汽车构造(上)第二章.ppt

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第二章曲柄连杆机构第一节第一节曲柄连杆机构的作用力和力矩曲柄连杆机构的作用力和力矩一、功用一、功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。

工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。

总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。

通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

二、受力分析二、受力分析曲柄连杆机构受的力主要有:

气压力Fg，往复惯性力Pj，旋转惯性力力Pk和摩擦力F。

PgPjPkF1、气体压力：

气压力Fg的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。

（1）作功行程：

侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPSPPRPTP

（2）压缩行程：

侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，右侧磨损严重NPPSPRPTP2、往复惯性力Pj：

活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。

在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。

Pj3、离心惯性力Pk：

旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。

离心力加速轴承与轴颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。

Pk4、摩擦力F：

指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。

F三、工作条件三、工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。

可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。

四、组成四、组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮第二节第二节机体组机体组机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。

因此，机体必须要有足够的强度和刚度。

机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

机体组成：

机体组成：

曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体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1.1.气缸体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，也可称为气缸体。

气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。

在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。

气缸体曲轴箱油底壳安装平油底壳安装平面和曲轴旋转面和曲轴旋转中心在同一高中心在同一高度。

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。

气缸体上曲轴气缸体上曲轴的主轴承孔为的主轴承孔为整体式。

整体式。

（1）一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。

这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差

（2）龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。

它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

（捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车）（3）隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。

其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

（负荷较大的负荷较大的柴油机上柴油机上）汽缸的冷却与冷却方式汽缸的冷却与冷却方式：

为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。

冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。

水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。

气缸的排列方式气缸的排列方式：

对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。

按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种。

名称特点形状直列式结构简单、加工容易，但结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。

发动机长度和高度较大。

V型缩短了机体的长度和高度，缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加机的重量；形状复杂，加工困难。

工困难。

水平对置式高度小，总体布置方便。

高度小，总体布置方便。

气缸体：

气缸体：

整体式气缸体和镶嵌式气缸体整体式气缸体和镶嵌式气缸体a、整体式气缸体：

气缸直接镗在气缸体上。

b、镶嵌式气缸体：

气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。

类型类型构造构造性能及应用性能及应用整体式整体式气缸直接镗在气缸体上气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负强度和刚度好，能承受大负荷；成本高。

荷；成本高。

镶嵌式镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成套，再装到一般材料制成的气缸体内。

的气缸体内。

降低了制造成本，便于修理降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。

体的使用寿命。

气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。

干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。

它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。

湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。

它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象，应该采取一些防漏措施。

v气缸体材料一般采用灰铸铁，铝合金铸造。

v有些在缸体上直接加工出气缸。

v铝合金缸体耐磨性不好需加入缸套2.2.曲轴箱曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。

上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。

油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。

油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。

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永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。

在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。

33.气缸盖气缸盖功用：

密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。

材料：

灰铸铁或合金铸铁，铝合金。

工作条件：

由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。

气缸垫气缸垫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气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。

汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。

这里只介绍汽油机的燃烧室，柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。

汽油机燃烧室常见的三种形式：

其它：

碗型、4气门蓬形燃烧室比较燃烧室比较名称名称特点特点示意图示意图应用应用半球形半球形结构紧凑、火焰行程结构紧凑、火焰行程短、燃烧速率高、热短、燃烧速率高、热损失小、热效率高损失小、热效率高桑塔纳桑塔纳夏利夏利富康富康楔形楔形结构简单、紧凑、散结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离高处，火焰传播距离长长切诺基切诺基盆形盆形工艺性好、成本低、工艺性好、成本低、进排气效果不如半球进排气效果不如半球形燃烧室形燃烧室捷达捷达奥迪奥迪44、气缸垫、气缸垫功用：

安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸功用：

安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。

漏油。

材料：

有弹性、耐热性、耐压性材料：

有弹性、耐热性、耐压性安装时注意方向安装时注意方向可否有替代？

简化设计55、油底壳、油底壳油底壳主要作用是贮存机油和封闭曲轴箱，也起到机油油底壳主要作用是贮存机油和封闭曲轴箱，也起到机油散散热作用。

热作用。

薄钢板冲压而成。

薄钢板冲压而成。

也有铝合金铸造而成，并有相应的散热片。

利于散热。

也有铝合金铸造而成，并有相应的散热片。

利于散热。

磁性放油螺塞磁性放油螺塞设有稳油板设有稳油板中间最深处，以便机油泵吸油中间最深处，以便机油泵吸油机油及时更换机油及时更换第三节第三节曲柄连杆机构曲柄连杆机构功用：

功用：

将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。

组成：

组成：

活塞组、连杆组、曲轴飞轮组等。

11、活塞、活塞活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成：

功用功用：

承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。

工作环境工作环境：

高温、散热条件差；顶部工作温度高达600-700K，且分布不均匀；高速，线速度达到1014m/s，承受很大的惯性力。

活塞顶部承受最高可达3-6MPa（汽油机）的压力。

最大值69MPa,增压可达1315MPa。

材料材料：

铝合金：

质量小导热性好汽车普遍采用的！

灰铸铁：

个别高级铸铁、耐热钢活塞应具备活塞应具备的特点的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠刚度和强度应足够大，传力可靠B导热性能好，耐高压、高温、磨损导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力质量较小，尽可能减少往复惯性力构造构造：

活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。

（11）活塞顶部活塞顶部功用功用：

是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。

活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。

活塞顶的分类活塞顶的分类结构简单、制造容结构简单、制造容易、受热面积小、易、受热面积小、应力分布较均匀，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。

多用在二气过程。

多用在二冲程汽油机上冲程汽油机上凹坑的形状、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燃烧；的燃烧；提高压提高压缩缩比，防止碰气门。

比，防止碰气门。

平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。

凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。

凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

（22）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。

活塞活塞销孔气环槽气环槽油环槽油环槽作用作用：

11、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。

22、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，33、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。

（33）活塞裙部）活塞裙部位置位置：

从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。

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，防止破坏油膜。

侧压力：

指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。

压缩行程和作功行程气体的侧压力方