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1、本章内容：介绍曲柄连杆机构的功用与组成；机体组中缸体的结构形式、冷却方式、排列形式以及缸套的种类，气缸盖及燃烧室的结构；活塞结构和冷却方式；气环和油环的种类及工作原理；活塞销结构及连接方式；连杆和曲轴的结构，飞轮的作用；发动机的平衡结构。,曲轴飞轮组,概 述,机 体 组,活塞连杆组,平衡机构,第三章 曲柄连杆机构,【2023/9/7】,3.1 概述,曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的重要工作机构。其功用是把燃气作用在活塞顶面上的压力转变为曲轴的转矩，并向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，参见图3-1。,1活塞 2活塞销3连杆 4连杆大头5连杆
2、轴承 6曲轴主轴颈 7连杆轴颈 8曲柄 9平衡重 10连杆盖轴承11连杆盖12飞轮,图3-1 曲柄连杆机构,【2023/9/7】,3.2 机体组 机体组是发动机的骨架，是发动机各机构和系统的装配基体。机体组主要由气缸体、气缸盖、汽缸盖罩、气缸衬垫、气缸套和油底壳等组成，如图3-2所示。,图3-2 机体组,【2023/9/7】,一、气缸体（材料：高强度灰铸铁或铝合金铸造）1、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（其强度和刚度逐渐增强，而工艺性逐渐变差）：如图3-3所示。一般式气缸体：安装油底壳的加工面与曲轴旋转中心轴线齐平，多用于中小型发动机。龙门式气缸体：气缸体安
3、装油底壳的加工面低于曲轴旋转中心轴线，多用于大中型发动机 隧道式气缸体：主轴承座孔为整体式，装用滚动轴承，主要用在负荷较大的柴油机上。,图3-3 机体的结构形式,【2023/9/7】,2、按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成以下三种形式:如图3-4所示。直列式：发动机各气缸排成一直列，其特点是结构简单，加工容易，发动机的平衡性最好，但发动机高度和长度大，多用于六缸以下的发动机。例如，一汽红旗CA7220、宝来、捷达和大众波罗等型轿车。V形：发动机气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角小于180。气缸体的长度和高度缩短了，刚度增加了；但发动机的宽度增加了，且形状复杂，加工较困难。多用于6缸以
4、上大功率发动机，如奥迪A6、广州08款雅阁轿车均装备V6发动机。对置式：气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角为180。其优点是气缸体的高度小，重心低，总体布置方便，风冷效果好，发动机平衡性较好，如保时捷2.5L6。,图3-4 机体的排列形式,【2023/9/7】,【2023/9/7】,3、冷却：为了能够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，一种是水冷，另一种是风冷（图3-5）。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。,图3-5 机体及缸盖的冷却,【
5、2023/9/7】,二、气缸套（材料：耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造）按照气缸的结构形式，气缸体还可以分成：无气缸套气缸体和有气缸套气缸体。无气缸套气缸体在强化程度不高的轿车汽油机中应用较广，如桑塔纳1.8L、奥迪100的1.8L、2.2L，夏利1.0L等，特点是缸心距小，结构紧凑。但气缸磨损后需镗缸。,图3-6 干缸套和湿缸套,1、气缸套分干缸套和湿缸套两种：干式气缸套：气缸套的外表面不直接与冷却水接触。优点是不易漏气漏水，缸体结构刚度大，缸心距小，质量轻；缺点是冷却效果较差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。湿式气缸套：气缸套外表面直接与冷却水接触。优点是气缸体上没有封闭的水套，铸造方便
6、，冷却效果好，容易拆卸更换；缺点是强度和刚度差，容易漏气漏水。2、缸套定位：以缸套外表面凸出圆环带A和B实现径向定位，轴向定位是利用缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面C，如图3-6所示。,【2023/9/7】,三、气缸盖（材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金铸造）1、气缸盖结构（如图3-7所示）气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。
7、汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。,水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。整体式气缸盖：在多缸发动机中，全部气缸共有一个气缸盖（多用于缸径105mm的发动机）。分块式气缸盖：每两缸一盖或三缸一盖。单体式气缸盖：每缸一盖（多用于气缸直径140mm的发动机）风冷发动机均为单体式气缸盖。,图3-7 气缸盖,进气道,接废气涡轮增压器,排气连接管,排气管,凸轮轴,EGR接口,【2023/9/7】,2、燃烧室 汽油机的燃烧室由活塞顶部和气缸盖上相应的凹坑组成（见图3-8）。柴油机
8、的分隔式燃烧室中，主燃烧室在活塞顶部，副燃烧室铸在气缸盖中（见图3-9）。燃烧室结构对燃烧质量和发动机性能有重要影响。对燃烧室基本要求有；一是结构紧凑，面容比（燃烧室表面积与其容积之比）小，减少热损失；二是增大进气门直径或进气道通过面积，提高充气效率；三是产生适当的涡流，保证混合气及时、充分地混合燃烧。此外，汽油机燃烧室还应保证火焰传播距离短，防止发生不正常燃烧（如爆震）。柴油机燃烧室形状还应与燃油喷射、空气涡流运动进行良好的配合。,图3-8 典型的汽油机燃烧室,【2023/9/7】,四、气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，水和漏油，见图3-1
9、0。对气缸垫的要求：1、要有足够强度，在高温高压燃气作用下不易损坏。2、耐热和耐腐蚀，不烧损不变质。3、具有一定的弹性，能补偿接合面的表面粗糙度、不平度以及发动机工作时反复出现的变形。4、拆装方便，能重复使用，寿命长。,图3-9 柴油机分隔式燃烧室,【2023/9/7】,按所用材料的不同，气缸垫可分为金属-石棉衬垫、金属-复合材料衬垫和全金属衬垫。近年来，我国正在试验用膨胀石墨作为气缸垫材料，国外一些发动机开始使用耐热密封胶取代传统的气缸垫，但要求气缸盖和气缸体的接合面有较高的加工精度。安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐；同时应注意把光滑的一面
10、朝向气缸体，否则容易被气体冲坏。,图3-10 气缸垫,五、气缸盖螺栓 气缸盖和气缸体用缸盖螺栓连接，缸盖螺栓为标准件。拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩散的顺序分23次进行，最后一次使用扭力扳手按工序规定的拧紧力矩值拧紧，以免损坏气缸垫，使气缸盖变形而发生漏水现象。拧松与拧紧顺序相反。如果气缸盖由铝合金制成，则最后必须在发动机冷的状态下拧紧，这样热机状态可以增加密封的可靠性。,【2023/9/7】,六、曲轴箱和油底壳 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，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，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳（见图3-11）。油底壳受
11、力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常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。,图3-11 油底壳,七、发动机的支撑 发动机一般采用三点支承和四点支承两种方式，通过机体和飞轮壳或变速器壳体上的支承支撑在车架上。为消除汽车行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，发动机在车架上的支承是弹性的，这样也能减少发动机传给底盘和乘员的振动和噪声。为防止汽车制动或加速时由于弹性元件变形而产生发动机的纵向位移，一般还设纵向拉
12、杆，纵向拉杆的一端与车架纵梁相连，另一端与发动机连接，两端连接处有橡胶垫。,【2023/9/7】,3.3 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，如图3-12所示。,图3-12 活塞连杆组结构及装配,【2023/9/7】,图3-13 活塞结构,汽油机一般采用共晶(亚/过)铝硅合金，采用铸造、锻造和液态模锻；柴油机一般采用铸铁或耐热合金钢。2、活塞结构：活塞由活塞顶部、活塞头部（环槽部）和裙部三部分组成，如图3-13所示。,一、活塞1、活塞的工作条件及材料：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作，条件十分恶劣，要承受很大的热应力和机械应力。活塞在气缸内高速往复运动（平均速
13、度：汽油机18m/s，柴油机13 m/s左右），与缸套之间有很大的摩擦力，工作时直接接触周期变化的高温（最高达2500K以上）、高压（最高达15MPa)燃气，且承受很的往复惯性力。要求：(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。,【2023/9/7】,（1）活塞顶部：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，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞，如图3-14所示。平顶活塞：顶部是一个平面，结构简单，制
14、造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一 般用在汽油机上。柴油机很少采用。凸顶活塞：顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。凹顶活塞：顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。一般用在柴油机上，汽油机很少采用。成型顶活塞：主要用于分层稀薄燃烧的缸内直喷式汽油机，如三菱的GDI和大众的FSI汽油机,图3-14 活塞顶形状,【2023/9/7】,（2）活塞头部（环槽部）：是活塞环槽以上的部分。传力、密封、导热作用：承受气体压力，并传给连杆。与活塞环一起实现气缸的密封，防止可燃混合气漏到曲轴
15、箱内或机油窜到燃烧室中。将活塞顶部所吸收热量的7080%通过活塞环传递给汽缸壁。它有数道环槽，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（一般开隔热槽）。注：应尽可能降低活塞高度，以提高活塞运行速度降低惯性力。故在满足基本要求的情况下，尽量减少活塞环数，如汽油机采用一道气环和一道油环；柴油机采用两道气环和一道油环。,【2023/9/7】,图3-15 裙部
16、侧压力,（3）活塞裙部：活塞头部以下的部分为活塞裙部。裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，裙部应有足够的实际承压面积，以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面，承受压缩侧向力的一面称次推力面，如图3-15所示。现代发动机活塞裙部有3种类型，即全裙式、半拖板式和拖板式。裙部的基本形状为薄壁圆筒，裙部完整的称为全裙式活塞。在保证裙部有足够承压面积的条件下，将不受侧向力作用的两侧（沿销座孔轴线方向）裙部完全去掉或部分去掉的活塞为拖板式或半拖板式活塞。现代轿车发动机广泛采
17、用拖板式或半拖板式活塞。拖板式活塞的质量小，裙部具有一定的弹性，运动中不会与曲轴平衡块产生干涉，这样能减短连杆长度，降低发动机高度。对于一些重型发动机，为保证活塞的强度，一般采用全裙式活塞。,图3-16 半拖板和拖板式活塞,【2023/9/7】,发动机工作时，活塞销座孔位置的金属量多，受热后产生的膨胀量最大，由此会引起活塞变形（图3-17a）；在侧压力作用下会发生挤压变形（图3-17b）；活塞在缸内气体压力作用下，会发生弯曲变形（图3-17c）。上述变形的综合结果，使得活塞裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆（3-17d）。此外，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
18、也相应是上部大、下部小。,3、活塞工作时的变形,图3-17 活塞裙部变形,4、对应变形的结构措施（1）在制作时将活塞裙部的横断面加工成椭圆形，椭圆的长轴与活塞销孔轴线垂直，如图3-18所示。（2）把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形，如图3-19所示。,【2023/9/7】,（3）活塞群部开槽（图3-20）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“”形槽。横槽一般开在最下一道环槽的下面，裙部上边缘销座的两侧(也有开在油环槽之中的)，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
19、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。柴油机活塞受力大，裙部一般不开槽。,图3-19 阶梯形和锥形活塞,图3-20 活塞裙部开槽,图3-18 活塞椭圆结构,【2023/9/7】,（4）采用双金属活塞（图3-21）在活塞裙部或销座内嵌入钢片，限制活塞的变形量。这是国内外广泛采用的一种措施。双金属活塞由于结构和作用原理不同，可分为恒范钢片式、自动调节式和筒形钢片式等。,图3-21 双金属活塞,（a）恒范钢片活塞,（b）自动调节式活塞,（c）镶筒形钢片
20、活塞,【2023/9/7】,5、活塞的冷却 高强化发动机尤其是活塞顶上有燃烧室凹坑的柴油机，为了减轻活塞顶部和头部的热负荷而采用油冷活赛。用机油冷却活塞的方法有：(1)自由喷射冷却法：从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁喷射机油，如图3-22a、b.(2)振荡冷却法：从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在槽中产生振荡而冷却活塞，如图3-22c。(3)强制冷却法：在活塞头部铸出冷却油道或铸入冷却油管，使机油在其中强制流动以冷却活塞。强制冷却法广为增压发动机所采用，如图3-22d.。,图3-22 活塞冷却,【2023/9/7】,6、活塞销座
21、将活塞顶部气压力通过活塞销座传递给活塞销，然后再传递到连杆和曲轴。有的高速汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的（图3-23），向作功行程中受主侧压力的一方偏移了12mm。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，以减小敲缸的声音。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。,（a）对中布置（b）偏置 图3-23 活塞销对中和偏置时的工作情况,【2023/9/7】,二、活塞环 活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分(图3-24)。1、气环 作用：密封和导热 工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难
22、的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，活塞环是发动机上使用寿命最短的零件。材料：要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。一般用优质铸铁、球墨铸铁和合金铸铁。第一道活塞环外圈面通常进行镀铬或喷钼处理。其他各道活塞环大都采用镀锡或磷化处理。气环密封原理（图3-25）气环在自由状态下不是正圆形，外径略大于气缸直径。随活塞装入气缸后，在自身弹力作用下紧贴气缸壁，形成第一密封面，使缸内高压气体不能从气环外圆面与气缸壁之间通过。不过，高压气体还会窜入气环的侧隙和背隙，参看图3-25。窜入侧隙的气体会使气环下侧面与环槽的下侧面紧贴，形成第二密封面，使气环密封性能显著提高。窜入背隙的气体，产生背压力，作用在气环的背
23、面，大大加强了第一密封面的密封作用。这时漏气的唯一通道就是气环的开口间隙。因此，一般将几道气环的切口相互错开而形成“迷宫式”封气装置，就能对气缸中的高压燃气进行有效密封。,图3-24 活塞环,图3-25 气环密封面,【2023/9/7】,气环的断面形状 气环的断面形状多种多样，根据发动机的结构特点和强化程度，选择不同断面形状的气环组合，可以得到最好的密封效果和使用性能。常见的气环断面形状如图3-27。矩形环：产生泵油作用 扭曲环：可防止泵油作用，常用于二、三到气环 锥形环：用于高速发动机的二、三到气环 梯形环：用于柴油机的第一道气环 桶面环：用在高速、大负荷强化柴油机第一道气环,图3-26,气
24、环开口形状（图3-26）开口形状对漏气量有一定影响。直开口工艺性好，但密封性差；阶梯形开口密封性好，工艺性差；斜开口的密封性和工艺性介于前两种开口之间，斜角一般为30或45。切口间隙 0.25-0.8mm（第一道气环温度最高，故切口间隙值最大）。过大，漏气严重；过小，受热膨胀后可能卡死或折断。,【2023/9/7】,图3-27,【2023/9/7】,【2023/9/7】,顶岸环：断面为“L”形。因为顶岸环距活塞顶面近，作功行程时，燃气压力能迅速作用于环的上侧面和内圆面，使环的下侧面与环槽的下侧面、外圆面与气缸壁面贴紧，有利于密封；由于同样的原因，顶岸环可以减少汽车尾气HC的排放量。,【2023
25、/9/7】,2、油环（图3-28）（1）作用：涂油和刮油（2）类型：整体式和组合式（3）材料：合金铸铁,组合式油环 1-钢片；2-衬簧；3-径向衬簧；4-轴向衬簧；5-活塞,整体式油环 1-槽；2-回油孔,图3-28 油 环,【2023/9/7】,三、活塞销及卡环1、作用：连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。2、结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体（图3-29）。3、连接方式（1）全浮式：在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。（2）半浮式：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动（一般固定连杆小头）。,图3-29 活塞销,卡环：对活塞销进行轴向定位,【2
26、023/9/7】,四、连杆1、组成：连杆小头、杆身、连杆大头（包括连杆盖），如图3-30所示。2、功能：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，使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。3、工作条件：连杆工作时，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。4、材料：要求强度高、刚度好、抗疲劳强度高且柔韧性好。一般用中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr、42CrMo或40MnB等模锻或辊锻而成。连杆螺栓通常用优质合金钢40Cr或35CrMo制造。一般均经喷丸
27、处理以提高连杆组零件的强度。,图3-30 连 杆,又称连杆盖,【2023/9/7】,5、连杆大头剖分形式：平切口：结合面与连杆轴线垂直的为平切口连杆。汽油机均采用平切口 斜切口：结合面与连杆轴线成3060夹角的为斜切口连杆。柴油机连杆既有平切口的也有斜切口的。一般柴油机由于曲柄销直径较大，因此连杆大头的外形尺寸相应较大，欲在拆卸时能从气缸上端取出连杆体，必须采用斜切口连杆。斜切口连杆常用的定位方法：止口定位、套筒定位、锯齿定位，如图3-31所示。6、V型发动机连杆：如图3-32所示。并列连杆 叉形连杆 主副连杆,图3-31 斜切口连杆大头的定位方式,图3-32 V型发动机连杆,【2023/9/
28、7】,五、连杆轴瓦（上瓦和下瓦）：如右图3-33所示。为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层4。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1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，由于过盈，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。为防止连杆轴瓦转动或轴向移动，在两个连杆轴瓦的剖分面上分别冲出两个定
29、位凸键3。在连杆轴瓦内表面上还加工有油槽2，用于储存润滑油，保证可靠润滑。,图3-33 连杆轴瓦,【2023/9/7】,3.4 曲轴飞轮组,主要由曲轴、皮带轮、曲轴正时齿轮、扭转减振器和飞轮等组成，如图3-34所示。,图3-34 曲轴飞轮组,【2023/9/7】,2、材料：要求疲劳强度、冲击韧性和耐磨性好。一般用中碳钢或镍铬、铬钼、铬钒等合金钢模锻，如45、40Cr、35Mn2或高强度球墨铸铁铸成。主轴颈、曲柄销表面进行高频淬火或氮化处理，曲柄销与曲柄臂的过渡圆角出采用滚压喷丸等硬化处理。现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴，如CA488-3、奥迪100、捷达EA827、TJ376Q、富康TU和
30、切诺基等汽油机，以及6120、6135Q、YC6105Q等柴油机均采用球墨铸铁曲轴。球墨铸铁价格便宜，耐磨性能好，轴颈不需硬化处理，同时金属消耗量少，机械加工量也少。,一、曲轴1、作用：曲轴的功用是把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩，一部分通过汽车传动系驱动汽车行驶，另一部分驱动发动机的配气机构以及其他辅助装置。,【2023/9/7】,3、组成:前端、后端、曲拐（由主轴颈2、曲柄3、曲柄销4又称连杆轴颈组成）和平衡重等(见图3-35)。曲拐的数目取决于发动机的气缸数和排列方式。直列式发动机的曲拐数等于气缸数；V形发动机的曲拐数等于气缸数的一半。,1曲轴前端；2主轴径；3曲柄；4曲柄销；5平衡
31、重；6曲轴后端；7单元曲拐图3-35 曲轴各部名称,曲轴有整体式和组合式之分。整体式：一般采用滑动轴承组合式：一般采用滚动轴承，且与隧道式气缸体配合。（1）前端：前端轴是第一道主轴颈之前的部分，通过键槽和螺栓安装驱动配气凸轮轴的正时齿轮、驱动风扇和水泵的带轮、挡油盘、橡胶油封以及止推片等。有的轿车发动机上，前端轴上装有减振器以减少曲轴扭振。中小型发动机的曲轴前端装有起动爪。（2）曲拐：由主轴颈2、曲柄3、曲柄销4又称连杆轴颈组成。根据主轴颈的数目，曲轴可分为全支承曲轴和非全支承曲轴，见图3-36。,【2023/9/7】,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
32、轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。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。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。,图3-36 曲轴的支承,（3）曲轴轴承（主轴瓦）：有上、下瓦。由瓦背和合金层组成，用定位舌定位。瓦背用低碳钢制，合金层有锡基和铅基白合金（汽油机），铜基、铝锑镁和铝锡合金（柴油机）。（结构见连杆轴瓦）（4
33、）平衡重：平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力。（5）后端轴：曲轴后端是指最后一道主轴颈之后的部分，一般在其后端为安装飞轮的曲轴凸缘盘。,【2023/9/7】,4、常见的曲拐排列与发火顺序：如图3-37布置原则：1.使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷；同时避免进气过程中可 能发生的抢气现象。2.发火间隔应力求均匀，以保证发动机运转平稳。如：三缸机(单列)：三个曲拐互成120夹角，发火间隔为720/3=240,发火顺序为1-2-3 四缸机(单列)：四曲拐布置在同一平面,发火间隔720/4=180,发火顺序1-3-4-2/1-2-4-3 五缸机(单列)：
34、五个曲拐沿圆周均匀布置在五个平面内,各平面夹角为72,发火间隔为 720/5=144,发火顺序为1-2-4-5-3 六缸机(单列)：六个曲拐分别布置在三个平面内,各平面夹角为120,发火间隔为 720/6=120,发火顺序为1-5-3-6-2-4 六缸机(V型)：曲拐布置和单列三缸机相同,三个曲拐互成120夹角,V型夹角为90,采用交替 式发火,发火顺序为1-4-2-5-3-6 八缸机(V型)：V型夹角为90,发火间隔720/8=90,四个曲拐可布置在同一平面,采用交替式 发火,发火顺序为1-8-3-6-4-5-2-7或1-5-3-7-4-8-2-6；四个曲拐也可布置在 互相错开90的平面内(
35、空间曲拐布置),发火顺序为1-5-4-2-6-3-7-8等,【2023/9/7】,图3-37 曲拐布置形式,【2023/9/7】,5、曲轴前、后端密封（图3-38）（1）曲轴前端的密封：借助甩油盘和橡胶油封实现密封。发动机工作时，落在甩油盘上的机油，在离心力的作用下被甩到定时传动室盖的内壁上，再沿壁面流回油底壳。即使有少量机油落到甩油盘前面的曲轴上，也会被装在定时传动室盖上的自紧式橡胶油封挡住。（2）曲轴后端的密封：由于近年来橡胶油封的耐油、耐热和耐老化性能的提高，在现代汽车发动机上曲轴后端的密封越来越多地采用与曲轴前端一样的自紧式橡胶油封。自紧式油封由金属保持架、氟橡胶密封环和拉紧弹簧构成。
36、,图3-38 曲轴前后端密封,【2023/9/7】,回油螺纹:是在曲轴后端加工出的矩形或梯形右螺纹，其螺旋的方向应为右旋。当曲轴旋转时，进入回油螺纹槽内的机油被曲轴带动旋转，并受到密封填料的磨擦阻力Fr。Fr可分解为平行于螺纹的分力Fr1和垂直于螺纹的分力Fr2。机油在Fr1的作用下沿着螺纹槽被推送向前，流回油底壳。,许多国产汽车发动机如BJ492Q、SH680Q和EQ6100-1等均采用图3-39所示的回油螺纹密封结构。,图3-39 回油螺纹密封原理,【2023/9/7】,6、曲轴的轴向定位：曲轴的轴向定位可通过翻边轴瓦、半圆环止推片和止推轴承环等止推装置实现，见图3-40。汽车行驶时由于踩
37、踏离合器而对曲轴施加轴向推力，使曲轴发生轴向窜动，窜动过大将影响活塞连杆组的正常运动和其它机件的正常工作。因此曲轴必须有轴向定位装置。但为了保证曲轴在受热膨胀时有一定的自由伸长量，所以曲轴上只能有一处轴向定位。,图3-40 曲轴的轴向定位,二、曲轴扭振(扭振减振器常放在扭振振幅最大的曲轴自由端),曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐相对于飞轮就会发生大小和方向作周期性变化的相对扭转振
38、动，这种现象称之为曲轴的扭转振动。,【2023/9/7】,一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。当振动强烈时甚至会扭断曲轴。为防止曲轴在工作转速范围内出现过大的扭振，发动机上常装有曲轴扭转减振器。扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。常用的有橡胶减振器和硅油（粘性）减振器。,1.橡胶扭转减振器 减振器壳体与曲轴连接，减振器壳体与扭转振动惯性质量粘结在硫化橡胶层上（图3-41a）。当曲轴发生扭转振动时，减振器壳体与曲轴一起振动，但
39、转动惯量较大的惯性质量的振动滞后于减振器壳体的振动，因而在两者之间产生相对运动，使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶的内摩擦阻尼吸收，使曲轴的扭振得以消减，避免曲轴产生共振。图3-41b所示为带轮与扭转减振器的组合件，类似的结构用于东风EQ6100-1和YC6105QC等型发动机上。图3-41c所示为复合惯性质量减振器，它是在原扭转减振器的基础上，轴向增加了一个橡胶减振器，由此既能消减曲轴的扭转振动振幅，又能消减曲轴的弯曲振动振幅。,(a)橡胶扭转减振器(b)带轮-橡胶扭转减振器(c)复合惯性质量减振1-减振器壳体；2-硫化橡胶层；3-扭转振动惯性质量；4-带轮毂；5-带轮；6-紧固螺栓；7-弯曲
40、振动惯性质量,图3-41 橡胶扭转减振器,【2023/9/7】,2.硅油扭转减振器 由钢板冲压而成的减振器壳体与曲轴连接。侧盖与减振器壳体组成封闭腔，其中滑套着扭转振动惯性质量。惯性质量与封闭腔之间留有一定的间隙，里面充满高粘度硅油（图3-42a）。其减振原理同橡胶扭转减振器一样，不同之处在于，硅油扭转减振器是通过硅油的内摩擦阻尼吸收曲轴的振动能量，使扭振消除或减轻。3.硅油-橡胶扭转减振器 硅油-橡胶扭转减振器的封闭腔内注满高粘度硅油，减振器中的橡胶环6（图3-42b）主要作为弹性体，用来密封硅油和支撑惯性质量1。这种减振器集中了硅油扭转减振器和橡胶扭转减振器二者的优点。,（a）(b)(a)
41、硅油减振器(b)硅油-橡胶减振器1扭转振动惯性质量 2减振器壳体 3侧盖 4注油螺塞 5衬套 6橡胶环,图3-42 硅油及硅油-橡胶扭转减振器,三、飞轮功用：蓄能和供能，起动，上止点标记材料:铸铁、铸钢或球墨铸铁,图3-43 飞轮,【2023/9/7】,3.5 平衡机构,现代轿车特别重视乘坐的舒适性和噪声水平，为此必须将引起汽车振动和噪声的发动机不平衡力及不平衡力矩减小到最低限度。在曲轴的曲柄臂上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡则需采用专门的平衡机构。当发动机的结构和转速一定时，一阶往复惯性力与曲轴转角的余弦成正比，二阶往复惯性力与二倍曲轴转角的余弦成正比。发
42、动机往复惯性力的平衡状况与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素有关。,现代中级和普及型轿车普遍采用四冲程直列四缸发动机。平面曲轴的四缸发动机的一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩都平衡，惟二阶往复惯性力不平衡。为了平衡二阶往复惯性力需采用双轴平衡机构。两根平衡轴与曲轴平行且与气缸中心线等距，旋转方向相反，转速相同，都为曲轴转速的二倍。两根轴上都装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力在垂直于气缸中心线方向的分力互相抵消，在平行于气缸中心线方向的分力则合成为沿气缸中心线方向作用的力，与 FjII 大小相等，方向相反，从而使 FjII 得到平衡。,图3-44 作用在曲轴上的一、二阶往复惯性力示意图,【2023/9/7】,【2023/9/7】,思考题：1、试述气缸体的三种结构形式及特点。2、无气缸套式机体有何利弊？为什么许多轿车发动机都采用无气缸套式机体？3、曲柄连杆机构由哪些零件组成？其功用是什么？4、铝合金活塞预先做成椭圆形、锥形或阶梯形，为什么？5、试述矩形环的泵油作用？有什么危害？6、斜切口连杆大头与连杆盖的定位有几种方式？各有何特点?7、什么是发动机的点火顺序？什么是发动机的作功间隔角？有何要求?8、曲轴扭转减振器起什么作用？9、简述飞轮的作用和结构特点。,
