拐对称布置于同一平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。v发动机工作顺序有两种134212432/19/20236
18、11.42.32/19/202362曲轴转角 第一缸第二缸第三缸第四缸0180作功排气压缩进气180360 排气进气作功压缩360540 进气压缩排气作功540720 压缩作功进气排气工作顺序为1342的发动机工作循环表如下2/19/202363直列四冲程六缸发动机v曲拐对称布置于三个平面内。v相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200v发动机工作顺序有两种：153624和1426352/19/2023641.62.53.41.63.42.51-5-3-6-2-41-4-2-6-3-52/19/2023656、前端轴与后端轴（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮及起动爪等；后端轴有凸缘
19、盘，用来安装飞轮。（2）前后端的密封曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。2/19/202366常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等2/19/2023677、曲轴的轴向定位（1）结构：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。照片2/19/202368（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。2/19/202369（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。2/19/202370八、飞轮1、功用1）贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它
20、三个行程，使发动机运转平稳。2）利用飞轮上的齿圈起动时传力。3）将动力传给离合器。4）克服短暂的超负荷。2/19/2023712、构造1）飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘2/19/2023722）有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。0510152/19/2023732/19/2023742/19/2023752/19/2023762.汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气 冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较
21、高而NO的排放较低。2/19/202377（2）楔形燃烧室其特点为：1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。2/19/202378气缸垫1.作用保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。2/19/2023792.构造金属石棉垫 包括铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以加强导热）。2/19/202380（1）金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图d）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。2/19/202381纯金属垫：由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。2/19/202382安装注意：金属皮的金属石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。2/19/202383