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第2章曲柄連桿機(jī)構(gòu)與機(jī)體組件收藏

第2章曲柄連桿機(jī)構(gòu)與機(jī)體組件

內(nèi)容提要

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與受力

2.機(jī)體組件的作用、組成與結(jié)構(gòu)原理

3.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用、組成與結(jié)構(gòu)原理

4.多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)

2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與受力

曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。它是將活塞頂?shù)娜細(xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.1.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

圖2-1曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

以中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)（即曲軸中心線位于氣缸中心線上的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，見圖2-1）為例，設(shè)中心曲柄半徑為R，連桿長(zhǎng)度為L，根據(jù)力學(xué)推導(dǎo)，活塞的位移x、速度v、加速度a隨曲軸轉(zhuǎn)角α的變化關(guān)系是

式中 ——連桿比，＝R/L，一般在1/3～1/4；

ω——曲軸角速度，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它等于；

圖2-2

n——曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）。

活塞位移、速度和加速度曲線（圖2-2）。

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：

（1）曲軸雖然作勻速運(yùn)動(dòng)，而活塞的速度卻是不均勻的。在上、下止點(diǎn)處速度等于零，在α=90⁰稍前處和α=270⁰稍后處達(dá)到**大值。即活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的約前半個(gè)行程是加速，后半個(gè)行程是減速。

圖2-3 氣體壓力作用情況

a)作功行程 b)壓縮行程

（2）由于活塞運(yùn)動(dòng)速度的變化，導(dǎo)致其加速度的變化，在速度為零處的加速度**大，而速度**大處的加速度等于零。加速度的變化，導(dǎo)致了慣性力的產(chǎn)生，使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和磨損，需要采取相應(yīng)平衡措施。

2.1.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析

1.氣體作用力（圖2-3）

作功行程：

F_P——燃燒氣體作用在活塞的頂部力（可分解為F_P1和F_P2）；

F_P2——側(cè)壓力（使氣缸活塞產(chǎn)生磨損，并有使機(jī)體翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，故機(jī)體下部的兩側(cè)應(yīng)固定在車架上，若有松動(dòng)，將造成發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)）。

F_P1可分解為F_R和F_S

F_R——法向力；

F_S——切向力（推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)）。

壓縮行程：

氣體壓力變?yōu)樽枇Α?/div>

氣體作用作用在缸套、活塞、活塞銷和曲軸軸頸表面上的壓力和作用點(diǎn)不斷變化，造成各處磨損不均勻。

圖2-4 往復(fù)慣性力和離心力

a)活塞在上半行程時(shí)的慣性力 b) 活塞在下半行程時(shí)的慣性力

2.往復(fù)慣性力與離心力（圖2－4）

(1) 往復(fù)慣性力

活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，約前半個(gè)行程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力F_j向上；約后個(gè)半程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力F_j′向下。

活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性力與上相反。

活塞、活塞銷和連桿小頭的質(zhì)量越大，曲軸轉(zhuǎn)速越高，則往復(fù)慣性力也越大。它使曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各零件和所有軸頸受周期性的附加載荷，加快軸承的磨損；未被平衡的變化著的慣性力傳到氣缸體后，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。

（2）離心力

曲柄半徑長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量大，曲軸轉(zhuǎn)速高，則離心力大。

離心力F_c在垂直方向的分力F_cy與往復(fù)慣性力F_j方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動(dòng)機(jī)的上下振動(dòng)。離心力使連桿大頭的軸瓦和曲柄銷、曲軸主軸頸及其軸承受到另一附加載荷，增加了它們的變形和磨損。

3.摩擦力

其**大值決定于上述力對(duì)摩擦面形成的正壓力和摩擦系數(shù)。

2.2 機(jī)體組件

主要由氣缸體、氣缸（或氣缸套）、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。

2.2.1 氣缸體（圖2-5）

氣缸體結(jié)構(gòu):氣缸、曲軸支乘孔、曲軸箱（曲軸運(yùn)動(dòng)的空間）、加強(qiáng)筋、冷卻水套、潤(rùn)滑油道等。

圖2-5 氣缸體

1-曲軸支乘孔 2-機(jī)體 3-氣缸 4--水道

圖2-6 氣缸套

a)干式氣缸套 b)濕式氣缸套

1-機(jī)體 2-氣缸套 3-水套 4-密封圈

氣缸：是是燃燒作功的場(chǎng)所。為了節(jié)省貴金屬材料，降低成本，方便維修，現(xiàn)代汽車廣泛采用鑲?cè)敫左w內(nèi)的氣缸套（圖2-6）。

氣缸套：有干式氣缸套和濕式氣缸套兩類。

干式氣缸套：外壁不直接與冷卻水接觸，而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚一般為1～3mm。它強(qiáng)度和剛度都較好，但加工比較復(fù)雜，內(nèi)、外表面都需要進(jìn)行精加工，拆裝不方便，散熱不良。

圖2-7 風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)

1-散熱片 2-氣缸

濕式氣缸套：外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套僅在上、下各有一圓環(huán)地帶和氣缸體接觸，壁厚一般為5～9mm。它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內(nèi)表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但其強(qiáng)度、剛度不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，所以常加橡膠密封圈4等防止漏水，使用和維修時(shí)應(yīng)密切注意，否則將產(chǎn)生冷卻液漏入油底殼的嚴(yán)重后果。

風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)（圖2-7）：在氣缸體和氣缸蓋外表面鑄有許多散熱片，以增加散熱面積，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但冷卻效果差。

氣缸體結(jié)構(gòu)形式（按氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同分)（圖2-8）：

(1) 一般式氣缸體：油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但剛度和強(qiáng)度較差。

圖2-8 氣缸體結(jié)構(gòu)形式

a)一般式 b)龍門式 c)隧道式

1-氣缸體 2-水套 3-氣缸 4-濕式氣缸套 5-凸輪軸座孔 6-加強(qiáng)筋 7-主軸承座 8-主軸承座孔 9-油底殼座面

(2) 龍門式氣缸體：油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度都好，能承受較大的機(jī)械負(fù)荷；但工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。

(3) 隧道式氣缸體：曲軸的主軸承孔為整體式，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好；但加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。

2.2.2 氣缸蓋

作用：氣缸蓋（圖2-9）從上部密封氣缸,與活塞頂部和氣缸壁一起構(gòu)成燃燒室。

材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成。鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來(lái)鋁合金氣缸蓋越來(lái)越多。

類型：分單體式氣缸蓋、塊狀氣缸蓋和整體式氣缸蓋三種。

單體式氣缸蓋只覆蓋一個(gè)氣缸，塊狀氣缸蓋能覆蓋部分（二個(gè)以上）氣缸，整體式氣缸蓋能覆蓋所有氣缸。

結(jié)構(gòu)：形狀復(fù)雜，水套、進(jìn)、排氣門座和氣門導(dǎo)管孔孔，火花塞孔或噴油器孔、凸輪軸軸承孔（頂置凸輪軸式）、燃燒室。

汽油機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)形式（三種）（圖2-10）：

圖2-10 汽油機(jī)燃燒室

a) 半球形燃燒室 b) 楔形燃燒室 c) 浴盆形燃燒室

(1) 半球形燃燒室：它是橫剖面呈半球形的一種燃燒室。其結(jié)構(gòu)緊湊、復(fù)雜，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，燃燒速率高，散熱少，熱效率高。可采用4氣門結(jié)構(gòu)，充氣效率高，排氣凈化好，在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。

(2) 楔形燃燒室：是橫剖面呈楔形的燃燒室，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，散熱面積小，熱損失小；能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運(yùn)動(dòng)，有利于提高混合氣的混合質(zhì)量；進(jìn)氣阻力小，提高了充氣效率。但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，爆燃傾向變大；而且存在較大激冷面，容易形成有害HC排放。

(3)浴盆形燃燒室：是橫剖面呈倒浴盆形的燃燒室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。但不夠緊湊，散熱面積大，熱損失大，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)，爆燃傾向大。

2.2.3 氣缸墊（圖2-11）

作用：保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣、漏水和漏油。

圖2-11 氣缸墊

結(jié)構(gòu)：目前應(yīng)用較多的是銅皮——石棉結(jié)構(gòu)的氣缸墊，其翻邊處有三層銅皮，壓緊時(shí)不易變形。有的氣缸墊還采用在石棉中心用編織的綱絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成。有的采用實(shí)心有彈性的金屬片作為氣缸墊，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化要求。

安裝注意：光滑的一面朝向氣缸體，否則容易被高壓氣體沖壞。氣缸墊上的孔要和氣缸體上的孔對(duì)齊。擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，必須由中央對(duì)稱地向四周擴(kuò)展的順序分2～3次進(jìn)行，**后一次擰緊到規(guī)定的力矩。

2.3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括活塞連桿組件及曲軸飛輪組件兩部分。

2.3.1 活塞連桿組件

活塞連桿組件（圖2-12）由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成，。

1.活塞

圖2-12 活塞連桿組件

1－活塞 2－活塞環(huán) 3－活塞銷 4－連桿 5－連桿螺栓 6－連桿蓋 7－連桿軸瓦

由頂部、頭部和裙部三部分組成（圖2-13）。

圖2-14 活塞頂部形狀

a)平頂活塞 b) 凸頂活塞 c) 凹頂

圖2-13 活塞的結(jié)構(gòu)

1－活塞頂部 2－活塞頭部 3－活塞裙部

（1）活塞頂部：有平頂、凸頂和凹頂三種（圖2-14）。

平頂活塞頂部是一個(gè)平面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，受熱面積小，頂部應(yīng)力分布較為均勻，一般用在汽油機(jī)上，柴油機(jī)很少采用。

凸頂活塞的頂部凸起，起導(dǎo)向作用，有利于改善換氣過(guò)程。二行程汽油機(jī)常采用凸頂活塞。

凹頂活塞頂部呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的形成和燃燒。凹頂?shù)拇笮∵€可以用來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。凹頂通常有方形凹坑、ω形凹坑、雙渦流凹坑、球形凹坑等。

圖2-15 活塞頂部記號(hào)

有些活塞頂打有各種記號(hào)（圖2-15），用以顯示活塞及活塞銷的安裝和選配要求，應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行。

（2）活塞頭部（防漏部）：活塞頭部指第一道活塞環(huán)槽到活塞銷孔以上的部分。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)。為了提高第一道環(huán)槽的耐熱和耐磨性，有的在第一道環(huán)槽部位鑄入耐熱合金鋼護(hù)圈。

（3）活塞裙部：活塞裙部指從油環(huán)槽下端面起至活塞**下端的部分。活塞裙部對(duì)活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，并承受氣體側(cè)壓力。

為了使活塞在正常工作溫度下與氣缸壁保持比較均勻的間隙，以免在氣缸內(nèi)卡死或加大局部磨損，必須在冷態(tài)下預(yù)先把活塞裙部加工成不同的形狀（圖2-16）。

圖2-16 活塞裙部結(jié)構(gòu)之一

a) 裙部橢圓 b) 錐形 c) 階梯形 d) 桶形

1）預(yù)先將活塞裙部加工成橢圓形,橢圓的長(zhǎng)軸方向與銷座垂直。

2)預(yù)先將活塞裙部做成錐形、階梯形或桶形。

圖2-17 活塞裙部結(jié)構(gòu)之二

a）裙部開槽 b）拖板式活塞 c）裙部鑄恒范鋼

3）預(yù)先在活塞裙部開槽（圖2-17a）。在裙部開橫向的隔熱槽，可以減小活塞裙部的受熱量；在裙部開縱向膨脹槽，可以補(bǔ)償裙部受熱后的變形量。槽的形狀有“T”形或“Π”形。裙部開豎槽后，會(huì)使其開槽的一側(cè)剛度變小，在裝配時(shí)應(yīng)使其位于作功行程中承受側(cè)壓力較小的一側(cè)。通常柴油機(jī)活塞受力大，裙部一般不開槽。

4）拖板式活塞（圖2-17b）。在許多高速汽油機(jī)上，為了減輕活塞重量，把裙部不受側(cè)壓力的兩邊切去一部分或開孔，以減小慣性力，減小銷座附近的熱變形量，稱拖板式活塞。該結(jié)構(gòu)裙部彈性好，質(zhì)量小，活塞與氣缸的配合間隙較小。

圖2-18 活塞銷孔偏置結(jié)構(gòu)

e-偏移量

5）裙部鑄恒范鋼(圖2-17c)。為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機(jī)活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)鑄入熱膨脹系數(shù)低的恒范鋼片。恒范鋼為低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過(guò)恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。

6）活塞銷孔偏置結(jié)構(gòu)（圖2-18）。有些高速汽油機(jī)的活塞銷孔中心線偏離活塞中心線平面，向作功行程中受側(cè)壓力的一方偏移了1～2mm。這種結(jié)構(gòu)可使活塞在壓縮行程到作功行程中較為柔和地從壓向氣缸的一面過(guò)渡到壓向氣缸的另一面，以減小敲缸的聲音。在安裝時(shí)要注意，活塞銷偏置的方向不能裝反，否則換向敲擊力會(huì)增大，使裙部受損。

2.活塞環(huán)

活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán)，有氣環(huán)和油環(huán)之分。

氣環(huán)的作用：密封、傳熱。

油環(huán)作用：布油、刮油、封氣、傳熱。

圖2-19 氣環(huán)密封原理

（1）氣環(huán)結(jié)構(gòu)原理（圖2-19）：氣環(huán)開有切口，具有彈性，在自由狀態(tài)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(guò)環(huán)周與氣缸之間，便進(jìn)入了環(huán)與環(huán)槽的空隙，一方面把環(huán)壓到環(huán)槽端面形成第二密封面，另一方面，作用在環(huán)背的氣體壓力又大大加強(qiáng)了第一密封面的密封作用。汽油機(jī)一般采用2道氣環(huán)，柴油機(jī)一般采用3道氣環(huán)。

氣環(huán)的斷面形狀很多，常見的有矩形環(huán)、扭曲環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)和桶面環(huán)（圖2-20）。

圖2-20 氣環(huán)的斷面形狀

a) 矩形環(huán) b)錐面環(huán) c)正扭曲內(nèi)切環(huán) d)梯形環(huán) e)桶面環(huán)

1）矩形環(huán)：其斷面為矩形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于生產(chǎn)，應(yīng)用**廣。但矩形環(huán)隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)把氣缸壁面上的機(jī)油不斷送入氣缸中(圖2-21)。這種現(xiàn)象稱為”氣環(huán)的泵油作用”。

圖2-21 矩形環(huán)泵油作用

a)活塞下行 b)活塞上行

2）錐面環(huán)（圖2-20b）：其斷面呈錐形，外圓工作面上加工一個(gè)很小的錐面(0.5°～1.5°)，減小了環(huán)與氣缸壁的接觸面，提高了表面接觸壓力，有利于磨合和密封?；钊滦袝r(shí)，便于刮油；活塞上行時(shí)，由于錐面的"油楔"作用，能在油膜上"飄浮"過(guò)去，減小磨損，安裝時(shí)，不能裝反，否則會(huì)引起機(jī)油上竄。

圖2-22 扭曲環(huán)作用原理

a) 矩形環(huán) b) 扭曲環(huán)

3）扭曲環(huán)（圖2-20c、d）：扭曲環(huán)是在矩形環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分，使斷面呈不對(duì)稱形狀，在環(huán)的內(nèi)圓部分切槽或倒角的稱內(nèi)切環(huán)，在環(huán)的外圓部分切槽或倒角的稱外切環(huán)。裝入氣缸后，由于斷面不對(duì)稱，外側(cè)作用力合力F₁（圖2-22b）與內(nèi)側(cè)作用力合力F₂之間有一力臂e，產(chǎn)生了扭曲力矩，使活塞環(huán)發(fā)生扭曲變形?；钊闲袝r(shí)，扭曲環(huán)在殘余油膜上“浮過(guò)”，可以減小摩擦和磨損?；钊滦袝r(shí)，則有刮油效果，避免機(jī)油上竄。同時(shí)，由于扭曲環(huán)在環(huán)槽中上、下跳動(dòng)的行程縮短，可以減輕“泵油”的副作用。目前被廣泛應(yīng)用于第2道活塞環(huán)槽上，安裝時(shí)必須注意斷面形狀和方向，內(nèi)切口朝上，外切口朝下，不能裝反。

4）梯形環(huán)（圖2-20e）：其斷面呈梯形，工作時(shí)，梯形環(huán)在壓縮行程和作功行程隨著活塞受側(cè)壓力的方向不同而不斷地改變位置，這樣會(huì)把沉積在環(huán)槽中的積炭擠出去，避免了環(huán)被粘在環(huán)槽中而折斷?？梢匝娱L(zhǎng)環(huán)的使用壽命。缺點(diǎn)是加工困難，精度要求高。

5)桶面環(huán)（圖2-20f）:桶面環(huán)的外圓為凸圓弧形。當(dāng)桶面環(huán)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，均能與氣缸壁形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入摩擦面，減小磨損。由于它與氣缸呈圓弧接觸，故對(duì)氣缸表面的適應(yīng)性和對(duì)活塞偏擺的適應(yīng)性均較好，有利于密封，但凸圓弧表面加工較困難。

（2）油環(huán):油環(huán)有普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種（圖2-23）。

圖2-23 油環(huán)

a) 普通油環(huán) b) 組合油環(huán)

1-刮油鋼片 2-軸向襯環(huán) 3－徑向襯環(huán)

1) 普通油環(huán)

2）組合式油環(huán)：它由上下數(shù)片刮油鋼片1與中間的擴(kuò)脹器組成。擴(kuò)脹器由軸向襯環(huán)2和徑向襯環(huán)3組成，軸向襯環(huán)產(chǎn)生軸向彈力，徑向襯環(huán)產(chǎn)生徑向彈力，使刮油鋼片緊緊壓向氣缸壁和活塞環(huán)槽。刮油鋼片1表面鍍鉻，很薄，對(duì)氣缸的比壓力大，刮油效果好；而且數(shù)片刮油鋼片彼此獨(dú)立，對(duì)氣缸壁面適應(yīng)性好；回油通路大，重量輕。近年來(lái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上越來(lái)越多地采用了組合式油環(huán)。缺點(diǎn)主要是制造成本高。

3.活塞銷

作用：連接、傳力。

連接配合方式：與活塞銷座孔及連桿小頭襯套孔的連接配合有全浮式和半浮式兩種方式（圖2-25）。

圖2-25 活塞銷的連接方式

a) 全浮式 b) 半浮式

1-連桿小頭 2-連桿襯套 3-活塞銷 4-活塞銷座 5-卡環(huán)

全浮式：指當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞銷、連桿小頭和活塞銷座都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使磨損均勻?；钊N兩端裝有卡環(huán)5，進(jìn)行軸向定位。由于鋁活塞熱膨脹量比鋼大，為了保證高溫工作時(shí)活塞銷與活塞銷座孔有正常間隙（0.01～0.02mm），在冷態(tài)時(shí)為過(guò)渡配合，裝配時(shí)，應(yīng)先把鋁活塞加熱到一定程度，再把活塞銷裝入。

半浮式：活塞中部與連桿小頭采用緊固螺栓連接，活塞銷只能在兩端銷座內(nèi)作自由擺動(dòng)，而和連桿小頭沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；钊N不會(huì)作軸向竄動(dòng)，不需要卡環(huán)，小轎車上應(yīng)用較多。

4.連桿

功用：連接活塞與曲軸，將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

結(jié)構(gòu)：連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭（圖2-26）。

連桿小頭:連桿襯套(青銅) (半浮式活塞銷沒(méi)有)。

圖2-26 連桿的結(jié)構(gòu)

1-連桿襯套 2-連桿小頭 3-連桿桿身 4-連桿螺釘 5-連桿大頭 6-連桿軸瓦 7-連桿蓋 8-連桿軸瓦凸鍵 9-凹槽

連桿桿身： “工”字形斷面，抗彎強(qiáng)度好，重量輕，大圓弧過(guò)渡，且上小下大，采用壓力法潤(rùn)滑的連桿，桿身中部制有連通大、小頭的油道。

連桿大頭：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（圖2-27）。

圖2-27 連桿大頭

a)平分式 b) 斜分式

1-連桿裝配標(biāo)志 2-機(jī)油噴孔 3-連桿蓋裝配標(biāo)志

平分——分面與連桿桿身軸線垂直（圖2-27a），汽油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)橐话闫蜋C(jī)連桿大頭的橫向尺寸都小于氣缸直徑，可以方便地通過(guò)氣缸進(jìn)行拆裝。

斜分——分面與連桿桿身軸線成30⁰～60°夾角（圖2-27b）。柴油機(jī)多采用這種連桿。因?yàn)?，柴油機(jī)壓縮比大，受力較大，曲軸的連桿軸頸較粗，相應(yīng)的連桿大頭尺寸往往超過(guò)了氣缸直徑，為了使連桿大頭能通過(guò)氣缸，便于拆裝，一般都采用斜切口。斜切口的連桿蓋安裝時(shí)應(yīng)注意方向。

連桿蓋與連桿的定位:把連桿大頭分開可取下的部分叫連桿蓋，連桿與連桿蓋配對(duì)加工，加工后，在它們同一側(cè)打上配對(duì)記號(hào)3，安裝時(shí)不得互相調(diào)換或變更方向。為此，在結(jié)構(gòu)上采取了定位措施。平切口連桿蓋與連桿的定位多采用連桿螺栓定位，利用連桿螺栓中部精加工的

圖2-28 分開式連桿大頭定位方法

a) 鋸齒定位 b)圓銷定位 c)套筒定位 d)止口定位

圓柱凸臺(tái)或光圓柱部分與經(jīng)過(guò)精加工的螺栓孔來(lái)保證（圖3-26）。斜切口連桿常用的定位方法有鋸齒定位、圓銷定位、套筒定位和止口定位（圖3-28）。

連桿螺栓：采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)精加工和熱處理特制而成，損壞后絕不能用其它螺栓來(lái)代替。安裝連桿蓋擰緊連桿螺栓螺母時(shí)，要用扭力板手分2～3次交替均勻地?cái)Q緊到規(guī)定的扭矩，擰緊后還應(yīng)可靠的鎖緊。

圖2-29 連桿軸瓦

1-鋼背 2-油槽 3-定位凸鍵 4-減磨合金層

連桿軸瓦（圖2-29）：

分上、下兩個(gè)半片。瓦上制有定位凸鍵。

軸瓦材料目前多采用薄壁鋼背軸瓦，在其內(nèi)表面澆鑄有耐磨合金層。耐磨合金層具有質(zhì)軟，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨損等特點(diǎn)。耐磨合金常采用的有巴氏合金、銅鋁合金和高錫鋁合金。

V型發(fā)動(dòng)機(jī)叉形連桿：有如下三種形式（圖2-30）：

圖2-30 叉形連桿

a) 并列式 b) 主副式 c) 叉式

（1）并列式:相對(duì)應(yīng)的左右兩缸連桿并列安裝在同一連桿軸頸上。

（2）主副式:一列氣缸為主連桿，直接安裝在連桿軸頸上，另一列連桿為副連桿，鉸接在主連桿大頭（或連桿蓋）上的兩個(gè)凸耳之間。

（3）叉式:左右對(duì)應(yīng)的兩列氣缸連桿中，一個(gè)連桿大頭做成叉形，跨于另一個(gè)連桿厚度較小的大頭兩端。

2.3.2 曲軸飛輪組件

曲軸飛輪組件主要由曲軸、飛輪和一些附件組成（圖2-31）。

圖2-31 曲軸飛輪組件

1-曲軸皮帶輪 2-曲軸正時(shí)齒輪皮帶輪 3-曲軸鏈輪 4-曲軸前端 5-曲軸主軸頸 6-曲柄臂 7-曲柄銷（連桿軸頸） 8-平衡重塊 9-轉(zhuǎn)速傳感器脈沖輪 10-飛輪 11-主軸瓦 12-主軸承蓋 13-螺母 14-止推墊片 15-主軸瓦 16-止推墊片

1.曲軸

材料：一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工。

結(jié)構(gòu)：主軸頸、曲柄銷（連桿軸頸）、曲柄臂、平衡重塊等組成。

支承方式（圖2-32）：

全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個(gè)，即每一個(gè)連桿軸頸兩邊都有一個(gè)主軸頸。

圖2-33 曲軸受力與平衡

a) 受力 b) 慣性力平衡

非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等，主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長(zhǎng)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)的總體長(zhǎng)度有所減小。

4缸

圖2-32 曲軸的支承方式

a) 非全支承 b) 全支承

機(jī)的平衡（圖2-33）。在一些高檔發(fā)動(dòng)機(jī)上，還采用加裝平衡軸的方法進(jìn)行慣性力的平衡，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。

曲軸前端（圖2-34）：裝有定時(shí)齒輪、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和水泵的帶輪以及起動(dòng)爪、甩油盤等。甩油盤外斜面向后，安裝時(shí)應(yīng)注意，否則會(huì)產(chǎn)生相反效果。在齒輪室蓋上裝有油封，防止機(jī)油外漏。

曲軸軸向定位

圖2-34 曲軸前端結(jié)構(gòu)

1、2-滑動(dòng)推力軸承 3-止推片 4-定時(shí)齒輪 5-甩油盤 6-油封 7-帶輪 8-起動(dòng)爪

：由于曲軸經(jīng)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(dòng)，使曲軸產(chǎn)生前后竄動(dòng)，影響了曲柄連桿機(jī)構(gòu)各零件的正確位置，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、異響和振動(dòng)，故必須進(jìn)行曲軸軸向定位。另外，曲軸工作時(shí)會(huì)受熱膨脹，還必須留有膨脹的余地。

曲軸定位一般采用滑動(dòng)止推軸承，安裝在曲軸前端或中后部主軸承上。止推軸承有兩種形式：翻邊主軸瓦的翻邊部分或具有減磨合金層的止推片2、3（圖2-34），磨損后可更換。

曲軸的后端：安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機(jī)油向后竄漏。

曲軸油道：在軸頸上還鉆有油孔，并有斜油道相通，再與機(jī)體的主油道聯(lián)通。

曲軸的形狀取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序應(yīng)均勻分布在720°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，并且使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，避免可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象。

圖2-35 4缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置

4缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置及工作順序：點(diǎn)火間隔角為720°/4＝180°，4個(gè)曲柄布置在同一平面內(nèi)（圖2-35）。1、4缸與2、3缸互相錯(cuò)開180°，其發(fā)火順序的排列有兩種可能，即1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循環(huán)分別見表2-1和表2-2。

表2－1 4缸機(jī)工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-3-4-2）

曲柄轉(zhuǎn)角/（⁰）	第一缸	第二缸	第三缸	第四缸
0～180	作功	排氣	壓縮	進(jìn)氣
180～360	排氣	進(jìn)氣	作功	壓縮
360～540	進(jìn)氣	壓縮	排氣	作功
540～720	壓縮	作功	進(jìn)氣	排氣

表2－2 4缸機(jī)工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-2-4-3）

曲柄轉(zhuǎn)角/（⁰）	第一缸	第二缸	第三缸	第四缸
0～180	作功	壓縮	排氣	進(jìn)氣
180～360	排氣	作功	進(jìn)氣	壓縮
360～540	進(jìn)氣	排氣	壓縮	作功
540～720	壓縮	進(jìn)氣	作功	排氣

圖2-36 6缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置

6缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置及工作順序：點(diǎn)火間隔角為720°/6=120°，6個(gè)曲柄分別布置在三個(gè)平面內(nèi)（圖2-36），有兩種點(diǎn)火順序， 1-5-3-6-2-4和1-4-2-6-3-5，國(guó)產(chǎn)汽車都采用前一種，其工作循環(huán)見表2-3。

表2－3 6缸機(jī)工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-5-3-6-2-4）

曲柄轉(zhuǎn)角/（⁰）	第一缸	第二缸	第三缸	第四缸	第五缸	第六缸
0～180	60	作功	排氣	進(jìn)氣	作功	壓縮	進(jìn)氣
120	壓縮	排氣
180	進(jìn)氣	作功
180～360	240	排氣	壓縮
300	作功	進(jìn)氣
360	壓縮	排氣
360～540	420	進(jìn)氣	作功
480	排氣	壓縮
540	作功	進(jìn)氣
540～720	600	壓縮	排氣
660	進(jìn)氣	作功
720	排氣	壓縮

8缸四行程V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置及工作順序：

圖2-37 8缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄布置

點(diǎn)火間隔角為720°/8=90°，發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩列對(duì)應(yīng)的一對(duì)連桿共用一個(gè)曲柄，所以V型八缸發(fā)動(dòng)機(jī)只有四個(gè)曲柄（圖2-37）。曲柄布置可以與4缸發(fā)動(dòng)機(jī)相同，4個(gè)曲柄布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個(gè)互相錯(cuò)開90°的平面內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到更好地平衡。點(diǎn)火順序?yàn)?-8-4-3-6-5-7-2。其工作循環(huán)見表2-4。

表2－4 8缸機(jī)工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-8-4-3-6-5-7-2）

曲柄轉(zhuǎn)角/（⁰）	第一缸	第二缸	第三缸	第四缸	第五缸	第六缸	第七缸	第八缸
0～180	90	作功	作功	進(jìn)氣	壓縮	排氣	進(jìn)氣	排氣	壓縮
180	排氣	壓縮	進(jìn)氣	作功
180～360	270	排氣	作功	壓縮	進(jìn)氣
360	進(jìn)氣	作功	壓縮	排氣
360～540	450	進(jìn)氣	排氣	作功	壓縮
540	壓縮	排氣	作功	進(jìn)氣
540～720	630	壓縮	進(jìn)氣	排氣	作功
720	作功	進(jìn)氣	排氣	壓縮

2.曲軸扭轉(zhuǎn)減振器

圖2-38 曲軸扭轉(zhuǎn)減振器

1-橡膠墊 2-皮帶輪（前慣性盤） 3-后慣性盤 4-橡膠體 5-皮帶輪轂

作用：吸收曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，消減扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，避免發(fā)生強(qiáng)烈的共振及其引起的嚴(yán)重惡果。（曲軸是一種扭轉(zhuǎn)彈性系統(tǒng)，各曲柄的旋轉(zhuǎn)速度忽快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量**大，可以認(rèn)為是勻速旋轉(zhuǎn)，由此造成曲軸各曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)比飛輪時(shí)快時(shí)慢，這種現(xiàn)象稱之為曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)甚至?xí)嗲S。）

結(jié)構(gòu)原理：目前用的較多的是橡膠式曲軸扭轉(zhuǎn)減振器（圖2-38），皮帶輪轂5固定在曲軸前端，通過(guò)橡膠墊1和橡膠體4分別與皮帶輪（前慣性盤）2和后慣性盤3連接。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，因后慣性盤及皮帶輪慣性盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，角速度均勻，從而使橡膠體和橡膠墊產(chǎn)生很大的交變剪切變形，消耗了曲軸扭轉(zhuǎn)能量，減輕了共振。

3.飛輪

大而重，具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其主要功用是用來(lái)貯存作功行程的能量，用于克服進(jìn)氣、壓縮和排氣行程的阻力和其它阻力，使曲軸能均勻地旋轉(zhuǎn)。

飛輪外緣壓有齒圈，與起動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用；

汽車離合器也裝在飛輪上，利用飛輪后端面作為驅(qū)動(dòng)件的摩擦面，用來(lái)對(duì)外傳遞動(dòng)力。

在飛輪輪緣上作有記號(hào)(刻線或銷孔)供找壓縮上止點(diǎn)用。當(dāng)飛輪上的記號(hào)與外殼上的記號(hào)對(duì)正時(shí)，正好是壓縮上止點(diǎn)。有的還有進(jìn)排氣相位記號(hào)、供油（柴油機(jī)）或點(diǎn)火（汽油機(jī)）記號(hào)供安裝和修理用。

飛輪與曲軸在制造時(shí)一起進(jìn)行過(guò)動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，在拆裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按相對(duì)位置安裝。飛輪緊固螺釘承受作用力大，應(yīng)按規(guī)定力矩和正確方法擰緊。

本章小結(jié)

1. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是將活塞頂?shù)娜細(xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩輸出機(jī)械能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于活塞的變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)、曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和連桿的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致各零部件受到拉、壓、剪、扭、振動(dòng)、摩擦等復(fù)雜應(yīng)力作用，造成曲柄連桿機(jī)構(gòu)相關(guān)零件的不均勻磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，必需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行平衡和固定。

2. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括機(jī)體組件（氣缸體、氣缸或氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊等）、活塞連桿組件（活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等）及曲軸飛輪組件（曲軸、飛輪等）。曲柄連桿機(jī)構(gòu)組裝時(shí)應(yīng)注意各零部件的相互配合位置關(guān)系及各重要螺釘?shù)臄Q緊力矩和擰緊方法。

3. 氣缸體分一般式、龍門式、隧道式三種；氣缸套有干式、濕式兩種；汽油機(jī)燃燒室常見有半球形燃燒室、楔形燃燒室、浴盆形燃燒室。不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有不同功能。

4. 活塞一般都采用高強(qiáng)度鋁合金制成。其頂部有各種凹坑，組成各種燃燒室；頭部有活塞環(huán)槽；裙部起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。整個(gè)活塞呈上小下大，裙部橢圓形；有的開有膨脹槽等防止活塞卡死。

5. 活塞環(huán)有氣環(huán)和油環(huán)兩類。氣環(huán)起密封、傳熱作用，有矩形環(huán)、扭曲環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)、桶面環(huán)等各種截面形狀；油環(huán)起布油、刮油、傳熱作用，有普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種?；钊h(huán)安裝時(shí)應(yīng)注意安裝位置和方向。

6. 曲軸的曲柄布置應(yīng)該使各缸點(diǎn)火順序均勻分布在720⁰曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。4缸機(jī)的點(diǎn)火順序只有1-2-4-3和1-3-4-2兩種。根據(jù)曲軸的曲柄布置和發(fā)火順序，可分析多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的工作狀況。

【復(fù)習(xí)思考題】

1.名詞解釋：一般式氣缸體、龍門式氣缸體、隧道式氣缸體、干式氣缸套、濕式氣缸套、半球形燃燒室、楔形燃燒室、浴盆形燃燒室、氣環(huán)、油環(huán)、矩形環(huán)、扭曲環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)、桶面環(huán)、普通油環(huán)、組合油環(huán)、點(diǎn)火順序、平分連桿、斜分連桿、活塞銷的全浮式安裝、半浮式安裝、全支承曲軸、非全支承曲軸。

2.試分析氣缸中氣體壓力的傳遞和分解。曲柄連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力的產(chǎn)生和平衡。

3.機(jī)體組件包括哪些零部件？拆裝時(shí)應(yīng)注意些什么問(wèn)題？

4.曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括哪些組件？拆裝時(shí)應(yīng)注意些什么問(wèn)題？

5.氣缸套有哪兩種形式？各有何特點(diǎn)？安裝時(shí)應(yīng)注意些什么？

6.汽油機(jī)燃燒室常見有幾種？各有何特點(diǎn)？

7.活塞結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？起何作用？

8.活塞環(huán)分哪兩大類？各起什么作用？其結(jié)構(gòu)各有何特點(diǎn)？安裝時(shí)應(yīng)注意些什么？

9.曲軸為什么要進(jìn)行軸向定位？如何定位？

10.飛輪的主要功用是什么？飛輪上的一些刻度有何作用？

11.已知某四缸四沖程汽油機(jī)工作順序?yàn)?-2-4-3，當(dāng)?shù)?缸處于排氣行程時(shí)，請(qǐng)分析其余各缸的工作行程？

12.分析所拆裝的發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程。

發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:41:00 |點(diǎn)擊數(shù)（）