《曲轴连杆机构》课件.ppt
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1、第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构机体机体组 活塞活塞连杆杆组曲曲轴飞轮组概述概述 12.1 2.1 概概 述述 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复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。变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。1 1、机体组、机体组 2 2、活塞连杆组、活塞连杆组 3 3、曲轴飞轮组、曲轴飞轮组一、曲柄连杆机构的功用一、曲柄连杆机构的功用二、组成二、组成2多缸发动机的曲柄连杆机构演示多缸发动机的曲柄连杆机构演示 33.2 3.2 机机 体体 组组机体组组成:机体组组成
2、:曲轴箱曲轴箱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体气缸体气缸盖罩气缸盖罩4一、气缸体一、气缸体1 1、气缸体、气缸体:作用:发动机的基体和骨架,安装零件作用:发动机的基体和骨架,安装零件要求:要求:v具有足够的强度和刚度具有足够的强度和刚度(承受高温高压的气体作用力承受高温高压的气体作用力)v气缸体结构紧凑、重量较轻气缸体结构紧凑、重量较轻(减轻发动机的整体重量减轻发动机的整体重量)水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体曲轴箱曲轴箱5 2 2、气缸体分类、气缸体分类(1 1)根据冷却方式不同分)根据
3、冷却方式不同分:水冷、风冷水冷、风冷散热片散热片冷却水冷却水6油底壳安油底壳安装平面和装平面和曲轴旋转曲轴旋转中心在同中心在同一高度一高度油底壳安装平油底壳安装平面低于曲轴的面低于曲轴的旋转中心旋转中心气缸体上曲气缸体上曲轴的主轴承轴的主轴承孔为整体式孔为整体式(2 2)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为)按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为一般式龙门式隧道式7性能与应用比较性能与应用比较8(3 3)根据气缸的排列方式)根据气缸的排列方式结构简单、加结构简单、加工容易,但发工容易,但发动机长度和高动机长度和高度较大。度较大。缩短了机体的缩短了机体的长度和高度,长度和高度,增加了刚度,增加了刚
4、度,减轻了发动机减轻了发动机重量;但宽度重量;但宽度增加,形状复增加,形状复杂,加工困难。杂,加工困难。高度小,总高度小,总体布置方便。体布置方便。9单列单列式:式:一般一般6 6缸以下的发动机采用直列式,如解缸以下的发动机采用直列式,如解放放CA1091CA1091型、型、CA1040CA1040型、红旗型、红旗CA7220CA7220型和型和北京北京BJ2023BJ2023型等型等V V型:一般用于型:一般用于6 6缸以上的大功率发动机缸以上的大功率发动机对置式:适用于摩托车及发动机中置的对置式:适用于摩托车及发动机中置的大客车大客车101112n气缸:气缸:v作用:气缸体内引导活塞作往复
5、运动的圆柱形作用:气缸体内引导活塞作往复运动的圆柱形空腔。空腔。v要求:工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化要求:工作面须耐高温、高压、耐磨损和耐化学腐蚀学腐蚀n气缸套:气缸套:提高气缸的耐磨性:提高气缸的耐磨性:(1)(1)采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理采用优质的合金铸铁材料或采用表面处理(表表面淬火、镀铬面淬火、镀铬)-)-成本高成本高(2)(2)气缸套气缸套(铝合金气缸体铝合金气缸体):使用寿命长、耐磨:使用寿命长、耐磨 性好、检修方便及费用低性好、检修方便及费用低13(4 4)干式气缸套和湿式气缸套)干式气缸套和湿式气缸套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
6、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、易制造、易制造、易拆卸。易拆卸。强度和刚强度和刚度不如干度不如干缸套,易缸套,易漏水、漏漏水、漏气气广泛应用广泛应用于汽车柴于汽车柴油机上。油机上。14三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用:功用:密封气缸的上部,与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。密封气缸的上部,与活塞顶、气缸壁等共同构成燃烧室。材料:材料:灰铸铁或合金铸铁,铝合金。灰铸铁或合金铸铁,铝合金。注:铝合金的气缸盖:有利于提高散热性能和压缩比注:铝合金的气缸盖:有利于提高散热性能和压缩比工作条件:工作条件:由于接触温度很高的燃气,所以承
7、受的热负荷很大。由于接触温度很高的燃气,所以承受的热负荷很大。1 1、气缸盖、气缸盖15分类分类:v整体式:汽油机因缸径较小、缸盖负荷较整体式:汽油机因缸径较小、缸盖负荷较 轻,一般采用整体式气缸盖轻,一般采用整体式气缸盖v分开式:功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式:功率较大、缸径较大的柴油机多采用分开式气缸盖,即一缸、二缸或三缸一盖。分开式气缸盖,即一缸、二缸或三缸一盖。优点:制造和维修方便、减小变形对密封的影响优点:制造和维修方便、减小变形对密封的影响结构结构:内有与气缸体相通的冷切水套、燃烧室、火花内有与气缸体相通的冷切水套、燃烧室、火花塞座孔塞座孔(汽油机汽油机)或喷油器座孔或喷油
8、器座孔(柴油机柴油机)、进排、进排气道气道16气缸垫气缸垫:功用是保证气缸盖与气缸体接触面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。的密封,防止漏气,漏水和漏油。气缸盖气缸盖气缸盖罩气缸盖罩衬垫衬垫安装火花塞安装火花塞2 2、气缸盖罩和气缸垫、气缸盖罩和气缸垫17n气缸垫:气缸垫:(1)(1)作用:气缸盖与气缸体之间的密封件,保证作用:气缸盖与气缸体之间的密封件,保证燃烧室不漏气。燃烧室不漏气。(2)(2)要求:要求:v在高温、高压燃气作用下具有足够的强度,不在高温、高压燃气作用下具有足够的强度,不宜损坏。宜损坏。v耐热和耐腐蚀,即在高温、高压燃气下或有压耐热和耐腐蚀,即在高
9、温、高压燃气下或有压力的机油和冷切液的作用下不烧损、不变质力的机油和冷切液的作用下不烧损、不变质v具有一定弹性,能补偿接合面的表面粗糙度、具有一定弹性,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,以不平度以及发动机工作时反复出现的变形,以保证密封。保证密封。v拆装方便,能重复使用,寿命长拆装方便,能重复使用,寿命长18(3)(3)材料:材料:v金属金属石棉气缸垫石棉气缸垫v纯金属气缸垫纯金属气缸垫:由单层或多层金属片制成由单层或多层金属片制成 国外有些发动机开始使用耐热密封胶取代传统国外有些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫,要求气缸盖和气缸体的接合面有更的气缸垫,要
10、求气缸盖和气缸体的接合面有更高的加工精度高的加工精度气缸盖罩:起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压气缸盖罩:起封闭和防尘作用。由薄钢板冲压而成,上设机油加注口和曲轴箱通风口而成,上设机油加注口和曲轴箱通风口193 3、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)(1)要求:要求:v结构尽可能紧凑,冷却面积小,以减少热量损结构尽可能紧凑,冷却面积小,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具有一定的涡流运动,使混合气在压缩终了时具有一定的涡流运动,以提高混合气燃烧速度,保证混合气得到及时和以提高混合气燃烧速度,保证混合气得到及时和充分燃烧充分燃烧
11、(2)(2)形状分类形状分类2122汽油机燃烧室形状汽油机燃烧室形状23三、油底壳三、油底壳1 1、概念:、概念:贮存机油并封闭曲轴箱,又称为下曲轴箱。贮存机油并封闭曲轴箱,又称为下曲轴箱。2 2、使用特点:、使用特点:(1)设有挡油板设有挡油板减轻油面的波动。减轻油面的波动。(2)油底壳底部还装有放油螺塞,通常放油螺塞上装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,减少发动有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少发动机的磨损机的磨损、3 3、材料:、材料:(1)(1)薄钢板冲压薄钢板冲压 (2)(2)采用带有散热肋片采用带有散热肋片的铝合金铸造而成的轻金属油
12、底壳的铝合金铸造而成的轻金属油底壳3 32425四、发动机的支承:四、发动机的支承:1 1、三点支承:可布置成一前两后或二前一后。、三点支承:可布置成一前两后或二前一后。2 2、四点支承:前后各有两个支承点。、四点支承:前后各有两个支承点。263.3 3.3 活塞连杆组活塞连杆组气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖27点此观看活塞连杆组的录像点此观看活塞连杆组的录像281 1、功用:、功用:(1)(1)承受气体压力,并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转承受气体压力,并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转(2)(2)与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室与气缸盖、气
13、缸壁共同组成燃烧室 2 2、工作环境:、工作环境:高温、散热及润滑条件差;顶部工作温度高达高温、散热及润滑条件差;顶部工作温度高达600600700K700K,且分布不均匀;高速,线速度达到,且分布不均匀;高速,线速度达到10m/s10m/s,承承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3 35MPa5MPa(汽油机)(汽油机)的压力,使之变形,破坏配合联结。的压力,使之变形,破坏配合联结。3 3、要求、要求一、活一、活 塞塞29n3 3、材料:、材料:(1)(1)汽油机:汽油机:铝硅合金,硅的成分越多,热铝硅合金,硅的成分越多,热膨胀系数越小,磨损越小,但制造
14、工艺性较膨胀系数越小,磨损越小,但制造工艺性较差。差。(2)(2)柴油机:合金铸铁和耐热钢制造柴油机:合金铸铁和耐热钢制造(热、机热、机械负荷大械负荷大)304 4、结构、结构 顶部:顶部:构成燃烧室,承构成燃烧室,承 受气体压力。受气体压力。头部头部:安装活塞环,制作安装活塞环,制作 较厚。较厚。裙部:裙部:导向,传力。承受侧压导向,传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。力销座孔处制有加强筋。31(1)活塞顶部)活塞顶部功用:功用:是燃烧室的组成部分,主要作用承是燃烧室的组成部分,主要作用承受气体压力。受气体压力。结构简单、制造容结构简单、制造容易、散热面积小、易、散热面积小、应力分布较均匀,
15、应力分布较均匀,多用在汽油机上多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部凸起呈球状、顶部强度高,起导向作强度高,起导向作用、有利于改善换用、有利于改善换气过程。常用于二气过程。常用于二冲程汽油机冲程汽油机凹坑的形状、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形成与燃烧;提高的形成与燃烧;提高压缩比,防止碰气门。压缩比,防止碰气门。32头部头部(2 2)活塞头部)活塞头部位置: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。工作条件最工作条件最恶劣,应离恶劣,应离顶部远些。顶部远些。1 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、2
16、 2、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,3 3、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。4 4、承受气体压力,并通过活塞销传给连杆。、承受气体压力,并通过活塞销传给连杆。作用:作用:33(3 3)活塞裙部)活塞裙部位置:位置:活塞环槽以下的所有部分,包括销座孔。活塞环槽以下的所有部分,包括销座孔。作用: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,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。防治破坏油膜。裙裙部部34活活塞塞裙裙部部的的椭椭圆圆变变形形演演示示35(1 1)预先做成阶梯形、锥形)预先做成
17、阶梯形、锥形 活塞沿高度方向的温度活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是上很不均匀,活塞的温度是上部高、下部低,膨胀量也相部高、下部低,膨胀量也相应是上部大、下部小。为了应是上部大、下部小。为了使工作时活塞上下直径趋于使工作时活塞上下直径趋于相等,即为圆柱形,就必须相等,即为圆柱形,就必须预先把活塞制成上小下大的预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。阶梯形、锥形。5 5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密、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封和运动间隙,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
18、面在铸造时凹陷)预先做成椭圆形。将销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm0.5-1mm,或截去一小,或截去一小部分。部分。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。趋近正圆。36(3 3)活塞裙部开槽)活塞裙部开槽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活塞强度降低绝热槽绝热槽膨胀槽膨胀槽37(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
19、,有些汽部的热膨胀量,有些汽油机活塞在活塞裙部或油机活塞在活塞裙部或销座内铸入或嵌入膨胀销座内铸入或嵌入膨胀系数低的钢片。系数低的钢片。恒范钢片式活塞的恒范钢片式活塞的结构特点就是这样的,结构特点就是这样的,由于恒范钢为含镍由于恒范钢为含镍33%33%36%36%的低碳铁镍合金,的低碳铁镍合金,其膨胀系数仅为铝合金其膨胀系数仅为铝合金的的1/101/10,而销座通过恒,而销座通过恒范钢片与裙部相连,牵范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变形制了裙部的热膨胀变形量。量。386 6、活塞在工作时的保护措施、活塞在工作时的保护措施(1 1)在活塞裙部表面涂保护层,可改善铝合金活塞的磨合性;)在活塞裙
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