第02章 曲柄连杆机构.docx
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第02章曲柄连杆机构
第02章曲柄连杆机构教案
1.授课时间
2.授课方式多媒体
3.授课题目曲柄连杆机构
4.教学内容曲柄连杆机构的基本构造与工作原理
5.教学重点曲柄连杆机构的基本构造
6.思考题
●曲柄连杆机构由哪些零件组成及其功用?
●汽油机的燃烧室种类及其特点?
●曲轴扭转减振器起什么作用?
●矩形环的泵油作用及其危害?
●铝合金活塞形状?
7.参考资料
《汽车构造》陈家瑞主编机械工业出版社
《汽车构造》关文达主编清华大学出版社
《内燃机学》周龙保主编机械工业出版社
8.课后小节
第02章曲柄连杆机构讲稿
第一节概述
1.功用
曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动,对外输出动力,而在其他三个行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。
发动机通过曲柄连杆机构把燃料燃烧后的热能转变为机械能。
2.工作条件
曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣,它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。
曲轴旋转速度高,活塞往复运动速度大,活塞与可燃混合气和燃烧废气接触,曲柄连杆机构还受化学腐蚀作用,且润滑困难。
3.组成
曲柄连杆机构的零件可以分为三组,机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
第二节机体组
机体是发动机的骨架,是发动机各机构和系统的安装基础,其内外安装着发动机的所有主要零件和附件,承受各种载荷。
因此,机体必须要有足够的强度和刚度。
机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸垫和油底壳等组成。
1.气缸体(cylinderblock)
水冷发动机的气缸体和上曲轴箱铸成一体,气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。
在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套和润滑油道等。
根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。
(1)一般式油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。
其优点是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;缺点是刚度较差。
(2)龙门式油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
其优点是强度和刚度大,能承受较大的机械负荷;缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。
(3)隧道式气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。
其优点是结构紧凑、刚度和强度好;缺点是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。
为使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。
冷却方法有两种,水冷和风冷。
水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套,并且气缸体和气缸盖冷却水套相通,冷却水在水套内不断循环,
带走部分热量,对气缸和气缸盖起冷却作用。
现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机,对于多缸发动机,气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点,也影响刚度、强度和汽车的总体布置。
按气缸的排列方式不同,分成直列式,V型和对置式三种。
(1)直列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。
单列式气缸体结构简单,加工容易,但发动机长度和高度较大。
例如捷达、富康、桑塔纳使用的发动机均采用直列式气缸体。
有的汽车为了降低高度把发动机倾斜。
(2)V型气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角γ<180°,与直列发动机相比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动机的重量,但加大了发动机的宽度,且形状复杂,加工困难,一般用于8缸以上的发动机。
(3)对置式气缸排成两列,左右两列气缸在同一水平面上。
特点是高度小,总体布置方便,有利于风冷。
气缸直接镗在气缸体上叫整体式气缸,整体式气缸强度和刚度都好,能承受较大的载荷,这种气缸对材料要求高。
铝合金机体必须镶气缸套,气缸套采用耐磨的优质材料制成。
气缸套可以从气缸体中取出,因而便于修理更换,延长了气缸体的使用寿命。
气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。
干式气缸套外壁不直接与冷却水接触,壁厚较薄,一般为1~3mm。
强度和刚度都较好,但加工比较复杂,内外表面都需精加工,拆装不方便,散热不良。
湿式气缸套外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在上下各有一圆环和气缸体接触,壁厚一般为5~9mm。
散热良好,冷却均匀,加工容易,拆装方便,通常只需要精加工内表面,而与水接触的外表面不需要加工。
缺点是强度刚度不如干式气缸套好,且容易漏水。
2.气缸盖(cylinderhead)
气缸盖安装在气缸体上,密封气缸并构成燃烧室。
它经常与高温高压燃气相接触,承受很大的热负荷和机械负荷。
水冷发动机的气缸盖内部有冷却水套,缸盖下端面冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。
缸盖上装有进排气门座,有气门导管孔、火花塞孔、喷油器孔和进排气通道等。
顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上加工有凸轮轴轴承孔,用以安装凸轮轴。
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁,铝合金导热性好,有利于提高压缩比,所以近年铝合金气缸盖用得越来越多。
气缸盖是燃烧室的组成部分,燃烧室的形状对发动机的工作影响很大,汽油机和柴油机的燃烧方式不同,其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。
汽油机的燃烧室主要在气缸盖上,而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部。
汽油机燃烧室常见的三种形式:
(1)半球形燃烧室火花塞布置在燃烧室中央,结构紧凑,火焰行程短,燃烧速率高,散热少,热效率高。
允许气门双行排列,进气口直径较大,故充气效率较高,虽然配气机构变得较复杂,但有利于排气净化。
(富康、桑塔纳)
(2)楔形燃烧室结构简单紧凑,散热面积小,热损失也小,能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动,有利于提高混合气的混合质量,进气阻力小,充气效率高。
气门排成一列,使配气机构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播距离长些。
(切诺基)
(3)盆形燃烧室气缸盖工艺性好,制造成本低,但气门直径易受限制,进排气效果差。
(捷达、奥迪)
3.气缸垫(gasket)
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气、漏水和漏油。
气缸垫的材料要有一定的弹性,能补偿结合面的不平度,确保密封;要有好的耐热性和耐压性,在高温高压下不烧损、不变形。
目前应用较多的是铜皮石棉结构的气缸垫,由于铜皮石棉气缸垫翻边处有三层铜皮,压紧时不易变形。
有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。
注意:
安装气缸垫时,首先检查气缸垫的质量和完好程度,光滑的一面朝向气缸体。
其次严格按照说明书上的要求上气缸盖螺栓。
拧紧气缸盖螺栓时,必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2~3次进行,最后一次拧紧到规定的力矩。
4.油底壳(sump)
气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱(crankcase),曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。
上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,称油底壳。
油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成,内装有稳油挡板,以防止油面波动过大。
油底壳底部还装有放油螺塞,放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少发动机的磨损。
在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。
第三节活塞连杆组
活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等组成。
1.活塞(piston)
活塞的功用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转,活塞顶部还是燃烧室的组成部分。
活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。
活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上,散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达600~700K,且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压力很大,特别是作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa,使得活塞
承受冲击,并产生侧压力;活塞在气缸内以很高的速度(8~12m/s)往复运动,且速度在不断地变化,产生了很大的惯性力,使活塞受到很大的附加载荷。
活塞在这种恶劣的条件下工作,会产生变形并加速磨损,同时受到燃气的化学腐蚀作用。
(1)要有足够的刚度和强度,传力可靠;
(2)导热性能好,要耐高压、耐高温、耐磨损;
(3)质量小,重量轻,尽可能地减小往复惯性力。
铝合金材料基本上满足上面的要求,活塞一般都采用高强度铝合金,低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。
活塞可分活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。
1.活塞顶部承受气体压力,它是燃烧室的组成部分,其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关,都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求,形状可分为平顶活塞、凸顶活塞和凹顶活塞。
平顶活塞顶部是一个平面,结构简单,制造容易,受热面积小,顶部应力分面较为均匀,一般用在汽油机上。
凸顶活塞顶部强度高,起导向作用,有利于改善换气过程,常用于二行程汽油机。
凹顶活塞凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧。
2.活塞头部用以安装活塞环,起密封作用,又称为防漏部。
柴油机压缩比高,一般有四道环槽,上部三道安装气环,下部安装油环。
汽油机一般有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。
第一道环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。
活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁,再由冷却水传出去。
活塞头部有密封作用和传热作用。
3.活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,它包括装活塞销座。
活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力。
裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。
所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中,作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。
压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反,由于燃烧压力高于压缩压力,作功行程中的侧压力也高于压缩行程中的侧压力。
(1)预先做成椭圆形:
为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而安全
的间隙,要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。
但是,由于活塞裙部的厚度很不均匀,活塞销座孔部分的金属厚,受热膨胀量大,沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。
另外,裙部承受气体侧压力的作用,导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。
这样,如果活塞冷态时裙部为圆形,那么工作时活塞就会变成一个椭圆。
因此,在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。
椭圆的长轴方向与销座垂直,这样活塞工作时趋近正圆。
(2)预先做成阶梯形、锥形:
活塞沿高度方向的温度很不均匀,活塞的温度是上部高、下部低,膨胀量也相应是上部大下部小。
为了使工作时活塞上下直径趋于相等,就必须预先把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。
(3)活塞裙部开槽:
为了减小活塞裙部的受热量,通常在裙部开横向的隔热槽,为了补偿裙部受热后的变形量,裙部开有纵向的膨胀槽。
槽的形状有T形或Π形槽。
横槽一般开在最下一道环槽的下面,以减小头部热量向裙部传递,故称为隔热槽。
竖槽会使裙部具有一定的弹性,从而使活塞装配时与气缸间具有尽可能小的间隙,而在热态时又具有补偿作用,不致造成活塞在气缸中卡死,故将竖槽称为膨胀槽。
裙部开竖槽后,会使其开槽的一侧刚度变小,在装配时应使其位于作功行程中承受侧压力较小的一侧。
柴油机活塞裙部一般不开槽。
(4)有些活塞为了减轻重量,在裙部开孔或把裙部不受侧压力的两边切去一部分,以减小惯性力和销座附近的热变形量,形成拖板式活塞或短活塞,拖板式结构裙部弹性好,质量小,活塞与气缸的配合间隙较小,适用于高速发动机。
(5)为了减小铝合金活塞裙部的热膨胀量,有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。
恒范钢片膨胀系数为铝合金的1/10,而销座通过恒范钢片与裙部相连,牵制了裙部的热膨胀变形。
(6)有的汽油机上,活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的,向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1~2mm。
这种结构可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面,以减小敲缸。
在安装时,这种活塞销偏置的方向不能装反,否则换向敲击力会增大,使裙部受损。
2.活塞环(pistonring)
活塞环有气环和油环,气环的是保证气缸与活塞间的密封性,防止漏气,并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁,由冷却水带走。
其中密封作用是主要的,因为密封是传热的前提。
如果密封性不好,不但由于环面和气缸壁面贴合不严而不能很好散热,而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏。
油环起布油和刮油的作用,下行时刮除气缸壁上多余的机油,上行时在气缸壁上涂一层均匀的油膜。
既可防止机油窜入气缸燃烧掉,又可减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力,油环还能起到密封的辅助作用。
工作条件:
活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作,尤其是第一道环最为困难,活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。
特别是第一道环温度可高达600K,活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动,加上高温下机油可能变质,难以保证良好的润滑,因而磨损严重。
另外,活塞环随活塞往复运动时,沿径向会产生一张一缩运动,使环受到交变应力而容易折断。
因此,要求活塞环弹性好,强度高、耐磨损。
目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁,第一道环镀铬,其余环一般镀锡或磷化。
(1)气环气环开有切口,具有弹性,在自由状态下外径大于气缸直径,它与活塞一起装入气缸后,外表面紧贴在气缸壁上,形成第一密封面,被封闭的气体不能通过环周与气缸之间,便进入了环与环槽的空隙,一方面把环压到环槽端面形成第二密封面,同时,作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用,气环密封效果一般与气环数量有关,汽油机一般采用2道气环,柴油机一般多采用3道气环。
气环的断面形状很多,最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。
①矩形环断面为矩形,结构简单,制造方便,易于生产,应用最广。
但是矩形环随活塞往复运动时,会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中,这种现象称为气环的泵油作用。
活塞下行时,由于环与气缸壁的摩擦阻力及环的惯性,环被压靠在环槽的上端面上,气缸壁面上的油被刮入侧隙;活塞上行时,环又被压靠在环槽的下端面。
结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室,窜入燃烧室的机油,会在燃烧室内形成积炭,造成机油的消耗量增加,另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭,使环在环槽内卡死而失去密封作用,划伤气缸壁,甚至使环折断。
为了消除或减少有害的泵油作用,除了在气环的下面装有油环外,广泛采用了非矩形断面的扭曲环。
②扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分,使断面呈不对称形状,在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环,在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。
装入气缸后,由于断面不对称,产生不平衡力的作用,使活塞
环发生扭曲变形。
活塞上行时,扭曲环在残余油膜上浮过,可以减小摩擦磨损。
活塞下行时,则有刮油效果,避免机油烧掉。
③锥面环断面呈锥形,外圆工作面上加工一个很小的锥面,减小了环与气缸壁的接触面,提高了表面接触压力,有利于磨合和密封。
活塞下行时,便于刮油;活塞上行时,由于锥面的油楔作用,能在油膜上飘浮过去,减小磨损。
④梯形环断面呈梯形,梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置,这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去,避免了环被粘在环槽中而折断,可以延长环的使用寿命。
但是主要缺点是加工困难,精度要求高。
⑤桶面环桶面环的外圆为凸圆弧形,是近年来兴起的一种新型结构。
当桶面环上下运动时。
均能与气缸壁形成楔形空间,使机油容易进入摩擦面,减小磨损。
由于它与气缸呈圆弧接触,故对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好,有利于密封,但凸圆弧表面加工较困难
(2)油环普通油环和组合油环两种。
①普通油环普通油环又叫整体式油环。
环的外圆柱面中间加工有凹槽,槽中钻有小孔或开切槽,当活塞向下运动时,将缸壁上多余的机油刮下,通过小孔或切槽流回曲轴箱;当活塞上行时,刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。
有些普通环还在其外侧上边制有倒角,使环在随活塞上行时形成油楔,可起均布润滑油的作用,下行刮油能力强,减少了润滑油的上窜。
②组合式油环组合环由上下两片侧轨环与中间的扩胀器组成,侧轨环用镀铬钢片制成,扩胀器的周边比气缸内圆周略大一些,可将侧轨环紧紧压向气缸壁。
这种油环的接触压力高,对气缸壁面适应性好,而且回油通路大,重量小,刮油效果明显。
另一种组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成,汽车发动机上越来越多地采用了组合式油环。
它的缺点主要是制造成本高。
3.活塞销(pistonpin)
活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,并把活塞承受的气体压力传给连杆。
活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷,其本身又作摆转运动,而且处于润滑条件很差的情况下工作,因此,要求活塞销具有足够的强度和刚度,表面韧性好,耐磨性好,重量轻。
所以活塞销一般都做成空心圆柱体,采用低碳钢和低碳合金钢制成,外表面经渗碳淬火处理以提高硬度,精加工后进行磨光,有较高的尺寸精度和表面光洁度。
活塞销与活塞销座及连杆小头衬套孔的连接有全浮式安装和半浮式两种安装。
全浮式安装,当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动,活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动,使磨损均匀。
为了防止全
浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁,在活塞销两端装有档圈,进行轴向定位。
由于活塞是铝活塞,而活塞销采用钢材料,铝比钢热膨胀量大。
为了保证高温工作时活塞销与活塞销座过渡配合。
装配时,先把铝活塞加热到一定程度,然后再把活塞销装入,这种安装方式应用较广泛。
半浮式安装的特点是活塞中部与连杆小头采用紧固螺栓连接,活塞销只能在两端销座内作自由摆动,而和连杆小头没有相对运动。
活塞销不会作轴向窜动,不需要锁片。
4.连杆
连杆的功用是连接活塞与曲轴。
连杆小头通过活塞销与活塞相连,连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连,并把活塞承受的气体压力传给曲轴,使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。
工作时,承受活塞顶部气体压力和惯性力的作用,而这些力的大小和方向都是周期性变化的。
因此,连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷,这就要求连杆强度高,刚度大,重量轻。
连杆一般都采用中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成,然后经机加工和热处理。
连杆分为三个部分:
即连杆小头,连杆杆身和连杆大头。
连杆小头与活塞销相连,对全浮式活塞销,由于工作时小头孔与活塞销之间有相对运动,所以常常在连杆小头孔中压入减磨的青铜衬套。
为了润滑活塞销与衬套,在小头和衬套上有油槽或油孔以收集发动机运转时飞溅的润滑油用以润滑。
有的发动机连杆小头采用压力润滑,在连杆杆身内有纵向的压力油通道。
半浮式活塞销是与连杆小头紧固配合的,所以小头孔内不需要衬套,也不需要润滑。
连杆杆身通常做成工字形断面,抗弯强度好,重量轻。
连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连,大头有整体式和分开式两种。
一般都采用分开式,分开式又分为平分和斜分两种。
平分分面与连杆杆身轴线垂直,汽油机多采用这种连杆。
斜分分面与连杆杆身轴线成30°~60°夹角。
柴油机压缩比大,受力较大,曲轴的连杆轴颈较粗,相应的连杆大头尺寸往往超过了气缸直径,为了使连杆大头能通过气缸,便于拆装,一般都采用斜切口,最常见的是45°夹角。
连杆大头分开可取下的部分叫连杆盖,连杆与连杆盖配对加工,在它们同一侧打上配对记号,安装时不得互相调换或变更方向。
为此,在结构上采取了定位措施。
平切口连杆盖与连杆的定位多采用连杆螺栓定位,利用连杆螺栓中部精加工的圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证的。
斜切口连杆常用的定位方法有锯齿定位、销定位、套定位和止口定位。
连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起,连杆螺栓在工作中承受很大的冲击力,若折断或松脱,将造成严重事故。
为此,连杆螺栓都采用优质合金钢,并精加工和热处理特制而成。
安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时,要用扭力板手
分2~3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩,拧紧后还应可靠的锁紧。
连杆轴瓦为了减小摩擦阻力和连杆轴颈的磨损,连杆大头孔内装有连杆轴瓦。
轴瓦分上、下两个半片,多采用薄壁钢背轴瓦,在其内表面浇铸有耐磨合金层。
耐磨合金层具有质软,容易保持油膜,磨合性好,摩擦阻力小,不易磨损等特点。
耐磨合金常采用的有巴氏合金,铜铝合金,高锡铝合金。
连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。
半个轴瓦在自由状态下不是半圆形,当它们装入连杆大头孔内时,又有过盈,故能均匀地紧贴在大头孔壁上,具有很好的承受载荷和导热的能力,并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。
连杆轴瓦上制有定位凸键,供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中,以防轴瓦前后移动或转动,有的轴瓦上还制有油孔,安装时应与连杆上相应的油孔对齐。
V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的,称为叉形连杆。
第四节曲轴飞轮组
1.曲轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力,传给底盘的传动机构。
同时,驱动配气机构和其它辅助装置,如风扇、水泵、发电机等。
曲轴承受气体压力,惯性力及惯性力矩的作用,受力大且复杂,并且承受交变负荷的冲击作用。
曲轴又是高速旋转件,因此,要求曲轴具有足够的刚度和强度,具有良好的承受冲击载荷的能力,耐磨损且润滑良好。
曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。
为提高耐磨性和耐疲劳强度,轴颈表面经高频淬火或氮化处理,并经精磨加工,以达到较高的表面硬度和表面粗糙度。
曲轴一般由主轴颈,连杆轴颈、曲柄、平衡重、前端和后端等组成。
一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐,曲轴的曲拐数目等于气缸数;V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
主轴颈是曲轴的支承部分,通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。
主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关,还取决于曲轴的支承方式。
曲轴的支承方式一般有两种,全支承曲轴和非全支承曲轴。
全支承曲轴:
曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个,即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。
如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。
这种支承曲轴的强度和刚度都比较好,并且减轻了主轴承载荷,减小了磨损。
柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。
非全支承曲轴:
曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。
这种支承方式叫非全支承曲轴,虽然这种支承的主轴承载荷较大,但缩短了曲轴的总长度,使发动机的总体长度有所减小。
曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分,通过曲柄与主轴颈相连,在连接处用圆弧过渡,以减少应力集中。
直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。
V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分,断面为椭圆形,为了平衡惯性力,曲柄处有平衡重。
平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩,有时还用来平衡一部分往复惯性力,从而使曲轴旋转平稳。
曲轴前端装有正时齿轮,驱动风扇和水泵的皮带轮等。
为了防止机油沿曲轴轴颈外漏,在曲轴前端装有一个甩油盘,在齿轮室盖上装有油封。
曲轴的后端用来安装飞轮,在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹,以阻止机油向后窜漏。
曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。
安排多缸发动机的发火顺序应注意连续作功的两缸相距尽可能远,以减轻主轴承的载荷,同时避免可能发生的进气重叠现象。
作功间隔应力求均匀,也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内,每个气缸作功一次,而且各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示,称为发火间隔角。
四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈,转角为7200,在曲轴转角7200内发动机的每个气缸应该作功一次。
且点火间隔角是均匀的,因此四行程发动机的点火间隔角为7200/i,以保证发动机运转平稳。
四缸四行程发动机的发火间隔角为7200/4=1800,曲轴每转半圈作功一次,四个缸的作功行程是交替进行的,并在7200内完成,可使曲轴获得均匀的转速,工作平稳柔和。
对于每一个气缸来说,其工作过程和单缸机的工作过程完全相同,只不过是要求它按照一定的顺序工作,也叫作发动机的发火顺序。
多缸发动机的工作顺序就是各缸完成同名行程的次序。
四缸发动机四个曲拐布置在同一平面内,
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- 第02章 曲柄连杆机构 02 曲柄 连杆机构