曲柄连杆机构—幻灯片.ppt

曲柄连杆机构第1页，共64页，编辑于2022年，星期六汽车构造汽车构造 精品课程精品课程 第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 第三节 活塞连杆组 第四节 曲轴飞轮组第2页，共64页，编辑于2022年，星期六 一、一、活塞活塞1、功用：与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。2、工作条件与性能要求：高压 足够的刚度和强度 高温 良好耐热性和导热性（热膨胀系数小）高速 质量轻（密度小）润滑困难 良好的耐磨性 腐蚀性 良好的耐蚀性第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组 主要由 活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成Flash动画第第1道气环道气环 第第2道气环道气环 组合油环组合油环活塞销活塞销连杆连杆活塞活塞连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖第3页，共64页，编辑于2022年，星期六3、材料与工艺（1）材料）材料铝合金铝合金 密度小，质量轻，导热性好，适用于一般发动机。密度小，质量轻，导热性好，适用于一般发动机。（2）工艺）工艺a、铸造铸造：高温时强度下降小，制造成本低，易出现铸造缺陷：高温时强度下降小，制造成本低，易出现铸造缺陷b、锻造锻造：强度高，导热性好，适用于强化发动机，成本高。：强度高，导热性好，适用于强化发动机，成本高。c、液态模锻液态模锻：兼有二者优点，提高金属利用率。：兼有二者优点，提高金属利用率。第4页，共64页，编辑于2022年，星期六 4.结构特点 （1）顶部 （2）头部 （3）裙部第5页，共64页，编辑于2022年，星期六 活塞顶部 燃烧室的组成部分，其形状与选用的燃烧室 形式有关。平顶活塞 吸热面积小，制造工艺简单，多用于汽油机。凹顶活塞 凹坑的大小可以用来调节发动机的压缩比，汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用。凸顶活塞 刚性好、强度高，吸热面积大，二冲程汽油机 通常采用。有的汽油机如桑塔纳有的汽油机如桑塔纳2000GSI轿车轿车AJR发动机的活塞采用凹顶，主要为减少往复惯性质量，发动机的活塞采用凹顶，主要为减少往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。改善混合气形成和燃烧，有时可用来调节发动机的压缩比。第6页，共64页，编辑于2022年，星期六头部头部：油环槽以上部分。油环槽以上部分。主要作用主要作用：）承受燃气压力，并传给连杆（包括活塞销座）；）承受燃气压力，并传给连杆（包括活塞销座）；）与活塞环一起实现气缸的密封；）与活塞环一起实现气缸的密封；）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。主要主要结构特点结构特点：）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小厚度 逐渐扩大；逐渐扩大；）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔 断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转。断传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转。第7页，共64页，编辑于2022年，星期六）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸奥氏体铸铁制造的）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸奥氏体铸铁制造的护圈。护圈。原因：原因：第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃气泄漏和窜机油。泄漏和窜机油。）四冲程汽油机一般）四冲程汽油机一般2-3道气环，道气环，1道油环，最低一道油环槽内有许多径向小道油环，最低一道油环槽内有许多径向小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经其流回油底壳。孔，气缸壁上多余机油刮下后，经其流回油底壳。第8页，共64页，编辑于2022年，星期六活塞裙部活塞裙部：指油环槽下端以下部分作用：为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。第9页，共64页，编辑于2022年，星期六2）热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。弯弯曲曲变变形形挤挤压压变变形形销销座座热热变变形形裙裙部部综综合合变变形形 活塞裙部的椭圆变形活塞裙部的椭圆变形 1）机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲变形，裙部挤压变形；销座弯曲变形，裙部挤压变形；机械变形机械变形和和热变热变形形均使得裙部断面均使得裙部断面变成变成长轴沿活塞销长轴沿活塞销方向的椭圆方向的椭圆。结论结论：问题：裙部变形？问题：裙部变形？第10页，共64页，编辑于2022年，星期六 次推力面侧开横向隔热直槽次推力面侧开横向隔热直槽（油环槽内，兼做泄油槽）（油环槽内，兼做泄油槽）和纵向膨胀补偿斜槽（避免和纵向膨胀补偿斜槽（避免拉伤气缸壁）拉伤气缸壁）（b）（a）（c）（d）（e）对策：结构设计巧突破！对策：结构设计巧突破！1）裙部横断面呈反椭圆形裙部横断面呈反椭圆形 活塞裙部加工成短轴沿活塞销活塞裙部加工成短轴沿活塞销方向。方向。2）沿高度方向呈上小下大的圆锥沿高度方向呈上小下大的圆锥形形上热下冷上热下冷3）裙部次推力面侧开裙部次推力面侧开“T”形槽或形槽或“”形槽形槽：第11页，共64页，编辑于2022年，星期六制造时变形后第12页，共64页，编辑于2022年，星期六 活塞销座下方活塞销座下方挖去大块金属挖去大块金属，以减轻往复惯性质量，避免下止点，以减轻往复惯性质量，避免下止点时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹性，补偿热时活塞裙部下端与曲轴平衡重相碰，并且可使裙部富有弹性，补偿热变形。变形。（f）（g）（h）活塞裙部的不同形状和结构活塞裙部的不同形状和结构4）销座附近裙部凹陷销座附近裙部凹陷0.51.0mm减少此处金属堆积，以减少热变形减少此处金属堆积，以减少热变形销座内侧镶铸热膨胀系数极低的销座内侧镶铸热膨胀系数极低的恒范钢片恒范钢片，牵制此处热变形，牵制此处热变形5）双金属活塞双金属活塞6）拖板式裙部拖板式裙部第13页，共64页，编辑于2022年，星期六*改善铝合金耐磨性措施改善铝合金耐磨性措施改善铝合金耐磨性措施改善铝合金耐磨性措施 汽油机活塞裙部外表面汽油机活塞裙部外表面汽油机活塞裙部外表面汽油机活塞裙部外表面镀锡镀锡镀锡镀锡 柴油机活塞裙部外表面柴油机活塞裙部外表面柴油机活塞裙部外表面柴油机活塞裙部外表面磷化磷化磷化磷化 锻铝活塞裙部外表面锻铝活塞裙部外表面锻铝活塞裙部外表面锻铝活塞裙部外表面涂石墨涂石墨涂石墨涂石墨*活塞的冷却活塞的冷却活塞的冷却活塞的冷却 1)1)自由喷射冷却法。自由喷射冷却法。自由喷射冷却法。自由喷射冷却法。从连杆小头上的喷从连杆小头上的喷从连杆小头上的喷从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油。内壁喷射机油。内壁喷射机油。内壁喷射机油。2)2)振荡冷却法。振荡冷却法。振荡冷却法。振荡冷却法。从连杆小头上的喷油孔将从连杆小头上的喷油孔将从连杆小头上的喷油孔将从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞。3)3)强制冷却法。强制冷却法。强制冷却法。强制冷却法。在活塞头部铸出冷却在活塞头部铸出冷却在活塞头部铸出冷却在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强油道或铸入冷却油管，使机油在其中强油道或铸入冷却油管，使机油在其中强油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增压发动机所采用。压发动机所采用。压发动机所采用。压发动机所采用。第14页，共64页，编辑于2022年，星期六冷态敲缸现象：冷态敲缸现象：（a）活塞销对中布置）活塞销对中布置 冷态装配间隙若过小，由于活塞工作时的冷态装配间隙若过小，由于活塞工作时的机械变形机械变形和和热变形热变形时裙部直径增大，容易时裙部直径增大，容易拉拉缸缸，轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。，轻则造成漏气、窜机油，重则活塞卡死。工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上工作时侧压力方向的交替变化，活塞越过上止点时，时而是活塞的止点时，时而是活塞的次推力面侧次推力面侧贴紧气缸壁贴紧气缸壁（压缩行程时贴紧气缸壁的一侧压缩行程时贴紧气缸壁的一侧），时而是），时而是活塞的活塞的主推力面侧主推力面侧贴紧气缸壁（贴紧气缸壁（作功行程时作功行程时贴紧气缸壁的一侧贴紧气缸壁的一侧），形成金属敲缸声音，），形成金属敲缸声音，加剧裙部磨损。发动机冷车时敲缸现象严加剧裙部磨损。发动机冷车时敲缸现象严重。重。活塞装配时应留有间隙。活塞装配时应留有间隙。由于冷态装配间隙的存在，活塞由于冷态装配间隙的存在，活塞第15页，共64页，编辑于2022年，星期六 偏向偏向主推力面侧主推力面侧12mm，可使活塞越过上止点之前就完可使活塞越过上止点之前就完成推力面侧的换向，避免峰值成推力面侧的换向，避免峰值压力时刻过渡，因而可以减轻压力时刻过渡，因而可以减轻敲缸现象，但增加了裙部尖角敲缸现象，但增加了裙部尖角处的磨损，常见于汽油机。处的磨损，常见于汽油机。（b）活塞销负偏置）活塞销负偏置活塞销偏置时的工作情况活塞销偏置时的工作情况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)活塞销偏置活塞销偏置 通过改进结构措施，制成通过改进结构措施，制成反反椭圆裙部断面椭圆裙部断面，牵制裙部工作牵制裙部工作时的热变形时的热变形，在保证活塞，在保证活塞不拉缸不拉缸的前提下减小活塞配缸间隙的前提下减小活塞配缸间隙，减轻发动机冷车敲缸现象。减轻发动机冷车敲缸现象。(2)减少冷态装配间隙减少冷态装配间隙第16页，共64页，编辑于2022年，星期六二、活塞环：二、活塞环：分成分成气环气环和和油环油环两大类两大类。（一）作用（一）作用：（2）传热传热（将活塞头部吸收的（将活塞头部吸收的70%80%的热量传导给气缸壁）的热量传导给气缸壁）2、油环、油环：（3）辅助密封辅助密封。1、气环、气环：活塞环活塞环（1）密封密封（防止燃气漏入曲轴箱）（防止燃气漏入曲轴箱）（1）润滑润滑（气缸壁上铺油膜）（气缸壁上铺油膜）（2）刮油刮油（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）（气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）第17页，共64页，编辑于2022年，星期六（二）工作特点（二）工作特点：（2）交变的弯曲应力）交变的弯曲应力（三）要求（三）要求：（2）耐高温（第）耐高温（第1道气环）、耐磨。道气环）、耐磨。（四）材料（四）材料：（2）第第1道气环的工作表面一般都道气环的工作表面一般都镀上多孔性铬镀上多孔性铬 （硬度高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）（硬度高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）（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，磨损严重（1）足够的强度、冲击韧性）足够的强度、冲击韧性（1）一般用）一般用合金铸铁合金铸铁，少数高速强化柴油机用，少数高速强化柴油机用钢片环钢片环（以提高弹力和冲击韧（以提高弹力和冲击韧性）；性）；（3）其余气环一般）其余气环一般镀锡镀锡（铸铝活塞）（铸铝活塞）或或磷化磷化（锻铝活塞（锻铝活塞改善磨合性能）改善磨合性能）第18页，共64页，编辑于2022年，星期六（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F1）气环的密封机理气环的密封机理 各环间隙处的气体压力递减图各环间隙处的气体压力递减图第二密封面（燃气压力第二密封面（燃气压力F2）气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此气环装入气缸时产生的初气环装入气缸时产生的初始弹力始弹力F1很重要。很重要。第一道气环的初始弹力第一道气环的初始弹力F1要求最小，随后的几道气环要求最小，随后的几道气环的初始弹力的初始弹力F1要要求依次递增。求依次递增。第19页，共64页，编辑于2022年，星期六（1）切口形状）切口形状：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）阶梯切口：密封好，工艺性差）阶梯切口：密封好，工艺性差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）带防转销钉槽切口：）带防转销钉槽切口：方向不可装反，否则漏气量急剧增加。方向不可装反，否则漏气量急剧增加。气环的切口形状气环的切口形状（六）气环的结构特点（六）气环的结构特点第20页，共64页，编辑于2022年，星期六（a）矩形环）矩形环（2）断面形状）断面形状 气环的断面形状气环的断面形状（b）正扭曲内切环）正扭曲内切环（c）反扭曲内切环）反扭曲内切环（d）锥面环）锥面环（f）桶面环）桶面环（e）梯形环）梯形环第21页，共64页，编辑于2022年，星期六活塞环安装三隙活塞环安装三隙侧隙侧隙背隙背隙端隙端隙第22页，共64页，编辑于2022年，星期六 由于矩形环的由于矩形环的“泵油泵油”作用，气缸壁上的机油将作用，气缸壁上的机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内烧掉，排气管冒蓝烟。管冒蓝烟。矩形环的泵油作用矩形环的泵油作用1）矩形环）矩形环（a）矩形环）矩形环工艺最简单，导热性好，但存在工艺最简单，导热性好，但存在“泵油泵油”现象。现象。“泵油泵油”作用原理：作用原理：活塞下行活塞下行时时，由于环与缸壁的摩擦阻力以及环本身的，由于环与缸壁的摩擦阻力以及环本身的惯性，环将靠紧环槽的上端面，缸壁上的机油就被刮入下边惯性，环将靠紧环槽的上端面，缸壁上的机油就被刮入下边隙与背隙内；隙与背隙内；活塞上行活塞上行时时，在，在摩擦阻力、惯性、缸内气体压摩擦阻力、惯性、缸内气体压力的作用下，力的作用下，环将靠紧在环将靠紧在环槽的下侧平面，下边环槽的下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。隙与背隙内的机油上窜。结论：结论：气环的断面形状气环的断面形状第23页，共64页，编辑于2022年，星期六矩形气环的泵油作用矩形气环的泵油作用 缸体缸体第24页，共64页，编辑于2022年，星期六矩形气环的泵油作用矩形气环的泵油作用 第25页，共64页，编辑于2022年，星期六2）扭曲环扭曲环 环的扭曲变形应使环的端面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与气缸壁形成的楔形尖角向下。活塞向上运动时活塞向上运动时，因因“油油楔楔”作用使环悬浮于气缸壁作用使环悬浮于气缸壁，改善润滑改善润滑，减少摩擦阻力减少摩擦阻力；活塞向下运动时活塞向下运动时，向下刮油向下刮油。如果装反使尖角朝上，活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。如果装反使尖角朝上，活塞向上运动时，向上刮油，机油消耗率剧增，排气冒蓝烟。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F1与内侧环的弹力与内侧环的弹力F2不在一条直线上，于不在一条直线上，于是产生扭曲力矩是产生扭曲力矩M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触，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上下避免了因环在环槽内的上下窜动造成的窜动造成的“泵油泵油”现象现象。正扭曲内切环正扭曲内切环 反扭曲内切环反扭曲内切环第26页，共64页，编辑于2022年，星期六总结总结：扭曲环的优点：扭曲环的优点：a)密封性、磨合性好（线接触）密封性、磨合性好（线接触）b)防止防止“泵油泵油”现象现象c)形成油楔，改善润滑形成油楔，改善润滑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)扭转角不超过扭转角不超过1，工艺性差，工艺性差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。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：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小锥角，不超过小锥角，不超过2，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有，方向不可装反。优缺点同扭曲环，但仍有“泵油泵油”现象。现象。3）锥面）锥面环环：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。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c)密封性改善密封性改善 a)工艺性差（凸圆弧面难加工）工艺性差（凸圆弧面难加工）（f）桶面环）桶面环第27页，共64页，编辑于2022年，星期六缺点缺点：环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有：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：侧压力方向的交替变化，使环槽间隙时而减小，时而增大，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，间隙中的结焦被挤出，避免环因粘结而折断避免环因粘结而折断，常做，常做第一道第一道气环气环。（a）间隙变化）间隙变化（b）受力情况）受力情况梯形环工作示意图梯形环工作示意图第28页，共64页，编辑于2022年，星期六 （七）油环 分为普通油环和组合油环两种 第29页，共64页，编辑于2022年，星期六 一般活塞上装有12道油环。采用两道油环时，下面一道多安置在活塞裙部的下端。无论活塞下行还是上行，油环都能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。第30页，共64页，编辑于2022年，星期六三、活塞销三、活塞销（3）组合形）组合形（c）两段截锥型）两段截锥型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、要求：、要求：（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）表面耐磨）表面耐磨（3）质量小）质量小3、材料与工艺：、材料与工艺：一般为一般为低碳钢低碳钢或或低碳合金钢低碳合金钢，经，经表面渗碳表面渗碳或或渗氮渗氮热处理热处理以以提高心部冲击韧性提高心部冲击韧性和和表面硬度表面硬度，然后进行然后进行精磨精磨和和研研磨磨。4、结构特点：、结构特点：（1）等截面圆柱形）等截面圆柱形：易加工，质量大：易加工，质量大（2）两段截锥形：等强度梁，质量小，难加工）两段截锥形：等强度梁，质量小，难加工活塞销的内孔形状活塞销的内孔形状（a）圆柱型）圆柱型（b）组合形）组合形第31页，共64页，编辑于2022年，星期六 由于铝合金活塞销座的热膨胀量大由于铝合金活塞销座的热膨胀量大于钢活塞销，因此在冷态装配时，活塞于钢活塞销，因此在冷态装配时，活塞销与活塞销座孔为过渡配合，装配时，销与活塞销座孔为过渡配合，装配时，应先将应先将铝合金活塞预热铝合金活塞预热（7090C的的水或油中加热），然后将销装入。水或油中加热），然后将销装入。4-卡环卡环5、活塞销连接方式活塞销连接方式全浮式全浮式 连接：连接：在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连在发动机运转过程中，活塞销不仅可以在连杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢转杆小头衬套孔内，还可以在销座孔内缓慢转动，以使活塞销表面的磨损比较均匀。动，以使活塞销表面的磨损比较均匀。全浮式连接全浮式连接1-连杆小头衬套连杆小头衬套2-活塞销活塞销3-连杆连杆必须在活塞销座两端用卡环定位，防必须在活塞销座两端用卡环定位，防止活塞销轴向窜动。止活塞销轴向窜动。第32页，共64页，编辑于2022年，星期六四、连杆四、连杆第33页，共64页，编辑于2022年，星期六在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。在质量尽可能小的前提下有足够的刚度和强度。刚度不足的后果：刚度不足的后果：（1）大头孔失圆：）大头孔失圆：烧轴瓦，甚至咬死。（烧轴瓦，甚至咬死。（2）杆身弯曲：偏磨，漏气，窜机油。杆身弯曲：偏磨，漏气，窜机油。45671-连杆小头连杆小头 2-杆身杆身 3-连杆大头连杆大头4-衬套衬套 5-轴瓦轴瓦 6-轴瓦上的凸肩轴瓦上的凸肩7-连杆螺栓连杆螺栓 8-润滑油槽润滑油槽 9-连杆盖连杆盖89连杆结构连杆结构1.作用作用传递动力，将活塞往复直线运动转变为曲轴的旋传递动力，将活塞往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。转运动。2.工作特点工作特点复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等交变载复杂平面运动，承受压缩、拉伸、弯曲等交变载荷。荷。3.要求要求第34页，共64页，编辑于2022年，星期六（1）连杆小头连杆小头：一般压入减磨的锡青铜衬套，小一般压入减磨的锡青铜衬套，小头顶部铸有工艺凸台，减重用。头顶部铸有工艺凸台，减重用。45671-连杆小头连杆小头 2-杆身杆身 3-连杆大头连杆大头4-衬套衬套 5-轴瓦轴瓦 6-轴瓦上的凸肩轴瓦上的凸肩7-连杆螺栓连杆螺栓 8-润滑油槽润滑油槽 9-连杆盖连杆盖89连杆结构连杆结构（2）杆身：杆身：通常做成通常做成“工工”字形断面，字形断面，以求在刚度足够的前提下尽可能减少以求在刚度足够的前提下尽可能减少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。4.材料与工艺材料与工艺中碳钢或合金钢中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。经模锻或辊锻而成。5.结构特点：结构特点：小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油雾，润滑小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油雾，润滑活塞销。活塞销。第35页，共64页，编辑于2022年，星期六 通常做成分开式，以便于拆装活通常做成分开式，以便于拆装活塞连杆组，被分开的部分叫连杆盖，塞连杆组，被分开的部分叫连杆盖，两者之间用连杆螺栓连接。连杆与连两者之间用连杆螺栓连接。连杆与连杆盖之间有配对记号，拆装时应注意杆盖之间有配对记号，拆装时应注意一致。一致。连杆大头孔内过盈压入上、下两连杆大头孔内过盈压入上、下两半薄壁钢轴瓦，其内圆面上浇注半薄壁钢轴瓦，其内圆面上浇注0.30.7mm厚的厚的巴氏合金、铜铅合金、巴氏合金、铜铅合金、高锡铝合金减磨合金层高锡铝合金减磨合金层，具有，具有保持油保持油膜膜、减少摩擦阻力减少摩擦阻力和和易于磨合易于磨合的作用。的作用。轴瓦背面制有轴瓦背面制有定位凸肩定位凸肩，防止轴瓦转动防止轴瓦转动；轴瓦内表面开有轴瓦内表面开有油槽油槽。连杆装配标记连杆装配标记（3）连杆大头）连杆大头 连杆轴瓦连杆轴瓦第36页，共64页，编辑于2022年，星期六6.汽车发动机汽车发动机连杆分类连杆分类（1）平切口）平切口：平平切切口口连连杆杆螺螺栓栓定定位位连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向连杆大头沿着与杆身轴线垂直的方向切开，切开，汽油机和较小功率柴油机用。汽油机和较小功率柴油机用。定位可靠，结构简单定位可靠，结构简单（利用连杆螺栓上经过精加（利用连杆螺栓上经过精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的连杆工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的连杆螺栓孔来保证）螺栓孔来保证）连杆大头沿着与杆身轴线成连杆大头沿着与杆身轴线成3060 夹角切开，夹角切开，常用于曲柄销直径较粗的较大功率柴油机。常用于曲柄销直径较粗的较大功率柴油机。定位不可靠（切口方向受到附加剪定位不可靠（切口方向受到附加剪切力，连杆螺栓易剪断，连杆盖脱切力，连杆螺栓易剪断，连杆盖脱落会击穿气缸体）落会击穿气缸体）优点优点：（2）斜切口：）斜切口：缺点缺点：斜斜切切第37页，共64页，编辑于2022年，星期六定位可靠，结构紧凑，但齿距公差要求高，否则会定位可靠，结构紧凑，但齿距公差要求高，否则会因个别齿脱空影响连杆组件的刚度，也会造成大头因个别齿脱空影响连杆组件的刚度，也会造成大头孔失圆。孔失圆。斜切口定位方式斜切口定位方式：1）止口定位止口定位：工艺简单，但定位不可靠。工艺简单，但定位不可靠。2）套筒定位套筒定位：定位精度较高，但工艺要求高（若孔距不准确，定位精度较高，但工艺要求高（若孔距不准确，可能可能因过定位造成大头孔严重失圆）因过定位造成大头孔严重失圆）3）锯齿定位锯齿定位：（a）止口定位）止口定位（b）套筒定位）套筒定位（c）锯齿定位）锯齿定位第38页，共64页，编辑于2022年，星期六7.V型发动机连杆分类型发动机连杆分类相邻两缸的一个连杆大头做成叉形，另一个连杆大头套于其叉形中。相邻两缸的一个连杆大头做成叉形，另一个连杆大头套于其叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线不需错位，但叉两缸活塞连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线不需错位，但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且连杆大头的刚度也不高。形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且连杆大头的刚度也不高。（1）并列连杆并列连杆：左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，连杆可以通用，左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，连杆可以通用，两缸活塞连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度降低。常用于两缸活塞连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度降低。常用于V6、V8汽车发动机。汽车发动机。（2）主副连杆主副连杆：副连杆铰接在主连杆凸耳上，曲轴不加长，但相邻两缸活塞连杆组运动规副连杆铰接在主连杆凸耳上，曲轴不加长，但相邻两缸活塞连杆组运动规律和受力不相同。律和受力不相同。（3）叉形连杆叉形连杆：（a）并列连杆）并列连杆（b）主副连杆）主副连杆（c）叉形连杆）叉形连杆第39页，共64页，编辑于2022年，星期六 组成组成曲轴飞轮扭转减振器带轮正时齿轮(或链条)第四节第四节 曲轴飞轮组曲轴飞轮组视频分解第40页，共64页，编辑于2022年，星期六曲轴实物图曲轴实物图第41页，共64页，编辑于2022年，星期六 一、一、曲轴曲轴 1.功用 承受连杆传来的力，并将其转变为扭矩，然后通过飞轮 输出。驱动发动机的配气机构及其他辅助装置。2.组成：由前端(自由端)、主轴颈、曲柄、平衡重、连杆轴颈(曲柄销)和后端(动力输出)。曲拐：由一个连杆轴颈和左右主轴颈组成 曲拐数：取决于气缸的数目和排列方式 直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数 V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半受力：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受弯扭交变载荷的受力：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受弯扭交变载荷的 冲击。冲击。要求：足够的刚度、强度，表面耐磨、润滑良好。要求：足够的刚度、强度，表面耐磨、润滑良好。转至转至第42页，共64页，编辑于2022年，星期六桑塔纳桑塔纳2000时代超人轿车时代超人轿车AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图发动机曲轴飞轮组零件分解图曲轴带轮曲轴带轮曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴链轮曲轴链轮（驱动油泵）（驱动油泵）止推片止推片主轴承下轴瓦主轴承下轴瓦转速传感器转速传感器脉冲轮脉冲轮飞轮飞轮飞轮齿圈飞轮齿圈曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮正时齿形带正时齿形带水泵齿形带轮水泵齿形带轮张紧轮张紧轮第43页，共64页，编辑于2022年，星期六装有驱动其他装置的装有驱动其他装置的机件（正时齿轮机件（正时齿轮4、及、及起动爪起动爪8、止推垫片、止推垫片3、甩油盘甩油盘5、油封、油封6、扭转、扭转减振器带轮减振器带轮7等等）曲轴前端结构曲轴前端结构止推垫片止推垫片（驱动风扇（驱动风扇和水泵）带和水泵）带轮轮起动爪起动爪油封油封甩油盘甩油盘正时齿轮正时齿轮滑动推力滑动推力轴承轴承曲轴前端：曲轴前端：第一道主轴颈之前的部分第一道主轴颈之前的部分返回返回第44页，共64页，编辑于2022年，星期六 回油螺纹的螺旋方向应为右旋，回油螺纹的螺旋方向应为右旋，当曲当曲轴旋转时，机油也被带动旋转，因为机油轴旋转时，机油也被带动旋转，因为机油有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻力力Fr。回油螺纹的回油螺纹的封油原理封油原理8-主轴承盖主轴承盖曲轴后端：曲轴后端：最后一道主轴颈之后的部分，一般后端为最后一道主轴颈之后的部分，一般后端为安装飞轮的法兰盘。安装飞轮的法兰盘。曲轴前、后端的封油原理曲轴前、后端的封油原理：常用的防漏装置有常用的防漏装置有甩油盘甩油盘、填料油封填料油封、自紧油封自紧油封和和回油螺纹回油螺纹等。一般发动机都采用等。一般发动机都采用复合式防漏装置，由甩油盘与其它一至二种复合式防漏装置，由甩油盘与其它一至二种防漏装置组成。防漏装置组成。曲轴前端甩油盘的外斜面应朝外，曲轴前端甩油盘的外斜面应朝外，当被当被齿轮挤出和甩出的润滑油落到甩油盘上时，齿轮挤出和甩出的润滑油落到甩油盘上时，沿壁面流回油底壳中。沿壁面流回油底壳中。Fr可分解为平行于螺纹的分力可分解为平行于螺纹的分力Fr1和和垂直于螺纹的分力垂直于螺纹的分力Fr2。机油在。机油在Fr1的作用下，的作用下，顺着螺纹槽道流回机油盘。顺着螺纹槽道流回机油盘。6100曲轴后端曲轴后端结构结构1-轴承座（曲轴轴承座（曲轴箱体）箱体）2-甩油盘甩油盘3-回油螺纹回油螺纹4-飞轮飞轮5-飞轮螺栓、螺母飞轮螺栓、螺母6-曲轴凸缘盘曲轴凸缘盘7-填料油封填料油封返回返回第45页，共64页，编辑于2022年，星期六 支撑方式支撑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面曲轴的加工表面增多，主轴承数增多，主轴承数增多，使机体加增多，使机体加长长多用于柴油机多用于柴油机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大主轴承载荷较大中小功率汽油中小功率汽油机机3.曲轴的分类曲轴的分类(1)a)全支承：相邻曲拐间都有主轴颈。全支承：相邻曲拐间都有主轴颈。b)非全支承：相邻曲拐间非全支承：相邻曲拐间不不都有主轴颈。都有主轴颈。第46页，共64页，编辑于2022年，星期六(2)可分为可分为整体式整体式曲轴和曲轴和组合式组合式曲轴曲轴组合式曲轴组合式曲轴（6135柴油机）柴油机）整体式曲轴整体式曲轴1、3-滚动轴承滚动轴承2-连接螺栓连接螺栓5-定位螺栓定位螺栓4-曲柄曲柄1-主轴颈主轴颈6-后端凸缘后端凸缘2-连杆轴颈（曲柄销）连杆轴颈（曲柄销）3-前端轴前端轴4-平衡块平衡块曲柄曲柄（刚性好，结构紧凑）（刚性好，结构紧凑）第47页，共64页，编辑于2022年，星期六 4.材料和工艺 采用优质中碳钢(如45号钢)或中碳合金钢(如40Cr 等)模锻。为了提高曲轴的耐磨性，其主轴颈和连杆轴颈表面均需高频淬火或氮化，再经过精磨，以提高疲劳强度。5.平衡重4缸、6缸、8缸和12缸发动机的曲拐对称布置，往复惯性力和离心力是平衡的，从整体上能相互抵消。但曲轴局部却受到弯矩的作用。受受力力分分析析平平衡衡重重布布置置第48页，共64页，编辑于2022年，星期六 6曲轴轴向定位 为阻止车辆行驶时，离合器经常结合与分离和带锥齿轮驱动时施加于曲轴上的轴向力而有轴向窜动的趋势，曲轴必须有轴向定位，以保证曲柄连杆机构的正常工作。但也应允许曲轴受热后能自由膨胀。曲轴作为转动件，必须与其固定件之间有一定的轴向间隙。曲轴轴向定位是通过止推装置实现的，只能有一处设置轴向定位装置。现代汽车发动机常将径向轴承和推力轴承合而为一，制成翻边滑动轴承。多层推力轴承多层推力轴承1-凸肩凸肩 2-油槽油槽 3-钢质薄壁钢质薄壁 4-基层基层 5-镍涂层镍涂层 6-磨耗层磨耗层 7-油孔油孔 8-卷边卷边第49页，共64页，编辑于2022年，星期六 7 7多缸发动机曲拐布置和发火次序多缸发动机曲拐布置和发火次序 曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和各缸的作功行程交替顺序（发火次序）。发火次序的要求：发火次序的要求：(a)发动机每完成一个循环，各缸都应发火一次，且各缸作功间隔发动机每完成一个循环，各缸都应发火一次，且各缸作功间隔 应均匀，即发火间隔角应等于应均匀，即发火间隔角应等于720/i;(b)应使连续作功的两缸相距尽可能远应使连续作功的两缸相距尽可能远，避免相邻两缸发生进气重，避免相邻两缸发生进气重 叠现象，同时降低主轴承负荷。叠现象，同时降低主轴承负荷。直列四缸发动机：直列四缸发动机：平面曲拐，相邻曲拐两两相对，发火次序是平面曲拐，相邻曲拐两两相对，发火次序是1或或1243，发火间隔角等于发火间隔角等于720/4=180。第50页，共64页，编辑于2022年，星期六 直列四缸发动机的曲拐布置直列四缸发动机的曲拐布置第51页，共64页，编辑于2022年，星期六四冲程四缸发动机四冲程四缸发动机发火次序发火次序作功顺序：作功顺序：1342第52页，共64页，编辑于2022年，星期六空间曲拐，各平面曲拐成空间曲拐，各平面曲拐成120夹角，夹角，发火间隔角是发火间隔角是720/6=120，发火次序是，发火次序是15 3 6 2 4 或或1 4 2 6 3 5直列六缸发动机：直列六缸发动机：直列六缸发动机的曲拐布置直列六缸发动机的曲拐布置第53页，共64页，编辑于2022年，星期六四冲程六缸发动机四冲程六缸发动机发火次序发火次序1-5-3-6-2-4第54页，共64页，编辑于2022年，星期六 四冲程V型八缸发动机发火次序空间曲拐，各平面曲拐成空间曲拐，各平面曲拐成90夹角，夹角，发火间隔角是发火间隔角是720/8=90，发火顺序是，发火顺序是18436572V形八缸发动机的空间曲拐布置形八缸发动机的空间曲拐布置第55页，共64页，编辑于2022年，星期六八缸V型排列第56页，共64页，编辑于2022年，星期六二、曲轴扭转减振器二、曲轴扭转减振器（一）扭转振动（一）扭转振动对曲轴刚度较小、转动惯量较对曲轴刚度较小、转动惯量较大、缸数多及转速高的发动机，大、缸数多及转速高的发动机，一般在一般在曲轴前端装有曲轴扭转减曲轴前端装有曲轴扭转减振器，此处扭转振幅最大。振器，此处扭转振幅最大。发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为性相对扭转的现象称为扭转振动扭转振动。曲轴转动惯量愈大，自振频率愈低，愈易发生曲轴转动惯量愈大，自振频率愈低，愈易发生共振共振，曲轴扭转振幅，曲轴扭转振幅极大，破坏配气相位的准确性，产生冲击噪声，甚至导致曲轴因扭转变形极大，破坏配气相位的准确性，产生冲击噪声，甚至导致曲轴因扭转变形过大而断裂。过大而断裂。第57页，共64页，编辑于2022年，星期六 常用 摩擦式扭转减振器 分类 橡胶式扭转减振器 硅油式扭转减振器 功用：吸收曲轴扭转振功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动的能量，消减扭转振动。动。（二）扭转减振器（二）扭转减振器第58页，共64页，编辑于2022年，星期六与圆盘与圆盘3有了相对角振动，橡胶垫有了相对角振动，橡胶垫4的扭转变的扭转变形消耗了扭转振动能量，振幅减小。形消耗了扭转振动能量，振幅减小。8V100型发动机型发动机橡胶式扭转减振器橡胶式扭转减振器6-带盘带盘（a）橡胶式扭转减振器橡胶式扭转减振器 转动惯量较大的惯性盘转动惯量较大的惯性盘5与薄钢片制成的减振与薄钢片制成的减振器圆盘器圆盘3都同橡胶垫都同橡胶垫4硫化粘结，硫化粘结，减振器圆盘减振器圆盘3毂部用螺栓固装于曲轴前端的风毂部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮扇带轮6上，后者与曲轴前端螺栓固紧，圆盘上，后者与曲轴前端螺栓固紧，圆盘3与与带轮、曲轴同步转动，惯性盘带轮、曲轴同步转动，惯性盘51-曲轴前端曲轴前端2-带轮毂带轮毂3-减振器圆盘减振器圆盘4-橡胶垫橡胶垫5-惯性盘惯性盘优点：结构简单、质量小、工作可靠优点：结构简单、质量小、工作可靠缺点：橡胶对曲轴扭转振动的衰减作用缺点：橡胶对曲轴扭转振动的衰减作用不够强，橡胶易因摩擦生热而老化。不够强，橡胶易因摩擦生热而老化。第59页，共64页，编辑于2022年，星期六 两个惯性盘两个惯性盘1松套在风扇带轮松套在风扇带轮6的轮毂上（之的轮毂上（之间