汽車拖拉機學《汽車拖拉機學》發動機曲柄連桿機構2025/4/13發動機曲柄連桿機構第一節機體組第二節活塞連桿組第三節曲軸飛輪組《汽車拖拉機學》的教學內容2025/4/13機體組的構造原理活塞連桿組的構造原理曲軸飛輪組的構造原理的重點、難點2025/4/13掌握缸體結構掌握活塞結構原理掌握曲軸受力分析的教學要求2025/4/131.缸體結構與材料2.活塞結構原理與實踐3.曲軸受力分析與實踐的課程思政融入點2025/4/13科學精神科技發展辯證思想可持續發展創新思維的課程思政的育人目標2025/4/13的“耕讀教育”思政點映射表課程耕讀教育要點耕讀教育映射與融入點教育方法與載體途徑耕讀育人預期成效缸體結構與材料1.缸體結構為何如此復雜？2.為何缸體由鑄件，向鋁合金、鎂合金方向發展？3.缸體是如何制造的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學精神科技發展辯證思想活塞結構原理與實踐1.為何說活塞是發動機的心臟？2.活塞為何有多種類型？3.活塞為何會磨損失效？4.活塞是如何實現全壽命周期設計的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT辯證思想科技發展科學精神可持續發展曲軸受力分析與實踐1.曲軸為何設計曲軸形狀？2.曲軸是怎樣實現將活塞的往復運動轉變為回轉運動的？3.曲軸飛輪為何采用雙質量飛輪？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科技發展科學精神辯證思想創新思維2025/4/1372025/4/13第一節機體組82025/4/13第一節機體組曲柄連桿機構的功用是：將燃料燃燒時產生的熱能轉變為活塞往復運動的機械能，再通過連桿將活塞的往復運動變為曲軸的旋轉運動而對外輸出動力。曲柄連桿機構由機體組、

活塞連桿組和曲軸飛輪組3部分組成。

機體組是發動機的骨架和基礎，發動機上其他零件均直接或間接固定在機體上。主要包括機體、氣缸蓋罩、油底殼、襯墊、氣缸蓋和氣缸墊等不動件。92025/4/13圖3-1機體組10一、機體1.機體的組成氣缸為活塞在其中運動、為其導向的圓柱形空間。支承和固定氣缸的整體稱為氣缸體。形成曲軸及連桿大頭運動空腔的實體稱為曲軸箱。曲軸箱一般分為上、下曲軸箱兩部分。

水冷式內燃機的上曲軸箱常與氣缸體為一體，以提高剛度，簡化工藝，氣缸體與曲軸箱的組合體稱為機體。2025/4/13112.機體的結構形勢根據機體主要零件結構和受力的不同，機體常分為3種形式，即組合式機體、獨立氣缸體式機體和機座式機體，如下圖所示。2025/4/13123.氣缸活塞在其中運動導向的圓柱形空腔稱為氣缸。氣缸工作表面因常與高溫高壓燃氣接觸，且活塞在其中高速往復運動，所以要求氣缸耐高溫、耐磨損和耐腐蝕。同時，氣缸外壁周圍還設置了水套或鑄有許多散熱片，借助冷卻介質水或風，保證氣缸體散熱充分。但是，除了與活塞配合的氣缸壁外，其他各部分的耐磨性要求不高，若氣缸體全部采用上述優質材料是不經濟的。因此，除某些負荷較小，缸徑不大的小型內燃機常將氣缸與機體鑄造加工成一體外，絕大多數內燃機采用了氣缸與機體可拆裝的組合式結構，即在機體的氣缸體中鑲入優質材料精制而成的氣缸套，并保證其具有足夠的強度、剛度、耐磨性和抗腐蝕能力。2025/4/13133.氣缸氣缸有直接加工和鑲入氣缸套兩種。為了節省貴金屬材料，降低成本，方便維修，現代汽車廣泛采用鑲入氣缸套方法。為了提高氣缸表面的耐磨性，目前已經有采用等離子或激光表面處理的缸套。汽車發動機氣缸的排列方式基本有3種形式：直列式、V形式和對置式。其中常用的是直列式和V形式兩種。2025/4/13143.氣缸①直列通常3、4缸發動機都采用直列式，少數的5、6缸發動機也有采用的。直列式發動機結構簡單使用一個氣缸蓋。其制造成本低，尺寸緊湊，穩定性高；但發動機長度有所增加。②V形式發動機排量>2.5L的多采用V形式。V形式發動機的高度、長度尺寸小，布置方便；但結構復雜，成本高。德國大眾汽車公司將V形發動機每側氣缸再進行小角度錯開，即兩個小V形組成一個大W形。W形發動機比V形發動機更節省空間，重量更輕些；但發動機寬度更大，發動機艙更滿。③對置式對置式發動機的重心降低了，車頭又扁又低，增強了其穩定性，運轉平順性比V形發動機更好，功率損失小。其缺點是兩排氣缸對置，造成發動機很寬。發動機內部結構排列復雜。2025/4/13154.氣缸套按氣缸套是否與冷卻液接觸分為干式氣缸套和濕式氣缸套兩種。2025/4/13164.氣缸套（1）干式氣缸套缸套外壁不直接與冷卻液接觸。冷卻液在缸體密封水套內流動。缸套壁厚一般為1～3mm。它結構緊湊，不需要特殊密封裝置，裝配后機體強度、剛度高。但缸套外圓和缸體內孔必須精加工，以保證良好配合，且散熱性較差，拆裝要求較高。汽油發動機一般裝用干式氣缸套。（2）濕式氣缸套缸套外壁直接與冷卻液接觸，具有散熱性好、冷卻均勻、加工容易、拆裝方便等優點。其壁厚一般為5～9mm，磨損后經適當鏜磨，并換用加大尺寸的活塞，可延長缸套使用期限。柴油發動機一般裝用濕式氣缸套。2025/4/13175.曲軸箱它是指部分圍住曲軸回轉空間，有主軸承和安裝用的箱形部件。曲軸箱有通氣口與大氣相通，其下部與油底殼相連。機體除了氣缸和曲軸箱外，內部有許多水道和油道，外部還鑄有發動機號和生產商標記，可作為維修、配件選配和管理的依據。6.曲軸箱強制通風系統強制式曲軸箱通風系統又稱PCV系統。在發動機工作時，會有部分可燃混合氣和燃燒產物經活塞環由氣缸竄入曲軸箱內。當發動機在低溫下運行時，還可能有液態燃油漏入曲軸箱。這些物質將加速機油變質并使機件受到腐蝕或銹蝕。現代汽車發動機所采用的強制式曲軸箱通風系統，就是防止曲軸箱氣體排放到大氣中的凈化裝置。2025/4/1318二、氣缸蓋1.氣缸蓋的作用

氣缸蓋的主要功用是密封氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。氣缸蓋內部也有冷卻水套，其端面上的冷卻水孔與氣缸體的冷卻水孔相通，以便利用循環水來冷卻燃燒室等高溫部分。2.氣缸蓋的類型

氣缸蓋分為單體式、塊狀式和整體式3種。在多缸發動機的一列中，只覆蓋一個氣缸的氣缸蓋，稱為單體氣缸蓋；能覆蓋部分（兩個以上）氣缸的，稱為塊狀氣缸蓋；能覆蓋全部氣缸的氣缸蓋，則稱為整體氣缸蓋。2025/4/13第一節機體組193.氣缸蓋的結構特點氣缸蓋由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷，同時還由于承受氣體壓力和緊固氣缸蓋螺栓所造成的機械負荷，且溫度和壓力很不均勻。為了保證氣缸的良好密封，氣缸蓋既不能損壞，也不能變形。因此，氣缸蓋應具有足夠的強度和剛度。為了使氣缸蓋的溫度分布盡可能均勻，避免進、排氣門座發生熱裂紋，應對氣缸蓋進行良好的冷卻。氣缸蓋內部設有冷卻水套，其端面冷卻水孔與氣缸體冷卻水孔相通，以便利用循環水冷卻燃燒室等高溫部分。氣缸蓋上設有安裝噴油器或火花塞、進排氣門座、氣門導管的孔和進排氣通道等。氣缸蓋用螺栓緊固在氣缸體上，其間裝有氣缸墊。它的主要作用是封閉氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起構成燃燒室。2025/4/13204.燃燒室（1）汽油機燃燒室汽油機的燃燒室是由活塞頂部及缸蓋上相應的凹部空間組成。燃燒室形狀對發動機的工作影響很大，所以對燃燒室有兩點基本要求：一是結構盡可能緊湊，表面積要小，以減少熱量損失及縮短火焰行程；其次是使混合氣在壓縮終了時具有一定的渦流運動，以提高

混合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時和充分燃燒汽油機常用燃燒室形狀有楔形、盆形、半球形等幾種。2025/4/13214.燃燒室（2）柴油機燃燒室柴油機燃燒室的形狀不勝枚舉，一般均按其結構形式分為直噴式燃燒室和分開式燃燒室兩大類。直噴式燃燒室的容積集中于氣缸之中，且其大部分集于活塞頂上的燃燒室凹坑內（圖3-7）。燃燒室凹坑的形狀多種多樣，極具創造性。其中有的為回轉體（圖a），有的則是非回轉體（圖b、c、d）。2025/4/13224.燃燒室（2）柴油機燃燒室分開式燃燒室的容積則一分為二，一部分位于氣缸蓋中，另一部分則在氣缸內。在氣缸內的那部分稱主燃燒室，位于氣缸蓋中的那部分稱副燃燒室。主、副燃燒室之間用通道連通。分開式燃燒室又有渦流燃燒室（圖a）和預燃燃燒室（圖b）之分。渦流燃燒室的副燃燒室又稱渦流室，預燃燃燒室的副燃燒室則稱預燃室。2025/4/13234.燃燒室（2）柴油機燃燒室2025/4/13245.氣缸蓋螺栓

缸蓋螺栓是保證缸蓋與缸體密封的重要連接件。螺栓連接時總預緊力應為缸蓋所受最大燃氣壓力的3～4倍。在結構允許的前提下，缸蓋螺栓數應盡可能多一些，螺栓直徑適當小一些，以使缸蓋受力更均勻，密封效果更好。同時，為保證缸蓋與缸體結合面能均勻壓緊，在擰緊缸蓋螺栓時，應由中間對稱地向四周多次交叉進行。2025/4/1325三、氣缸墊1.氣缸墊的功用

位于氣缸蓋與氣缸體之間的氣缸墊，用以保證缸蓋和缸體結合面的密封，防止燃氣泄漏。2.氣缸墊的結構（1）金屬-石棉墊石棉纖維中間夾有金屬絲或金屬屑，外裹銅皮或鋼皮。燃燒室孔、水孔和油孔等周圍通過金屬鑲邊予以加強，以防被高溫燃氣燒損。氣缸墊壓緊厚度一般為1.2～2.0mm。氣缸墊有很好的彈性和柔性，能重復使用，但厚度和質量分布的均勻性較差。安裝氣缸墊時應注意把光滑的一面朝向氣缸體，否則容易被高溫高壓氣體沖壞。2025/4/13第一節機體組26（2）純金屬墊由單層或多層金屬片（銅、鋁或低碳鋼）制成，在燃燒室孔、水孔和油孔等處沖有彈性凸筋，以使密封可靠，通常被一些強化發動機采用。近年來，出現了一些新型氣缸墊，主要有：①鋼板-軟材料氣缸墊②金屬-涂層氣缸墊③金屬-彈性體氣缸墊2025/4/1327四、油底殼1.油底殼的功用油底殼的主要功用是儲存機油（潤滑油）并封閉曲軸箱。油底殼受力較小，一般用薄鋼板沖壓而成。其形狀取決于發動機的總體布置和機油容量的大小。有的發動機為達到良好的散熱效果，采用帶有散熱筋片的鋁合金鑄造而成的輕金屬油底殼。2025/4/13第一節機體組282025/4/13第二節活塞連桿組29活塞連桿組主要由活塞、活塞環、油塞銷、連桿組等組成。2025/4/13第二節活塞連桿組30一、活塞1.活塞的功用活塞承受氣缸中的氣體壓力，并通過活塞銷將此力傳給連桿驅動曲軸旋轉，活塞頂部還與氣缸蓋、氣缸壁一起組成燃燒室。2.活塞的工作特點活塞直接與高溫氣體接觸，散熱條件差，工作時頂部溫度高達600～700K，且溫度分布很不均勻，容易破壞活塞與其相關零件的配合。溫度過高，間隙過小，容易造成活塞拉缸；間隙過大，又會導致壓縮不良，功率下降，油耗上升。2025/4/13312.活塞的工作特點活塞頂部承受氣體壓力很大，在做功行程中汽油機的活塞瞬時承受的最大壓力值達3～5kPa，柴油機高達6～9kPa，增壓發動機可達14～16kPa，并承受側壓力的作用，加速了活塞表面的磨損，也容易引起活塞變形。活塞在氣缸內以很高的速度（10～14m/s）往復變速運動，產生很大的慣性力，使活塞受到周期性交變的拉伸、壓縮和彎曲載荷。鑒于活塞的上述工作特點，要求活塞要有足夠的剛度和強度，傳力可靠，導熱性能好，耐高壓、高溫，耐磨損，質量輕，盡可能地減小往復慣性力。因此，汽車發動機的活塞目前一般都采用高強度鋁合金，只在一些低速柴油機上采用高級鑄鐵或耐熱鋼。活塞的結構也作了精巧設計。2025/4/13323.活塞的結構活塞由頂部、頭部、槽部和裙部4部分組成（1）活塞頂部它是燃燒室的組成部分，其形狀、位置和大小都是為了滿足可燃混合氣形成和燃燒的要求，其頂部有平頂、凸頂、凹頂和凹坑4種。汽油機活塞頂部多采用平頂，其優點是吸熱面積小，制造工藝簡單。有些汽油機為了改善混合氣形成和燃燒而采用凹頂活塞。凹坑的大小還可以用來調節發動機的壓縮比。二沖程汽油機常采用凸頂活塞。柴油機的活塞頂部常常設有各種各樣的凹坑，其具體形狀、位置和大小都必須與柴油機混合氣的形成或與燃燒要求相適應。2025/4/13333.活塞的結構2025/4/13343.活塞的結構（2）活塞頭部活塞第一道氣環槽以上的部分稱為活塞頭部，用來承受氣體壓力和傳遞熱量。有的活塞在頭部還加工有隔熱槽，起隔熱作用。將活塞頂的熱量分流，把原來由第一活塞環承擔的熱量傳給第二、第三活塞環。2025/4/1335（3）活塞槽部（防漏部）活塞槽部也稱防漏部，是指活塞環槽部分。其主要功用是與活塞環配合實現氣缸密封，并將活塞頂部所吸收的熱量通過活塞環傳遞給氣缸壁。柴油機壓縮比較高，一般四道環槽中的上面三道是氣環，下面一道是油環；汽油機一般三道環槽中的上面兩道是氣環，下面一道是油環。油環槽底面上的若干小孔，使得被油環從缸壁刮下的多余機油經此流回油底殼。2025/4/13363.活塞的結構（4）活塞裙部活塞裙部是自油環槽下沿起至活塞底面的部分。其功用是為活塞在氣缸內的往復運動導向并承受側壓力。為使裙部承受均勻壓力，并與缸壁保持較小而安全的間隙，要求活塞在工作時呈理想的圓柱形。但由于活塞的厚度不可能很均勻，同時受到氣體壓力及熱負荷作用，沿活塞銷座的軸向變形量較垂直活塞銷座大。為使活塞與氣缸圓周間隙大致相等，防止活塞在氣缸內卡滯，常將裙部橫截面做成橢圓形，橢圓的長軸方向與銷座垂直，促使活塞工作時趨近理想圓柱。有的則在銷座處除去部分金屬，以減少活塞銷座熱膨脹變形。2025/4/13373.活塞的結構（4）活塞裙部有的活塞裙部做成變橢圓桶形，即橢圓度由下而上逐漸增大，故亦稱拋物線形裙部。它不僅適應活塞溫度分布，而且裙部與承受側壓力的一邊的缸壁之間容易形成雙向“油楔”，保證裙部有良好的潤滑及較高的承載能力。有些高速汽油機還把活塞裙部負荷不大的部分去掉，提高裙部彈性，使裙部與氣缸壁的配合間隙很小而不卡死，并使活塞質量減輕15％左右。有的活塞具有記憶功能。2025/4/13384.活塞冷卻為了減輕活塞頂部和頭部的熱負荷，常采取機油冷卻,常見的方法有：（1）噴射冷卻從連桿小頭上的噴油孔或從安裝在機體上的噴油嘴噴射機油到活塞內表面。（2）振蕩冷卻從連桿小頭上的噴油孔將機油噴入活塞內壁的環形油槽中，由于活塞的運動使機油在油槽中產生振蕩而冷卻活塞。（3）強制冷卻在活塞頭部鑄出冷卻油道或鑄入冷卻油管，使機油在其中強制流動以冷卻活塞。強制冷卻法被增壓發動機廣泛采用。2025/4/13392025/4/13405.活塞銷孔偏置

有些高速汽油機的活塞銷孔中心線偏離活塞中心線平面向做功行程中受側壓力的一方偏移了e=1～2mm。這種結構可使活塞在壓縮行程到做功行程中較為柔和地從壓向氣缸的一面過渡到壓向氣缸的另一面，以減小敲缸的聲音。在安裝時要注意，活塞銷偏置的方向不能裝反，否則換向敲擊力會增大，使裙部受損。2025/4/1341二、活塞環活塞環分為氣環和油環。氣環與活塞一起保證氣缸壁與活塞間的密封，防止高溫、高壓燃氣大量漏出曲軸箱，并與活塞頂部吸入的熱量的大部分傳到氣缸壁，再由冷卻液或空氣帶走。油環將機油均布在氣缸壁上，將多余的機油刮下來，流回曲軸箱，以減少機油消耗，并達到減少活塞組與缸壁間的摩擦的目的。活塞環在高溫、高壓和高速條件下工作，且潤滑條件差，因而要求具有良好的彈性和耐磨性，并且對缸壁的磨損小。為此活塞環多采用合金鑄鐵材料，并對第一道氣環多采取鍍鉻或噴鉬處理。2025/4/13第二節活塞連桿組421.氣環（1）氣環的作用

氣環的作用是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻液帶走。（2）氣環的結構氣環是一種具有適度彈力的開口彈性環。2025/4/13431.氣環（3）氣環的密封原理氣環開有切口，具有彈性，在自由狀態下外徑大于氣缸直徑，它與活塞一起裝入氣缸后，外表面緊貼在氣缸壁上，形成第一密封面；被封閉的氣體不能通過環周與氣缸之間，便進入了環與環槽的空隙，一方面把環壓到環槽端面形成第二密封面；另一方面，作用在環背的氣體壓力又大大加強了第一密封面的密封作用。氣體的密封效果一般與氣環數量有關，汽油機一般采用2道氣環，柴油機一般采用3道氣環2025/4/13441.氣環（4）氣環的類型根據氣環的不同斷面形狀.氣環分為矩形環、錐面環、扭曲環、梯形環和桶面環等多種。2025/4/132025/4/1345①矩形環（圖3-20a）。其結構簡單，工藝性和導熱性好，應用較多。但隨活塞往復運動，易將缸壁上的機油泵入氣缸中，如圖3-21所示。即活塞下行時，因環與缸壁之間摩擦阻力和環的慣性，使環壓靠環槽上端面，缸壁上的機油被刮入下邊隙和背隙內。活塞上行時，環壓靠環槽下端面，原進入第一道環背隙內的機油就進入了氣缸乃至燃燒室。它不僅增加了機油消耗，而且可能在燃燒室和環槽中形成積炭，使環被卡死而失去密封作用，甚至劃傷缸壁或使環折斷。對此，在矩形氣環之下裝有油環。2025/4/1346②錐面環（圖3-20b）。其外圓工作面錐度為0.5°～1.5°，減少了環與缸壁的接觸面，提高了環端面接觸壓力，有利于磨合與密封。隨活塞下行時刮油；活塞上行時，因錐角的“油楔”作用，可在油膜上“漂浮”而過，減少磨損。但該環在高壓氣體作用下，有被推離缸壁縮向環槽的趨勢，不宜作第一道環。安裝時不能反裝。③扭曲環（圖3-20c、d）。其類似將矩形環內圓的上邊緣或外網的下邊緣切去一部分。它裝入活塞及氣缸后，由于其斷面非對稱，彈性內力亦不對稱，致使環平面發生扭曲變形。環外側下邊緣緊貼缸壁，環外徑呈上小下大，具有錐面環的效果。同時，使環的邊緣與環槽上下端面緊貼，防止因環上下躥動的“泵油作用”，提高了密封性。目前扭曲環已在內燃機上廣泛應用。2025/4/1347④梯形環（圖3-20e）。其主要性能是當活塞在方向變化的側向力作用下橫向擺動時，環與環槽的側隙會發生變化，從而將結焦沉積物從環槽中擠出，并使間隙中的機油得以更新，防止環被黏結而折斷。同時，高壓燃氣作用在環上的徑向分力，提高了環的密封作用。因此，它常用在熱負荷較高的柴油機上，只是制造工藝較復雜。⑤桶面環（圖3-20f）。其隨活塞上下運動時，外凸圓弧狀均能與缸壁構成楔形空間，有利于機油進入摩擦面，顯著降低磨損。同時，對氣缸表面和活塞的偏擺適應性均較好，有利于密封。它是近年來出現的一種新結構，目前較廣泛用作強化柴油機的第一環，只是桶形表面加工較復雜。⑥開槽環（圖3-20g）。在外圓面上加工出環形槽，在槽內填充能吸附機油的多孔性氧化鐵，有利于潤滑、磨合和密封。⑦頂岸環（圖3-20h）。斷面為“L”形，因為頂岸環距活塞頂面近，做功行程時，燃氣壓力能迅速作用于環的上側面和內側面，使環的下面與環槽的下面、外側面與氣缸壁面貼緊，有利于密封，還可以減少汽車尾氣中HC的排放量。頂岸環主要有直開口、斜開口和階梯開口等。直開口加工容易，但密封性差；階梯形開口密封性好，工藝性差；斜開口的密封性和工藝性介于前兩種開口之間，斜角一般為30°或45°。2025/4/1348492.油環（1）油環的作用油環起布油和刮油的作用。下行時，刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油竄入氣缸燃燒，又可以減少活塞、活塞環與氣缸壁的摩擦阻力，還能起到封氣的輔助作用。（2）油環的類型

油環分為普通油環和組合油環兩種。2025/4/1350（2）油環的類型①普通油環。其外圓柱面的中間加工有一道凹槽，且在凹槽底部加工有許多回油孔或狹縫，上唇的上端面外緣通常倒角。該油環隨活塞下行時.從缸壁上刮下的多余機油通過回油孔或狹縫流回曲軸箱，活塞上行時，環上倒角不僅有利于潤滑油膜形成，而且使刮下的多余機油仍能通過回油孔流回曲軸箱。普通油環因結構簡單,成本低,在早期發動機上應用較多。但其比壓低,尤其是磨損后其比壓下降更快,刮油效果差,壽命較短。因此,目前在轎車發動機上應用較少。2025/4/13512.油環（2）油環的類型

②組合油環。它由互相獨立的上、下刮油鋼片1、3和產生徑向、軸向彈力作用的襯環2組成。優點是質量小，刮油能力強，對缸套變形的適應性好，回油通路大，因此，組合油環應用日益增多；缺點是制造成本高。轎車發動機上均采用了組合油環。2025/4/1352三、活塞銷1.活塞銷的作用活塞銷的功用是連接活塞和連桿小頭，將活塞所承受的氣體壓力傳給連桿。2.結構特點活塞銷在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷，潤滑條件很差（一般靠飛濺潤滑），因而要求有足夠的剛度和強度，表面耐磨，質量盡可能小。為此，活塞銷通常做成空心圓柱體。活塞銷一般用低碳鋼或低碳合金鋼制造，先經表面滲碳處理以提高表面硬度，并保證心部有一定的沖擊韌度，然后進行精磨和拋光。活塞銷的內孔形狀有圓柱形、兩段截錐形以及兩段截錐與一段圓柱的組合形等。2025/4/13第二節活塞連桿組532.結構特點圓柱孔容易加工，但活塞銷的質量較大。兩段錐形孔的活塞銷質量較小，又接近于等強度梁的要求（因活塞銷所承受的彎矩在中部最大，距中部越遠越小），但孔的加工較復雜。組合孔的結構則介于兩者之間。2025/4/13543.活塞銷的連接方式活塞銷與活塞銷座孔及連桿小頭襯套孔的連接方式有全浮式和半浮式兩種。（1）全浮式

全浮式是指當發動機工作時，活塞銷、連接小頭和活塞銷座都有相對運動，使磨損均勻（圖3-25）。為了防止活塞銷軸向竄動刮傷氣缸壁，在活塞銷兩端裝有卡環，進行軸向定位。由于鋁活塞熱膨脹系數比鋼大，為了保證在高溫工作時活塞銷與活塞銷座孔有正常的間隙0.01～0.02mm，在冷態時為過渡配合，裝配時，應先把鋁活塞加熱到一定程度，再裝入活塞銷。2025/4/1355（2）半浮式半浮式的特點是活塞銷中部與連桿小頭采用緊固螺旋連接，活塞銷只能在兩端銷座內作自由擺動，而和連桿小頭沒有相對運動，所以不需要連桿襯套。活塞銷不會作軸向竄動，不需要卡環。此種形式在小轎車上應用較多，半浮式活塞銷如圖3-26所示。2025/4/1356四、連桿組連桿組包括連桿、連桿軸瓦、連桿蓋、連桿螺栓和連桿小端襯套等零件。連桿組是連接活塞和曲軸，并將活塞往復運動變成曲軸旋轉運動及傳遞動力的重要組件。2025/4/13第二節活塞連桿組571.連桿（1）功用

連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而使得活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。（2）組成連桿由連桿小端、桿身、連桿大端3部分構成。（3）連桿大端的剖分面連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連，大頭有整體式和分開式兩種。一般都采用分開式，分開式又分為平分和斜分兩種2025/4/1358

①平分式。剖分面與連桿桿身軸線垂直，汽油機多采用這種連桿。因為一般汽油機連桿大頭的橫向尺寸都小于氣缸直徑，可以方便地通過氣缸進行拆裝。②斜分式。剖分面與連桿桿身軸線成30°～60°

夾角。柴油機多采用這種連桿。因為柴油機壓縮比大，受力較大，曲軸的連桿軸頸較粗，相應的連桿大頭尺寸往往超過了氣缸直徑。為了使連桿大頭能通過氣缸，便于拆裝，一般都采用斜切口。2025/4/1359（4）連桿蓋與連桿的定位方式平切口的連桿蓋與連桿的定位，是利用連桿螺栓上的精加工的圓柱凸臺或光圓柱部分，與經過精加工的螺栓孔來保證的。斜切口式連桿承受慣性力拉伸時，在切口方向受到較大的橫向分力，致使連桿螺栓承受剪切作用，故一般采用以下定位措施。

①止口定位。其工藝簡單，但只是單向定位，故定位不可靠，且結構不緊湊，對連桿大端止口向內變形和連桿蓋止口向外變形均無法控制。②銷套定位。即在連桿蓋的螺栓孔內壓配剛度大且剪切強度高的套筒，為使連桿蓋拆裝方便，其與連桿大端保持很高精度的配合間隙。但這種定位方式工藝復雜，要求高。2025/4/1360（4）連桿蓋與連桿的定位方式③鋸齒定位。其定位可靠，結構緊湊。但對齒距精度要求嚴格，維修不便。2025/4/1361（5）v型發動機的連桿①并列式連桿。相對應的左右兩個氣缸的連桿，沿曲軸的長度方向一前一后裝配在一個曲柄銷（曲軸上的連桿軸頸）上。連桿可以通用，兩列氣缸的活塞連桿組的運動規律相同，但曲軸的長度增加。②主副連桿。一列氣缸的連桿為主連桿，連桿大頭直接裝配在曲柄銷的全長上。另一列氣缸的連桿為副連桿，副連桿分別與對應的主連桿鉸接傳動。不增加發動機的軸向長度；但主副連桿不能互換,兩列氣缸活塞連桿組的運動規律不同。2025/4/1362（5）v型發動機的連桿③叉形連桿左、右兩列對應氣缸的兩個連桿中，一個連桿的大頭制成叉形，跨于另一個桿的厚度較小的片形大頭兩端。兩列氣缸中的活塞連桿組的運動規律相同；但叉形連桿的制造工藝復雜，且連桿大頭的剛度較低。2025/4/13632.連桿軸瓦位于連桿大端孔中的連桿軸瓦（滑動軸承）通常為剖分式結構，如圖3-31所示。它是在厚1～3mm的鋼背的內圓面上澆鑄厚0.3～0.7mm的減摩合金而成。減摩合金有巴氏合金、銅鉛合金和錫鋁合金等多種，其中巴氏合金軸瓦因疲勞強度較低，只能用于負荷不大的汽油機，高錫鋁合金軸瓦因具有較高承載能力和耐疲勞性，故廣泛用于汽油機和柴油機。2025/4/133.連桿螺栓連桿螺栓用于連接連桿和連桿蓋。它承受交變載荷，很容易因疲勞破壞而發生斷裂，故通常采用優質碳素鋼或優質合金鋼制成并經熱處理。652025/4/13第三節曲軸飛輪組曲軸飛輪組66曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、帶輪和正時齒輪

（或正時鏈輪）等組成2025/4/13第三節曲軸飛輪組67一、曲軸1.曲軸的功用曲軸是發動機最重要的機件之一。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉的動力，傳給底盤的傳動機構。同時，驅動配氣機構和其他輔助裝置，如風扇、水泵、發電機等。2.曲軸的類型曲軸可分為整體式和組合式兩種。除連桿大頭為整體式的某些小型汽油機或采用滾動軸承作為曲軸主軸承的發動機（隧道式氣缸體）采用組合式曲軸外，發動機多采用整體式曲軸。2025/4/13第三節曲軸飛輪組2025/4/1368692.曲軸的類型曲軸按其主軸頸的數目分為全支撐曲軸及非全支撐曲軸。在相鄰兩曲拐間都設置一個主軸頸的曲軸，稱為全支撐曲軸；否則稱為非全支撐曲軸。全支撐曲軸剛度較好且主軸頸的負荷相對較小，多用于柴油機和負荷較大的汽油機。非全支撐曲軸長度短，結構和制造工藝簡單，多用于中小負荷的汽油機。2025/4/13703.曲軸的組成曲軸由主軸頸、曲軸銷（連桿軸頸）、曲柄、前端、后端等部分組成。（1）主軸頸

主軸頸支承在主軸承上。主軸頸數的多少根據既保證曲軸足夠的強度和剛度，又盡量減小曲軸長度的原則來決定。若采用全支承軸承，則主軸頸數比曲柄銷多一個；若采用非全支承曲軸，則主軸頸數等于或少于曲柄銷數。主軸頸表面的機油來自機體主油道。2025/4/13713.曲軸的組成（2）曲柄銷曲柄銷與連桿大端相連，并在連桿軸承中轉動。曲柄銷數與氣缸數相等，為使曲軸盡可能平衡，曲柄銷應對稱布置。曲柄銷通常做成空腔，以便盡可能減小質量和離心力。同時，空腔貯存來自主軸頸潤滑油道的機油，并保證連桿軸頸摩擦面間的可靠潤滑。2025/4/1372（3）曲柄

曲柄用以連接主軸頸和曲柄銷。由于其連接處應力集中嚴重，容易引起曲軸裂縫或斷裂。對此，在保證軸頸軸承的承壓能力的條件下，其連接處應采用盡可能大的過渡圓角。同時，為了平衡曲軸旋轉運動慣性力及力矩，可在曲柄上設置與曲柄銷方向相反的平衡重。2025/4/13（4）曲軸前端曲軸前端裝有三角皮帶輪和正時齒輪，分別驅動配氣機構、噴油泵、機油泵和水泵、風扇、發電機等工作。為防止機油沿曲軸頸外漏，前端還裝有隨曲軸旋轉的甩油盤，被齒輪擠出和甩出的機油落到該盤后，再由該盤甩到正時齒輪室蓋內壁上，并沿壁流回油底殼中。74（5）曲軸后端

曲軸后端設有安裝飛輪的接盤。為防止機油外漏而引起離合器打滑，除在后端設置擋油盤和油封裝置外，還專制有回油螺紋，其旋向與曲軸旋轉方向一致，以引導曲軸上的機油流回曲軸箱內。（6）平衡重平衡重用來平衡曲軸的離心力及其力矩，有時也平衡一部分活塞連桿組的往復慣性力及其力矩，以使發動機運轉平穩，并可減小曲軸主軸承的負荷。對四缸、六缸等直列多缸發動機，因曲拐對稱布置，就整機而言其慣性力、離心力及其所產生的力矩是平衡的。2025/4/13754.曲軸曲拐的布置曲軸曲柄的布置，不但影響到發動機的平衡，還影響到發動機的工作順序。

多缸發動機的點火順序應均勻分布在720°CA內，并且使連續做功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸瓦的載荷，避免可能發生的進氣重疊現象。

常見多缸發動機的曲拐布置如下：（1）直列四缸四沖程發動機

點火間隔角為720°/4=180°。采用全支撐曲軸時。其四個曲拐布置在同一平面內，具有良好的平衡性。點火順序有兩種方式，即1-2-4-3或1-3-4-2。2025/4/1376（2）直列六缸四沖程發動機點火間隔角為720°/6=120°，曲拐均勻布置在互呈120°的三個平面內。國產汽車的六缸發動機常用的點火順序為1-5-3-6-2-4，其曲拐布置如下所示，這時發動機的前半部氣缸與后半部氣缸的做功行程是交替進行的。

圖3-38b所示曲軸的曲拐布置，其點火為順序為1-4-2-6-3-5，其性能與前一種直列六缸四沖程發動機沒有差別。2025/4/1377（3）直列五缸四沖程發動機點火間隔角為720°/5=144°，常用的點火順序為1-2-4-5-3，其曲拐布置如下所示2025/4/13785.曲軸的受力與平衡曲柄連桿機構的運動慣性力如圖3-40所示。當活塞上下變速運動時，要產生往復慣性力（方向與大小隨運動位置而變化）；同時，由于曲柄、曲柄銷和連桿大頭繞曲軸軸線旋轉，產生旋轉慣性力，即離心力，其方向沿曲柄半徑向外，其大小與曲柄半徑、旋轉部分的質量及曲軸轉速有關。往復慣性力和旋轉慣性力的作用，導致發動機振動零部件的變形和磨損，必須采取平衡措施。2025/4/132025/4/1379對于4缸、6缸等多缸發動機，由于曲柄對稱布置，往復慣性力和離心力及其產生的力矩，從整體上看相互平衡。圖3-41a所示為4缸發動機曲軸的受力與平衡，第一和第四連桿軸頸的離心力

和。與第二和第三連桿軸頸的離心力和大小相等、方向相反而互相平衡；

和

形成的力偶矩

與和

形成的力偶矩

也能互相平衡。但兩個力偶矩都給曲軸造成了彎曲載荷，曲軸若剛度不夠就會產生彎曲變形，引起主軸頸和軸瓦偏磨。為了減輕主軸瓦負荷，一般都在曲柄的相反方向設置平衡重（圖3-41b）。806.曲軸的轉向定位

由于曲軸經常受到離合器施加于飛輪的軸向力作用，有的曲軸前端采用斜齒傳動，使曲軸產生前后竄動，影響了曲柄連桿機構各零件的正確位置，增大了發動機磨損、異響和振動，故必須進行曲軸軸向定位。另外，曲軸工作時會受熱膨脹，還必須留有膨脹的余地。曲軸定位一般采用滑動推力軸承，安裝在曲軸前端或中后部主軸瓦上。推力軸承有兩種形式：翻邊主軸瓦的翻邊部分或具有減摩合金層的半圓環止推片，磨損后可更換。2025/4/13817.曲軸的潤滑為了潤滑曲軸主軸頸和曲柄銷（連桿軸頸），在軸頸上鉆有油道，并由斜油道相通再與機體的主油道連通。2025/4/1382二、飛輪1.飛輪的作用

飛輪是一個轉動慣量很大的金屬圓盤。其主要作用是儲存做功過程的一部分能量，保證發動機運轉平穩；此外，飛輪又是傳動系統中摩擦離合器的主動盤，或自動變速器中液力變矩器的驅動盤。2025/4/13第三節曲軸飛輪組2.飛輪的結構飛輪外緣壓有齒圈與啟動電動機的驅動齒輪嚙合，供啟動發動機用；汽車離合器也裝在飛輪上，利用飛輪后端面作為驅動件的摩擦面，用來對外傳遞動力。在飛輪輪緣上做有標記（刻線或銷控）供找上止點用。當飛輪上的記號與外殼上的記號對正時，正好是上止點。有的還有進排氣相位記號、供油（柴油機）或點火（汽油機）記號，供安裝和修理用。843.雙質量飛輪雙質量飛輪將原來的一個飛輪分成兩個部分，一部分保留在原來發動機一側的位置上，起到原來飛輪的作用，用于啟動和傳遞發動機的轉動扭矩，這一部分稱為第一質量（初級質量），另一部分則放置在傳動系變速器一側，用于提高變速器的轉動慣量，這一部分稱為第二質量（次級質量）。兩部分飛輪之間有一個環型的油腔，在腔內裝有彈簧減振器，由彈簧減振器將兩部分飛輪連接為一個整體，構成了無聲平衡系統。2025/4/1385三、曲軸軸承曲軸軸承（瓦）按其承載方向可分為徑向軸承和軸向（推力）軸承兩種。1.曲軸徑向軸承（軸瓦）徑向軸承用于支承曲軸，通常是剖分式的滑動軸承。軸承底座是在氣缸體的曲軸箱部分直接加工出來的，再由軸承蓋、螺栓共同將滑動軸承進行徑向定位、緊固。2025/4/13第三節曲軸飛輪組861.曲軸軸向軸承推力軸承承受離合器傳來的軸向力，用來限制曲軸的軸向竄動，保證曲柄連桿機構各零件正確的對位置。在曲軸受熱膨脹時，應允許其能自由伸縮，因此曲軸只能有一處設置軸向定位裝置。曲軸軸承還可將徑向軸承與推力軸承合二為一制成翻邊軸承。曲軸軸向定位除了采用翻邊軸承外，還可用半圓環止推片、軸向推力軸承軸向定位。2025/4/1387四、曲軸軸向減振器1.曲軸軸向減振器的功用在發動機的工作過程中，經連桿傳給連桿軸頸的作用力大小和方向都是周期性變化的，所以曲軸各個曲柄的旋轉速度也是忽快忽慢呈周期性變化，導致各曲柄之間產生周期性相對扭轉的現象稱為曲軸的扭轉振動，簡稱扭振。曲軸扭振會造成發動機磨損加劇、功率下降。當振動強烈時甚至會扭斷曲軸。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。2.曲軸軸向減振器的類型發動機多采用橡膠扭轉減振器、硅油扭轉減振器和硅油-橡膠扭轉減