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第2章曲柄連桿機構與機體組件收藏

第2章曲柄連桿機構與機體組件

內容提要

1.曲柄連桿機構的運動(dòng)與受力

2.機體組件的作用、組成與結構原理

3.曲柄連桿機構的作用、組成與結構原理

4.多缸發(fā)動(dòng)機的工作循環(huán)

2.1 曲柄連桿機構的運動(dòng)與受力

曲柄連桿機構主要由活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。它是將活塞頂的燃氣壓力轉變?yōu)榍S的轉矩，輸出機械能的傳動(dòng)機構。

2.1.1 曲柄連桿機構的運動(dòng)

圖2-1曲柄連桿機構簡(jiǎn)圖

以中心曲柄連桿機構（即曲軸中心線(xiàn)位于氣缸中心線(xiàn)上的曲柄連桿機構，見(jiàn)圖2-1）為例，設中心曲柄半徑為R，連桿長(cháng)度為L，根據力學(xué)推導，活塞的位移x、速度v、加速度a隨曲軸轉角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，勻速運動(dòng)時(shí)，它等于；

圖2-2

n——曲軸轉速（r/min）。

活塞位移、速度和加速度曲線(xiàn)（圖2-2）。

曲柄連桿機構的運動(dòng)特點(diǎn)：

（1）曲軸雖然作勻速運動(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稍后處達到**大值。即活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運動(dòng)和從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運動(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）由于活塞運動(dòng)速度的變化，導致其加速度的變化，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，導致了慣性力的產(chǎn)生，使發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和磨損，需要采取相應平衡措施。

2.1.2 曲柄連桿機構受力分析

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——側壓力（使氣缸活塞產(chǎn)生磨損，并有使機體翻轉的趨勢，故機體下部的兩側應固定在車(chē)架上，若有松動(dòng)，將造成發(fā)動(dòng)機振動(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）。

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(xiāo)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.往復慣性力與離心力（圖2－4）

(1) 往復慣性力

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

活塞向上運動(dòng)時(shí)，慣性力與上相反。

活塞、活塞銷(xiāo)和連桿小頭的質(zhì)量越大，曲軸轉速越高，則往復慣性力也越大。它使曲柄連桿機構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(zhù)的慣性力傳到氣缸體后，還會(huì )引起發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)。

（2）離心力

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

離心力F_c在垂直方向的分力F_cy與往復慣性力F_j方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動(dòng)機的上下振動(dòng)。離心力使連桿大頭的軸瓦和曲柄銷(xiāo)、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摩擦面形成的正壓力和摩擦系數。

2.2 機體組件

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）

氣缸體結構:氣缸、曲軸支乘孔、曲軸箱（曲軸運動(dòng)的空間）、加強筋、冷卻水套、潤滑油道等。

圖2-5 氣缸體

1-曲軸支乘孔 2-機體 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。為了節省貴金屬材料，降低成本，方便維修，現代汽車(chē)廣泛采用鑲入缸體內的氣缸套（圖2-6）。

氣缸套：有干式氣缸套和濕式氣缸套兩類(lèi)。

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。它強度和剛度都較好，但加工比較復雜，內、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

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表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但其強度、剛度不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現象，所以常加橡膠密封圈4等防止漏水，使用和維修時(shí)應密切注意，否則將產(chǎn)生冷卻液漏入油底殼的嚴重后果。

風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機（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，其結構簡(jiǎn)單，但冷卻效果差。

氣缸體結構形式（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中心在同一高度。優(yōu)點(diǎn)是機體高度小，重量輕，結構緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但剛度和強度較差。

圖2-8 氣缸體結構形式

a)一般式 b)龍門(mén)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-加強筋 7-主軸承座 8-主軸承座孔 9-油底殼座面

(2) 龍門(mén)式氣缸體：油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉中心。優(yōu)點(diǎn)是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；但工藝性較差，結構笨重，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)是結構緊湊、剛度和強度好；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成燃燒室。

材料：灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成。鋁合金的導熱性好，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(lèi)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。

結構：形狀復雜，水套、進(jìn)、排氣門(mén)座和氣門(mén)導管孔孔，火花塞孔或噴油器孔、凸輪軸軸承孔（頂置凸輪軸式）、燃燒室。

汽油機燃燒室結構形式（三種）（圖2-10）：

圖2-10 汽油機燃燒室

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。其結構緊湊、復雜，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?？刹捎?氣門(mén)結構，充氣效率高，排氣凈化好，在轎車(chē)發(fā)動(dòng)機上廣泛應用。

(2) 楔形燃燒室：是橫剖面呈楔形的燃燒室，其結構簡(jiǎn)單、緊湊，散熱面積小，熱損失??；能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動(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，火焰傳播距離長(cháng)，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，結構簡(jiǎn)單，制造成本低。但不夠緊湊，散熱面積大，熱損失大，火焰傳播距離長(cháng)，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

結構：目前應用較多的是銅皮——石棉結構的氣缸墊，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，以適應發(fā)動(dòng)機強化要求。

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齊。擰緊氣缸蓋螺栓時(shí)，必須由中央對稱(chēng)地向四周擴展的順序分2～3次進(jìn)行，**后一次擰緊到規定的力矩。

2.3 曲柄連桿機構

曲柄連桿機構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(xiāo)、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(xiāo) 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 活塞的結構

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，結構簡(jiǎn)單，制造容易，受熱面積小，頂部應力分布較為均勻，一般用在汽油機上，柴油機很少采用。

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

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。凹頂的大小還可以用來(lái)調節發(fā)動(dòng)機的壓縮比。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

有些活塞頂打有各種記號（圖2-15），用以顯示活塞及活塞銷(xiāo)的安裝和選配要求，應嚴格按要求進(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(xiāo)孔以上的部分。它有數道環(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?；钊共繉钊跉飧變鹊耐鶑瓦\動(dòng)起導向作用，并承受氣體側壓力。

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，以免在氣缸內卡死或加大局部磨損，必須在冷態(tài)下預先把活塞裙部加工成不同的形狀（圖2-16）。

圖2-16 活塞裙部結構之一

a) 裙部橢圓 b) 錐形 c) 階梯形 d) 桶形

1）預先將活塞裙部加工成橢圓形,橢圓的長(cháng)軸方向與銷(xiāo)座垂直。

2)預先將活塞裙部做成錐形、階梯形或桶形。

圖2-17 活塞裙部結構之二

a）裙部開(kāi)槽 b）拖板式活塞 c）裙部鑄恒范鋼

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

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

圖2-18 活塞銷(xiāo)孔偏置結構

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，有些汽油機活塞在活塞裙部或銷(xiāo)座內鑄入熱膨脹系數低的恒范鋼片。恒范鋼為低碳鐵鎳合金，其膨脹系數僅為鋁合金的1/10，而銷(xiāo)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(xiāo)孔偏置結構（圖2-18）。有些高速汽油機的活塞銷(xiāo)孔中心線(xiàn)偏離活塞中心線(xiàn)平面，向作功行程中受側壓力的一方偏移了1～2mm。這種結構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(xiāo)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(kāi)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)結構原理（圖2-19）：氣環(huán)開(kāi)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了第一密封面的密封作用。汽油機一般采用2道氣環(huán)，柴油機一般采用3道氣環(huán)。

氣環(huán)的斷面形狀很多，常見(jiàn)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，結構簡(jiǎn)單，制造方便，易于生產(chǎn)，應用**廣。但矩形環(huán)隨活塞往復運動(dòng)時(shí)，會(huì )把氣缸壁面上的機油不斷送入氣缸中(圖2-21)。這種現象稱(chēng)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)的內圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分，使斷面呈不對稱(chēng)形狀，在環(huán)的內圓部分切槽或倒角的稱(chēng)內切環(huán)，在環(huán)的外圓部分切槽或倒角的稱(chēng)外切環(huán)。裝入氣缸后，由于斷面不對稱(chēng)，外側作用力合力F₁（圖2-22b）與內側作用力合力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(zhù)活塞受側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(cháng)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。當桶面環(huán)上下運動(dòng)時(shí)，均能與氣缸壁形成楔形空間，使機油容易進(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，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)：它由上下數片刮油鋼片1與中間的擴脹器組成。擴脹器由軸向襯環(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，對氣缸的比壓力大，刮油效果好；而且數片刮油鋼片彼此獨立，對氣缸壁面適應性好；回油通路大，重量輕。近年來(lái)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上越來(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(xiāo)

作用：連接、傳力。

連接配合方式：與活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo) 4-活塞銷(xiāo)座 5-卡環(huán)

全浮式：指當發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，活塞銷(xiāo)、連桿小頭和活塞銷(xiāo)座都有相對運動(dòng)，使磨損均勻?；钊N(xiāo)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(xiāo)與活塞銷(xiāo)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)，應先把鋁活塞加熱到一定程度，再把活塞銷(xiāo)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(xiāo)只能在兩端銷(xiāo)座內作自由擺動(dòng)，而和連桿小頭沒(méi)有相對運動(dòng)?；钊N(xiāo)不會(huì )作軸向竄動(dòng)，不需要卡環(huán)，小轎車(chē)上應用較多。

4.連桿

功用：連接活塞與曲軸，將活塞的往復運動(dòng)轉變成曲軸的旋轉運動(dòng)。

結構：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(xiāo)沒(méi)有)。

圖2-26 連桿的結構

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，抗彎強度好，重量輕，大圓弧過(guò)渡，且上小下大，采用壓力法潤滑的連桿，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(kāi)式兩種。一般都采用分開(kāi)式，分開(kāi)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-連桿裝配標志 2-機油噴孔 3-連桿蓋裝配標志

平分——分面與連桿桿身軸線(xiàn)垂直（圖2-27a），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(guò)氣缸進(jìn)行拆裝。

斜分——分面與連桿桿身軸線(xiàn)成30⁰～60°夾角（圖2-27b）。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(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)應注意方向。

連桿蓋與連桿的定位:把連桿大頭分開(kāi)可取下的部分叫連桿蓋，連桿與連桿蓋配對加工，加工后，在它們同一側打上配對記號3，安裝時(shí)不得互相調換或變更方向。為此，在結構上采取了定位措施。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(kāi)式連桿大頭定位方法

a) 鋸齒定位 b)圓銷(xiāo)定位 c)套筒定位 d)止口定位

圓柱凸臺或光圓柱部分與經(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(xiāo)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次交替均勻地擰緊到規定的扭矩，擰緊后還應可靠的鎖緊。

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:相對應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:左右對應的兩列氣缸連桿中，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(xiāo)（連桿軸頸） 8-平衡重塊 9-轉速傳感器脈沖輪 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。

結構：主軸頸、曲柄銷(xiāo)（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：曲軸的主軸頸數比氣缸數目多一個(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：曲軸的主軸頸數比氣缸數目少或與氣缸數目相等，主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長(cháng)度，使發(fā)動(dòng)機的總體長(cháng)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

機的平衡（圖2-33）。在一些高檔發(fā)動(dòng)機上，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)機運轉更加平穩。

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

曲軸軸向定位

圖2-34 曲軸前端結構

1、2-滑動(dòng)推力軸承 3-止推片 4-定時(shí)齒輪 5-甩油盤(pán) 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)，影響了曲柄連桿機構各零件的正確位置，增大了發(fā)動(dòng)機磨損、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，再與機體的主油道聯(lián)通。

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

圖2-35 4缸四行程發(fā)動(dòng)機曲柄布置

4缸四行程發(fā)動(dòng)機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（圖2-35）。1、4缸與2、3缸互相錯開(kāi)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(jiàn)表2-1和表2-2。

表2－1 4缸機工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-3-4-2）

曲柄轉角/（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缸機工作循環(huán)（點(diǎn)火順序1-2-4-3）

曲柄轉角/（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)機曲柄布置

6缸四行程發(fā)動(dòng)機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（圖2-36），有兩種點(diǎn)火順序， 1-5-3-6-2-4和1-4-2-6-3-5，國產(chǎn)汽車(chē)都采用前一種，其工作循環(huán)見(jiàn)表2-3。

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

曲柄轉角/（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)機曲柄布置及工作順序：

圖2-37 8缸四行程發(fā)動(dòng)機曲柄布置

點(diǎn)火間隔角為720°/8=90°，發(fā)動(dòng)機左右兩列對應的一對連桿共用一個(gè)曲柄，所以V型八缸發(fā)動(dòng)機只有四個(gè)曲柄（圖2-37）。曲柄布置可以與4缸發(fā)動(dòng)機相同，4個(gè)曲柄布置在同一平面內，也可以布置在兩個(gè)互相錯開(kāi)90°的平面內，使發(fā)動(dòng)機得到更好地平衡。點(diǎn)火順序為1-8-4-3-6-5-7-2。其工作循環(huán)見(jiàn)表2-4。

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

曲柄轉角/（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.曲軸扭轉減振器

圖2-38 曲軸扭轉減振器

1-橡膠墊 2-皮帶輪（前慣性盤(pán)） 3-后慣性盤(pán) 4-橡膠體 5-皮帶輪轂

作用：吸收曲軸扭轉振動(dòng)的能量，消減扭轉振動(dòng)，避免發(fā)生強烈的共振及其引起的嚴重惡果。（曲軸是一種扭轉彈性系統，各曲柄的旋轉速度忽快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉動(dòng)慣量**大，可以認為是勻速旋轉，由此造成曲軸各曲柄的轉動(dòng)比飛輪時(shí)快時(shí)慢，這種現象稱(chēng)之為曲軸的扭轉振動(dòng)。當振動(dòng)強烈時(shí)甚至會(huì )扭斷曲軸。）

結構原理：目前用的較多的是橡膠式曲軸扭轉減振器（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(pán)）2和后慣性盤(pán)3連接。當曲軸轉動(dòng)發(fā)生扭轉時(shí)，因后慣性盤(pán)及皮帶輪慣性盤(pán)轉動(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，消耗了曲軸扭轉能量，減輕了共振。

3.飛輪

大而重，具有很大的轉動(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。

飛輪外緣壓有齒圈，與起動(dòng)電機的驅動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)發(fā)動(dòng)機用；

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

在飛輪輪緣上作有記號(刻線(xiàn)或銷(xiāo)孔)供找壓縮上止點(diǎn)用。當飛輪上的記號與外殼上的記號對正時(shí)，正好是壓縮上止點(diǎn)。有的還有進(jìn)排氣相位記號、供油（柴油機）或點(diǎn)火（汽油機）記號供安裝和修理用。

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

本章小結

1. 曲柄連桿機構是將活塞頂的燃氣壓力轉變?yōu)榍S的轉矩輸出機械能的傳動(dòng)機構。由于活塞的變速往復運動(dòng)、曲軸的旋轉運動(dòng)和連桿的復合運動(dòng)，導致各零部件受到拉、壓、剪、扭、振動(dòng)、摩擦等復雜應力作用，造成曲柄連桿機構相關(guān)零件的不均勻磨損和發(fā)動(dòng)機振動(dòng)，必需對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行平衡和固定。

2. 曲柄連桿機構包括機體組件（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(xiāo)、連桿、連桿軸瓦等）及曲軸飛輪組件（曲軸、飛輪等）。曲柄連桿機構組裝時(shí)應注意各零部件的相互配合位置關(guān)系及各重要螺釘的擰緊力矩和擰緊方法。

3. 氣缸體分一般式、龍門(mén)式、隧道式三種；氣缸套有干式、濕式兩種；汽油機燃燒室常見(jiàn)有半球形燃燒室、楔形燃燒室、浴盆形燃燒室。不同結構特點(diǎn)，具有不同功能。

4. 活塞一般都采用高強度鋁合金制成。其頂部有各種凹坑，組成各種燃燒室；頭部有活塞環(huán)槽；裙部起導向作用，并承受側壓力。整個(gè)活塞呈上小下大，裙部橢圓形；有的開(kāi)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(lèi)。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)應注意安裝位置和方向。

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

【復習思考題】

1.名詞解釋?zhuān)阂话闶綒飧左w、龍門(mén)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(xiāo)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。曲柄連桿機構往復慣性力和旋轉慣性力的產(chǎn)生和平衡。

3.機體組件包括哪些零部件？拆裝時(shí)應注意些什么問(wèn)題？

4.曲柄連桿機構包括哪些組件？拆裝時(shí)應注意些什么問(wèn)題？

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

6.汽油機燃燒室常見(jiàn)有幾種？各有何特點(diǎn)？

7.活塞結構有何特點(diǎn)？起何作用？

8.活塞環(huán)分哪兩大類(lèi)？各起什么作用？其結構各有何特點(diǎn)？安裝時(shí)應注意些什么？

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工作順序為1-2-4-3，當第4缸處于排氣行程時(shí)，請分析其余各缸的工作行程？

12.分析所拆裝的發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程。

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