結(jié)構(gòu)部分曲柄連桿機構(gòu)分析

曲柄連桿機構(gòu)機體組活塞連桿組曲軸飛輪組概述

南昌大學機電學院1概述將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑瓦\動的機械能，再通過連桿將活塞的往復運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。

1、機體組2、活塞連桿組3、曲軸飛輪組一、曲柄連桿機構(gòu)的功用三、組成二、工作條件相當惡劣:它要承受高溫、高壓、高速和化學腐蝕作用,并且潤滑困難。受力復雜：氣體作用力、運動慣性力和離心力、摩擦阻力南昌大學機電學院多缸發(fā)動機的曲柄連桿機構(gòu)演示

南昌大學機電學院2機體組機體組組成：曲軸箱氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼氣缸體氣缸蓋罩南昌大學機電學院2.1氣缸體1、氣缸體:水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱南昌大學機電學院油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心氣缸體上曲軸的主軸承孔為整體式（1）按氣缸體與油底殼安裝平面位置不同分為2、氣缸體分類一般式龍門式隧道式南昌大學機電學院名稱性能應用一般式機體高度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工拆卸。剛度和強度差。492Q汽油機，90系列柴油機。龍門式強度和剛度較好。工藝性差、結(jié)構(gòu)笨重、加工困難。捷達轎車、富康轎車、桑塔納轎車隧道式結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強度好。難加工、工藝性差、曲軸拆卸不方便。負荷較大的柴油機上。性能與應用比較南昌大學機電學院（2）根據(jù)冷卻方式不同分：水冷、風冷散熱片冷卻水南昌大學機電學院（3）根據(jù)氣缸的排列方式結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，但發(fā)動機長度和高度較大?？s短了機體的長度和高度，增加了剛度，減輕了發(fā)動機重量；形狀復雜，加工困難。高度小，總體布置方便。南昌大學機電學院（4）干式氣缸套和濕式氣缸套名稱特點示意圖干缸套外壁不直接與冷卻水接觸。壁厚1～3mm。濕缸套外壁直接與冷卻水接觸。壁厚5～9mm。強度和剛度都較好，加工復雜，拆裝不便，散熱不良。散熱良好、冷卻均勻、加工容易。強度和剛度不如干缸套，易漏水。南昌大學機電學院3氣缸蓋、氣缸墊和氣缸蓋罩功用：密封氣缸的上部，與活塞、氣缸等共同構(gòu)成燃燒室。材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵，鋁合金。工作條件：由于接觸溫度很高的燃氣，所以承受的熱負荷很大。1、氣缸蓋南昌大學機電學院氣缸墊：功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。氣缸蓋氣缸蓋罩襯墊安裝火花塞2、氣缸蓋罩和氣缸墊南昌大學機電學院氣缸墊1.作用：保證氣缸體與氣缸蓋間的密封，防止漏水、漏氣。氣缸墊南昌大學機電學院2.構(gòu)造(1)金屬—石棉墊：外包銅皮和鋼片，且在缸口、水孔、油道口周圍卷邊加強，內(nèi)填石棉（常摻入銅屑或鋼絲，以加強導熱）。

南昌大學機電學院（2）

金屬骨架—石棉墊：以編織的鋼絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口處用金屬片包邊。南昌大學機電學院（3）純金屬墊：（見圖e）由單層或多層金屬片（銅、鋁或低碳鋼）制成，用于某些強化發(fā)動機。

南昌大學機電學院汽油機燃燒室形狀燃燒室形狀要求：結(jié)構(gòu)緊湊，表面積小形狀有利混合氣形成渦流運動南昌大學機電學院3、燃燒室名稱特點示意圖應用半球形結(jié)構(gòu)緊湊、火焰行程段、燃燒速率高、熱損失小、熱效率高桑塔納夏利富康楔形結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、散熱面積小、熱損失少；火花塞置于燃燒室最高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長切諾基盆形工藝性好、成本低、進排氣效果不如半球形燃燒室捷達奧迪南昌大學機電學院三、油底殼1、概念：

貯存機油并封閉曲軸箱，又稱為下曲軸箱。2、使用特點：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，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損3、材料：

薄鋼板沖壓

南昌大學機電學院3活塞連桿組氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋南昌大學機電學院點此觀看活塞連桿組的錄像南昌大學機電學院1、功用：承受氣體壓力，并通過活塞銷和連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。2、工作環(huán)境：高溫、散熱條件差；頂部工作溫度高達600～700K，且分布不均勻；高速，線速度達到10m/s，承受很大的慣性力?；钊敳砍惺茏罡呖蛇_3～5MPa（汽油機）的壓力，使之變形，破壞配合聯(lián)結(jié)。3、材料：鋁合金：質(zhì)量小導熱性好；灰鑄鐵活塞應具備的特點A剛度和強度應足夠大，傳力可靠。B導熱性能好，耐高壓、高溫、磨損C質(zhì)量較小，盡可能減少往復慣性力D耐熱的活塞頂及彈性的活塞裙E活塞與氣缸壁間有較小的摩擦系數(shù)一、活塞南昌大學機電學院（1）活塞頂部

功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。4、結(jié)構(gòu)

頂部：構(gòu)成燃燒室，承受氣體壓力。頭部:安裝活塞環(huán)，制作較厚。

裙部：導向，傳力。承受側(cè)壓力銷座孔處制有加強筋。

南昌大學機電學院結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、受熱面積小、應力分布較均勻，多用在汽油機上。凸起呈球狀、頂部強度高，起導向作用、有利于改善換氣過程。凹坑的形狀、位置必須有利于可燃混合氣的燃燒；提高壓縮比，防止碰氣門。（1）活塞頂部

功用：是燃燒室的組成部分，主要作用承受氣體壓力。南昌大學機電學院（2）活塞頭部位置：第一道活塞槽與活塞銷孔之間的部分。工作條件最惡劣，應離頂部遠些。1、安裝活塞環(huán)、與活塞環(huán)一起密封氣缸、2、防止可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，3、將頂部吸收的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。作用：頭部南昌大學機電學院（3）活塞裙部位置：從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，包括銷座孔。作用：對活塞在氣缸內(nèi)的往復運動起導向作用，并承受側(cè)壓力裙部南昌大學機電學院5、結(jié)構(gòu)特點：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（1）預先做成階梯形、錐形活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。

南昌大學機電學院活塞裙部的橢圓變形演示（2）預先做成橢圓形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。南昌大學機電學院（3）活塞裙部開槽橫向絕熱槽減少裙部受熱有的兼作油環(huán)回油孔縱向膨脹槽留有膨脹余地活塞強度降低絕熱槽膨脹槽南昌大學機電學院（4）為了減小鋁合金活塞裙部的熱膨脹量，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷座內(nèi)嵌入鋼片。恒范鋼片式活塞的結(jié)構(gòu)特點就是這樣的，由于恒范鋼為含鎳33%～36%的低碳鐵鎳合金，其膨脹系數(shù)僅為鋁合金的1/10，而銷座通過恒范鋼片與裙部相連，牽制了裙部的熱膨脹變形量。南昌大學機電學院6、活塞在工作時的保護措施（1）在活塞裙部表面涂保護層，可改善鋁合金活塞的磨合性；主要有鉛、錫、石墨、磷保護層等。（2）在安裝活塞銷時，使活塞銷偏置某一方向裝，以減少換向時的敲擊聲，且使裙部減小磨損；有的汽油機上，活塞銷孔中心線是偏離活塞中心線平面，向作功行程中受主側(cè)壓力的一方偏移了1～2mm?；钊竭^上止點時側(cè)壓力方向改變會產(chǎn)生“敲缸”噪聲可減輕活塞“敲缸”噪聲，但會引起裙部兩端尖角的磨損或變形增大南昌大學機電學院（二）活塞環(huán)是具有彈性的開口環(huán)，分為氣環(huán)和油環(huán)。工作條件：高溫、高壓、高速、極難潤滑。平均壽命：6萬公里材料：合金鑄鐵或球墨鑄鐵（有時表面涂有保護層）開口氣環(huán)（1）氣環(huán)

作用：保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，再由冷卻水將其帶走。南昌大學機電學院氣環(huán)的斷面形狀:最常見的有矩形環(huán)、扭曲環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)和桶面環(huán)

南昌大學機電學院氣環(huán)的密封原理：將2～3道氣環(huán)的開口相互錯開形成“迷宮式”封氣裝置。斷面為矩形氣環(huán)的泵油作用（將氣缸壁上的機油不斷地擠入燃燒室中，使機油消耗量增加，活塞頂及燃燒室壁面積炭）：動態(tài)演示點此觀看錄像南昌大學機電學院（2）油環(huán)油環(huán)的主要功用是刮除飛濺到氣缸壁上的多余的機油，并涂上一層均勻的油膜。（防止機油竄入燃燒室被燒掉，實現(xiàn)對活塞、活塞環(huán)和氣缸壁的潤滑）油環(huán)的刮油作用南昌大學機電學院種類普通油環(huán)組合式油環(huán)示意圖刮油片軸向襯環(huán)徑向襯環(huán)刮油片南昌大學機電學院（三）活塞銷作用：連接活塞和連桿小頭，并把活塞承受的氣體壓力傳遞給連桿。材料與工藝:優(yōu)質(zhì)低碳鋼，表面淬火、精磨。南昌大學機電學院構(gòu)造：活塞銷的內(nèi)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。南昌大學機電學院連桿活塞銷全浮式：活塞銷能在連桿襯套和活塞銷座中自由擺動，使磨損均勻。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。多用于小轎車形式:全浮式（工作時自由轉(zhuǎn)動）、半浮式。南昌大學機電學院（四）連桿作用：連接活塞與曲軸，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復運動變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿組件分解圖連桿小頭桿身連桿大頭南昌大學機電學院連桿大頭①剖分形式（連桿大頭剖分，用連桿螺栓緊固）

平切口斜切口結(jié)合面與連桿軸線垂直剛度大變形小成本低汽油機采用平切口結(jié)合面與連桿軸線成30°~60°夾角連桿體能從缸體上端取出多用于柴油機南昌大學機電學院②定位方式（防止連桿蓋橫向移動）平切口連桿斜切口連桿連桿螺栓承受較大剪切力易疲勞破壞應采用能承受橫向力的定位方法利用連桿螺栓上一段精密加工圓柱面與精密加工螺栓孔進行定位南昌大學機電學院止口定位鋸齒定位套筒定位工藝簡單外形尺寸大定位不可靠貼合緊密定位可靠結(jié)構(gòu)緊湊定位可靠加工復雜南昌大學機電學院V型發(fā)動機連桿

（1）并列連桿前后連桿可通用左右兩列活塞運動規(guī)律相同增加了曲軸和發(fā)動機長度優(yōu)點缺點南昌大學機電學院（2）主副連桿主副連桿不能互換兩列活塞運動規(guī)律和上止點位置不相同優(yōu)點不會增加發(fā)動機長度缺點主連桿副連桿南昌大學機電學院（3）叉形連桿兩列氣缸無需錯開兩列氣缸中活塞運動規(guī)律相同連桿大頭結(jié)構(gòu)復雜、剛度較差優(yōu)點缺點叉形連桿內(nèi)連桿叉形連桿軸承內(nèi)連桿軸承南昌大學機電學院5.曲軸飛輪組一、曲軸飛輪組的組成起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪曲軸南昌大學機電學院二、曲軸1、功用：把活塞連桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ貙ν廨敵?。還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助裝置。2、工作條件：受氣體壓力、慣性力、慣性力矩。承受交變載荷的沖擊。南昌大學機電學院

3、結(jié)構(gòu)：前端軸連桿軸頸曲軸軸頸后端軸平衡重曲拐曲拐：由一個連桿軸頸和它兩端曲柄及主軸頸構(gòu)成。曲柄南昌大學機電學院中碳鋼或中碳合金鋼模鍛如45、40Cr、35Mn2等強度和剛度較好球墨鑄鐵軸頸表面高頻淬火或氮化處理提高曲軸耐磨性

耐磨性好、軸頸不需硬化處理、成本低、機械加工量少

4、材料：中碳鋼（汽）、合金鑄鐵（柴）、球墨鑄鐵。南昌大學機電學院5、分類：①按單元曲拐連接方式分類

整體式曲軸（常用）各單元曲拐鍛造或鑄造成整體工作可靠質(zhì)量輕結(jié)構(gòu)簡單加工面少主軸頸連桿軸頸曲柄臂概念特點南昌大學機電學院組合式曲軸（經(jīng)常用于連桿大頭為整體式的小型汽油機和以滾動軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動機上）由單元曲拐組合裝配方便制造和更換結(jié)構(gòu)復雜拆裝不便曲柄臂兼作主軸頸單元曲拐滾動軸承(主軸承)配用隧道式機體概念特點南昌大學機電學院6、組成：（1）主軸頸曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個。強度、剛度好，減小了磨損；柴油機和大部分汽油機均采用。全支承：非全支承：曲軸的主軸頸數(shù)少于或等于氣缸數(shù)。載荷較大，縮短了曲軸的總長度?！糜谥吻S。南昌大學機電學院（2）連桿軸頸（3）曲柄——曲軸臂，用于連接主軸頸和連桿軸頸平衡離心力偶(平衡旋轉(zhuǎn)慣性力及其力矩)減輕或消除彎曲變形部分中空兼作油道安裝連桿大頭中空連桿軸徑平衡重曲柄（4）平衡塊南昌大學機電學院①平衡重作用

4132F1F2F3F4M3-4M1-2F1=F2F3=F4M1-2=M3-4發(fā)動機旋轉(zhuǎn)慣性力及其力矩外部平衡M1-2、M3-4造成曲軸彎曲載荷，需在曲柄相反方向附加平衡重旋轉(zhuǎn)慣性力及其力矩內(nèi)部不平衡南昌大學機電學院②平衡重作用方法完全平衡法平衡重數(shù)量多曲軸質(zhì)量增加工藝性變差分段平衡法每個曲柄臂設有平衡重部分曲柄臂設有平衡重南昌大學機電學院③平衡重形狀及安裝方法平衡重形狀多為扇形，使其重心遠離曲軸回轉(zhuǎn)中心平衡重安裝方法以較小質(zhì)量獲得較大旋轉(zhuǎn)慣性力與曲柄臂鍛或鑄成一體單獨制成零件，用螺栓緊固在曲柄臂上南昌大學機電學院（5）前端軸和后端軸前端軸：安裝正時齒輪及附件（皮帶盤等）1.2止推軸承3.止推片4.正時齒輪5.甩油盤6.油封7.皮帶輪8.起動爪7曲軸向前移動，后止推軸承與曲軸臂端面摩擦；軸向后移動，前止推軸承與正時齒輪端面或止推片摩擦。4186325正時：就是通過發(fā)動機的正時機構(gòu)，讓每個氣缸正好做到活塞向上正好到上止點時、氣門正好關(guān)閉、火花塞正好點火正時齒輪的作用就是當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，活塞的行程（上下的運動）氣門的開啟與關(guān)閉（時間）點火的順序（時間），在“正時"的連接作用下，時刻要保持“同步”運轉(zhuǎn).皮帶輪用以驅(qū)動許多部件，包括發(fā)電機、水泵、和動力轉(zhuǎn)向的液壓泵等等南昌大學機電學院后端軸：安裝飛輪前后端軸都設有防漏裝置：擋油盤、回油螺紋、油封等。曲軸后端回油螺紋南昌大學機電學院（6）曲軸的軸向限位

通常是通過在曲軸的前部、中部或后部安裝止推軸承（或翻邊軸瓦）來實現(xiàn)的，定位只能有一處。主軸頸止推墊片止推墊片連桿軸頸主軸承蓋南昌大學機電學院三、曲拐的布置1）各缸的作功間隔要盡量均衡，以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。2）連續(xù)作功的兩缸相隔盡量遠些，最好是在發(fā)動機的前半部和后半部交替進行。比如：四缸機：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸機：1-5-3-6-2-4；

3）V型發(fā)動機左右氣缸盡量交替作功。4）曲拐布置盡可能對稱、均勻以使發(fā)動機工作平衡性好。（1）一般規(guī)律南昌大學機電學院（2）常見曲軸曲拐的布置對缸數(shù)為i的發(fā)動機而言，其發(fā)火間隔為：四行程：720°/i

二行程：360°/i①四缸四行程發(fā)動機的發(fā)火順序和曲拐布置點火順序：各缸完成同名行程的次序。曲軸轉(zhuǎn)角（度）

一缸二缸三缸四缸0～180180～360360～540540～720功功功功排進壓排進壓排進壓排進壓1↓3↓4↓2南昌大學機電學院四缸四行程發(fā)動機的曲拐布置南昌大學機電學院②直列四沖程六缸發(fā)動機發(fā)火順序和曲拐布置曲軸轉(zhuǎn)角（度）601201802403003604204805406006607200～180180～360360～540540～720一缸二缸三缸四缸五缸六缸排進壓進壓排進壓排進壓排進壓排進壓排發(fā)火順序：1-5-3-6-2-4功功功功功功南昌大學機電學院六缸四行程發(fā)動機的曲拐布置南昌大學機電學院八缸四行程發(fā)動機的曲拐布置（紅旗轎車SV100型發(fā)動機）1-8-4-3-6-5-7-2南昌大學機電學院四、曲軸扭轉(zhuǎn)減振器作用：吸收曲軸扭轉(zhuǎn)振動的能量，使曲軸轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，可靠工作。種類：橡膠式（車用），硅油式，摩擦片式。

橡膠式摩擦片式硅油式南昌大學機電學院皮帶盤慣性盤橡膠墊減振器圓盤皮帶輪轂曲軸前端當曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，力圖保持等速轉(zhuǎn)動的慣性盤便與橡膠層發(fā)生了內(nèi)摩擦，從而消耗了扭轉(zhuǎn)振動的能量，消減了扭振。橡膠摩擦式曲軸扭轉(zhuǎn)減振器結(jié)構(gòu)圖南昌大學機電學院五、飛輪（一）功用：

將在作功行程中輸入于曲軸的能量的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出