曲柄連桿機構(gòu)--曲柄連桿組

1、n本章講述內(nèi)容：本章講述內(nèi)容： 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 機體組機體組2.3 2.3 活塞連桿組活塞連桿組2.4 2.4 曲軸飛輪組曲軸飛輪組第二章第二章 曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋2.3 2.3 活塞連桿組活塞連桿組 連桿襯套定位套筒活塞銷卡簧2-18組成：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿組成：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿1 1、作用：、作用：（1 1）構(gòu)成燃燒室；）構(gòu)成燃燒室； （2 2）傳遞動力。）傳遞動力。2 2、要求：、要求：鋁合金鋁合金(質(zhì)量小質(zhì)量小,導(dǎo)熱性好導(dǎo)熱性好);灰鑄鐵灰鑄鐵一、活塞一、活塞3 3、材料與工藝：、材料與工藝：（

2、1 1）材料：）材料： a a、共晶共晶鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）；鋁硅合金（鑄鋁、鍛鋁）； 特點：質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好。特點：質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好。 b b、組合式：上半部用鋼，下半部用鋁合金，沉頭螺組合式：上半部用鋼，下半部用鋁合金，沉頭螺 栓連接。栓連接。 特點：特點： 1 1、剛度好，高溫強度高；剛度好，高溫強度高； 2 2、耐磨（環(huán)槽）。、耐磨（環(huán)槽）。 （2 2）工藝：）工藝：a a、鑄造：、鑄造：質(zhì)量大，加工工序多；質(zhì)量大，加工工序多； b b、鍛造：、鍛造：居中；居中； c c、模鍛：、模鍛：質(zhì)量小，加工少。質(zhì)量小，加工少。 4 4、結(jié)構(gòu)特點：、結(jié)構(gòu)特點：（1 1）基本結(jié)構(gòu)：）基本結(jié)構(gòu)：由

3、頂部、頭部、裙部組成。由頂部、頭部、裙部組成。1活塞頂部活塞頂部 2活塞頭部活塞頭部 3活塞裙部活塞裙部 結(jié)構(gòu)簡單、制造結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、受熱面積容易、受熱面積小、應(yīng)力分布較小、應(yīng)力分布較均勻，多用在汽均勻，多用在汽油機上。油機上。凸起呈球狀、頂凸起呈球狀、頂部強度高，起導(dǎo)部強度高，起導(dǎo)向作用、有利于向作用、有利于改善換氣過程。改善換氣過程。凹坑的形狀、位置必凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。防止碰氣門。 a a、頂部：、頂部： 組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應(yīng)光潔，材料應(yīng)阻熱。組成燃燒室，易熱裂、壓碎，要求加工應(yīng)光

4、潔，材料應(yīng)阻熱。 活塞頭部活塞頭部n位置：位置：n 第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。n作用：作用： 安裝活塞環(huán)；安裝活塞環(huán)； 密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)；密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)； 將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。氣環(huán)槽氣環(huán)槽油環(huán)槽油環(huán)槽工作條件最工作條件最惡劣，應(yīng)離惡劣，應(yīng)離頂部遠(yuǎn)些。頂部遠(yuǎn)些?；钊N孔活塞銷孔活塞裙部活塞裙部n位置：位置： 從油環(huán)槽下端面從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。分，包括銷座孔。n作用：作用： 導(dǎo)向作用導(dǎo)向作用; 承受側(cè)壓力。承受側(cè)壓

5、力。（1 1）預(yù)先做成階梯形、錐形）預(yù)先做成階梯形、錐形 活塞沿高度方向的溫度很活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部下部低，膨脹量也相應(yīng)是上部大、下部小。為了使工作時活大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預(yù)先把活塞制成柱形，就必須預(yù)先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。上小下大的階梯形、錐形。 為使活塞在各種工況下均能與氣缸壁間保持合理的密為使活塞在各種工況下均能與氣缸壁間保持合理的密封和運動間隙，制造活塞是通常采取下列封和運動間隙，制造活塞是通常采取下列結(jié)構(gòu)措施：結(jié)構(gòu)措施：

6、（2 2）預(yù)先做成橢圓形。將銷座外端面在鑄）預(yù)先做成橢圓形。將銷座外端面在鑄造時凹陷造時凹陷0.5-1mm0.5-1mm，或截去一小部分。，或截去一小部分。 橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近正圓。向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近正圓。（3 3）活塞裙部開槽）活塞裙部開槽（汽油機）（汽油機）橫向絕熱槽橫向絕熱槽減少活塞頭的熱量向裙部擴散減少活塞頭的熱量向裙部擴散有的兼作油環(huán)回油孔有的兼作油環(huán)回油孔縱向膨脹槽縱向膨脹槽留有膨脹余地留有膨脹余地活塞強度降低活塞強度降低絕熱槽膨脹槽（4 4）采用雙金屬活塞：）采用雙金屬活塞： 為了減小鋁合

7、金活塞裙為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)鑄活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)鑄入或嵌入膨脹系數(shù)低的鋼片。入或嵌入膨脹系數(shù)低的鋼片。 恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)特點就是這樣的，由于恒范特點就是這樣的，由于恒范鋼為含鎳鋼為含鎳33%33%36%36%的低碳鐵的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的合金的1/101/10，而銷座通過恒，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。裙部的熱膨脹變形量。二、活塞環(huán)二、活塞環(huán)：（一）作用：（一）作用：2 2、油環(huán)：、油環(huán)：1 1、氣環(huán)：、氣

8、環(huán)：平均壽命：平均壽命： 6 6萬公里萬公里圖圖2-25 活塞環(huán)活塞環(huán)（1 1）密封（防止燃?xì)饴┤肭S箱）；密封（防止燃?xì)饴┤肭S箱）； 是是主要作用，是傳熱作用的前提。主要作用，是傳熱作用的前提。（2 2）傳熱（將活塞頭部吸收的）傳熱（將活塞頭部吸收的70%80%70%80%的熱量傳導(dǎo)給氣缸壁）。的熱量傳導(dǎo)給氣缸壁）。（1 1）潤滑（氣缸壁上鋪油膜）；）潤滑（氣缸壁上鋪油膜）； （2 2）刮油（氣缸壁上多余機油刮落回曲軸箱）；）刮油（氣缸壁上多余機油刮落回曲軸箱）； （3 3）輔助密封。）輔助密封。 （二）工作環(huán)境：（二）工作環(huán)境：（1 1）高溫、高壓、高速，潤滑不良，磨損嚴(yán)重；）高溫、高壓

9、、高速，潤滑不良，磨損嚴(yán)重； （2 2）交變的彎曲應(yīng)力。）交變的彎曲應(yīng)力。 （三）要求：（三）要求：（四）材料（四）材料：（1 1）足夠的強度、沖擊韌性；）足夠的強度、沖擊韌性； （2 2）耐高溫（第）耐高溫（第1 1道氣環(huán)）、耐磨。道氣環(huán)）、耐磨。 （1 1）一般用）一般用合金鑄鐵，少數(shù)高速強化柴油機用鋼片環(huán)以提高合金鑄鐵，少數(shù)高速強化柴油機用鋼片環(huán)以提高 彈力和沖擊韌性）；彈力和沖擊韌性）； （2 2）第第1 1道氣環(huán)的工作表面一般都鍍上多孔性鉻（硬度高，并道氣環(huán)的工作表面一般都鍍上多孔性鉻（硬度高，并 能儲存少量機油，以改善潤滑條件）；能儲存少量機油，以改善潤滑條件）； （3 3）其余氣

10、環(huán)一般鍍錫（鑄鋁活塞）或磷化（鍛鋁活塞）其余氣環(huán)一般鍍錫（鑄鋁活塞）或磷化（鍛鋁活塞） （以改善磨合性能）。（以改善磨合性能）。氣環(huán)的泵油作用氣環(huán)的泵油作用 矩形斷面的氣環(huán)矩形斷面的氣環(huán)隨活塞作往復(fù)運動時，隨活塞作往復(fù)運動時，會把氣缸壁上的機油會把氣缸壁上的機油不斷送人氣缸中。這不斷送人氣缸中。這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為“氣環(huán)的氣環(huán)的泵油作用泵油作用”。（1 1）增加了潤滑油的消耗；）增加了潤滑油的消耗；（2 2）火花塞沾油不跳火；）火花塞沾油不跳火；（3 3）燃燒室積炭增多，燃燒）燃燒室積炭增多，燃燒性能變壞；性能變壞；（4 4）環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓）環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性；活塞

11、環(huán)而失去密封性；（5 5）加劇了氣缸的磨損。）加劇了氣缸的磨損。 活塞環(huán)泵油作用的危害活塞環(huán)泵油作用的危害（2）氣環(huán)斷面形狀：氣環(huán)斷面形狀：1 1）扭曲環(huán)：扭曲環(huán)：（ a）正扭曲內(nèi)切環(huán)）正扭曲內(nèi)切環(huán)（b）反扭曲內(nèi)切環(huán)）反扭曲內(nèi)切環(huán)環(huán)的扭曲變形應(yīng)使環(huán)的端面與氣缸壁形成的楔形尖角向下。環(huán)的扭曲變形應(yīng)使環(huán)的端面與氣缸壁形成的楔形尖角向下。這樣，活塞向上運動時，因這樣，活塞向上運動時，因“油楔油楔”作用使環(huán)懸浮于氣缸作用使環(huán)懸浮于氣缸壁，改善潤滑，減少摩擦阻力；活塞向下運動時，向下刮壁，改善潤滑，減少摩擦阻力；活塞向下運動時，向下刮油。但如果裝反使尖角朝上，則活塞向上運動時，向上刮油。但如果裝反使尖角

12、朝上，則活塞向上運動時，向上刮油，機油消耗率劇增，排氣冒藍(lán)煙。油，機油消耗率劇增，排氣冒藍(lán)煙。 扭曲環(huán)的優(yōu)點：扭曲環(huán)的優(yōu)點：a)a)密封性、磨合性好（線接觸）；密封性、磨合性好（線接觸）； b)b)防止防止“泵油泵油”現(xiàn)象；現(xiàn)象； c)c)形成油楔，改善潤滑；形成油楔，改善潤滑； d)d)提高刮油能力。提高刮油能力。 2 2）錐面）錐面環(huán)：環(huán)：小錐角，不超過小錐角，不超過2 2，方，方向不可裝反。向不可裝反。 優(yōu)缺點同扭曲環(huán)，但仍有優(yōu)缺點同扭曲環(huán)，但仍有“泵油泵油”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 （d）錐面環(huán)）錐面環(huán)a)a)工藝性差（凸圓弧面難加工）；工藝性差（凸圓弧面難加工）； b)b)仍有仍有“泵油泵油”現(xiàn)

13、象?，F(xiàn)象。 優(yōu)點：優(yōu)點： 缺缺點：點：a)a)活塞上下移動時均能形成油楔作用，改善潤滑；活塞上下移動時均能形成油楔作用，改善潤滑； b)b)避免棱緣負(fù)荷，能很好適應(yīng)活塞的擺動及氣缸表面；避免棱緣負(fù)荷，能很好適應(yīng)活塞的擺動及氣缸表面； c)c)密封性改善。密封性改善。 3 3）桶面環(huán)：桶面環(huán)：與氣缸壁凸圓弧面接觸。與氣缸壁凸圓弧面接觸。 （f）桶面環(huán)）桶面環(huán)缺點是環(huán)上、下兩側(cè)平面難以精磨，工藝性差，仍有缺點是環(huán)上、下兩側(cè)平面難以精磨，工藝性差，仍有“泵油泵油”現(xiàn)象。現(xiàn)象。4）梯形）梯形環(huán)環(huán)： 如圖所示，側(cè)壓力方向的交替變化，使環(huán)槽間隙時如圖所示，側(cè)壓力方向的交替變化，使環(huán)槽間隙時而減小，時而增大

14、，間隙中的結(jié)焦被擠出，避免環(huán)而減小，時而增大，間隙中的結(jié)焦被擠出，避免環(huán)因粘結(jié)而折斷，常做第一道氣環(huán)。因粘結(jié)而折斷，常做第一道氣環(huán)。 梯形環(huán)梯形環(huán)間隙變化間隙變化作用：作用：布油布油( (活塞上行活塞上行) )刮油刮油( (活塞下行活塞下行) )密封密封( (輔助作用輔助作用) )（七）（七）油環(huán)油環(huán) 油環(huán)的結(jié)構(gòu)特點：油環(huán)的結(jié)構(gòu)特點： 油環(huán)油環(huán)： 置于最后一道環(huán)槽，置于最后一道環(huán)槽，背隙內(nèi)氣體壓力極低，因此，背隙內(nèi)氣體壓力極低，因此，油環(huán)置于氣缸內(nèi)時，必須具有油環(huán)置于氣缸內(nèi)時，必須具有較大的初始彈力。較大的初始彈力。 刮油片刮油片軸向襯簧軸向襯簧刮油片刮油片徑向襯簧徑向襯簧普通油環(huán)普通油環(huán) 組

15、合油環(huán)組合油環(huán) （3 3）油環(huán)分為兩種類型：）油環(huán)分為兩種類型：油環(huán)的刮油作用油環(huán)的刮油作用油環(huán)的刮油作用油環(huán)的刮油作用 將氣缸壁上多將氣缸壁上多余的機油刮下來經(jīng)余的機油刮下來經(jīng)活塞上的回油孔流活塞上的回油孔流回油底殼?；赜偷讱ぁＨ?、活塞銷與銷座三、活塞銷與銷座（一）活塞銷（一）活塞銷1 1、作用：、作用： 連接活塞和連桿小頭，傳遞動力。連接活塞和連桿小頭，傳遞動力。 2 2、要求：、要求：3 3、材料與工藝：、材料與工藝： 一般為低碳鋼或低碳合金鋼，經(jīng)表面滲碳或滲氮熱處理一般為低碳鋼或低碳合金鋼，經(jīng)表面滲碳或滲氮熱處理以提高心部沖擊韌性和表面硬度，然后進行精磨和研磨。以提高心部沖擊韌性和表面

16、硬度，然后進行精磨和研磨。（1 1）足夠的剛度、強度和沖擊韌性；）足夠的剛度、強度和沖擊韌性； （2 2）表面耐磨；）表面耐磨； （3 3）質(zhì)量小。）質(zhì)量小。 活 塞 銷圓柱形兩段截錐與一段圓柱結(jié)合兩段截錐形4 4、結(jié)構(gòu)特點：、結(jié)構(gòu)特點：管狀管狀 （1 1）等截面圓柱形）等截面圓柱形：易加工，但質(zhì)量大；：易加工，但質(zhì)量大； （2 2）兩段截錐形：等強度梁，質(zhì)量小，但難加工；）兩段截錐形：等強度梁，質(zhì)量小，但難加工； （3 3）組合形：居中。）組合形：居中。連桿連桿活塞銷活塞銷全浮式：全浮式：活塞銷能活塞銷能在連桿襯在連桿襯套和活塞套和活塞銷座中自銷座中自由擺動，由擺動，使磨損均使磨損均勻。勻。

17、半浮式：活半浮式：活塞中部與連塞中部與連桿小頭采用桿小頭采用緊固螺栓連緊固螺栓連接，活塞銷接，活塞銷只能在兩端只能在兩端銷座內(nèi)作自銷座內(nèi)作自由擺動。多由擺動。多用于小轎車用于小轎車形式形式: :全浮式（工作時自由轉(zhuǎn)動）、半浮式。全浮式（工作時自由轉(zhuǎn)動）、半浮式。5 5、活塞銷連接方式：活塞銷連接方式：四、連桿四、連桿1、作用：、作用： 連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸，使活塞的往復(fù)運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿小頭連桿小頭桿身桿身連桿連桿大頭大頭3 3、要求：、要求：在質(zhì)量盡可能小的前提下有足夠的剛

18、度和強度。在質(zhì)量盡可能小的前提下有足夠的剛度和強度。（1 1）連桿小頭連桿小頭：一般壓入減磨的錫青銅襯套，小頭頂部鑄有：一般壓入減磨的錫青銅襯套，小頭頂部鑄有 工藝凸臺，減重用；小頭頂部開有潤滑油槽，收集飛濺油工藝凸臺，減重用；小頭頂部開有潤滑油槽，收集飛濺油 霧，潤滑活塞銷。霧，潤滑活塞銷。 （2 2）桿身：通常做成桿身：通常做成“工工”字形斷面，以求在剛度足夠的前提字形斷面，以求在剛度足夠的前提下下 盡可能減少慣性質(zhì)量，有的桿身鉆有潤滑油道。盡可能減少慣性質(zhì)量，有的桿身鉆有潤滑油道。2 2、工作特點：工作特點：復(fù)雜平面運動，承受壓縮、拉伸、彎曲等交變載荷。復(fù)雜平面運動，承受壓縮、拉伸、彎曲

19、等交變載荷。 4 4、材料與工藝：、材料與工藝：中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成。中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成。 5 5、結(jié)構(gòu)特點：、結(jié)構(gòu)特點： 由連桿小頭、桿身、連桿大頭（包括連桿蓋）三部分組成。由連桿小頭、桿身、連桿大頭（包括連桿蓋）三部分組成。 通常做成分開式的，以便于拆通常做成分開式的，以便于拆裝活塞連桿組，被分開的部分叫連裝活塞連桿組，被分開的部分叫連桿蓋，兩者之間用連桿螺栓連接。桿蓋，兩者之間用連桿螺栓連接。連桿與連桿蓋之間有配對記號，拆連桿與連桿蓋之間有配對記號，拆裝時應(yīng)注意一致。裝時應(yīng)注意一致。 （3 3）連桿大頭：）連桿大頭： 連桿大頭具有保持油膜、減連桿大頭具有保持油膜、減少摩擦阻力和易于磨合的作用，少摩擦阻力和易于磨合的作用，主要有巴氏合金、銅鋁合金、高主要有巴氏合金、銅鋁合金、高錫鋁合金。軸瓦背面制有定位凸錫鋁合金。軸瓦背面制有定位凸鍵鍵，防止軸瓦轉(zhuǎn)動；軸瓦內(nèi)表面，