《汽車構造》全書教案-第二講：曲軸連桿機構

汽車構造教案課程名稱汽車構造課時5授課班級教學方式講授多媒體教學課題曲柄連桿機構任課教師教學目的與要求了解曲柄連桿機構組成及功用；熟知活塞連桿組結構特點，氣環(huán)密封原理；掌握曲軸結構特點；了解四缸發(fā)動機、六缸發(fā)動機曲拐布置形式；了解曲軸飛輪組的飛輪、扭轉減振器的工作原理、結構。重、難點.熟知活塞連桿組結構特點，氣環(huán)密封原理；.四缸發(fā)動機、六缸發(fā)動機曲拐布置形式；.曲軸飛輪組的飛輪、扭轉減振器的工作原理、結構。主要內容2.1概述2.1.1功用與組成曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)能量轉換的主要機構。它的功用是把燃氣作用在活塞頂上的力轉變?yōu)榍S的扭矩，以向工作機械輸出機械能。曲柄連桿機構的主要組成件可以分成三組：機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組。.氣缸體與曲軸箱組主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、氣缸套、氣缸襯墊、油底殼等機件。.活塞連桿組主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等機件。.曲軸飛輪組主要包括曲軸、飛輪、扭轉減振器等機件。2.1.2受力分析曲柄連桿機構工作條件的特點高溫、高壓、高速和化學腐蝕。曲柄連桿機構的受力有氣體作用力、運動質量的慣性力、相對運動件接觸表面的摩擦力以及外界阻力等，一般在受力分析時忽略摩擦力，主要討論氣體作用力和慣性力。1.氣體作用力在每個工作循環(huán)中，氣體作用力始終存在并不斷變化。但由于進氣，排氣兩行程中氣體作用力較小，對機件影響不大。故這里主要研究作功和壓縮兩行程中氣體作用力。備注E*j=1y1+EZrMEM9%小.?1*1uH*功―福Eh>n<W=rra2.往復慣性力與離心力作往復運動的物體，當運動速度變化時，就要產(chǎn)生往復慣性力。物體繞某一中心作旋轉運動時，就會產(chǎn)生離心力。這兩種力在曲柄連桿機構的運動中都是存在的，往復慣性力是指活塞組件和連桿小頭在氣缸中作往復直線運動所產(chǎn)生的慣性力，用F表示，其大小與機件的質量及加速度成正比，其方向總與加速度的方向相反?；钊跉飧變鹊倪\動速度很高，而且數(shù)值在不斷變化。當活塞從上止點向下止點運動時，其速度變化規(guī)律是：從零開始，逐漸增大，臨近中間達最大值，然后又逐漸減小至零。也就是說，當活塞向下運動時，前半行程是加速運動，慣性力向上，以Fj表示；后半行程是減速運動，慣性力向下，以Fj表示。如圖2-2a所示。同理，當活塞向上時，前半行程慣性力向下，后半行程慣性力向上。如圖2-2b所示?；钊?、活塞銷和連桿小頭的質量愈大，曲軸轉速愈大，則往復慣性力也愈大。它使曲柄連桿機構的各零件和所有軸頸承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，還會引起發(fā)動機的振動。離心力是指偏離曲軸軸線的曲柄、曲柄銷和連桿大頭繞曲軸軸線作圓周運動產(chǎn)生的旋轉慣性力，簡稱離心力，用Fe表示，其大小與曲柄半徑、旋轉部分的質量及曲軸轉速有關，其方向沿曲柄半徑向外。曲柄半徑長、旋轉部分質量大，曲軸轉速高，則離心力大。離心力幾在垂直方向的分力Fey與往復慣性力Fj方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動機的上、下振動。.而水平方向的分力Fex,則使發(fā)動機產(chǎn)生水平方向振動。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又一附加載荷，增加它們的變形和磨損。3摩擦力任何一對互相壓緊并作相對運動的零件表面之間都存在摩擦力，其大小與對摩擦面形成的正壓力和摩擦系數(shù)成正比，其方向與相對運動的方向相反。摩擦力是造成零件配合表面磨損的根源。上述各種力，作用在曲柄連桿機構和機體的各有關零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉等不同形式的載荷。為了保證工作可靠，減少磨損，在結構上必須采取相應的措施。

M用3M用3包汁更枷性力忡禹心力作用情猊東京田口齒疑在上點仃程時的慣控力微;信霜存:［半為銀時的慣性力2.2氣缸體與曲軸箱組一、氣缸體.概念：缸體水冷式發(fā)動機的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體，稱為缸體。氣缸氣缸體上半部有若干個為活塞在其中運動導向的圓柱形空腔，稱為氣缸。曲軸箱下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。.氣缸體要求：氣缸體應具有足夠的剛度和強度。氣缸內壁經(jīng)過精加工，時期工作表面的粗糙度、形狀和尺寸精度都比較高。3分類：（1）根據(jù)其具體結構型式一般式氣缸體、龍門式氣缸體和隧道式氣缸體H）H）圖2-3氣缸體示意圖h）?般式氣缸體；b）龍門式氣缸體；°）隧道式氣缸體1-氣缸體;2-水套；3-凸輪軸孔套；4-加強筋;5-濕缸套6主軸承座；7-把軸承座孔；8-安裝油底殼的加工面9-安裝主軸承蓋的加工面一般式氣缸體發(fā)動機的曲軸軸線與曲軸箱分開面在同一平面上的為一般式氣缸體，特點是便于機械加工，但剛度較差，曲軸前后端的密封性較差，多用于中小型發(fā)動機，富康ZX轎車TU3.2K發(fā)動機，夏利376Q,MAZDAB6型發(fā)動機的氣缸體即屬于這種結構。龍門式氣缸體發(fā)動機的曲軸軸線高于曲軸箱分開面的則稱為龍門式氣缸體。特點是結構剛度和強度較好，密封簡單可靠，維修方便，但工藝性較差。桑塔納、捷達、奧迪、解放CA1091型汽車用CA6102發(fā)動機屬于這種結構。圖2-4為上海桑塔納發(fā)動機的氣缸體，它是四缸、水冷、全支承、無缸套、等缸心距、龍門式合金鑄鐵氣缸體，其結構特點是強度剛度好，結構緊湊輕巧。圖2-4上海桑塔納發(fā)動機氣缸隧道式氣缸體隧道式氣缸體的主軸承孔不分開，其特點是其結構剛度比龍門式的更高，主軸承的同軸度易保證，但拆裝比較麻煩，多用于主軸承采用滾動軸承的組合式曲軸，如圖2—3c所示黃河JN1181C13型汽車6135Q型發(fā)動機采用隧道式氣缸體。轎車用發(fā)動機的機體，一般采用如下兩種結構形式：平底式機體和龍門式機體（2）汽車發(fā)動機氣缸排列型式基本上有三種：單列式、V型和對置式如圖2—5所示。圖氣位 排列格式單列式（直列式）特點：發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的。但為了降低發(fā)動機的高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至是水平的。這種排列型式其氣缸體結構簡單，加工容易，但長度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動機多用單列式；應用車型：如桑塔納、捷達、富康、一汽奧迪100型和解放CA1091型等汽車的發(fā)動機。V型發(fā)動機將氣缸排成二列，特點：其氣缸中心線的夾角y<180°它的特點是縮短了發(fā)動機的長度，降低了發(fā)動機高度，增加了氣缸體的剛度，質量也有所減輕，但加大了發(fā)動機寬度，且形狀復雜，加工困難，一般多用于缸數(shù)多的大功率發(fā)動機上。應用車型：現(xiàn)在八缸以上的發(fā)動機多采用V型布置，如紅旗8V100型發(fā)動機（Y=90°）。但部分六缸轎車也采用V型布置，如奧迪2.6L發(fā)動機（y=90°）。大多用在大排量高功率高級轎車上。缺點是形狀復雜，加工較為困難。對置氣缸式對置氣缸式發(fā)動機的高度比其他型式的小得多，在某些情況下，使得汽車（特別是轎車和大型客車）的總布置更為方便，這種布置的發(fā)動機在轎車中應用不多。二、氣缸套作用：由于氣缸體的材料一般采用優(yōu)質灰鑄鐵、球墨鑄鐵，為提高耐磨性，有時在鑄件中加入少量合金元素如鎳、鉬、鉻、磷等，有些氣缸進行了表面處理，如表面淬火、鍍鉻、磷化等；有的則可從材料、加工精度和結構等方面來考慮。在有些負荷比較輕，缸徑又不大的汽油機中，在氣缸體上直接加工出氣缸內壁。鋁合金缸體耐磨性不好，必須在氣缸體內鑲人氣缸套，形成氣缸工作表面。分類：氣缸套有干式和濕式兩種，如圖2-6所示。a） b） c）圖2-6氣缸套干式；b）>c”顯式1-氣缸套：2-水套；3-氣缸體彈膠密封圈；△一下支承密封帶；方-上支承定位鄰向套口緣平面干式缸套不直接與冷卻水接觸，如圖2—6a所示。鑲干式缸套，它是在氣缸體上壓入特殊耐磨性好的合金鑄鐵的缸套或合金鋼缸套。壁厚一般為1?3mm,氣缸體可用一般普通鑄鐵制作（或鋁）。濕式氣缸套（圖2-6b）則與冷卻水直接接觸，壁厚一般為5?9mm。氣缸套的外表面有兩個保證徑向定位的凸出的圓環(huán)帶A和B,分別稱為上支承定位帶和下支承密封帶。氣缸套的軸向定位是利用上端的凸緣以為了密封氣體和冷卻水，有的氣缸套凸緣C下面還有紫銅墊片。濕式氣缸套密封:氣缸套的上支承定位帶直徑略大，與氣缸套座孔配合較緊密。下支承密封帶與座孔配合較松，通常裝有1—3道橡膠密封圈來封水。常見的密封結構型式有兩種。一種型式是將密封環(huán)槽開在缸套上，將具有一定彈性的橡膠密封圈4裝入環(huán)槽內，如圖2—6b所示。另一種型式是將安置密封圈的環(huán)槽開在氣缸體上，這種結構的工藝性較差，故應用較少，如圖2—6c所示。氣缸套的安裝：氣缸套裝入座孔后，通常氣缸套頂面略高出氣缸體上平面0.05?0.15mm。這樣當緊固氣缸蓋螺栓時，可將氣缸蓋襯墊壓得更緊，以保證氣缸的密封性，防止冷卻水和氣缸內的高壓氣體竄漏。濕式氣缸套的優(yōu)點是在氣缸體上沒有封閉的水套，鑄造方便，容易拆卸更換，冷卻效果較好。其缺點是氣缸體的剛度差，易于漏氣漏水。氣缸套冷卻：為保證氣缸表面能在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋及時加以冷卻。冷卻方式有兩種：一種用水來冷卻（水冷）；另一種直接用空氣來冷卻（風冷）。汽車發(fā)動機較多采用水冷發(fā)動機，用水冷卻時氣缸周圍和氣缸蓋中均有用以充水的空腔，稱為水套，如圖2-7所示。氣缸體和氣缸蓋上的水套是相互連通的。利用水套中的冷卻水流過高溫零件的周圍而將熱量帶走。發(fā)動機用空氣冷卻時，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，保證散熱充分，如圖2-8所示。一般風冷發(fā)動機的氣缸體與曲軸箱是分開鑄造的。圖2-7水冷發(fā)動機的氣缸體和氣缸蓋1?氣缸;2-水套;3-氣缸蓋;4-燃燒室;5-氣缸墊三、氣缸蓋、氣缸襯墊和氣門室罩.氣缸蓋作用：氣缸蓋的主要功用是封閉氣缸上部，并與活塞頂部和氣缸壁一起形成燃燒室。組成：氣缸蓋內部有與氣缸體相通的冷卻水套，應有進、排氣門座及氣門導管孔和進、排氣通道，有燃燒室、火花塞座孔（汽油機）或噴油器座孔（柴油機），上置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還有用以安裝凸輪軸的軸承座。'白2-9 f-.泣平受」外學內存行彳：么i"j仞LII<J茲4力行L，c.缶「，冷<.擊I：,；.：2-，己￡「+N：3-仞Lill）CjJ；4-，工缶I，流*W；f-/f1紜；e>_/C,；7-%“Zfh湍分類：在多缸發(fā)動機中，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。特點：采用整體氣缸蓋可以縮短氣缸中心距和發(fā)動機的總長度，其缺點是剛性較差，在受熱和受力后容易變形而影響密封；損壞時須整個更換。整體式氣缸蓋多用于缸徑小于105mm的汽油發(fā)動機上。缸徑較大的發(fā)動機常采用單體氣缸蓋或塊狀氣缸蓋。由于氣缸蓋形狀復雜，材料：一般都采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，CA6102型發(fā)動機采用銅鉬低合金鑄鐵鑄造的整體式氣缸蓋；目前，鋁合金鑄造的缸蓋，有取代鑄鐵的趨勢，如桑塔納、捷達、富康等轎車發(fā)動機均采用鋁合金材料鑄造而成的整體式氣缸蓋。因鋁的導熱性比鑄鐵好，有利于提高壓縮比，以適應高速高負荷強化汽油機散熱及提高壓縮比的需要。鋁合金氣缸蓋的缺點是剛度低，使用中容易變形。.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。對燃燒室有如下基本要求：一是結構盡可能緊湊，充氣效率要高，以減小熱量損失及縮短火焰行程；二是使混合氣在壓縮終了時具有一定渦流運動，以提高混合氣燃燒速度，保證混合氣得到及時和充分燃燒；三是表面要光滑，不易積炭。汽油機常用燃燒室形狀有以下幾種，如圖2-10所示：h) b) r)圖-汽油機的燃燒室形狀G楔形燃燒室內）盆形燃燒室:用半球形燃燒室（1）楔形燃燒室（圖2-10a）結構較簡單、緊湊。在壓縮終了時能形成擠氣渦流，因而燃燒速度較快，經(jīng)濟性和動力性較好。解放CA6102型發(fā)動機均采用楔形燃燒室。（2）盆形燃燒室（圖2-10b）結構也較簡單、緊湊。捷達EA113型發(fā)動機采用了這種燃燒室。（3）半球形燃燒室（圖2—10c）結構較前兩種更緊湊。但因進排氣門分別置于缸蓋兩側，故使配氣機構比較復雜。但由于其散熱面積小，有利于促進燃料的完全燃燒和減少排氣中的有害氣體，對排氣凈化有利。富康轎車發(fā)動機就采用了這種燃燒室。3氣缸墊氣缸蓋與氣缸體之間置有氣缸蓋襯墊，又稱氣缸床。功用是填補氣缸體與缸蓋結合面上的微觀孔隙，保證結合面處有良好的密封性，進而保證燃燒室的密封，防止氣缸漏氣和水套漏水。分類：金屬一石棉氣缸墊石棉中間夾有金屬絲或金屬屑，且外覆銅皮或鋼皮。水孔和燃燒室周圍另用鑲邊增強，以防被高溫燃氣燒壞，這種氣缸墊壓緊厚度為1.2?2mm，有很好的彈性和耐熱性，能重復使用，但強度較差，厚度和質量也不均勻。實心金屬片氣缸墊，這種氣缸墊多用在強化發(fā)動機上，故轎車和賽車上較多采用這種氣缸墊。這種氣缸墊由單塊光整冷軋低碳鋼板制成，很多強化的汽車發(fā)動機采用實心的金屬片作為氣缸蓋襯墊，例如，紅旗轎車發(fā)動機即采用所示的鋼板襯墊。這種襯墊在需要密封的氣缸孔和水孔、油孔周圍沖壓出一定高度的凸紋，利用凸紋的彈性變形實現(xiàn)密封。有的發(fā)動機采用在石棉中心用編織的鋼絲網(wǎng)（圖1-11c）或有孔鋼板（沖有帶毛刺小孔的鋼板）（圖2—11d）為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結劑壓成的氣缸蓋襯墊。近年來，國內正在試驗采用膨脹石墨作為襯墊的材料。有的發(fā)動機采用了較先進的加強型無石棉氣缸墊結構，在氣缸口密封部位采用五層薄鋼板組成，并設計成正圓形，沒有石棉夾層，從而消除了氣囊的產(chǎn)生，在油孔和水孔處均包有鋼護圈以提高密封性。CA6102Q發(fā)動機就采用了這種氣缸墊，安裝氣缸蓋襯墊時，應注意安裝方向。一般是襯墊卷邊的一面朝氣缸蓋，光滑面朝氣缸體安裝：也可根據(jù)標記或文字要求進行安裝，如襯墊上的文字標記"TOP”表示朝上，“FRONT"表示朝前。4.氣門室罩在氣缸蓋上部有一起到封閉和密封作用的氣門室罩，如圖2—12所示，氣門室罩結構比較簡單，一般用薄鋼板沖壓而成，上設有加注機油用的注油孔。氣門室罩與氣缸蓋之間設有一密封墊。2.2.3油底殼油底殼主要作用是貯存機油和封閉曲軸箱，同時也可起到機油散熱作用。油底殼一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機總體結構和機油容量，有些發(fā)動機油底殼采用鋁合金鑄造而成，在底部還鑄有相應的散熱片，以利于散熱。為保證發(fā)動機縱向傾斜時機油泵仍能吸到機油，油底殼中部做得較深，并在最深處裝有放油塞,有的放油塞是磁性的，能吸集機油中的金屬屑，以減少發(fā)動機運動零件的磨損。油底殼內還設有擋油板，防止汽車振動時油面波動過大。5.發(fā)動機的支承發(fā)動機一般通過氣缸體和飛輪殼或變速器殼支承在車架上，發(fā)動機的支承方法，一般有三點支承和四點支承兩種，2.3活塞連桿組活塞組和連桿組組成活塞連桿組。活塞組主要由活塞、活塞環(huán)和活塞銷組成，連桿組由連桿體、連桿蓋、連桿軸瓦和連稈螺栓等組成。如圖2—15所示。

圖2-15砧窿連桿組La3壞1片油環(huán)刮片叫油壞村國?$話‘星；&活算銷*7活席銷內環(huán)；由-連懺級通-隹環(huán)村食；2連桿」1i-iiH?蝶性”"連桿蠱11E-連桿螺母IM選桿軸瓦一、活塞.活塞的功用：一是活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。二是承受氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸旋轉。.活塞的工作環(huán)境：活塞是在高溫、高壓、高速、潤滑不良和散熱困難的條件下工作；由于活塞頂部直接與高溫燃氣接觸，燃氣的最高溫度可達2500K以上。因此，活塞的溫度也很高，其頂部的溫度通常高達600?700K。高溫一方面使活塞材料的機械強度顯著下降，另一方面會使活塞的熱膨脹量增大，容易破壞活塞與其相關零件的配合?；钊敳吭谧鞴π谐虝r，承受著燃氣的帶有沖擊性的高壓力。對于汽油機活塞，瞬時壓力最大值可達3?5MPa。對于柴油機活塞，其最大值可達6?9MPa,采用增壓時則更高。高壓還將導致活塞的側壓力更大，從而加速活塞外表面的磨損，增加活塞變形量。一般汽車用汽油機轉速為4000?6000r/min,活塞在氣缸中的平均速度可達8?12m/s,其瞬間速度會更高。由受力分析可知，活塞運動速度的大小和方向在不斷地變化，會引起很大的慣性力，使曲柄連桿機構的各零件和軸承承受附加的載荷?；钊惺艿臍鈮毫蛻T性力是呈周期性變化的，因此，活塞的不同部分會受到交變的拉伸、壓縮或彎曲載荷；并且由于活塞各部分的溫度極不均勻，活塞內部將產(chǎn)生一定的熱應力，從而引起活塞的變形、磨損等各種損壞。由于活塞直接與高溫燃氣接觸，同時還受周期性變化的氣體壓力和慣性力的作用，要求活塞具有足夠的剛度和強度，良好的導熱性和耐磨性，質量要小，以保持最小的慣性力，熱膨脹系數(shù)小和導熱性好，活塞與缸壁間較小的摩擦系數(shù)等。目前廣泛采用的活塞材料是鋁合金，如桑塔納發(fā)動機所用的活塞是由Si-Cu?Mg過共晶鋁合金鑄造的。相比較鋁合金活塞具有質量?。s為同樣結構的鑄鐵活塞的50%?70%）,導熱性好（約為鑄鐵的3倍）的優(yōu)點。鋁合金活塞缺點是熱膨脹系數(shù)較大，在溫度升高時，強度和硬度下降較快。一般要在結構設計，機械加工或熱處理上采取措施加以彌補。近年來柴油機的活塞又啟用灰鑄鐵材料，以發(fā)揮其成本低、耐熱性好、膨脹系數(shù)小的優(yōu)勢。新設計的灰鑄鐵活塞的質量比鋁合金的還輕，活塞結構采取薄頂、楔形單銷座、只在側壓力的方向保留裙部、噴油冷卻等措施。.活塞的基本構造可分頂部，頭部和裙部三部分，如圖2-16所示。圖2-16活塞的甚本結構?u）全劑；部分刑I-活章預；2-送室頭；3-活富環(huán)；4-活塞銷座;5-酒家鈉：6-浦店銷鋤環(huán)；7-福富田J川燦汕；）-環(huán)刖（1）活塞頂部分類平頂活塞優(yōu)點是吸熱面積小，制造工藝簡單。凹頂活塞有些汽油機為了改善混合氣形成和燃燒而采用凹頂活費圖2—17b）。凹坑的大小還可以用來調節(jié)發(fā)動機的壓縮比。凸頂活塞二沖程汽油發(fā)動機通常采用凸頂活塞（圖2-17c）。柴油機的活塞頂部為與柴油機混合氣的形成或與燃燒要求相適應，常常設有各種各樣的凹坑。活塞頂部應力求光潔。圖2T7活塞頂部形狀a）平頂;b）四頂;c）凸頂（2）活塞頭部活塞頭部是指活塞最下一道環(huán)槽以上部分包括火力岸和環(huán)帶部分。作用：承受氣體壓力，并將力通過活塞銷座、銷傳給連桿；同時與活塞環(huán)一起實現(xiàn)氣缸的密封；將活塞頂所吸收的熱量通過活塞環(huán)傳導到氣缸壁上。環(huán)槽的結構和特點：頭部切有若干道用以安裝活塞環(huán)的環(huán)槽。汽油機一般有2?3道環(huán)槽，上面1?2道用以安裝氣環(huán)，下面一道用以安放油環(huán)。在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，油環(huán)從氣缸壁上刮下來的多余機油，得以經(jīng)過這些小孔流回油底殼。頂環(huán)槽以上的部分稱作火力岸。汽油機的火力岸高度較柴油機小很多，這是為了使活塞頂，以最短的距離從活塞環(huán)傳走以降低頂部溫度并可防止高溫爆燃?；钊^部相對活塞其他部分做得較厚，以便于熱量從活塞頂經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸的冷卻壁面上，從而防止活塞頂部的溫度過高?；钊^部切有若干道用以安裝活塞環(huán)的環(huán)槽。轎車用汽油機由于轉速較高，大都采用二道氣環(huán)和一道油環(huán)的結構。并向一道氣環(huán)一道油環(huán)方向探索。轎車用柴油機活塞由于轉速不斷提高.也從三通氣環(huán)一道油環(huán)發(fā)展到二道氣環(huán)一道油環(huán)的配置鋁合金材料硬度的下降，再加上活塞環(huán)與環(huán)槽的相對運動，在強化的柴油機中，活塞工作過程中，隨著熱負荷的增加.更加速了環(huán)槽的磨損，頂環(huán)槽會產(chǎn)生嚴重磨損和熱裂紋。為了保護和加強活塞環(huán)槽，可在鋁合金活塞環(huán)槽部位鑄入由耐熱材料制造的環(huán)槽護圈，以增強環(huán)槽的耐磨性如圖2-18所示。采用奧氏體鑄鐵護圈后，環(huán)槽的壽命可以提高3~10倍。圖2T8活踽環(huán)槽護圈過一道護圈山）兩道護圈活塞裙部活塞裙部是指油環(huán)槽下端以下部分。其作用是為活塞在氣缸內作往復運動導向和承受側壓力。作用：活塞在工作時會產(chǎn)生機械變形和熱變形。所謂機械變形是指活塞在氣體壓力Fp和側壓力Fp2的作用下，其裙部直徑在活塞銷軸線方向上增大，而熱變形是指活塞銷座處金屬堆積，并在受熱后膨脹致使裙部直徑在活塞銷軸線方向增加。這兩種變形的最后結果就是活塞工作時產(chǎn)生機械變形和熱變形?；钊共繖M斷面變成長軸在活塞銷軸線方向上的橢圓，如圖2—19所示。a) b)圖2—19活塞裙部的變形a）熱變形；b）側壓力變形橢圓作用：為了使活塞在正常溫度下與氣缸壁間保持有比較均勻的間隙，以免在氣缸內卡死或引起局部磨損，必須預先在冷態(tài)下把活塞加工成其裙部斷面為長軸垂直于活塞銷方向的橢圓形。為了減少銷座附近處的熱變形量，有的活塞將銷座附近的裙部外表面制成下陷0.5mm?1.0mm。

圖2一加腳網(wǎng)活塞示意圖活塞沿軸線方向溫度分布和質量分布都不均勻。為了使鋁合金活塞在工作狀態(tài)（熱態(tài)）下接近一個圓柱形，有的活塞將其頭部的直徑制成上小下大的截錐形或階梯形（圖2-20），或將活塞裙部制成上小下大的截錐形。有的活塞為了更好的適應其熱變形，使活塞裙部制成變橢圓即在裙部的不同部位其橢圓度不同，橢圓度由下而上逐漸增大，即裙部橫截面越往上越扁，在活塞上下運動時易形成“油楔”能保證裙部有良好的潤滑條件及較高的承載能力。裙部的分類活塞裙部要有一定的長度和足夠的面積，以保證可靠導向和減輕磨損。裙部的基本形狀為一薄壁圓筒，若該圓筒為完整的稱為全裙式。許多高速發(fā)動機為了減小活塞質量，在活塞不受作用力的兩側，即沿銷座孔軸線方向的裙部切去一部分，形成拖鞋式裙部，這種結構的活塞裙部彈性較好，可以減小活塞與氣缸的裝配間隙。如圖2-21所示。圖茗二拖鞋式活塞“n”形槽（圖2-22c）或"T”形，如圖2-22a、b所示。作用：其中橫槽的作用是切斷從活塞頭部向裙部傳輸熱流的部分通道。以減少從頭部到裙部的傳熱，從而使裙部的熱膨脹量減少。橫槽還可兼作油孔。縱槽使裙部具有彈性，從而使冷態(tài)下的裝配間隙得以盡可能小，而在熱態(tài)下又因切槽的補償作用，活塞不致在氣缸中卡死。因裙部開縱槽的一面剛度較小，故裝配時應注意使縱槽位于作功行程中不承受側壓力的裙部面上，即從發(fā)動機前面向后看的右面?？v槽與活塞底面不垂直，可以防止活塞在運動中劃傷氣缸壁?？v槽一般不開到裙底，以免過分削弱裙部的剛度。b）圖2—2N切槽式強性弱部活塞留出）口形四槽山）、c-，T形槽恒范鋼片式、筒形鋼片式為了限制活塞裙部的膨脹量，目前在汽車上廣泛采用雙金屬活塞。根據(jù)其結構和作用原理不同，雙金屬活塞可分為恒范鋼片式、筒形鋼片式等。鑄鋁活塞的裙部有的鑲鑄圓筒式鋼片，如圖2-23所示。這是在澆鑄時，將鋼筒夾在鋁合金中，由于鋁合金的膨脹系數(shù)大于鋼，冷卻后位于鋼筒外的鋁合金就緊壓在鋼筒上，使外層鋁合金的收縮量受到鋼筒的阻礙而減小，同時產(chǎn)生預應力（鋁合金為拉應力，鋼筒為壓應力）。鋼筒內側鋁合金層由于與鋼筒沒有金屬結合，就無阻礙地向里收縮，在二者之間形成一道“收縮縫隙”。當溫度升高時，內層合金的膨脹先要清除“收縮縫隙”，而后推動鋼筒外脹，外層合金與鋼筒的膨脹則首先要消除預應力，從而減小了活塞的膨脹量。b)圖2一部:錮輯形鋼片的活塞。小塞裙部鑲情形鋸片上）筒形鋼片的形狀在活塞銷座中鑲鑄恒范鋼片的活塞，恒范鋼是含鎳33%?36%的合金鋼，其線膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10左右，以“恒范鋼片”來牽制活塞裙部的熱膨脹。圖2-24所示為鑲鑄恒范鋼片的活塞的結構。才一才I圖ET4恒范鋼片活塞優(yōu)點：采取了上述結構措施以后，活塞裙部與氣缸壁之間的冷態(tài)裝配間隙便可減小，使發(fā)動機不產(chǎn)生冷“敲缸”現(xiàn)象。對于新裝配的活塞裙部和氣缸表面，為了改善其磨合性，通常都對活塞裙部進行表面處理。汽油機鑄鋁活塞的裙部外表面鍍錫；柴油機鑄鋁活塞的裙部外表面磷化；對于鍛鋁活塞，在裙部的外表面上可涂以石墨。活塞裙部的銷孔是用以安裝活塞銷的，位于活塞裙部的上部，為厚壁圓筒結構，用以安裝活塞銷。故活塞銷座的作用是將活塞頂部氣體作用力經(jīng)活塞銷傳給連桿。銷座通常有肋片與活塞內壁相連，以提高其剛度。銷座孔內接近外端面處車有安放彈性鎖環(huán)的鎖環(huán)槽，鎖環(huán)用來防止活塞銷在工作中發(fā)生軸向竄動。加工時，銷座孔要求有很高的精度，并與活塞銷進行分組選配，以達到高精度的配合，銷座孔的尺寸分組通常用色漆標于銷座孔下方的外表面。銷孔的中心線一般位于活塞中心線的平面內，但有些高速汽油機的銷孔中心線偏離活塞中心線平面，如圖2-31所示。圖中銷孔軸線向在作功行程中受側向力的一面偏移了一段距離e（一般為l?2mm），這是為了防止活塞在越過上死點時發(fā)生“敲缸”現(xiàn)象，從而降低噪聲。但這種活塞偏置的結構，卻使裙部兩端的尖角負荷增大，引起這些部位的磨損或變形增大，這就要求活塞與缸壁的間隙盡可能地減小。

圖L2S活期精偏置時的匚作情況圖L2S活期精偏置時的匚作情況G活塞銷對中相置iI門油塞錯偏移布置2.3.2活塞環(huán)一、.活塞環(huán)的分類：氣環(huán)、油環(huán)1、氣環(huán)又稱壓縮環(huán)，其作用活塞與氣缸壁間的密封，防止氣缸中的高溫、高壓燃氣大量漏入曲軸箱，還將活塞頂部的熱量傳導到氣缸壁，再由冷卻水或空氣帶走。一般發(fā)動機上每個活塞裝有2~3道氣環(huán)。2、油環(huán)的作用：油環(huán)用來刮除氣缸壁上多余的機油，并在氣缸壁上布上一層均勻的油膜.樣既可以防止機油竄入氣缸燃燒，又可以減小活塞、活塞環(huán)與氣缸的磨損和摩擦阻力。此外，油環(huán)也起到密封的輔助作用。通常發(fā)動機有1~2道油環(huán)。3、工作環(huán)境：活塞環(huán)是在高溫、高壓、高速以及潤滑困難的條件下工作的。它的運動情況很復雜，一方面與缸壁間有相對高速的滑動摩擦。另一方面由于活塞環(huán)對活塞環(huán)槽側面的上下撞擊。高溫使環(huán)的彈力下降，潤滑變壞。尤其第一環(huán)工作條件最為惡劣。故活塞環(huán)是發(fā)動機所有零件中工作壽命最短的。當活塞環(huán)磨損、損壞或失效時，將出現(xiàn)發(fā)動機起動困難，功率不足，曲軸箱內壓力升高，通風系統(tǒng)嚴重冒煙，機油消耗增大，排氣冒藍煙，燃燒室、活塞等表面嚴重積炭等不良狀況。4、活塞環(huán)常用的材料：目前汽車上廣泛應用的是合金鑄鐵（在優(yōu)質灰鑄鐵中加入少量銅、鉻、鉬等合金元素）。第一環(huán)承受著很大的沖擊負荷，因此要求材料除了有好的耐磨性、耐熱性、磨合性、導熱性以外，還應有高的強度、沖擊韌性和足夠的彈性。一些發(fā)動機的第一道氣環(huán)，甚至所有氣環(huán)，其外圓柱表面一般都鍍上多孔性倍或噴鑰，以減緩活塞環(huán)和氣缸的磨損。多孔性鉻層硬度高，并能貯存少量機油，以改善潤滑條件，使環(huán)的使用壽命提高2?3倍。其余氣環(huán)還可鍍錫或磷化處理，以改善磨合性能。在高速強化的柴油機上，還可以采用鋼片環(huán)來提高彈力和沖擊韌性。用粉末冶金的金屬陶瓷和聚四氟乙烯制造的活塞環(huán)也在國外試用。5、活塞的三隙：如圖2-26所示。A一彳放大圖2-26活塞的間隙端隙又稱為開口間隙，是活塞環(huán)2裝入氣缸1后，該環(huán)在上止點時環(huán)的兩端頭的間隙或活塞環(huán)在標準環(huán)內兩端頭的間隙。一般為0.25~0.50mm之間。如圖2-26所示4。側隙又稱邊隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，其側面與活塞環(huán)槽3之間的間隙。第一環(huán)因工作溫度高，一般為0.04~0.10mm；其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)的側隙較小，一般為0.025?0.07mm。如圖2-26所示胃。背隙是活塞及活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.5?1mm,油環(huán)的背隙較氣環(huán)大，目的是增大存油間隙，以利于減壓泄油。如圖2-26所示A3。6.氣環(huán)的密封原理活塞環(huán)在自由狀態(tài)時不是圓環(huán)形，其外形尺寸比氣缸內徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力F1而緊貼在氣缸壁上，形成第一密封面。使燃氣不能通過環(huán)與氣缸的接觸面之間的間隙?；钊h(huán)在燃氣壓力作用下，壓緊在環(huán)槽的下端面上，形成第二密封面。于是燃氣便繞流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時，燃氣壓力對環(huán)背的作用力F2使環(huán)更緊地貼在氣缸壁上形成對第一密封面的第二次密封，如圖2—27所示。圖2—27氣環(huán)的宙封原理

（作功的前半行程）1-第一密封面；2-第二密封面；/>-第一密封面的壓緊力；Pb-第二密封面的壓緊力；氣缸內氣體壓力；G-環(huán)側氣體壓力；ZV背壓力；A-環(huán)的彈力；環(huán)的慣性力；4環(huán)與缸壁的摩擦力燃氣從第一道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時壓力已有所降低的，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上。于是，燃氣又繞流到這個環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進一步降低。如此繼續(xù)進行下去。從最后一道氣環(huán)漏出來的燃氣，其壓力和流速已經(jīng)大大減小，因而泄漏的燃氣量也就很少了，各環(huán)氣體壓力遞減情況如圖2-28所示。因此，為數(shù)很少的幾道切口相互錯開的氣環(huán)所構成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對氣缸中的高壓燃氣進行有效的密封。通常汽油機設育道氣環(huán)，而柴油機由于壓縮比高，常設有3道氣環(huán)，通常在保證密封的前提下，應該盡可能減少環(huán)數(shù)。Ti圖LTi圖L比普精申氣體用力的下降氣缸內的燃氣漏入曲軸箱的主要通路是活塞環(huán)的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對于漏入曲軸箱的燃氣量有一定影響。切口間隙過大，則漏氣嚴重，使發(fā)動機功率減??；間隙過小，活塞環(huán)受熱膨脹后就可能卡死拆斷。切口間隙值一般為0.25?0.8mm。氣環(huán)的切口形狀如圖2-29所示?；钊h(huán)的切口是直角形切口工藝性好，如圖2-29a所示；活塞環(huán)的切口是階梯形切口的密封性較好，但工藝性較差，如圖2-29b所示；活塞環(huán)的切口是斜切口形狀，斜角一般為30°或45°,其密封作用和工藝性均介于前二者之間，如圖2-29c所示，但其銳角部位在套裝入活塞時容易折損；二沖程發(fā)動機活塞環(huán)的切口為帶銷釘槽的切口如圖2-29d所示。壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉動的。圖2-29氣環(huán)的切口形狀a）直角口⑻階梯形;c）斜口；d）帶防轉銷釘槽.氣環(huán)的種類氣環(huán)的斷面形狀有多種如圖2-30所示。矩形環(huán)斷面（圖2-30a）結構簡單、制造方便、散熱性好。扭曲環(huán)（圖2—30c、4）目前在發(fā)動機上得到廣泛的應用，它在安裝時，必須注意環(huán)的斷面形狀和方向，應將其內圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。錐面環(huán)（圖2—30b）可以改善環(huán)的磨合，這種環(huán)在氣缸內向下滑動時刮油，向上滑動時由于斜面的油楔作用，環(huán)可在油膜上浮起，減少磨損。梯形環(huán)（圖2-30e）的主要作用是使得當活塞受側壓力的作用而改變位置時，環(huán)的側隙相應發(fā)生變化，使沉積在環(huán)槽中的結焦被擠出，避免了環(huán)被粘在環(huán)槽中而引起折斷。在作功行程中，作用在梯形環(huán)上的燃氣作用力P的徑向分力P1，，加強了環(huán)的密封作用。因此，梯形即使在彈力喪失一些的情況下，仍能與氣缸貼合良好，延長了環(huán)的使用壽命。它的主要缺點是上、下兩面的精磨工藝比較復雜。這種環(huán)常用于熱負荷較高的柴油機的第一環(huán)。桶面環(huán)（圖2-30f）是近年來興起的一種新型結構，目前已普遍地在強化柴油機中用作第一環(huán)。其特點是活塞環(huán)的外圓面為凸圓弧形。當桶面環(huán)上下運動時，均能與氣缸壁形成楔形空間，使機油容易進入摩擦面，從而使磨損大為減少。桶面環(huán)與氣缸是圓弧接觸，故對氣缸表面的適應性和對活塞偏擺的適應性均較好，有利于密封。它的缺點是凸圓弧表面加工較困難。⑻⑸⑴圖2-加氣環(huán)的斷面形狀U＞矩形壞.維面環(huán)［（cl正鈕曲內切壞；（d）反扭曲鍍面環(huán)】梯形環(huán)t捅面環(huán).氣環(huán)的泵油現(xiàn)象矩形環(huán)斷面的氣環(huán)隨活塞作往復運動時，會把氣缸壁上的機油不斷送人氣缸中。這種現(xiàn)象稱為“氣環(huán)的泵油作用”，其泵油原理如圖2-31所示。活塞下行時，由于環(huán)與缸壁之間的摩擦阻力以及環(huán)本身的慣性，環(huán)將壓靠著環(huán)槽的上端面。缸壁上的機油就被刮入下邊隙與背隙內。當活塞上行時，環(huán)又壓靠著環(huán)槽的下端面上，結果第一道環(huán)背隙里的油就進入氣缸中，如此反復，結果就像油泵的作用一樣，將缸壁的機油最后壓入燃燒室。

圖E—31短照斷面球的生油作用

的活塞下行#?活塞上行為了消除或減少有害的泵油作用，除在氣環(huán)的下面裝有油環(huán)外，廣泛采用非矩形斷面的扭曲環(huán)（圖2-30c、d）。扭曲環(huán)是在矩形的內圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分。將這種環(huán)隨同活塞裝入氣缸時，由于環(huán)的彈性內力不對稱作用產(chǎn)生明顯的斷面傾斜，其作用原理如圖2-32所示?；钊h(huán)裝入氣缸后，其外側拉伸應力的合力F1內側壓縮應力的合力F2有一力臂e，于是產(chǎn)生了扭曲力矩M。它使環(huán)外圓周扭曲成上小下大的錐形，從而使環(huán)的邊緣與環(huán)槽的上下端面接觸，提高了表面接觸應力，防止了活塞環(huán)在環(huán)槽內上下竄動而造成的泵油作用，同時增加了密封性。扭曲環(huán)還易于磨合，并有向下刮油的作用。扭曲環(huán)目前在發(fā)動機上得到廣泛的應用。它在安裝時，必須注意環(huán)的斷面形狀和方向，應將其內圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。圖2-32扭曲環(huán)作用原理a）矩形斷面環(huán)；b）扭曲環(huán)四、油環(huán)1.分類及特點：油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種，如圖2-33所示。普通油環(huán)的結構（圖2-33a），一般是用合金鑄鐵制造的。其外

圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。組合環(huán)（圖2-33b）由上、下刮片和產(chǎn)生徑向、軸向彈力作用的襯簧組成。這種油環(huán)刮片很薄，對氣缸壁的比壓大，刮油作用強；上下刮片各自獨立，對氣缸的適應性好；質量??；回油通路大。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動機上得到較廣泛的應用。一般活塞上裝有1?2道油環(huán)。采用兩道油環(huán)時，下面一道多安置在活塞裙部的下端。2-33油環(huán)a）普通汕環(huán);b）組合油環(huán)

I-卜一刮片；2-對賞:;3-卜刮片;4-活來油環(huán)的刮油作用如圖2-34所示。無論活塞下行還是上行，油環(huán)都能將氣缸壁上多余的機油刮下來經(jīng)活塞上的回油孔流回油底殼。圖2—34油環(huán)的刮油作用a）活塞卜行;h）活塞上行活塞銷.活塞銷的功用和特點：連接活塞和連桿小頭，將活塞承受的氣體作用力傳給連桿?；钊N在高溫下承受很大的周期性沖擊載荷，潤滑條件差，因而要求活塞銷有

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。.材料：活塞銷的材料一般用低合金滲碳鋼（15Cr或16MnCr5）。對高負荷發(fā)動機則采用滲氮鋼。先經(jīng)表面滲碳或滲氮處理以提高表面硬度，并保證心部具有一定的沖擊韌性，然后進行精磨和拋光。.分類：活塞銷根據(jù)形狀有如下幾種（圖2-35。直通圓柱形孔和圓錐形孔的活塞銷（圖2-34a、b），質量較?。恢虚g或單側封閉的活塞銷（圖2-35、d）適用于二沖程發(fā)動機，此種結構可以避免掃氣損失；內部有塑料芯的鋼套銷（圖2-35e）用于要求不高的汽油機；成型銷（圖2-34f）用于增壓發(fā)動機。a)b)(0a)b)(0圖2—35活塞銷的形狀a）圓柱形;h）端部呈錐形擴展;c）中間封閉式;d）單側封閉式;e）內有塑料芯的鋼套銷；f）成型銷活塞銷與活塞銷座孔和連桿小頭襯套一般多采用全浮式連接配合，即在發(fā)動機運轉過程中，活塞銷不僅可以在連桿小頭襯套孔內，還可以在銷座孔內緩慢地轉動,如圖-36所示?；钊N磨損比較均勻。由于鋁合金的活塞銷座的熱膨脹量大于鋼活塞銷，為了保證發(fā)動機正常工作時有合適的工作間隙（0.01?0.02mm）,在冷態(tài)裝配時活塞銷與活塞銷座孔為過渡配合。裝配時，應先將鋁活塞放在溫度為70?90℃的水或油中加熱，再將銷裝入。為了防止活塞銷工作時軸向竄動而刮傷氣缸壁,在活塞銷座兩端用卡環(huán)嵌在銷座凹槽中加以軸向定位。圖”而活寒銷連接方式I-連桿小頭襯套門-拈塞銷小連桿田都連桿.連桿的功用將活塞承受的力傳給曲軸，推動曲軸轉動，從而使活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。.要求：連桿在工作時承受活塞銷傳來的氣體作用力、活塞連桿組往復運動時的慣性力和連桿大頭繞曲軸旋轉產(chǎn)生的旋轉慣性力的作用。這些力的大小和方向都是周期性變化的。這就使連桿承受壓縮、拉抻和彎曲等交變載荷。因此要求連桿質量盡可能小、有足夠的剛度和強度。.組成：連桿一般用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛而成，然后經(jīng)機械加工和熱處理。連桿由小頭1、桿身10和大頭3（包括連桿蓋6）三部分組成，如圖2-37所示。連桿小頭用來安裝活塞銷，以連接活塞?；钊N為全浮式的連桿小頭孔內裝有青銅襯套或鐵基粉末冶金襯套，工作時，活塞銷和襯套之間應有相對轉動，為了保證其潤滑，在小頭和襯套上鉆出集油孔12或銑出集油槽用來收集發(fā)動機運轉時被飛濺上來的機油，以便潤滑。有的發(fā)動機連桿小頭采用壓力潤滑，在連桿桿身內鉆有縱向的壓力油通道。

12、2-37連桿組1?小小壯桿身3-大去斗N裝配記號（助前36螺母：6-遮桿蠱17-連桿操隆:a一軸瓦“。連懺體；11襯套“2集油孔連桿桿身通常做成“工”字形斷面，以求在強度和剛度足夠的前提下減輕質量。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連，為便于安裝，連桿大頭一般做成剖分式的，被分開的部分稱為連桿蓋，用連桿螺栓緊固在連桿大頭上。連桿蓋與連桿大頭是組合加工的，為了防止裝配時配對錯誤，在同一側刻有配對記號。大頭孔表面有很高的光潔度，以便與連桿軸瓦（或滾動軸承）緊密貼合。連桿大頭上還銑有連桿軸瓦的定位凹坑。有的連桿大頭連同軸瓦還鉆有直徑l?1.5mm小油孔，從中噴出機油以加強配氣凸輪與氣缸壁的飛濺潤滑。h)圖2—38-Ff構造圖.懷矣2連懺桿身;3-旌桿大頭出連桿螺釘;5-連桿就;&鐵如7糊口.定位銷⑼連桿卜軸承;io?連桿|軸承;I桿襯a12-集油孔；13集油槽；14-11j鎖螺母；15-軸瓦定位槽.分類：（1）連桿大頭按剖分面的方向可分為平切口和斜切口兩種。平切口連桿的剖分面垂直于連桿軸線，如圖2-38b所示。一般汽油機連桿大頭尺寸都小于氣缸直徑，可以采用平切口。柴油機的連桿，由于受力較大，其大頭的尺寸往往超過氣缸直徑。為使連桿大頭能通過氣缸，便于拆裝，一般采用斜切口連桿，如圖2-38a所示。圖2-39斜切口連桿的定位方式a）止II定位;I,）食筒定位;<.）鋸得定位斜切口式連桿的大頭剖分面與連桿軸線成30°?60°（常用45°）夾角。平切口的連桿蓋與連桿的定位，是利用連桿螺栓上精加工的圓柱凸臺或光圓柱部分，與經(jīng)過精加工的螺栓孔來保證的。斜切口連桿在工作中受到慣性力的拉伸，在切口方向也有一個較大的橫向分力。因此在斜切口連桿上必須采用可靠的定位措施。（2）斜切口連桿常用的定位方法有：止口定位（圖2-39a）優(yōu)點是工藝簡單，缺點是定位不大可靠，只能單向定位，對連桿蓋止口向外變形或連桿大頭止口向內變形均無法防止。套筒定位（圖2-39b）是在連桿蓋的每一個螺栓孔中壓配一個剛度大，而且剪切強度高的短套筒。它與連桿大頭有精度很高的配合間隙，故裝拆連桿蓋時也很方便。它的缺點是定位套筒孔的工藝要求高，若孔距不夠準確，則可能因過定位（定位干涉）而造成大頭孔嚴重失圓，此外，連桿大頭的橫向尺寸也必然因此而加大。鋸齒定位（圖2-39c）這種定位方式的優(yōu)點是鋸齒接觸面大，貼合緊密，定位可靠，結構緊湊。缺點是對齒節(jié)距公差要求嚴格，否則連桿蓋裝在連桿大頭上時，中間會有幾個齒脫空，不僅影響連桿組件的剛度，并且連桿大頭孔也會立即失圓。.V形發(fā)動機由于左右兩缸的連桿裝在同一個曲柄銷上，故其結構隨安裝布置而不向，V形發(fā)動機的連桿布置有如下三種形式：（1）并列式連桿布置（圖3—40a）。兩個相同的連桿一前一后并列的安裝往同一個曲柄銷上，這種連桿可以通用，結構與單列式發(fā)動機的連桿相同，只是大頭寬度一般要稍小一些。這種布只因左右氣缸要在軸向錯開一段距離.致使發(fā)動機的長度增加，曲軸的長度增加，剛度降低。（2）主副連桿布置形式（3—40b）。它是左右兩缸中，一缸采用主連根圖3—40b）中為右缸采用主連桿。它的大頭與曲柄銷相配裝。而另一缸采用副連扦，它的大頭與主連桿上的大頭（或連桿蓋）上的兩個凸耳用銷作鉸鏈連接。這種結構的連桿在同一個平面上運動，故氣缸中心線位于一平面內，發(fā)動機長度不增加。缺點是連桿不能互換。（3）叉形造桿布置形式（圖3—40c）。左右兩列氣缸的對應兩個連桿中，一個連桿的大頭做成叉形，跨于另一個連桿的厚度較小的片形大頭兩端。叉形連桿式布置的優(yōu)點是：兩列氣缸中的活塞連桿組的運動規(guī)律相同；左右對應的兩氣缸軸心線不需要在曲軸軸向上錯位。其缺點是叉形連桿大頭結構和制造工藝比較復雜，而且大頭的剛度也較低。轎車v形發(fā)動機大都采用并列連桿布置形式。圖2-40主副連桿，又形連桿和并列由K卜又脛大頭連桿；2一片形大頭連桿；3俏釘?叉形連桿火頭與連桿蓋的緊固螺仃；5片式人頭軸瓦代、-又影大頭軸瓦出片形大頭起桿蓄，9-乂形大小連桿蓋連桿螺栓是一個經(jīng)常承受交變載荷的重要零件，一般采用韌性較高的優(yōu)質合金鋼或優(yōu)質碳素鋼鍛制或冷鐓成型。連桿大頭的兩部分用連桿螺栓緊固在一起，連桿大頭安裝時，必須緊固可靠。連桿螺栓必須以原廠規(guī)定的擰緊力矩，分2-3次均勻地擰緊。為防止工作時自動松動，必須用其他鎖緊裝置緊固，以防止工作時自動松動。常采用鎖止裝置，如開口銷、雙螺母、螺紋表面鍍銅、自鎖螺母、防松膠等?，F(xiàn)代發(fā)動機用連桿軸承是由鋼背和減摩層組成的分開式薄壁軸承。鋼背由厚l?3mm的低碳鋼制成，是軸承的基體，減摩層是由澆鑄在鋼背內圓上厚為0.3?0.7mm的薄層減摩合金制成，減摩合金具有保持油膜，減少摩擦阻力和易于磨合的作用。為適應連桿軸承的工作條件，要求減摩合金有足夠的疲勞強度，有良好的抗咬性、順應性、嵌藏性，有足夠的結合強度和良好的耐磨性。如圖2-41所示。圖2-41連桿軸承1-軸承;2-連桿蓋；3-鋼背;4-減摩介金層；5-定位凸唇;6-倒加；7-垃圾槽目前汽車發(fā)動機的軸承減摩合金主要有白合金（巴氏合金）、銅鉛合金和鋁基合金，其中巴氏合金軸承的疲勞強度較低，只能用于負荷不大的汽油機，而銅鉛合金或高錫鋁合金軸承均具有較高的承載能力與耐疲勞性。含錫量20%以上的高錫鋁合金軸承，在汽油機和柴油機上均得到廣泛應用。連桿軸承的背面應有很高的光潔度。半個軸承在自由狀態(tài)下并不是半圓形即，Rl>R2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及連桿蓋上，具有很好的承受載荷和導熱的能力。這樣可以提高其工作可靠性和延長使用壽命。為了防止連桿軸承在工作中發(fā)生轉動或軸向移動，在兩個連桿軸承的剖分面上，分別沖壓出高于鋼背面的兩個定位凸唇。裝配時，這兩個凸唇分別嵌入在連桿大頭和連桿蓋上的相應凹槽中。在連桿軸承內表面上還加工有油槽，用以貯油，保證可靠潤滑。當薄壁軸承使用中減摩性能變壞，間隙過大時，應直接更換新軸承。2.4曲軸飛輪組一、組成：曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉減振器、皮帶輪、正時齒輪（或鏈條）等組成。如圖2-42所示是曲軸飛輪組的總體結構。圖2—42［川鐘1￡輪組1-起動爪，2-銷緊券?阿，3-捫也減振器總我，?皮帶輪，5產(chǎn)油，“C時內輪，7 建他知1軸乩，中,12-飛輪燃栓，13-滑臟唏，14螺碎，15-飛輪,山間”6隅合器溫定位銷，17 .，?、缸上止小記號用鋼球二、曲軸.曲軸的功用是承受連桿傳來的力，并將其轉變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，還用來驅動發(fā)動機的配氣機構及其他輔助裝置（如發(fā)電機、風扇、水泵、轉向油泵等）。在發(fā)動機工作中，曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉質量的離心力和往復慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉載荷，產(chǎn)生疲勞應力狀態(tài)。為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求。.曲軸的結構曲軸一般由前端（自由端）、主軸頸、曲柄、平衡重、連桿軸頸（曲柄銷）和后端（動力輸出）組成。由一個連桿軸頸、和它左右主軸頸組成一個曲拐。

曲軸的曲拐數(shù)取決于氣缸的數(shù)目和排列方式。直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)；V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。按照曲軸的主軸頸數(shù)；可以把曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸兩種。在相鄰的兩個曲拐之間，都設置一個主軸頸的曲軸，稱為全支承曲軸（圖2-43a）；否則稱為非全支承曲軸（圖2-43b）。設氣缸數(shù)為i，則全支承的主軸頸數(shù)為：i十1。主軸頸數(shù)少于此數(shù)者都稱為非全支承的軸。全支承曲軸的優(yōu)點是可以提高曲軸的剛度，并且可減輕主軸承的載荷。其缺點是曲軸長度較長使發(fā)動機機體長度增加。直列式發(fā)動機的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù)（包括曲軸前端和后端的主軸頸）比氣缸數(shù)多一個；V型發(fā)動機的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù)比氣缸數(shù)的一半多一個。上海桑塔納、一汽奧迪100型轎車均采用全支承曲軸。柴油機也多采用全支承曲軸，這是因為其載荷較大的緣故。TTTTTT圖2-43曲軸的支承型式示意圖

a）全支承式；b）非全支承式.曲軸的材料曲軸一般都采用優(yōu)質中碳鋼（如45號鋼）或中碳合金鋼（如45Mn2、40Cr等）模鍛。為了提高曲軸的耐磨性，其主軸頸和連桿軸頸表面上均需高頻淬火或氮化，例如，上海桑塔納發(fā)動機曲軸采用優(yōu)質50號中碳鋼模鍛而成。有部分發(fā)動機采用了高強度的稀土球墨鑄鐵鑄造曲軸，但這種曲軸必須采用全支承以保證剛度。.曲軸的構造多缸發(fā)動機的曲軸一般做成整體式的（參看圖2-42）。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(fā)動機，必須采用組合式曲軸，即將曲軸的各部分分段加工，然后組合成整個曲軸，其主軸承可為滾動軸承，相應地氣缸體必須是隧道式的（參看圖2-3c）。轎車發(fā)動機多為整體式曲軸。有些曲軸的曲柄銷和主軸頸做成空心的其目的是為減小質量和離心力，如圖2-44所示。主軸頸、曲柄銷和軸瓦上都鉆有徑向油孔，這些油孔由斜向的油道相連6。這樣機油就可以進入主軸頸和曲柄銷的工作表面進行潤滑。當曲柄銷上的油孔與連桿大頭上的油孔對準時，機油可以從中噴出，對配氣機構和氣缸壁進行飛濺潤滑。

1?主軸翡?￡曲翻浦譙行輅津-Iff南#-租花用15?湘青？7-產(chǎn)”銅-鼻塞油誼『苞除量，II-回他耀鏡］12-西蝌亳平衡重的作用是平衡連桿大頭，連桿軸頸和曲柄等產(chǎn)生的離心慣性力及其力矩，有時也平衡活塞連桿組的往復慣性力及其力矩，以使發(fā)動機運轉平穩(wěn)。并且還可減小曲軸軸承的負荷。四缸以上的直列發(fā)動機，雖從整體來說，其慣性力及其力矩是平衡的，但曲軸局部卻受彎矩作用，如圖2—45a所示。圖中慣性力F1=F2=F3=F4,M1-2=M3-4,所以整體上曲軸受力和力矩是平衡的。但從局部上看，1、2缸曲軸和3、4缸曲軸分別受彎矩M1-2和M3-4的作用，兩個力矩給曲軸造成了彎曲負荷，會造成曲軸彎曲并加重軸承的負荷。為了減輕主軸承負荷、改善其工作條件，一般都在曲柄的相反方向上設置平衡重，分別在曲柄的背面設置平衡重使其產(chǎn)生的力矩與上述慣性力矩M1-2、M3-4相平衡（圖2—45b）。圖2-45曲軸的平衡a）無平衡重；b）加平衡重Fil?、/Ji曲拐和活塞連桿組的慣性力；？、匕、23、/>.「平衡重的離心力為平衡曲軸的離心力和離心力矩，有時還用來平衡一部分活塞連桿組的往復慣性力。對于四缸、六缸、八缸和十二缸發(fā)動機，如圖2-46所示，由于曲拐是對稱布置的，往復慣性力和離心力是平衡的，從整體上看能相互抵消。但曲軸的局部確受到彎矩的作用。圖2-46序號6所示，部分曲柄設置平衡重，如果曲軸支承剛度好，也可不設置平衡重,CA6102型發(fā)動機曲軸不設平衡重。

陽厘-儲發(fā)動機曲軸，輪空1助時d向口國土社產(chǎn)”-—曳葉釉4f曲柄#0暗?制精律-平值理?一他稟然一?孔津??鄴蘭?聞一飛輪?■一飛輪甫圖「仁一飛/瑾青竺常推＞逐一變速耨第?軸軸承；3后正軸承軸瓦，小-曲星h】&-止里由?/一中間主軸射燈兀?浦一地至圮氣剪1序一曲主軸承軸瓦,加」空為七:土浦孔7】一上時至校間熱孔F有的平衡重與曲軸制成一體，如圖2-46所示。有的單獨制成后再用螺栓固定在曲軸上，稱為裝配式平衡重如圖2-47所示。曲軸不論有無平衡重，都要求進行動平衡試驗，對不平衡的曲軸常在其偏重一側鉆孔，除去些質量。/4/4-A2圖2-47裝配式平衡重曲柄1曲軸；2-螺栓；3-平衡重；4-緊固螺栓焊縫曲軸前端是第一道主軸頸之前的部分，其上裝有驅動配氣凸輪軸的正時齒輪，或正時齒形皮帶輪，或鏈輪，驅動風扇和水泵的皮帶輪7以及推力片3等如圖2-48所示。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端上有一個甩油盤，隨著曲軸旋轉，當被齒輪擠出和甩出來的機油落到盤上時，由于離心力的作用，被甩到齒輪室蓋的壁面上，再沿壁面流下來，回到油底殼中。即使還有少量機油落到甩油盤前面的曲軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住，甩油盤的外斜面應向后，如果裝錯，效果將適得其反。即使還有少量機油落到甩油盤前面的曲軸軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住。為了減小扭振而裝有減振器，在中、小型發(fā)動機的曲

軸前端還裝有起動爪，以便必要時用人力轉動曲軸，使發(fā)動機起動。［冬］2-48 曲鈿曲靖的結構I、2-沿動推力軸，收；3-止攤片-；4-tE時由輪；5-甩油盤;6-油主寸；7-皮帶輪；8-起動爪曲軸后端是最后一道主軸頸之后的部分，有安裝飛輪用的凸縱圖2-49）。為防止機油向后漏出，在曲軸后端通常切出回油螺紋或其他封油裝置。回油螺紋可以是梯形的或矩形的，其螺旋方向應為右旋?；赜吐菁y的工作原理如圖2-50。當曲軸旋轉時，流到回油螺紋槽中的機油也被帶動旋轉。因為機油本身有粘性，所以受到機體后蓋孔壁的摩擦阻力Fr。Fr可分解為平行于螺紋的分力Fr1和垂直于螺紋的分力Fr2。機油在Fr1的作用下，順著螺紋槽道被推送向前，流回油底殼。圖2-居 Egg1型汽訓機曲軸的后端I熱嚷座遨，用油盤3間施爆線斗飛輪出曲輪螺槍心曲軸凸綠鉆冰埴料油封：上“承盅圖京50㈣油螺紋的封湖原理.曲軸軸向定位為阻止車輛行駛時，離合器經(jīng)常結合與分離和帶錐齒輪驅動時施加于曲軸上的軸向力以及在上、下坡行駛或突然加速、減速出現(xiàn)的軸向力作用而有軸向竄動的趨勢，曲軸軸向竄動將破壞曲柄連桿機構各零件的正確相對位置，曲軸必須有軸向定位，以保證曲柄連桿機構的正常工作，但也應允許曲軸受熱后能自由膨脹。曲軸作為轉動件，必須與其固定件之間有一定的軸向間隙。曲軸軸向定位是通過止推裝置實現(xiàn)的，只能有一處設置軸向定位裝置。止推裝置有翻邊軸瓦、止推片、止推環(huán)和軸向止推滾珠軸承等多種形式如圖2—51a、b、c、d。翻邊軸瓦（圖2—51a）放在曲軸的某一主軸承內，靠翻邊軸瓦兩外側表面的減摩合金層（與軸瓦內表面的合金層相同）減低與軸頸端面相對運動時的摩擦阻力并可擋住曲軸的左、右竄動。翻邊軸瓦工藝復雜，成本高，現(xiàn)巳很少采用。止推片（圖2—51b）是外側有減摩合金層的半環(huán)狀鋼片，裝在機體或主軸承蓋的槽內為防止止推片的轉動，止推片上有凸起卡在槽內，止推片用4片，也可用2片。當止推裝置放在曲軸第一主軸頸（曲軸自由端）上時，可采用兩個帶有減摩合金層的止推鋼環(huán)的形式（圖2—51c）。因為它可從曲軸端部直接套入主軸頸上。為防止止推轉動，止推環(huán)上有止轉銷孔與主軸承蓋上的止轉銷相配合。安裝止椎環(huán)時鋼背應面向機體與軸承蓋。止推片與止推環(huán)廣泛用于內燃機曲軸止推。

⑷ 切 口 3J酈-51 曲軸靜止推稠邊痂止推片止摧壞武心做向北推犍球摘承...曲軸徑向密封曲軸徑向密封環(huán)安放在曲軸的自由端（前端）和飛輪端（功率輸出端）。其作用是防止內燃機機體內的機油外溢和水（汽）與灰塵進入機體內。典型的車用內燃機曲軸徑向密封環(huán)如圖2—52所示，由金屬保持架1,橡膠密封體12和拉力彈簧圈11三部分組成。橡膠密封體的幾何形狀及尺寸必須精心設計與制造。它與曲軸軸頸的密封寬度，即密封唇，為0.1?0.2mm,空氣側密封角0約為25°,油側密封角a比外側角約大20°。拉簧作用平面與密封剩余邊的外偏距離，即彈簧杠桿臂，h=0.05~1mm。保護唇的作用是防止水（或汽）與灰塵進入機體內。平時，它處于閉合狀態(tài)。當曲軸受熱時，保護唇張開，使保護唇與密封唇之間不會出現(xiàn)負壓。橡膠密封體靠自身的彈力與拉簧的拉力將密封唇壓在曲鈾軸頸上，以保證一定的徑向密封力。圖2-的曲軸徑向密封環(huán)及結構參數(shù)GO保護唇在外；保護唇在內（逆向）；（c）保護唇在內《順向》IGO結構細部.

I一金屬保持架+2—保護唇.3—輔助密封棱邊s4一彈簧作用平面;5—彈簧杠桿臂.

6一空氣側門一機油儲;8—密封面;9一密封棱邊,10一密封唇；11一拉簧；12—密封體。

”一軸側密封角.盧一空氣翻密封題.當軸旋轉時，機油通過密封處的環(huán)隙流向機體內，反之則不能。密封環(huán)裝反不但不能密封，反而往外泵油。密封環(huán)除了密封作用外，它還能在接觸處動態(tài)積存機油，起到冷卻與自潤滑作用。常用的橡膠密封體有硅橡膠氟橡膠和密封性能更佳的聚四氟乙烯（PTFE）徑向密封環(huán)。.多曲拐的布置曲軸的形狀和各曲拐的相對位置取決于缸數(shù)、氣缸排列方式和發(fā)火次序。在安排多缸發(fā)動機的發(fā)火次序時，應使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時避免可能發(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象（即相鄰兩缸進氣門同時開啟）以免影響充氣；發(fā)火間隔應力求均勻，在發(fā)動機完成一個工作循環(huán)的曲軸轉角內，每個氣缸應作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間（以曲軸轉角表示，稱為發(fā)火間隔角）應力求均勻。對缸數(shù)為i的四沖程發(fā)動機而言，發(fā)火間隔角為720°/i時，即曲軸每轉720°/i時，就應有一缸作功，以保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)。常用的多缸發(fā)動機曲拐布置和發(fā)火次序如下：四沖程直列四缸發(fā)動機發(fā)火次序——發(fā)火間隔角應為720°/4=180°。其曲拐布置如圖2-53所示，四個曲拐布置在同一平面內。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即1—2—4—3或1—3--4—2,它們的工作循環(huán)如表2-1、2-2所示。2-3圖2-53直列四沖程發(fā)動機的曲拐布K筒圖曲輸轉電.第?一缸第二包第三就第陽缸。?網(wǎng)|^|壓需排氣強氣1物?3醺排氣除進氣正雄35gsG遇氣悻氣法聚(gg5M7如聚瑞進氣相功排氣表左2四缸髭工作慌壞會（發(fā)火次序：1一打7—2）曲注料角第一缸第二機；第三就索四怔畫怦氣國第進氣?進氣.■國任縮幽?豳迸氣壓港排氣庖54g7或壓縮畫進氣辰飛四沖程直列六缸發(fā)動機發(fā)火次序——發(fā)火間隔角應為720°/6=120°。這種曲拐布置如圖2-54所示，六個曲拐分別布置在三個平面內，各平面夾角為1200。曲拐的具體布置有兩種方案，第一種發(fā)火次序是：1—5—3—6--2--4,這種方案應用較普遍，國產(chǎn)汽車的六缸發(fā)動機的點火次序都用這種，其工作循環(huán)在表2-3列出，另一種發(fā)火次序是：1--4--2—6—3—5。圖2-55直列六缸發(fā)動機連桿軸頸布置（曲拐布置》?23六缸機工作循環(huán)表（發(fā)火次序；1—5—3—6—2—4）曲軸轉南《，）第一缸第二缸第三缸第四缸第五fil第六缸00~180 60120 排氣進氣砌壓縮?進氣■壓解排氣進氣&縮18U240---180—360300 排氣進氣ffi縮.作坊推氣360420 360-540<480 進氣國jj排氣!ifE縮i耐進氣540600———540-720壓縮排氣進氣ibbu,■720排一氣1作功壓縮i.四沖程V型八缸發(fā)動機發(fā)火次序一一缸數(shù)i=8,所以發(fā)火間隔角應為720°/8=90°。V型發(fā)動機左右兩列中相對應的一對連桿共用一個曲拐”所以V型八缸機只有四個曲拐，其布置可以與四缸機一樣，四個曲拐布置在同一平面內，也可以布置在兩互相錯開90?的平面內，如圖2-55所示，這樣可使發(fā)動機得到更好的平衡性。發(fā)火次序為1—8—4--3-6--5—7—2，其工作循環(huán)如表2-4所示。4圖5sV型八缸發(fā)動機的空間曲拐四行程V班八打發(fā)動機工作循環(huán)賽（工作順序1—5-4—8—6—3—7—2） 表2-4曲軸轉角）第一缸第五缸第明缸第八缸第六缸第三位'第七版匚?第二缸01 9C—180作功壓篦壓縮進氣進.排氣排氣1作功..15壓境進氣進氣排氣1801 270—360排氣琰縮rd進氣排氣進氣作功壓晶壓顰360； 450——5405401 630——720,進弋,壓縮排氣—排氣壓縮作功作期I進氣排F作功壓縮進氣作功排氣2.4.2曲軸扭轉減振器在發(fā)動機工作過程中，