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第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 作用：作用：将燃料燃烧的热能转换为机械能将燃料燃烧的热能转换为机械能，，将活塞的往复运动转变为曲轴将活塞的往复运动转变为曲轴 的旋转运动的旋转运动，，并将能量传输出去并将能量传输出去 本章主要内容：本章主要内容： 1、、 曲柄连杆机构的受力及运动分析曲柄连杆机构的受力及运动分析 2、、 机体组机体组 3、、 活塞连杆组活塞连杆组 4、、 曲轴飞轮组曲轴飞轮组 第一节第一节 曲柄连杆机构的受力及运动分析曲柄连杆机构的受力及运动分析 一一、、运动分析运动分析 活塞组活塞组、、连杆小头：连杆小头：上下往复运动；上下往复运动； 连杆大头连杆大头、、杆身杆身、、连杆盖：连杆盖：主要做左右摆动主要做左右摆动，，同时伴有上下往复运同时伴有上下往复运 动；动； 曲轴曲轴、、飞轮：飞轮：主要做旋转运动主要做旋转运动 以上各零部件均是做以上各零部件均是做变速变速运动运动、、周期性周期性的的 二二、、受力种类及受力分析受力种类及受力分析 1））气体作用力气体作用力（（主要主要）） （（1））作功行程作功行程 FpFp分解为分解为FpFp1 1和和FpFp2 2：： FpFp2 2：：垂直于缸壁垂直于缸壁，，使活塞与缸壁之间产生侧压力使活塞与缸壁之间产生侧压力。

FpFp1 1：：沿着连杆方向沿着连杆方向，，作用在曲柄销上作用在曲柄销上 FpFp1 1继续分解为：继续分解为： FrFr：：沿着曲柄方向沿着曲柄方向 FsFs：为：为曲柄垂直方向曲柄垂直方向，，对曲轴产生一有用力矩：对曲轴产生一有用力矩： T TS*RS*R （（2））压缩行程压缩行程 FpFp分解为分解为FpFp1 1和和FpFp2 2：： FpFp2 2：：垂直于缸壁垂直于缸壁，，使活塞与缸壁之间产生侧压力使活塞与缸壁之间产生侧压力 FpFp1 1：：沿着连杆方向沿着连杆方向，，作用在曲柄销上作用在曲柄销上 FpFp1 1：继续分解为：：继续分解为： FrFr：：沿着曲柄方向沿着曲柄方向 FsFs：：为曲柄垂直方向为曲柄垂直方向，，对曲轴产生一阻力矩对曲轴产生一阻力矩 2））惯性力惯性力（（主要主要）） （（1））往复惯性力往复惯性力 1 1））活塞从上止点到下止点：活塞从上止点到下止点： 前半行程：前半行程：加速度方向向下加速度方向向下，，往复惯性力方向向上往复惯性力方向向上 后半行程：后半行程：加速度方向向上加速度方向向上，，往复惯性力方向向下往复惯性力方向向下 2 2））活塞从下止点到上止点：活塞从下止点到上止点： 前半行程：前半行程：加速度方向向上加速度方向向上，，往复惯性力方向向下往复惯性力方向向下。

后半行程：后半行程：加速度方向向下加速度方向向下，，往复惯性力方向向上往复惯性力方向向上 往复惯性力使发动机产生上下震动往复惯性力使发动机产生上下震动 （（2））离心力离心力 FcyFcy：：始终与往复惯性力的方向一致始终与往复惯性力的方向一致，，加剧了发动机的上下震动加剧了发动机的上下震动 FcxFcx：：使发动机产生水平方向的震动使发动机产生水平方向的震动 3））摩擦力和其它摩擦力和其它（（因为较小因为较小，，故分析时忽略故分析时忽略）） 第二节第二节 机体组机体组 一一、、气缸体曲轴箱气缸体曲轴箱（（水冷水冷、、风冷风冷）） 1、、气缸体曲轴箱结构气缸体曲轴箱结构形式形式 1））一般式气缸体：一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面在同一曲轴轴线与气缸体下表面在同一 平面上平面上加工简单容易加工简单容易如如492QA发动机的气发动机的气 缸体缸体 2））龙门式气缸体：龙门式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面不在同曲轴轴线与气缸体下表面不在同 一平面上一平面上工艺性差工艺性差，，刚度刚度、、强度较好强度较好如如 6102发动机的气缸体发动机的气缸体 3））隧道式气缸体：隧道式气缸体：为了安装滚动轴承为了安装滚动轴承，，曲轴座孔加曲轴座孔加 工成隧道式工成隧道式，，曲轴为组合式曲轴曲轴为组合式曲轴。

结构刚度最结构刚度最 好好如如6135发动机发动机 2、、工作条件和材料工作条件和材料 1））气缸工作条件：气缸工作条件： 气缸受到高温气缸受到高温、、高压的冲击；受到腐蚀；活塞在气缸里作高速运高压的冲击；受到腐蚀；活塞在气缸里作高速运 动而受到磨损等动而受到磨损等 2））材料：材料：优质合金铸铁优质合金铸铁 但是为了降低成本但是为了降低成本，，通常是机体用灰铸铁通常是机体用灰铸铁，，气缸孔用优质合金铸气缸孔用优质合金铸 铁铁，，而采用气缸套而采用气缸套 3、、气缸套气缸套 1））干式气缸套干式气缸套 外表面不直接与冷却水接触；壁厚外表面不直接与冷却水接触；壁厚13mm；外表面加工精度高；外表面加工精度高，， 与气缸孔配合紧密与气缸孔配合紧密，，不易漏水不易漏水、、漏气漏气多用于功率较小的汽油多用于功率较小的汽油 机上或不用机上或不用 2））湿式气缸套湿式气缸套 外表面直接与冷却水直接接触；壁厚外表面直接与冷却水直接接触；壁厚59mm；外表面加工较粗；外表面加工较粗 糙；设置有漏水密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；多用糙；设置有漏水密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；多用 于车用柴油机上于车用柴油机上。

二二、、气缸盖气缸盖 1、、作用作用 封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室；是配气机封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室；是配气机 构的多数零件的安装机体构的多数零件的安装机体 2、、工作条件和材料工作条件和材料 1））工作条件：工作条件：受到高温受到高温、、高压的冲击；受到腐蚀作用高压的冲击；受到腐蚀作用 2））材料：材料：灰铸铁灰铸铁、、合金铸铁合金铸铁、、铝合金铝合金（（汽油机用汽油机用）） 3、、结构形式结构形式 1））整体缸盖：整体缸盖：一台发动机一个气缸盖一台发动机一个气缸盖 结构较紧凑结构较紧凑，，零件数目少零件数目少，，成本低成本低，，发动机的总长度减少；但刚性发动机的总长度减少；但刚性 差差，，易变形易变形，，使得发动机的密封性下降使得发动机的密封性下降，，系列化程度差系列化程度差，，加工报废率高；加工报废率高； 适用于缸径适用于缸径<105mm的发动机的发动机 2））块状缸盖：块状缸盖：2缸或缸或2缸以上共用一个缸盖缸以上共用一个缸盖 适用于适用于105mm<缸径缸径105mm可用；缸径可用；缸径120mm的优先采用；缸径的优先采用；缸径160mm 都采用都采用。

4、、汽油机燃烧室汽油机燃烧室 1））对汽油机燃烧室的要求对汽油机燃烧室的要求 （（1））有利于提高热效率有利于提高热效率 （（2）有利于排气净化）有利于排气净化 （（3）有利于换气）有利于换气 （（4）有利于燃烧平静）有利于燃烧平静 （（5）有利于组织气流运动）有利于组织气流运动 2））几种典型燃烧室：几种典型燃烧室： （（1））盆型：盆型：结构简单结构简单，，但不够紧凑但不够紧凑 （（2））楔型：楔型：结构简单结构简单，，较紧凑较紧凑，，能形成挤气流能形成挤气流，，但使但使 得得HC排放增加排放增加 （（3））半球型：半球型：结构紧凑结构紧凑，，但配气机构复杂但配气机构复杂，，工作较粗工作较粗 暴暴，，多用于高速汽油机多用于高速汽油机 三三、、气缸垫：气缸垫：多用金属石棉衬垫多用金属石棉衬垫 四四、、缸盖螺栓：缸盖螺栓： 拧紧：拧紧：从中间往两边依次对角分次进行；从中间往两边依次对角分次进行； 拧松：拧松：从两边往中间依次对角进行从两边往中间依次对角进行 五五、、油底壳：油底壳：放油螺塞带磁性放油螺塞带磁性，，对随着润滑油进入油对随着润滑油进入油 底壳的铁屑进行吸附底壳的铁屑进行吸附。

第三节第三节 活塞连杆组活塞连杆组 活塞组：活塞组：活塞活塞、、活塞环活塞环（（气环气环、、油环油环））、、活塞销活塞销、、卡环等卡环等 连杆组：连杆组：连杆连杆、、连杆盖连杆盖、、连杆轴瓦连杆轴瓦、、连杆螺钉等连杆螺钉等 一一、、活塞活塞 1、、作用作用 1））承受力承受力、、传力传力 2）） 组成燃烧室组成燃烧室 2、、 工作条件工作条件（（非常恶劣非常恶劣）） 三高：三高：高温高温、、高压高压、、高速高速 两难：两难：冷却困难冷却困难、、润滑困难润滑困难 一腐蚀：一腐蚀：受到酸性物质的腐蚀受到酸性物质的腐蚀 3、、材料材料 常用：常用：铸铝合金铸铝合金（（高硅铝合金高硅铝合金、、铝铜合金铝铜合金）） 强化发动机：强化发动机：高级铸铁高级铸铁、、耐热钢耐热钢（（主要为了提高其强度主要为了提高其强度）） 新型：新型：金属陶瓷金属陶瓷（（有组合式的有组合式的（（陶瓷用于活塞顶部陶瓷用于活塞顶部）），，也有整体式也有整体式 的的）） 总之总之，，对于转速较高的发动机来说对于转速较高的发动机来说，，活塞材料多选择质量较轻的铝活塞材料多选择质量较轻的铝 合金；而对于低速机合金；而对于低速机，，现在多用灰铸铁现在多用灰铸铁。

4、加工制造方法、加工制造方法 1）铸造）铸造 2）锻造）锻造 3）液态模锻）液态模锻 5、结构、结构 1））顶部：顶部： 汽油机：汽油机：二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多用平顶二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多用平顶 柴油机：柴油机：有平顶、凹顶、有平顶、凹顶、形、碗形、盆型、花瓣形等形、碗形、盆型、花瓣形等 2）头部（又叫环槽部、防漏部））头部（又叫环槽部、防漏部） 头部：头部：又叫防漏部、环槽部加工有活塞环槽的部分又叫防漏部、环槽部加工有活塞环槽的部分 作用：作用：密封、传热、传力密封、传热、传力 护槽圈（护槽圈（图图2 2- -1919）） 3）裙部：）裙部：指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分 （（1 1）作用：）作用：承受侧压力、导向承受侧压力、导向 （（2 2）裙部的椭圆变形）裙部的椭圆变形 A A、原因、原因 （（图图2-20）） A））沿活塞销的方向，金属量较多沿活塞销的方向，金属量较多, ,所以在其受热膨胀后，此处的膨胀所以在其受热膨胀后，此处的膨胀 量就最大量就最大 B））在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后，使活塞顶部在销在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后，使活塞顶部在销 座跨度内发生弯曲变形。

座跨度内发生弯曲变形 C C））气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向 B B、、预防和控制裙部椭圆变形的措施预防和控制裙部椭圆变形的措施 、尽量减少活塞的受热 、使活塞的侧表面形状与变形相适应 、对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽 、在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量 （图2-21、2-22、2-23） 、采用油冷活塞图2-24） 、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形 （图2-26） （（ 3 ））活塞销座活塞销座 A A、、作用：作用：支承活塞销支承活塞销，，将活塞顶部气体作用将活塞顶部气体作用 力经过活塞销传给连杆力经过活塞销传给连杆 B B、、活塞销偏移布置活塞销偏移布置（（图图2 2- -2525）） 目的：目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击为了减少活塞在上下往复运动时敲击 气缸的噪音与磨损气缸的噪音与磨损 （（4 4））裙部的表面处理裙部的表面处理 汽油机：汽油机：常用镀锡方法常用镀锡方法 柴油机：柴油机：一般是磷化，还有的用涂石墨一般是磷化，还有的用涂石墨 6、、活塞在气缸内的安装注意事项活塞在气缸内的安装注意事项 1））按照活塞顶部的指定标记安装按照活塞顶部的指定标记安装（（注意喷油方向注意喷油方向、、气门方向气门方向）） 2））同台发动机的活塞质量差不能超过同台发动机的活塞。