1、第二章 曲柄連桿機構,第一節(jié) 概述 一、功用與組成 1、功用：將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉變?yōu)榛钊鶑瓦\動的機械能，再通過連桿將活塞的往復運動變?yōu)榍S的旋轉運動而對外輸出動力。,1、功用：實現(xiàn)內燃機的工作循環(huán)，完成能量的轉換（化學能熱能壓力能機械能），并以曲軸旋轉的形式（曲軸具有一定的轉速以及扭矩）向外輸出動力。,2、組成： （1）機體組 主要包括汽缸體、曲軸箱、油底殼、汽缸套、汽缸蓋和汽缸墊等不動件；（2）活塞連桿組 主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等運動件；（3）曲軸飛輪組 主要包括曲軸、飛輪和扭轉減振器、平衡軸等機構。,3、主要運動零件的基本運動形式： （1）活塞：往復直線運動，還有擺動和

2、顫動等； （2）曲軸：旋轉運動，還有振動等； （3）連桿：平面運動，即平動轉動，將活塞的往復直線運動與曲軸的旋轉運動進行相互轉換。,二、工作條件及基本要求 1、工作條件：在高溫、高壓、高速以及有化學腐蝕的條件下工作.,2、基本要求：（1）具有足夠的強度和剛度，良好的耐磨、耐熱、耐腐蝕和抗氧化等性能。（2）為了減輕柴油機質量和減少運動件的慣性力，其結構應緊湊合理。（3）為了保證運動零件的正常運轉、減少功率消耗、延長其使用壽命，要合理選材，并應具有一定的加工精度、裝配精度與良好的潤滑。,三、受力分析 曲柄連桿機構受的力主要有氣體壓力、往復慣性力、旋轉運動件的離心力以及相對運動件接觸表面的摩擦力。,

3、1、膨脹沖程：,(一)氣體壓力,Fp為活塞頂所承受的氣體作用力，將其假設為一作用在活塞銷上的集中力，S為活塞頂面積，p為氣體壓力。,(2)連桿：,式中為連桿擺動角。,（3）活塞側壁及汽缸壁：產(chǎn)生側壓力,作用結果：側壓力可引起活塞的擺動及活塞側面與汽缸壁的摩擦與磨損。,（4）曲軸與軸承：氣體壓力沿連桿傳到連桿軸徑處，使此處受壓，又可分解為法向力R和切向力S。,2、壓縮沖程,膨脹沖程,壓縮沖程,（1）作用力?。?（2）側壓力方向與膨脹沖程相反； （3）切向力S為阻力。,特點：,結論：氣體壓力使汽缸蓋承受向上的推力，活塞頂承受向下的推力、活塞側面與汽缸壁間有側壓力，活塞銷、連桿桿身、連桿軸頸及曲軸主

4、軸頸等處均受壓力，曲軸還承受彎曲力矩和扭轉力矩。由于氣體壓力和連桿下端擺角的大小都是周期性變化的，所以上述承受壓力的配合表面磨損是不均勻的。,由于曲柄連桿機構運動速度的大小和方向都是不斷變化的，所以要產(chǎn)生慣性力。為了分析方便，將慣性力簡化為往復慣性力和離心慣性力。 1、往復慣性力：是指活塞組件和連桿小頭在汽缸內作往復運動所產(chǎn)生的慣性力，用Pj表示。其大小與機件的質量及加速度成正比，其方向總與加速度的方向相反。,(二)往復慣性力和離心力,活塞在汽缸內從上止點向下止點運動時速度由零開始作加速運動，至接近中部時速度最大，這一段慣性力向上，然后作減速運動，則慣性力Pj變?yōu)橄蛳?，至下止點時速度減為零?；?/p>

5、塞從下止點向上運動時，前半沖程作加速運動、慣性力向下，后半沖程作減速運動、慣性力向上。,離心慣性力給主軸頸及主軸承以附加力。連桿下端質量的離心力還給連桿軸頸和連桿軸承以附加力，而加速了這些部位的磨損。另外，離心力也可引起柴油機的振動。,3、結論： （1）在曲軸旋轉一周中，其離心慣性力的水平分力的作用方向改變一次； （2）在曲軸旋轉一周中，其離心慣性力的垂直分力的作用方向也改變一次，且與往復慣性力的作用方向一致，兩者疊加，更進一步加劇了發(fā)動機的上下振動。,由上述可知，柴油機的振動并不是主要由汽缸內燃燒氣體的爆炸壓力引起的，而主要是未加平衡的往復慣性力和離心力所致。柴油機高速運轉時后兩者迭加在一起

6、可引起柴油機劇烈地振動。為此柴油機在結構上采取了各種平衡措施(如附加的平衡軸和平衡重等)，維修時切勿破壞其裝配位置。,1、曲軸旋轉不平穩(wěn)的原因：,四、內燃機運轉平穩(wěn)性,2、提高平穩(wěn)性的措施： （1）在曲軸的后端裝置一個飛輪；,（2）采用多缸發(fā)動機，合理安排其作功順序； 各缸著火間隔角應相等，保證運轉平穩(wěn)性； 曲軸的形狀和曲拐的布置，取決于缸數(shù)、氣缸排列方式和發(fā)火次序。在布置多缸發(fā)動機的發(fā)火次序時，為減輕主軸承載荷和避免進氣重疊現(xiàn)象發(fā)生，應使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠些。,1）四缸機曲軸的曲拐布置和工作順序： 四缸機作功行程間隔角應為720 /4180。其曲軸將4個曲拐布置在同一平面內，且前后對

7、稱，即1、4缸曲拐在曲軸軸線的同一側，2、3缸曲拐在曲軸軸線的另一側。發(fā)動機的各缸工作次序有兩種：1342 1或1243 1 。我國的四缸發(fā)動機都按1342次序作功。,2）六缸機曲軸的曲拐布置和工作順序： 六缸機的作功間隔角應為7206=120 。 其曲軸的6個曲拐分別布置在夾角為120 的三個平面內，前后對稱，其中1、6缸，2、5缸和3、4缸曲拐分別在曲軸軸線的同一側共平面。 各缸作功次序為153 62 4 1， 或為1 4 2635 1。,2、慣性力的平衡： 由于慣性力作用，會產(chǎn)生附加載荷，引起機體振動，影響發(fā)動機的可靠性及使用壽命，因此要考慮平衡措施。 單缸機由于自身平衡性能最差，所以通

8、常采用較為復雜的平衡軸機構進行平衡；兩缸機和三缸機雖然平衡性能稍好，但是，也必須采取平衡措施，以達到平衡慣性力矩，一種是在曲軸上設置平衡重塊；書22頁 四缸機和六缸機的自身平衡性最好，可以不采取平衡措施。但是為了消減曲軸局部上的附加彎矩作用，有些發(fā)動機的曲軸上也設置平衡重塊。,機體組主要由汽缸體、曲軸箱、油底殼、汽缸套、汽缸蓋和汽缸墊等組成 。,第二節(jié) 機體組,一、汽缸體 （一） 結構型式與功用 1、結構型式,汽缸體是汽缸的殼體，曲軸箱是支撐曲軸作旋轉運動的殼體，二者組成了柴油機的機體。其結構型式有整體式和分體式兩種。 整體式結構是將汽缸體與上曲軸箱鑄成一體，仍統(tǒng)稱為汽缸體，通常用于水冷式柴油

9、機。 分體式結構是將汽缸體與曲軸箱分開鑄造再用螺栓連接起來。多用于風冷式柴油機。,汽缸體是汽缸的殼體，由此形成容納活塞并引導活塞作往復運動的汽缸。 整體式汽缸體或分體式的曲軸箱是組裝柴油機的基礎件，并由它來保持柴油機各運動件相互之間的位置關系。,2、功用,(二)工作條件 1、承受有較大的機械負荷； 2、承受較復雜的熱負荷燃燒氣體給予汽缸壁的熱量，主要通過汽缸體來散失。,(三)要求 1、具有足夠的強度、剛度 ； 2、良好的耐熱性、耐磨性和耐蝕性 ； 3、冷卻散熱效果好； 4、結構緊湊，重量輕 5、具有必要的加工精度及粗糙度等。,(四)材料 一般用灰鑄鐵，風冷式發(fā)動機為保證剛度和強度的同時，又能提高其散熱效果，多制成雙金屬缸體，即在鑄鐵或鋼的汽缸套外面滲鋁后再鑄上鋁合金散熱片。,1、保證汽缸體剛度、強度的結構措施 （1）對多缸水冷式發(fā)動機，其缸體采用整體鑄造。 （2）相鄰兩氣缸之間設有隔板和加強筋。,（五）汽缸體結構分析,3、采用龍門式或隧道式主軸承座孔的結構。,（1）水冷：冷卻介質為水，水冷式發(fā)動機汽缸體的中空夾層形成水套，儲存冷卻水，通過水的循環(huán)流動，帶走一部分熱量，以增加散熱面積。,2、汽缸體的冷卻散熱,（2）風冷：冷卻介質為空氣，風冷式發(fā)動機汽缸體與曲軸箱分開鑄造，而且汽缸體與汽缸蓋外表面鑄有鋁質散熱片