1、第二章 機體零件與曲柄連桿機構v 一、概述一、概述v 二、機體組二、機體組v 三、曲柄連桿機構三、曲柄連桿機構v 四、平衡機構四、平衡機構一、概一、概 述述發動機支撐發動機支撐“骨架骨架”傳遞動力完成能量轉換（化學能機械能）傳遞動力完成能量轉換（化學能機械能）改變運動方式（往復改變運動方式（往復旋轉）旋轉） 1. 1. 功用功用2. 2. 組成組成機體組機體組活塞連桿組活塞連桿組曲軸飛輪組曲軸飛輪組一、概一、概 述述3.3.工作條件工作條件4.4.受力分析受力分析高溫高溫 （Tmax Tmax 2800 K) 2800 K)高壓高壓 （Pmax Pmax 9 MPa9 MPa）高速高速 （nm

2、ax nmax 6000 rpm 6000 rpm）化學腐蝕，潤滑不良化學腐蝕，潤滑不良氣體作用力氣體作用力慣性力和離心力慣性力和離心力摩擦力摩擦力二、機體組二、機體組1. 功用功用 （1）發動機的骨架）發動機的骨架（2）兩大機構和發動機各系統的裝配基體）兩大機構和發動機各系統的裝配基體（3）形成燃燒室）形成燃燒室（4）冷卻系統和潤滑系統的組成部分）冷卻系統和潤滑系統的組成部分（1）氣缸體）氣缸體（2）氣缸和氣缸套）氣缸和氣缸套（3）氣缸蓋）氣缸蓋（4）油底殼）油底殼（5） 氣缸墊氣缸墊 2. 組成組成1、氣缸體、氣缸體（1）結構特點）結構特點 水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體；風冷發動

3、機氣缸體與曲軸箱水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體；風冷發動機氣缸體與曲軸箱分別鑄造，且氣缸體為單體。分別鑄造，且氣缸體為單體。 氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。 （2）材料）材料 一般用高強度灰鑄鐵或鋁合金鑄成。一般用高強度灰鑄鐵或鋁合金鑄成。 （3）要求）要求 足夠的強度和剛度；耐磨損和耐腐蝕；結構緊湊、質量輕；必須冷卻。足夠的強度和剛度；耐磨損和耐腐蝕；結

4、構緊湊、質量輕；必須冷卻。(4) 氣缸體型式氣缸體型式一般式氣缸體一般式氣缸體 油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。 優點優點: : 機體高度小，重量輕，結構緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；機體高度小，重量輕，結構緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便； 缺點缺點: : 剛度和強度較差。剛度和強度較差。龍門式氣缸體龍門式氣缸體 油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心。油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心。 優點優點: : 強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷； 缺點缺點: : 工藝性較差，結構笨重，加工較困難。工藝性較差，結構笨重，加

5、工較困難。 隧道式氣缸體隧道式氣缸體 這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。較大，曲軸從氣缸體后部裝入。 優點優點: : 結構緊湊、剛度和強度好。結構緊湊、剛度和強度好。 缺點：加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。缺點：加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。2、氣缸和氣缸套、氣缸和氣缸套（1）功用：）功用： 組成燃燒室組成燃燒室 引導活塞往復運動引導活塞往復運動 工作中要保證密封、散熱、承受側壓力工作中要保證密封、散熱、承受側壓力（2）工作條件：高溫、高壓、高速、潤滑

6、不良）工作條件：高溫、高壓、高速、潤滑不良（3）要求：具有足夠的強度和剛度、耐磨、耐高溫較高的加工精度和光潔度與）要求：具有足夠的強度和剛度、耐磨、耐高溫較高的加工精度和光潔度與 活塞配合保證密封活塞配合保證密封（4）材料：一般采用優質合金鑄鐵鑄造，鑄造后，對內表面進行熱處理，最后）材料：一般采用優質合金鑄鐵鑄造，鑄造后，對內表面進行熱處理，最后 精加工而成。精加工而成。（5）氣缸排列型式：）氣缸排列型式： 直列直列 V型型 對置式對置式 星型星型（6） 型式：型式： 整體式整體式 氣缸套式氣缸套式 干式干式 濕式濕式3、氣缸蓋、氣缸蓋l功用：功用： 封閉氣缸，組成燃燒室封閉氣缸，組成燃燒室l

7、工作條件：高溫、高壓工作條件：高溫、高壓l材料：一般采用灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金材料：一般采用灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金l型式：型式： 整體式整體式 分塊狀分塊狀 單體式單體式(5) 汽油機燃燒室：汽油機燃燒室： 楔形燃燒室楔形燃燒室 盆形燃燒室盆形燃燒室 半球形燃燒室半球形燃燒室 多球形燃燒室多球形燃燒室 篷形燃燒室篷形燃燒室4、油底殼、油底殼 氣缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和氣缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體；下曲軸箱用來貯存潤滑油，并下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體；下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱

8、，故又稱為油底殼。封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼。 油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發動機油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發動機的總體布置和機油的容量。的總體布置和機油的容量。 油底殼內裝有穩油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼油底殼內裝有穩油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防的金屬屑，減少發動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止潤滑油泄漏。止潤滑

9、油泄漏。5、氣缸墊、氣缸墊(1) 功用：密封氣缸，防止漏氣、漏水和漏油功用：密封氣缸，防止漏氣、漏水和漏油(2) 要求：要求：a. 在高溫、高壓、水和油的作用下，不燒損、不變形在高溫、高壓、水和油的作用下，不燒損、不變形 b.要有一定的彈性，保證密封要有一定的彈性，保證密封 c.拆裝方便，能重復使用，壽命長拆裝方便，能重復使用，壽命長(3) 材料：材料： 金屬石棉；金屬復合材料；全金屬金屬石棉；金屬復合材料；全金屬 銅皮銅皮石棉結構，由于銅皮石棉結構，由于銅皮石棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時石棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時較之石棉不易變形。有的發動機還采用在石棉中心用編織的綱絲網或有孔較之

10、石棉不易變形。有的發動機還采用在石棉中心用編織的綱絲網或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結劑壓成的氣缸墊。鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結劑壓成的氣缸墊。(4) 安裝原則：安裝原則：(5) 缸蓋螺栓缸蓋螺栓三、曲柄連桿機構三、曲柄連桿機構1.1.活塞活塞2.2.活塞環活塞環3.3.活塞銷活塞銷4.4.連桿連桿5.5.連桿軸瓦連桿軸瓦. .曲軸曲軸. .飛輪飛輪. .曲軸扭轉減振器曲軸扭轉減振器9.9.主軸瓦主軸瓦1. 活活 塞塞l功用：功用： a. a. 頂部組成燃燒室頂部組成燃燒室 b. b. 承受氣體壓力，實現對外作功承受氣體壓力，實現對外作功 c. c. 封閉氣缸封閉氣缸 d. d.

11、承受氣體壓力承受氣體壓力(2) (2) 工作條件：高溫、高壓、高速、潤滑不良工作條件：高溫、高壓、高速、潤滑不良(3) (3) 要求：要求：a. a. 傳力可靠傳力可靠( (強度和剛度要好強度和剛度要好) ) b. b. 耐高溫、耐高壓、耐磨耐高溫、耐高壓、耐磨 c. c. 質量小、重量輕質量小、重量輕 d. d. 導熱性能好導熱性能好(4) (4) 材料：高強度鋁合金材料：高強度鋁合金(5) (5) 結構：頂部結構：頂部( (平頂、凹頂、凸頂平頂、凹頂、凸頂) ) 頭部：安裝活塞環，密封、傳熱、刮油頭部：安裝活塞環，密封、傳熱、刮油 裙部：導向、承受側壓力、安裝活塞裙部：導向、承受側壓力、安

12、裝活塞1. 活活 塞塞（6 6） 結構特點：結構特點： a. a. 活塞頭部厚，裙部薄活塞頭部厚，裙部薄; ; b. b. 預先做成橢圓形預先做成橢圓形( (短軸沿銷座方向短軸沿銷座方向, ,長軸垂直銷座方向長軸垂直銷座方向) ) c. c. 預先做成錐形、階梯形，頂部直徑小，從小到大過渡。預先做成錐形、階梯形，頂部直徑小，從小到大過渡。 d. d. 預先做成銷座凹陷形（淺坑預先做成銷座凹陷形（淺坑0.5 - 1 mm)0.5 - 1 mm) e. e. 裙部開槽裙部開槽 隔熱槽，隔熱槽， | | 熱膨脹補償槽熱膨脹補償槽 f. f. 裙部開孔裙部開孔, , 減少重量（減少重量（10%-20%

13、10%-20%），減少膨脹），減少膨脹 g. “g. “恒范鋼片恒范鋼片”雙金屬片雙金屬片 h. h. 活塞銷相對活塞中心偏心活塞銷相對活塞中心偏心1-21-2mmmm，減小，減小“拍擊拍擊” j. j. 油冷活塞油冷活塞 k. k. 短活塞短活塞2. 活塞環活塞環（1 1）功用：）功用： 氣環氣環 密封傳熱密封傳熱 油環油環 刮油布油刮油布油（2 2）工作條件：高溫、高壓、高速）工作條件：高溫、高壓、高速（3 3）要求：耐磨、彈性好、剛度好）要求：耐磨、彈性好、剛度好（4 4） 材料：合金鑄鐵，第一道環鍍鉻，其它環鍍錫或磷化材料：合金鑄鐵，第一道環鍍鉻，其它環鍍錫或磷化（5 5） 構造構造

14、氣環氣環 矩形環（平環）矩形環（平環） 扭曲環扭曲環 錐面環（梯形環）錐面環（梯形環） 桶面環桶面環 油環油環 普通油環（整體環）普通油環（整體環） 組合油環組合油環2. 活塞環活塞環工藝性好，但密封性差。工藝性好，但密封性差。密封性好，但工藝差。密封性好，但工藝差。 密封性和工藝性介密封性和工藝性介于直開口和階梯開口之于直開口和階梯開口之間。斜角間。斜角30 或或45 。3. 活塞銷活塞銷(1) 功用：功用： 連接活塞和連桿小頭把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。連接活塞和連桿小頭把活塞承受的氣體壓力傳給連桿。(2) 工作條件：工作條件： 高溫下周期地承受很大的沖擊載荷，潤滑條件差。高溫下周期地承

15、受很大的沖擊載荷，潤滑條件差。(3) 要求：要求： 足夠的強度和剛度，表面韌性好，耐磨性好，重量輕。足夠的強度和剛度，表面韌性好，耐磨性好，重量輕。(4) 材料：低碳鋼和低碳合金鋼材料：低碳鋼和低碳合金鋼 (5) 構造構造 圓柱形圓柱形 兩段截錐與一段圓柱組合兩段截錐與一段圓柱組合 兩段截錐形。兩段截錐形。(6) 安裝安裝 全浮式安裝全浮式安裝 半浮式安裝半浮式安裝4. 連桿連桿1) 功用：功用： 連接活塞與曲軸，傳遞動力連接活塞與曲軸，傳遞動力 改變運動方式改變運動方式 往復往復 旋轉旋轉(2) 構造構造 小頭小頭 桿身桿身 大端大端 平分平分 切割切割 斜分斜分 斷裂斷裂 (3) 大端定位

16、大端定位 平切口平切口 斜切口斜切口 止口定位止口定位 套筒定位套筒定位 定位銷定位定位銷定位 鋸齒定位鋸齒定位5. 連桿軸瓦連桿軸瓦 為了減小摩擦阻力和曲軸連桿軸頸的磨損，連桿大頭孔內裝有為了減小摩擦阻力和曲軸連桿軸頸的磨損，連桿大頭孔內裝有瓦片式滑動軸承，簡稱連桿軸瓦。瓦片式滑動軸承，簡稱連桿軸瓦。 軸瓦分上、下兩個半片，目前多采用薄壁鋼背軸瓦，在其內表軸瓦分上、下兩個半片，目前多采用薄壁鋼背軸瓦，在其內表面澆鑄有耐磨合金層。耐磨合金層具有質軟，容易保持油膜，磨合面澆鑄有耐磨合金層。耐磨合金層具有質軟，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨損等特點。耐磨合金常采用的有巴氏合性好，摩擦阻

17、力小，不易磨損等特點。耐磨合金常采用的有巴氏合金，銅鋁合金，高錫鋁合金。金，銅鋁合金，高錫鋁合金。 連桿軸瓦的背面有很高的光潔度。半個軸瓦在自由狀態下不是連桿軸瓦的背面有很高的光潔度。半個軸瓦在自由狀態下不是半圓形，當它們裝入連桿大頭孔內時，又有過盈，故能均勻地緊貼半圓形，當它們裝入連桿大頭孔內時，又有過盈，故能均勻地緊貼在大頭孔壁上，具有很好的承受載荷和導熱的能力，并可以提高工在大頭孔壁上，具有很好的承受載荷和導熱的能力，并可以提高工作可靠性和延長使用壽命。作可靠性和延長使用壽命。6.曲軸曲軸(1) 功用：功用：a. 將連桿傳來的力轉變成扭矩，并傳給傳動系，對外輸出。將連桿傳來的力轉變成扭矩

18、，并傳給傳動系，對外輸出。 b. 驅動配氣機構驅動配氣機構 c. 驅動其它輔助裝置驅動其它輔助裝置(2) 工作條件：受力大且受力復雜工作條件：受力大且受力復雜(3) 材料：中碳鋼或中碳合金鋼材料：中碳鋼或中碳合金鋼(4) 結構：結構： 前端前端 若干曲拐若干曲拐 ( 主軸頸、連桿軸頸、曲柄）主軸頸、連桿軸頸、曲柄） 后端后端 (5) 分類：分類： 曲柺連接方式：整體式與組合式曲柺連接方式：整體式與組合式 曲軸主軸頸數：全支承與非全支承曲軸主軸頸數：全支承與非全支承 全支承曲軸：曲軸的主軸頸數比氣缸數目多一個，即每一個連桿軸頸全支承曲軸：曲軸的主軸頸數比氣缸數目多一個，即每一個連桿軸頸 兩邊都有

19、一個主軸頸。兩邊都有一個主軸頸。非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數比氣缸數目少或與氣缸數目相等。非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數比氣缸數目少或與氣缸數目相等。 6.曲軸曲軸(6) 曲拐布置與發火順序曲拐布置與發火順序 作功間隔角作功間隔角 = 7200 / i i為氣缸數為氣缸數 單缸單缸 7200 功間隔角功間隔角 雙缸雙缸 3600 四缸四缸 1800 六缸六缸 1200 八缸八缸 900 四缸四缸 1-3-4-2 發火順序發火順序 1-2-4-3 六缸六缸 1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5 八缸八缸 1-8-4-3-6-5-7-2 6.曲軸曲軸（工作順序為1342）一缸二缸三缸四缸0

20、-1800功1800-36003600-54005400-72006.曲軸曲軸（工作順序為1243）一缸二缸三缸四缸0-1800功1800-36003600-54005400-72007.飛輪飛輪(1) 功用：功用：a. 儲存能量，幫助曲柄連桿機構越過止點，完成輔助行程。儲存能量，幫助曲柄連桿機構越過止點，完成輔助行程。 b. 克服暫時超負荷克服暫時超負荷,使曲軸旋轉均勻使曲軸旋轉均勻 c. 其它用途（組成離合器，起動）其它用途（組成離合器，起動）(2) 工作條件：高速旋轉工作條件：高速旋轉(3) 要求：平衡性能好，達到動平衡和靜平衡要求：平衡性能好，達到動平衡和靜平衡(4) 材料：灰鑄鐵材料

21、：灰鑄鐵(5) 結構：結構： 飛輪是一個很重的鑄鐵圓盤，用螺栓固定在曲軸后端的接盤上，飛輪是一個很重的鑄鐵圓盤，用螺栓固定在曲軸后端的接盤上，具有很大的轉動慣量。飛輪輪緣上鑲有齒圈，齒圈與飛輪緊配合，具有很大的轉動慣量。飛輪輪緣上鑲有齒圈，齒圈與飛輪緊配合，有一定的過盈量。有一定的過盈量。 在飛輪輪緣上作有記號在飛輪輪緣上作有記號(刻線或銷孔刻線或銷孔)供找壓縮上止點用，當飛供找壓縮上止點用，當飛輪上的記號與外殼上的記號對正時，正好是壓縮上止點。輪上的記號與外殼上的記號對正時，正好是壓縮上止點。8.曲軸扭轉減振器曲軸扭轉減振器 曲軸是一種扭轉彈性系統，其本身具有一定的自振頻率。曲軸是一種扭轉彈

22、性系統，其本身具有一定的自振頻率。在發動機工作過程中，經連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和在發動機工作過程中，經連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和方向都是周期性變化的，所以曲軸各個曲拐的旋轉速度也是忽方向都是周期性變化的，所以曲軸各個曲拐的旋轉速度也是忽快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉動慣量最大，快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉動慣量最大，可以認為是勻速旋轉，由此造成曲軸各曲拐的轉動比飛輪時快可以認為是勻速旋轉，由此造成曲軸各曲拐的轉動比飛輪時快時慢，這種現象稱之為曲軸的扭轉振動。時慢，這種現象稱之為曲軸的扭轉振動。 當振動強烈時甚至會扭斷曲軸。扭轉減振器的功用就是吸當振動強烈

23、時甚至會扭斷曲軸。扭轉減振器的功用就是吸收曲軸扭轉振動的能量，消減扭轉振動，避免發生強烈的共振收曲軸扭轉振動的能量，消減扭轉振動，避免發生強烈的共振及其引起的嚴重惡果。一般低速發動機不易達到臨界轉速。但及其引起的嚴重惡果。一般低速發動機不易達到臨界轉速。但曲軸剛度小、旋轉質量大、缸數多及轉速高的發動機，由于自曲軸剛度小、旋轉質量大、缸數多及轉速高的發動機，由于自振頻率低，強迫振動頻率高，容易達到臨界轉速而發生強烈的振頻率低，強迫振動頻率高，容易達到臨界轉速而發生強烈的共振。因而加裝扭轉減振器就很有必要。共振。因而加裝扭轉減振器就很有必要。四四 、平、平 衡衡 機機 構構 在曲軸的曲柄臂上設置的

24、平衡重只能平衡旋轉慣性力及其力矩，在曲軸的曲柄臂上設置的平衡重只能平衡旋轉慣性力及其力矩，而往復慣性力及其力矩的平衡則需采用專門的平衡機構。而往復慣性力及其力矩的平衡則需采用專門的平衡機構。 當發動機的結構和轉速一定時，一階往復慣性力與曲軸轉角的余當發動機的結構和轉速一定時，一階往復慣性力與曲軸轉角的余弦成正比，二階往復慣性力與二倍曲軸轉角的余弦成正比。發動機往弦成正比，二階往復慣性力與二倍曲軸轉角的余弦成正比。發動機往復慣性力的平衡狀況與氣缸數、氣缸排列形式及曲拐布置形式等因素復慣性力的平衡狀況與氣缸數、氣缸排列形式及曲拐布置形式等因素有關。有關。 四沖程直列四缸發動機。平面曲軸的四缸發動機

25、的一階往復慣性四沖程直列四缸發動機。平面曲軸的四缸發動機的一階往復慣性力、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩都平衡，惟二階往復慣性力、一階往復慣性力矩和二階往復慣性力矩都平衡，惟二階往復慣性力不平衡。為了平衡二階往復慣性力需采用雙軸平衡機構。兩根平衡力不平衡。為了平衡二階往復慣性力需采用雙軸平衡機構。兩根平衡軸與曲軸平行且與氣缸中心線等距，旋轉方向相反，轉速相同，都為軸與曲軸平行且與氣缸中心線等距，旋轉方向相反，轉速相同，都為曲軸轉速的二倍。兩根軸上都裝有質量相同的平衡重，其旋轉慣性力曲軸轉速的二倍。兩根軸上都裝有質量相同的平衡重，其旋轉慣性力在垂直于氣缸中心線方向的分力互相抵消，在平行于氣缸

26、中心線方向在垂直于氣缸中心線方向的分力互相抵消，在平行于氣缸中心線方向的分力則合成為沿氣缸中心線方向作用的力，與大小相等，的分力則合成為沿氣缸中心線方向作用的力，與大小相等，方向相反，從而使得到平衡。方向相反，從而使得到平衡。復習思考題復習思考題l曲柄連桿機構的作用是什么？由哪些主要零部件組成？曲柄連桿機構的作用是什么？由哪些主要零部件組成？l氣缸體有哪幾種結構形式？各有何優缺點？各應用于哪類發動機？氣缸體有哪幾種結構形式？各有何優缺點？各應用于哪類發動機？l氣缸套有哪幾種結構形式？各有何利弊？氣缸套有哪幾種結構形式？各有何利弊？l濕式氣缸套機體通常分為封頂式和敞開式兩種，試分析它們的優缺點及應用場濕式氣缸套機體通常分為封頂式和敞開式兩種，試分析它們的優缺點及應用場合。合