第二章機體組及曲柄連桿機構(gòu)概述一、曲柄連桿機構(gòu)的功用將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動的機械能，再通過連桿將活塞的往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。

二、組成1、機體組2、活塞連桿組3、曲軸飛輪組多缸發(fā)動機的曲柄連桿機構(gòu)演示

機體組氣缸蓋氣缸墊氣缸體油底殼活塞連桿組活塞活塞環(huán)活塞銷連桿曲軸飛輪組曲軸飛輪扭轉(zhuǎn)減振器受力分析曲柄連桿機構(gòu)受的力主要有氣壓力P，往復(fù)慣性力Pj，旋轉(zhuǎn)離心力Pc和摩擦力F。PPjPCF第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)中的作用力及力矩

1、

氣壓力：氣壓力P的集中力PP分解為側(cè)壓力NP和SP，SP分解為RP和TP，RP使曲軸主軸頸處受壓，TP為周向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的力。(1)作功行程：側(cè)壓力NP向左，活塞的左側(cè)面壓向氣缸壁，左側(cè)磨損嚴重NPSPPRPTP(2)壓縮行程：側(cè)壓力NP向右，活塞的右側(cè)面壓向氣缸壁，左側(cè)磨損嚴重NPPSPRPTP2、

往復(fù)慣性力Pj：活塞在上半行程時，慣性力都向上，下半行程時，慣性力都向下。在上下止點活塞運動方向改變，速度為零，加速度最大，慣性力也最大；在行程中部附近，活塞運動速度最大，加速度為零，慣性力也等于零。Pj3、

離心慣性力PC：旋轉(zhuǎn)機件的圓周運動產(chǎn)生離心慣性力，方向背離曲軸中心向外。離心力加速軸承與周頸的磨損，也引起發(fā)動機振動而傳到機體外。Pc4、摩擦力F：指相互運動件之間的摩擦力，它是造成配合表面磨損的根源。F工作條件：發(fā)動機工作時，曲柄連桿機構(gòu)直接與高溫高壓氣體接觸，曲軸的旋轉(zhuǎn)速度又很高，活塞往復(fù)運動的線速度相當大，同時與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸，曲柄連桿機構(gòu)還受到化學腐蝕作用，并且潤滑困難?？梢?，曲柄連桿機構(gòu)的工作條件相當惡劣，它要承受高溫、高壓、高速和化學腐蝕作用。第二節(jié)機體組機體組由氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊組成。一、

構(gòu)造氣缸體內(nèi)引導活塞做往復(fù)運動的圓筒就是氣缸，氣缸外面制有水套以散熱。曲軸箱上有主軸承座孔，還有主油道和分油道。

油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式（1）按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為2、氣缸體分類一般式龍門式隧道式名稱性能應(yīng)用一般式機體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工拆卸。剛度和強度差。492Q汽油機，90系列柴油機。龍門式強度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。捷達轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負荷較大的柴油機上。性能與應(yīng)用比較（2）根據(jù)冷卻方式不同分：水冷、風冷散熱片冷卻水（3）根據(jù)氣缸的排列方式結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，但發(fā)動機長度和高度較大。縮短了機體的長度和高度，增加了剛度，減輕了發(fā)動機重量；形狀復(fù)雜，加工困難。高度小，總體布置方便。氣缸的排列形式對置式

V形式直列式（4）干式氣缸套和濕式氣缸套名稱特點示意圖干缸套外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1～3mm。濕缸套外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5～9mm。強度和剛度都較好，加工復(fù)雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強度和剛度不如干缸套，易漏水。二、氣缸套1.目的：解決成本與壽命之間的矛盾。氣缸內(nèi)鑲了用耐磨的高級鑄鐵材料制成的氣缸套，而缸體則可用價廉的普通鑄鐵或質(zhì)量輕的鋁合金制成，這樣，既延長了使用壽命，又節(jié)省了好材料。

2.型式（1）

干式缸套1~3mm定義：其外表面不直接與冷卻水接觸。特點：1)壁厚較薄（1mm～3mm）；2)與缸體承孔過盈配合；3)不易漏水漏氣。

1~3mm（2）

濕式缸套定義：其外表面直接與冷卻水接觸。特點：1)壁厚較厚（5mm～9mm）；2)散熱效果好；3)易漏水漏氣；4)易穴蝕

5~9mm0.05~0.15mm定位：1）徑向：靠上下兩個凸出的、與氣缸體間為動配合的圓環(huán)帶A和B。2）軸向：利用缸套上部凸緣與缸體相應(yīng)的臺階。0.05~0.15mmAB密封：上部：缸套頂面高出缸體0.05mm～0.15mm，當氣缸蓋螺栓擰緊后，缸套與缸體凸臺接合處、缸套與缸墊接合處，承受較大的壓緊力。0.05~0.15mm1）下部：1～3個耐熱耐油的橡膠密封圈。三、氣缸蓋、氣缸墊和氣缸蓋罩功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。工作條件：由于接觸溫度很高的燃氣，所以承受的熱負荷很大。1、氣缸蓋氣缸墊：功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞2、氣缸蓋罩和氣缸墊3、燃燒室名稱特點示意圖應(yīng)用半球形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納夏利富康楔形結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱面積小、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長切諾基盆形工藝性好、成本低、進排氣效果不如半球形燃燒室捷達奧迪汽油機燃燒室形狀柴油機燃燒室2.氣缸墊的構(gòu)造1)金屬—石棉墊：外包銅皮和鋼片，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加強，內(nèi)填石棉（常摻入銅屑或鋼絲，以堅強導熱）。

2)純金屬墊：（見圖e）由單層或多層金屬片（銅、鋁或低碳鋼）制成，用于某些強化發(fā)動機。

安裝注意：金屬皮的金屬—石棉墊，缸口金屬卷邊一面應(yīng)朝向易修整接觸面或硬平面。因卷邊一面會對與其接觸的平面造成壓痕變形。

二、油底殼1.功用：貯存和冷卻機油并封閉曲軸箱。2.構(gòu)造：（1）用薄鋼板沖壓而成。（2）

內(nèi)部設(shè)有穩(wěn)油擋板，以防止汽車振動時油底殼油面產(chǎn)生較大的波動。（3）最低處有放油塞曲軸箱與油底殼之間有密封襯墊。

活塞連桿組組成氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋第三節(jié)活塞連桿組

1、功用：承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。2、工作環(huán)境：高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達600～700K，且分布不均勻；高速，線速度達到10m/s，承受很大的慣性力?；钊敳砍惺茏罡呖蛇_3～5MPa（汽油機）的壓力，使之變形，破壞配合聯(lián)結(jié)。3、材料：鋁合金：質(zhì)量小導熱性好；灰鑄鐵活塞應(yīng)具備的特點A剛度和強度應(yīng)足夠大，傳力可靠。B導熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C質(zhì)量較小，盡可能減少往復(fù)慣性力D耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙E活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)一、活塞（1）活塞頂部

功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。4、結(jié)構(gòu)

頂部：構(gòu)成燃燒室，承受氣體壓力。頭部:安裝活塞環(huán)，制作較厚。

裙部：導向，傳力。承受側(cè)壓力.銷座孔處制有加強筋。

（1）活塞頂部結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較均勻，多用在汽油機上。凸起呈球狀、頂部強度高，起導向作用、有利于改善換氣過程。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。頭部（2）活塞頭部位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。工作條件最惡劣，應(yīng)離頂部遠些。1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸、2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。作用：（3）活塞裙部位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動起導向作用，并承受側(cè)壓力，防治破壞油膜。裙部活塞裙部的橢圓變形演示（1）預(yù)先做成階梯形、錐形活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預(yù)先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。

5、為使活塞在各種工況下均能與氣缸壁間保持合理的密封和運動間隙，制造活塞是通常采取下列結(jié)構(gòu)措施：（2）預(yù)先做成橢圓形橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近正圓。（3）活塞裙部開槽橫向絕熱槽減少裙部受熱有的兼作油環(huán)回油孔縱向膨脹槽留有膨脹余地活塞強度降低絕熱槽膨脹槽（4）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片。恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)特點就是這樣的，由于恒范鋼為含鎳33%～36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。6、活塞在工作時的保護措施（1）在活塞裙部表面涂保護層，可改善鋁合金活塞的磨合性；主要有鉛、錫、石墨、磷保護層等。（2）在安裝活塞銷時，使活塞銷偏置某一方向裝，以減少換向時的敲擊聲，且使裙部減小磨損；有的汽油機上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面的，向作功行程中受主側(cè)壓力的一方偏移了1～2mm。（二）活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。工作條件：高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命：6萬公里材料：合金鑄鐵或球墨鑄鐵（有時表面涂有保護層）切口氣環(huán)（1）氣環(huán)

作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。斷面形式:矩形環(huán)、錐形環(huán)、扭曲環(huán)、桶形環(huán)、梯形環(huán)活塞環(huán)氣環(huán)的密封原理：將2～3道氣環(huán)的切口相互錯開形成“迷宮式”封氣裝置。氣環(huán)的泵油原理：動態(tài)演示泵油現(xiàn)象的危害：（1）增加了潤滑油的消耗；（2）

火花塞沾油不跳火；（3）

燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞；（4）

環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性；（5）加劇了氣缸的磨損。

措施：（1）采用扭曲環(huán)；(2)采用組合式油環(huán)；（3）油環(huán)下設(shè)減壓腔

(3)扭曲環(huán)：將矩形環(huán)內(nèi)圓上方或外圓下方切成臺階或倒角而成。扭曲原理：當活塞環(huán)裝入氣缸后，環(huán)受到壓縮產(chǎn)生彎曲變形，斷面中性層以外產(chǎn)生拉應(yīng)力、中性層以外產(chǎn)生壓應(yīng)力，矩形環(huán)由于中性層內(nèi)外斷面不對稱，使F和F不在同一平面內(nèi)，從而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞環(huán)發(fā)生微量的扭曲變形。e1）

特點具有錐形環(huán)的特點；減小了泵油作用；作功行程環(huán)不再扭曲，兩個密封面達到完全接觸，利于散熱。安裝：內(nèi)上切扭曲環(huán)裝入第一道環(huán)槽，外下切扭曲環(huán)裝入第二、三道環(huán)槽。

（2）油環(huán)種類普通油環(huán)組合式油環(huán)示意圖刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油片（2）組合式：由上下刮油片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力的襯簧組成。其特點為1）密封好：第一密封面，靠徑向力，因襯簧長大于刮片長而產(chǎn)生徑向力。第二密封面，靠軸向力，因襯簧和鋼片總厚度大于環(huán)槽高而產(chǎn)生軸向力。2)無側(cè)隙，不竄油。3)刮油能力強：因鋼片薄，對缸壁比壓大。4)上下片可分別動作，適應(yīng)性好。5)回油能力強。油環(huán)的刮油作用油環(huán)的刮油作用（三）活塞銷作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。材料與工藝:優(yōu)質(zhì)低碳鋼，表面淬火、精磨。構(gòu)造：活塞銷的內(nèi)孔形狀有圓柱形，兩段截錐形，以及兩段截錐與一段圓柱的組合形。連桿活塞銷全浮式：活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動，使磨損均勻。半浮式：活塞中部與連桿小頭采用緊固螺栓連接，活塞銷只能在兩端銷座內(nèi)作自由擺動。多用于小轎車形式:全浮式（工作時自由轉(zhuǎn)動）、半浮式。（四）連桿作用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿組件分解圖連桿小頭桿身連桿大頭（1）連桿大頭的連接形式平切式斜切式(2)切口定位方式連桿螺栓定位：靠連桿螺栓的光圓柱部分與螺栓孔的配合來定位。其定位精度較差，用于直切口連桿。

鋸齒形定位：依靠接合面的齒形定位。套或銷定位：依靠套或銷與連桿體（或蓋）的孔緊配合定位。止口定位（4）活塞、連桿的安裝1、不能破壞連桿桿身與蓋的配對及裝合方向，在二在者的同一側(cè)打有配對標記。2、不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標記，大頭側(cè)面有缸號標記。（3）連桿軸瓦2.組成：由鋼背和減磨層組成。鋼背由1mm～3mm的低碳鋼制成。減磨層為0.3mm～0.7mm的減磨合金，層質(zhì)較軟能保護軸頸。2.減磨層材料（1）白合金（巴氏合金）：減磨性能好，但機械強度低，且耐熱性差。常用于負荷不大的汽油機。（2）銅鉛合金：機械強度高，承載能力大，耐熱性好。多用于高負荷的柴油機。但其減磨性能差。(3)鋁基合金：有鋁銻鎂合金、低錫鋁合金和高錫鋁合金三種。

1）鋁銻鎂合金和低錫鋁合金：械性能好，負載能力強，但其減磨性能差。主要用于柴油機。2)高錫鋁合金：具有較好的機械性能和減磨性能，廣泛應(yīng)用于柴油機和汽油機。軸瓦的定位V型發(fā)動機連桿的布置形式并列式主副式叉型式（4）連桿的安裝1、不能破壞連桿桿身與蓋的配對及裝合方向，在二在者的同一側(cè)打有配對標記。2、不能裝反，也不能亂缸，在桿身上有方向標記，大頭側(cè)面有缸號標記?！?.4曲軸飛輪組一、曲軸飛輪組的組成起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪曲軸二、曲軸1、功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵觥＿€用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助裝置。2、工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。

3、結(jié)構(gòu)：前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。曲柄4、材料：中碳鋼（汽）、合金鑄鐵（柴）、球墨鑄鐵。5、分類：整體式（常用）組合式（常用于連桿大頭為整體式的小型汽油機和以滾動軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動機上）6、組成：（1）主軸頸曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個。強度、剛度好，減小了磨損；柴油機和大部分汽油機均采用。全支承：非全支承：曲軸的主軸頸數(shù)少于或等于氣缸數(shù)。載荷較大，縮短了曲軸的總長度。——用于支撐曲軸。每個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸者，稱為全支承曲軸；主軸頸數(shù)等于或少于連桿軸頸數(shù)者稱為非全支承曲軸。（2）連桿軸頸（3）曲柄——曲軸臂，用于連接主軸頸和連桿軸頸（4）平衡塊平衡離心力偶減輕或消除彎曲變形部分中空兼作油道安裝連桿大頭中空連桿軸徑平衡重曲柄（5）前端軸和后端軸前端軸：安裝正時齒輪及附件（皮帶盤等）1.2止推軸承3.止推片4.正時齒輪5.甩油盤6.油封7.皮帶輪8.起動爪曲軸的前端7兩止推軸承白金合面相背曲軸向前移動，后止推軸承與曲軸臂端面摩擦；軸向后移動，前止推軸承與正時齒輪端面摩擦。4186325后端軸：安裝飛輪前后端軸都設(shè)有防漏裝置：擋油盤、回油螺紋、油封等。曲軸后端回油螺紋（6）曲軸的軸向限位

通常是通過在曲軸的前部、中部或后部安裝止推軸承來實現(xiàn)的（翻邊軸瓦）。主軸頸止推墊片止推墊片連桿軸頸主軸承蓋三、曲拐的布置1）各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在發(fā)動機的前半部和后半部交替進行。比如：四缸機：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸機：1-5-3-6-2-4；

3）V型發(fā)動機左右氣缸盡量交替作功。4）曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機工作平衡性好。（1）一般規(guī)律（2）常見曲軸曲拐的布置對缸數(shù)為i的發(fā)動機而言，其發(fā)火順序為：四行程：720°/i

二行程：360°/i①四缸四行程發(fā)動機的發(fā)火順序和曲拐布置點火順序：各缸完成同名行程的次序。曲軸轉(zhuǎn)角（度）

一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排進壓排進壓排進壓排進壓1↓3↓4↓2四缸四行程發(fā)動機的曲拐布置②直列四沖程六缸發(fā)動機發(fā)火順序和曲拐布置曲軸轉(zhuǎn)角（度）601201802403003604204805406006607200～180180～360360～540540～720一缸二缸三缸四缸五缸六缸排進壓進壓排進壓排進壓排進壓排進壓排發(fā)火順序：1-5-3-6-2-4功功功功功功六缸四行程發(fā)動機的曲拐布置八缸四行程發(fā)動機的曲拐布置（紅旗轎車SV100型發(fā)動機）1-8-4-3-6-5-7-2四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器作用：吸收曲軸扭轉(zhuǎn)振動的能量，使曲軸轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，可靠工作。種類：橡膠式（車用），硅油式，摩擦片式。

橡膠式摩擦片式硅油式皮帶盤慣性盤橡膠墊