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2第二章 曲柄连杆机构

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第2章曲柄连杆机构

第2章曲柄连杆机构

第2章 曲柄连杆机构
1. 气体作用力
在每个工作循环的四个行程中，气体压力始终存在。但由 于进气、排气两行程中气体压力较小，对机件影响不大，故这 里主要介绍作功和压缩两个行程中的气体作用力。 在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力。这时， 燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶部，如图2-2(a)所示。 设活塞所受总压力为 Fp,传到活塞销上，可分解为Fp1与Fp2。Fp1 通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上后，又分 解为 R 和S两个力。R沿曲柄方向使曲轴主轴颈与主轴承间产生 压紧力，S 与曲柄垂直， 并对曲轴形成转矩 T，推动曲轴旋转； Fp2把活塞压向气压壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体 翻倒的趋势， 故机体下部两侧应固定在车架上。
第2章 曲柄连杆机构 (1) 楔形燃烧室(见图2-9(a))的结构较简单、紧凑，在 压缩终了时能形成挤压涡流，因而燃烧速度较快，经济性和
动力性较好。
(2) 盆形燃烧室(见图2-9(b))的结构简单、紧凑。 (3) 半球形燃烧室(见图2-9(c))的结构比楔形和盆形燃 烧室的结构更紧凑，但因进、排气门分别置于气缸盖两侧， 故使配气机构较复杂。由于该燃烧室散热面积小，有利于促 进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害气体，故对排气净化 有利。
第2章 曲柄连杆机构 目前发动机上采用的气缸盖衬垫有多层薄金属衬垫、金 属—复合材料气缸盖衬垫和金属—石棉气缸盖衬垫3种。气缸盖 衬垫的水孔和燃烧室周围另用金属镶边，以防被高温燃气烧坏。 前两种的气缸盖衬垫多在轿车上使用。金属—石棉气缸盖衬垫
的石棉中间夹金属丝或金属屑，外覆铜皮或钢皮，这种衬垫的
压紧厚度为1.2～2 mm。安装气缸盖衬垫时，应根据标记或文 字进行安装， 否则易被冲坏。如金属—石棉气缸盖衬垫在安装

第二章 曲柄连杆机构

第二章 曲柄连杆机构

四、连杆
图2-20
连杆轴瓦
四、连杆
图2-21 V形发动机的连杆 a)并列连杆式 b)主副连杆式 c)叉形连杆式
第三节 曲轴飞轮组
一、曲轴
二、飞轮 三、曲轴扭转减振器
第三节 曲轴飞轮组
1—曲轴 2—键
图2-22 曲轴飞轮组 3—带轮 4—正时齿轮 5—轴承 6—组合止推轴承 7—滚针轴承 8—飞轮
1.一般式气缸体
•图22a所示为一般式气缸体，其特点是油底壳安装平面和曲轴旋 转中心在同一高度。这种气缸体的优点是整体高度小、质量轻、结 构紧凑、便于加工及曲轴拆装方便，缺点是刚度和强度较差，一般 适用于中、小型发动机。
2.龙门式气缸体
•图22b〖ＢＦＱ〗所示为龙门式气缸体，其特点是油底壳安装平 面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度较好，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。采用这 种气缸体的发动机较多，如捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车的发 动机都采用这种形式的气缸体。
3.隧道式气缸体
图2-3 气缸套结构图 a)干式 b)湿式 1—气缸体 2—冷却水套 3—气缸套 4—橡胶密封环 5—圆环带
二、曲轴箱
图2-4 油底壳结构示意图 1—密封圈 2—放油螺塞 3—密封垫 4—螺栓 5—油底壳
三、气缸盖
图2-5 EQ6100发动机气缸盖结构 1—水堵 2—气缸盖 3—出水口 4—气门 摇臂架安装平面 5—火花塞螺孔
三、曲轴扭转减振器
图2-28 飞轮 1—螺栓 2—上止点记号 3—定位销 4—齿圈 5—螺母 6—润滑脂油嘴
三、曲轴扭转减振器
图2-29 曲轴扭转减振器 1—螺母 2—波形垫片 3—带轮固定盘 4、6—带轮 5—调节垫片 7—双头螺栓 8—大螺栓 9—螺栓 10—带轮总成

第2章,曲柄连杆构造

第2章,曲柄连杆构造
1.气缸体材料一般采用优质灰铸铁制造 提高其耐磨性，采用表面处理，如表面淬火和镀铬
2.气缸体内镶入气缸套，形成气缸工作表面。
气缸套使用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，气缸体则可以用 价格较低的普通铸铁或铝合金等材料制造。 3.气缸套有干式和湿式两种形式
气缸套图
2.5 机体的构造和检修
（1）湿式缸套的优点 缸体上没有封闭的水套，铸造较容易 便于修理更换，且散热效果较好
间隙过小，将会因活塞膨胀而拉缸，卡死等现象；
间隙过大，将出现敲缸，窜气，泵油等故பைடு நூலகம்。 2.变形主要原因：热膨胀
2.2 活塞连杆组构造和维修
3.采取措施 活塞加工成冷态下其裙部断面为长轴垂直与活塞销方向的椭圆
活塞将销座附近的裙部外表制成下陷0.5～1.0mm
油冷活塞 偏置销座等
活塞环类型图
2.2 活塞连杆组构造和维修
2.2.3 活塞销
一、功用
连接活塞和连杆小端，将活塞承受的气压力传给连杆
二、结构
厚壁管状体
三、连接方式
全浮式：销与连杆小端、活塞销座之间有一定的配合间隙。 半浮式：销与活塞销座，连杆小端处，一处固定，一处浮动。
活塞销连接方式图
2.2 活塞连杆组构造和维修
1.曲轴的常见损伤
轴颈磨损 曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规
律性。
弯扭变形 所谓曲轴弯曲是指主轴颈的同轴度误差大于0.05mm。
裂纹
曲轴的裂纹多发生在曲柄与轴颈之间的过渡圆角处以及油孔处。
2.4 曲轴飞轮组构造和维修
2.曲轴的检修
检验项目主要是：
（1）裂纹的检验 （2）变形的检验
活塞销偏置图 请点击图片观看该图片对应的教学动画

《汽车构造》第二章曲柄连杆机构

《汽车构造》第二章曲柄连杆机构

3）按排列形式分
直列式（＜6缸），V型＞8缸），水平对置式 优缺点： 优缺点： 直列式：结构简单、长度、 高度较大（垂直、倾斜、 水平）。 V型：刚度大、缩短发动 机的长度、高度、质量。 水平对置式：高度最小、 使轿车和大客车总布置更 方便。
(c)水平对置式 水平对置式
(a)直列式 直列式
(b)V型 型
2.活塞的变形与防治措施 2.活塞的变形与防治措施
活 塞 受 力 情 况
采用的措施： 采用的措施：
（1）冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的 椭圆。
采用的措施： 采用的措施：
（2）上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或 桶形（任何情况下都能得到良好润滑，但加工困难）。
采用的措施： 采用的措施：
扭曲环
锥面环
梯形环
桶面环
气环的泵油作用
活塞 汽 汽 活塞
缸
缸
2.油环 2.油环 种类 普通油环
上刮片
组合油环
示 意 图
刮片
油环的刮油作用
2.2.3 活塞销
作用： 作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传递给连杆。 材料与工艺: 材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。
1.活塞销的形状 1.活塞销的形状
1.连杆的结构 1.连杆的结构
连杆主要由连杆 小头、连杆杆身、连 杆螺栓、连杆大头、 连杆轴瓦和连杆盖等 组成
2.1 机体组
机体是构成发动机的骨架，是 发动机各机构和各系统的安装基础， 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。 机体组由汽缸体、曲轴箱、 汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机 件组成。
图2-1 机体组的组成部件 1—汽缸盖； 2—汽缸体； 3—汽缸垫； 4—汽缸体—曲轴箱； 5—油底壳

汽车构造课件第二章曲柄连杆机构

汽车构造课件第二章曲柄连杆机构

曲柄连杆机构的优 化设计
提高发动机的输 出功率
降低发动机的燃 油消耗
提高发动机的可 靠性和耐用性
降低发动机的噪 声和振动
提高发动机的环 保性能
提高发动机的经 济性
优化曲柄连杆机构的设计参数，如曲柄半径、连杆长度等 采用先进的材料和制造工艺，提高曲柄连杆机构的强度和耐磨性 优化曲柄连杆机构的运动轨迹，提高发动机的输出功率和燃油经济性
汽车构造课件第二章 曲柄连杆机构
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目录
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曲柄连杆机构概述
曲柄连杆机构的运 动学分析
曲柄连杆机构的受 力分析
曲柄连杆机构的优 化设计
曲柄连杆机构的故 障诊断与维护
添加章节标题
曲柄连杆机构概述
连接发动机曲 轴和活塞，实
现动力传递
控制活塞往复 运动，实现发
动机做功
调节发动机转 速和扭矩，实 现发动机性能
06
曲柄连杆机构的受力平衡条件是保证发动机正常工作的重要因素 曲柄连杆机构的受力平衡条件主要包括曲柄、连杆、活塞等部件的受力平衡 曲柄连杆机构的受力平衡条件需要满足力矩平衡、力平衡和位移平衡等条件 曲柄连杆机构的受力平衡条件可以通过计算和实验方法进行验证和优化
静力分析：分析曲柄连杆机构在静止状态下的受力情况 动力分析：分析曲柄连杆机构在运动状态下的受力情况 应力分析：分析曲柄连杆机构在受力状态下的应力分布 疲劳分析：分析曲柄连杆机构在长期受力状态下的疲劳寿命 振动分析：分析曲柄连杆机构在振动状态下的受力情况 热力分析：分析曲柄连杆机构在受热状态下的受力情况
优化
保护发动机， 防止活塞撞击 缸壁，延长发
动机寿命
曲柄：连接活塞连杆，传递动力 连杆：连接活塞和曲柄，传递动力 活塞：在气缸内上下运动，压缩气体

第二章 曲柄连杆机构

第二章 曲柄连杆机构

6）桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。 7）开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力 的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。 8）顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。
（二）油环 1、作用 1）刮掉缸壁上多余的机油，并且均匀分布缸壁 上的机油。 2）辅助密封。 2、分类（图2-33） 1）普通油环（整体式油环） 2）组合式钢片油环
一、机体
1、工作条件和材料 1）气缸工作条件： 气缸受到高温、高压的冲击；受到腐蚀； 活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等。 2）要求：足够的强度、刚度，耐磨损、腐蚀， 结构紧凑，质量轻。 3）材料：高强度灰铸铁 或铝合金。 但是为了降低成本，通常是机体用灰铸铁， 气缸孔用优质合金铸铁，而采用气缸套。
（ 3 ）活塞销座 A、作用：支承活塞销，将活塞顶部气体作用 力经过活塞销传给连杆。 B、活塞销偏移布置（图2-25） 目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击 气缸的噪音与磨损。 （4）裙部的表面处理 汽油机：常用镀锡方法 柴油机：一般是磷化，还有的用涂石墨。
6、活塞在气缸内的安装注意事项 1）按照活塞顶部的指定标记安装（注意喷 油方向、气门方向） 2）同台发动机的活塞质量差不能超过10g， 并与相同尺寸公差的缸盖配合。 3）开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压 力（主、次推力面）的一面，以免活塞 在运动时划伤气缸壁。
三、活塞销 （一）作用 1、连接活塞与连杆小头。 2、将活塞承受的气体力传给连杆。 （二）材料 多用低碳钢和低碳合金钢。 同时要求其芯部具有一定的韧性。为了减轻质量， 常将其做成空心圆柱形。 （三）内孔形状 1）圆柱形（加工容易，但质量较大） 2）组合形（介于前后两者之间） 3）两段截锥形（质量较小，但加工较难）
第二章 曲柄连杆机构
作用：将燃料燃烧的热能转换为机械能，将活塞 的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将能量 传输出去。 本章主要内容： 1、 曲柄连杆机构的受力及运动分析 2、 机体组 3、 活塞连杆组 4、 曲轴飞轮组

第二章曲柄连杆机构动力学分析

第二章曲柄连杆机构动力学分析
1、活塞位移：
x (L R) (L cos R cos)
R(1 cos) L(1 1 2 sin 2 )
（精确式）
x
R(1 cos)
R
4
(1
c os2 )
xI
xII
（近似式）
近似式与精确式相比误差很小，如当λ=1/3.5时，曲柄转角为 90度时误差为最大，在0.003R左右，此精度在工程上已足够。
mCA
mC
L lA L
mCB
mC
L lB L
mC
lA L
对于有的高速发动机还须满足一个条件：
③ 两个换算质量对连杆质心的转动惯量之和等于原来连杆的转动惯
量，即
mCA
l
2 A
mCB
l
2 B
IC
式中IC为原连杆的转动惯量。但采用二质量替代系统时，在连杆 摆动角加速度下的惯性力矩要偏大 ΔMC=[（mCAlA2+mCBlB2）-IC]ε 为此，可用三质量替代系统：
a
R
2
cos
cos
c os2 c os3
R 2 cos cos2 sin
连杆摆角： arcsinsin
连杆摆动角速度：L
cos
1 2 sin 2
1/ 2
连杆摆动角加速度： L
2
(1 2
2 2 ) sin
1 2 sin
2 (1 sin 2 )
2 3/ 2
单缸切力曲线及六缸合成图 各轴颈输出扭矩
各轴颈输出扭矩如图
M TII M T (1) M TIII M TII M T (2)
M TIV M TIII M T (3) M TV M TIV M T (4)

第二章-发动机机体组及曲柄连杆机构

第二章-发动机机体组及曲柄连杆机构

（1）气环
作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并 把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷 却水将其带走。
气环
切口
第二章 机体组及曲柄连杆机构 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
第二章 机体组及曲柄连杆机构 气环的泵油原理：
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（2）油环：刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁
①质量轻，比全裙式活塞 轻10％～10％，适应高速 发动机减小往复惯性力的 需要。 ②裙部弹性好，可以减小 活塞与气缸的配合间隙。 ③能够避免与曲轴平衡重 发生运动干涉。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
4．活塞的冷却
振荡冷却法： 从连杆小头 上的喷油孔 将机油喷入 活内壁的 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。
气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 三、气缸盖 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成 燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的 热负荷很大。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式
椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活 塞工作时趋近正圆。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（3）活塞裙部开槽 横向绝热槽
纵向膨胀槽
减少裙部受热 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低
绝热槽 膨胀槽
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（4）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。
困难。
高度小， 总体布置 方便。
第二章 机体组及曲柄连杆机构

第2章曲柄连杆机构

第2章曲柄连杆机构
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2.3机体组
2.3.1汽缸体
1.汽缸体的结构形式 水冷发动机的汽缸体和曲轴箱通常铸成一体，可称为汽缸体
一曲轴箱，也可简称为汽缸体。汽缸体上半部有一个或若十个为 活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为汽缸;下半部为支承曲轴 的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。作为发动机各个机构和系 统的装配基体，汽缸体本身应具有足够的刚度和强度。其具体结 构形式分为三种，如图2-4所示。
汽缸套有干式和湿式两种，如图2-10所示。
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2.3机体组
2.3.2汽缸盖与汽缸衬垫
1.汽缸盖 汽缸盖的主要功用是密封汽缸上部，并与活塞顶部和汽缸一
起形成燃烧室。同时，汽缸盖也为其他零部件提供安装位置。汽 缸盖的燃烧室一侧直接受到高温、高压燃气的作用。在承受热负 荷时，由于形状复杂，冷却不均匀，各部分温差大，特别是在进、 排气门口之间以及进、排气门口与汽油机的火花塞之间(或进、排 气门)与柴油机的喷油器之间的所谓“鼻梁区”，热应力很高，是 容易出现裂纹损坏的部位;而汽缸盖在机械负荷和热负荷作用下产 生的变形会导致进、排气门密封被破坏和汽缸盖密封(气封、水封、 油封)被破坏，影响发动机的动力性、经济性和工作可靠性。因此， 要求汽缸盖应具有足够的强度和刚度。
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2.5曲轴飞轮组
按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支 承曲轴两种。在相邻的两个曲拐之间，都设置一个主轴颈的曲轴， 称为全支承曲轴;否则称为非全支承曲轴。
因此，直列发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数(包括曲轴 前端和后端的主轴颈)比汽缸数多一个;V形发动机的全支承曲轴， 其主轴颈的总数比汽缸数的一半多一个。全支承曲轴的优点是可 以提高曲轴的刚度和恋曲强度，并目可减轻主轴承的载荷。其缺 点是曲轴的加工表面增多，主轴承增多，使机体加长。这两种形 式的曲轴均可用于汽油机，但柴油机多采用全支承曲轴，这是因 为其载荷较大的缘故。

汽车构造课件第二章曲柄连杆机构

汽车构造课件第二章曲柄连杆机构
汽车构造课件第二章曲柄 连杆机构
曲柄连杆机构是汽车发动机的核心部分之一，它由曲轴、连杆、活塞、活塞 销组成，掌控着发动机的能量，是发动机运转的关键。
曲柄连杆机构的概述
定义和作用
曲柄连杆机构是将热能转化为机械能的重要部 件，通过连杆和曲轴的配合，将活塞的往复运 动转化为连续的旋转。
组成部分
曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、活塞、活塞销 等零部件。这些零部件的配合精度直接决定了 发动机的性能。
曲柄连杆机构的构造
曲轴
它是曲柄连杆机构的核心部件，完成了能量转化的 关键步骤。曲轴的质量和配合精度直接影响着发动 机的性能。
连杆
它连接了活塞和曲轴，通过连杆小头和大头分别与 活塞销和曲轴配合，将活塞的往复运动转化为了曲 轴的旋转。
活塞
它是曲柄连杆机构的动力源，负责将内燃机燃烧产
曲柄连杆机构的运动分析
1
活塞运动规律
活塞在缸体内做往复直线运动，并在上下止点处停留。
2
连杆运动规律
连杆的小头与活塞销配合，大头与曲轴销配合，实现了从往复运动到旋转运动的 转换。
3
曲轴运动规律
曲轴将连续的活塞运动，曲柄连杆机构的应用
在汽车发动机中的应用
曲柄连杆机构的保养
对发动机进行长期保养，采取科学的驾驶方式，注 意及时更换机油和油滤器，定期送车厂进行维修。
思考题
1 如何改变曲柄连杆机构的运动规律？
可以通过更改连杆长度或者改进曲轴形态，来调整曲柄连杆机构的运动规律。
2 如何设计适合不同工况的曲柄连杆机构？
需要深入了解每种工况下的负载特点，并根据负载特点进行优化设计，以提高曲柄连杆 机构的工作效率和寿命。
曲柄连杆机构是汽车内燃机的核心部分之一，掌控着车辆的动力输出，是汽车发动机的重要 组成部分。

第二章-曲柄连杆机构

第二章-曲柄连杆机构

（轴向定位）
套与冷却水直接接触，薄厚（5-9mm），缸套下端带 橡胶封水圈，气缸套外圆上大，下小（因为气缸套下
气缸套
端带1-3道橡胶封水圈），且上端与气缸体内孔配合
紧，下端配合松，以方便推入气缸体内孔。
水套
（径向定位）
湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶 面高出气缸体顶面0.05-0.15 mm，这样紧固缸盖 时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。
机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与上曲轴箱（其内腔为曲
轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为下曲轴箱。气缸体内孔一般镶
2入（（、1（气 一 三、气2缸 ） ）材缸级套 作 材料工加， 用 料作工（（其和：表精12内工1））2面度、、表艺气气制）内外面：缸缸造孔部形套体工：（（成：：艺（12（气优灰））12（ （缸质）铸各散）12工合铁机热活） ）形作金或构塞精 珩成表铸铝和运镗 磨气面铁合系动（缸。或金统导网工合的向纹作金装状容钢配）积基2磨（体、1损二、避））改时免要善间拉求漏磨短缸：气合（1234:条金、、、、功件属耐度耐耐足率，熔高和高磨腐够下磨着温强压损蚀的降合、度刚
维修成本增加。（现代发动机大部分采用）
c、组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。 （2）按所用燃料分
a、汽油机：（1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔
（2）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排
气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾
化),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸
在气缸盖的两侧
湿式缸套优点是：气缸套冷却好；制造成本
气缸体 橡胶封水圈
（径向定位）
低；气缸体铸造工艺性好；缸心距短，曲轴不易弯
曲。 湿式缸套缺点是：气缸体刚性差，容易变形，

第二章 曲柄连杆机构

第二章 曲柄连杆机构

飞轮的主要功用是①使柴油机回转角速度趋于均匀。 ②协助柴油机起动。（根据柴油机的起动和盘车的 不同方式，飞轮轮缘上有的装有飞轮齿圈或涡轮） ③保证柴油机空车运转的稳定性。④飞轮轮缘上还 刻有各缸上止点等定时标记，作为定时调整的基准。 柴油机的飞轮通常用铸铁、铸钢或锻钢制成轮缘形 结构，使其大部分质量集中在轮缘处，以较小的质 量获得尽可能大的转动惯量。
7．典型曲轴介绍 由若干个曲柄、自由端（首端）和功率输出端（尾端） 三部分组成。 （1）曲柄臂和主轴颈及曲柄销之间的连接处采用车 入式圆角，经冷滚压加工，以提高疲劳强度。 （2）自由端法兰可连接轴向减振器。 （3）推力轴和曲轴为一体，可缩短柴油机长度。 （4）推力环用于传递推力和轴向定位。 （5）飞轮
①按说明书规定的预紧力上紧。 ②按工艺要求装配轴承间隙。 ③不得扭伤、碰伤螺纹和螺栓。 ④注意防松。
7．十字头轴承工作条件分析和提高可靠性措施
a)6ESCZ76/160型柴油机的十字头 1-十字头销；2-十字头滑块；3-十字头 端盖板；4-固定块；5-活塞杆螺母；6十字头轴承座；7-十字头轴承盖
b)L-MC/MCE型柴油机十字头 1-连杆小端轴承盖；2-连杆小端轴瓦；3-滑 块；4-导轨；5-耳轴；6-十字头销本体；7调整垫片；8-连杆螺栓；9-连杆小端下瓦； 10-连杆小端轴承座；11-杆身
8． 曲轴常见故障 曲轴常见故障有磨损、腐蚀、裂纹、折断和红套滑移等。 （1）曲轴的裂纹与折断： ①疲劳损坏的断面特征： 弯曲疲劳损坏是由交变弯曲应力引起的，其断面与轴 线成垂直，裂纹线为波浪线。 扭曲疲劳损坏是由交变扭曲应力引起的，其断面与轴 线成45°，裂纹线为螺旋线。 ②疲劳损坏的部位：
弯曲疲劳裂纹首先发生在曲柄销圆角或主轴颈圆 角处，然后向曲柄臂发展，一般发生在长期运转中。 原因：轴颈不均匀磨损或轴承不均匀磨损，使主轴承 有高低；机座或船体变形；材料有缺陷，加工工艺不 善、轴上有缺陷； 扭曲疲劳裂纹发生在油孔或圆角处，轴颈的疲劳 裂纹多从油孔开始，然后向与轴线成45°角方向发展， 出现两条对称裂纹。圆角处的扭曲疲劳裂纹，多从圆 角部位向轴颈发展。扭曲疲劳损坏一般发生在运转初 期。原因：油孔处有缺陷；飞车或超负荷；共振；材 料有缺陷；滑油受污染对油孔处腐蚀等。

第2章曲柄连杆机构构造与维修

第2章曲柄连杆机构构造与维修
1. 机体组件积碳清除
危害：积炭经常发生在气缸顶部、气缸盖底部，它会引起汽 油机早燃和爆燃，增加气缸磨损。 清除方法：①机械法直接采用钢丝刷或刮刀清除（注意不要 刮伤机体组件）；②化学法是采用化学溶剂对机体组件积炭 处进行浸泡2～3h，加热浸泡效果更好，使积炭软化，再用 刷子刷洗去除。
2.2.2 机体组的检修
1） 发动机气缸体类型
（a）水冷 （b）风冷 发动机冷却方式
2.2.1 机体组的构造
2） 气缸的排列形式
（a）单列式 （b）V 形排列 （c）对置式 多缸发动机排列形式
2.2.1 机体组的构造
2） 气缸的排列形式
（a）单列式 （b）V 形排列 （c）对置式 多缸发动机排列形式
2.2.1 机体组的构造
活塞标记 1-安装方向 2-生产日期 3-厂家标志 4-活塞直径 5-装配间隙
2.3.1 活塞连杆组的构造
1.活塞
活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端 的部分，包括装活塞销的销座孔。 活塞裙部作用：对活塞在气缸内的往复运动起导 向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。
活塞裙 部侧压 力
2.3.1 活塞连杆组的构造
（a）直开口 （b）阶梯形
（c）斜开口（d）带防转销钉槽
2.3.1 活塞连杆组的构造
2.活塞环 1）气环 气环的断面形状：
（a）矩形
（b）锥形
（c）扭曲形1
（d）扭曲形2
（e） 梯形
（f）桶形
2.3.1 活塞连杆组的构造
2.活塞环 2）油环
油环有普通油环和组合油环两种。
2.3.1 活塞连杆组的构造
2.2.1 机体组的构造
3. 气缸盖 气缸盖罩
气缸盖
气缸垫

第二章 机体组及曲柄连杆机构

第二章 机体组及曲柄连杆机构

发动机工作时，燃气温度高达 2000 ℃ 以上，活塞顶部接触燃气，因高温使材料 机械性能降低，甚至产生高温蠕变。当顶 部温度超过 370~400 ℃时，还会产生热裂 现象。第一道环槽温度超过 200~220 ℃， 就会造成活塞环粘结。进气时，活塞又受 到冷的新气冲刷，造成温度不均，引起大 的热应力和活塞变形。活塞工作温度高且 作往复变速运动，润滑又困难，所以极易 磨损。
2.2.5 气缸衬垫 气缸衬垫臵于气缸盖与气缸体之间， 作用是保证燃烧室的密封，防止漏气、漏 水。气缸衬垫的材料要有一定的弹性，能 补偿结合面的不平度，以确保密封，同时 要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下 不烧损、不变形， 拆装方便，能重复使 用，寿命长。 目前应用的气缸衬垫结构大致有金 属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫、全 金属衬垫等几种。
气缸体作为发动机各个机构和系统的 装配基体，承受较大的机械负荷和热负荷， 气缸体本身应具有足够的刚度、强度和良 好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性。机体一 般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。 气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒 就是气缸。多缸发动机气缸的排列型式决 定了发动机外形尺寸和结构特点，对发动 机气缸体的刚度和强度也有影响，并关系 到汽车的总体布臵。可分为：直列式、 V 型式、对臵式三种。
二、活塞组：活塞、活塞环、活塞销等。
1．活塞的功用及工作条件 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并 将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。 此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧 室。 活塞是发动机中工作条件最严酷的零件。 作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞 顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。 活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动， 由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。
3．活塞构造 活塞可视为由顶部、头部和裙部。

第二章 曲柄连杆机构

第二章 曲柄连杆机构

汽车构造
烟台大学
12
气缸排列方式
汽车构造
（1）单列式 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。一般六缸以下发动机多采用单列式，
（2）V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角＜180°。特点是缩短了机体长度 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。 一般用于6 缸以上的发动机。
烟台大学
汽车构造
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸体和气缸盖进行适 当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。
水冷发动机的气缸体和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖 的冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，从而起到冷却作 用。
风冷发动机的气缸和气缸盖周围外表面铸有许多散热片，以增加散热面积， 保证散热良好。
于曲轴的旋转中心。它的优点 是强度和刚度较好，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。 采用这种气缸体的发动机较多， 如捷达轿车、富康轿车、桑塔 纳轿车的发动机都采用这种形 式的气缸体。
一般式
龙门式
隧道式
（3）隧道式气缸体 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。它主要用在一些负 荷较大的柴油机上。
烟台大学
1
第一节 概述
汽车构造
组成：机体组, 活塞连杆组, 曲柄飞轮组 工作条件: 高温,高压,高速,化学腐蚀 汽油机:3-6.5MPa,2200-2800K, 4000-6000rpm 柴油机:6-9MPa,2000-2500k, 2500-3000rpm 燃油:柴油,汽油; 润滑油:机油 活塞每秒钟行径100-200行程 作用力:气体作用力,惯性力,摩擦力 力->平衡->设计制造->构造,形状,尺寸

第二章曲柄连杆机构机械原理

第二章曲柄连杆机构机械原理
由于侧隙、径向间隙 和端隙都很小，气体在通 道内的流动阻力很大，致 使气体压力p迅速下降， 最后漏入曲轴箱内的气体 就很少（0.2%~1%）。
发动机 构造与
原理
第二章 曲柄连杆机构 气环的泵油作用演示
发动机 构造与
原理
第二章 曲柄连杆机构
活塞环泵油作用的危害及措施
危害： ➢ 增加了润滑油的消耗； ➢ 火花塞沾油不跳火； ➢ 燃烧室积碳增多，燃烧性能变坏； ➢ 环槽内形成积碳，挤压活塞环而失去密封性； ➢ 加剧了气缸的磨损。
1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组
发动机 构造与
原理
第二章 曲柄连杆机构
§2.2曲柄连杆机构的受力及运动分析
一、运动分析 活塞组、连杆小头：上下往复运动； 连杆大头、杆身、连杆盖：主要做左右摆动，同时伴有上下
往复运动； 曲轴、飞轮：主要做旋转运动。 以上各零部件均是做变速运动、周期性的。
发动机 构造与
（2） 活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低， 壁上厚下薄；
（3） 裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方 向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用 的结果。
发动机 构造与
原理
第二章 曲柄连杆机构 防止变形的措施
（1） 活塞纵断面制成上小下大的截锥形。
（2） 活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线 方向，即侧压力方向。
其型式有 全裙式：裙部为一薄壁圆筒。 拖板式：将非承压面的裙部全部去掉。
发动机 构造与
原理
第二章 曲柄连杆机构
活塞裙部变形
发动机 构造与
原理
活塞的第变二形章及采取曲的柄相连应杆措机施构
变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。
变形规律：

第二章 曲柄连杆机构

第二章 曲柄连杆机构

缺点：但加大了发动机宽度，且形状复杂，加工
困难，一般多用于缸数多的大功率发动机上。V4-V16
3)对置气缸式发动机

优点： 高度比其他形式的小得多，在某些情况
下使得汽车(特别是轿车和大型客车)的总布置更 方便。气缸对置对于风冷发动机也是有利的。

缺点：结构复杂。
（2）气缸结构形式

整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。
Fg
气体力Fg，
往复惯性力Fj，
F
Fj
旋转离心力Fk。
FK
1、 气压力：气体力P的集中力FP分解为侧 向力FP2和FP1 ， FP1分解为FR和FS，FR使曲 轴主轴颈处受压，FS为周向产生转矩的力。
(1)作功行程：侧向力FP2 向左，活塞的左侧面压向 气缸壁，左侧磨损严重。 FR 使得曲轴主轴颈压向 主轴承。 Fs 对曲轴产生 转矩，推动曲轴旋转。
能承受较大的机械负荷；
缺点：工艺性较差，结构笨
重，加工较困难。
捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车
3)隧道式气缸体

特点：曲轴的主轴承孔为整
体式，主轴承孔较大，曲轴 从气缸体后部装入。

优点：其结构紧凑、刚度和
强度好；
缺点：加工精度要求高，工
艺性较差，曲轴拆装不方便

应用：负荷较大的柴油机上
（4）冷却方式
平底式/一般式气缸体 龙门式气缸体 隧道式气缸体
1)平底式气缸体

特点是油底壳安装平面和曲
轴旋转中心在同一高度。
优点：机体高度小，质量小，
结构紧凑．便于加工，曲轴 拆装方便：

缺点：刚度和强度较差。 应用：轿车、轻型货车

第二章曲柄连杆机构

第二章曲柄连杆机构
第二章曲柄连杆机构
(二)往复惯性力和离心惯性力
曲柄连杆机构运动速度的大小方向不断变化，产生惯性力，分为： （1）往复惯性力：大小：Pj=m×a；方向：与a 相反
上止点 0
a Pj Vmax
下止点 0 a Pj
上止点 0
a Pj
Vmax
下止点 0
a Pj
(二)离心惯性力
定义：曲柄、连杆轴颈、连杆大头等围绕曲轴轴线作圆周运动的力
采取措施。
刚度、强度——采用不同的曲轴箱型式。 冷却——水套或散热器
耐磨损、耐高温、耐腐蚀——材料，气缸体采用优质灰铸体，为提高气 缸的耐磨性、加入少量合金元素：铬、磷
二、油底壳(曲轴箱) 功用:储存和冷却机油并封闭曲轴箱。 构造特点：1、设放油塞；2、设挡油板；3、薄钢板冲压而成，4、软木衬垫 。
(4)间隙
活塞安装时 留有端隙、 侧隙、背隙
Δ1—端隙（开口间隙） Δ2—侧隙（边隙） Δ3—背隙
(1)气环 作用:保证气缸与活塞间得密封性, 防止漏气,并把活塞顶部吸收得大 部分热量传给气缸壁,再由冷却水 将其带走。
气环
切口
(二)气环
气环漏气通道： a. 环面与气缸壁间；b. 环与 环槽侧面间 c. 开口端隙处。
(三)缸套得密封
涨封式： 1.密封槽开在缸套上 压封式： 2.密封槽开在缸体上
优缺点:
１. 平分式：便于机械加工，制造方便，但刚度小，多用于中小型发动机 ２. 龙门式：结构刚度较大，但工艺性较差。多用中型发动机 ３. 隧道式：结构刚度最大、主轴承同轴度易保证，多用于机械负荷大的大
型发动机
为满足气缸工作条件、要求,可以从结构、加工精度、材料等方面
环与环槽得侧面密封压紧力由气体 压力P1、活塞环惯性力Pj、和摩擦力F 三个沿气缸轴线方向力决定。
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凸顶
凹顶
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第二节 活塞连杆组
11/18/2015
第二节 活塞连杆组
（2）活塞头部 位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 气环槽 工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。
活塞销孔 作用： 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 壁。
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A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 活塞应具备的特点
B 导热性能好，耐高压、高温、磨损
C 质量较小，尽可能减少往复惯性力
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第二节 活塞连杆组
4、结构 （1）活塞顶部
功用：是燃烧室的组成部分，主要 作用承受气体压力。 汽油机活塞顶部形状与燃烧室形 状和压缩比有关。
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油底壳安装平面低 于曲轴的旋转中心。
隧道式
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气缸体上曲轴的 主轴承孔为整体 式。
第一节 机体组
（2）根据冷却方式不同 1、水冷 2、风冷
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第一节 机体组
（3）根据气缸的排列方式
结构简单、加工容易， 但发动机长度和高度 较大。 缩短了机体的长度和高度，增加 了刚度，减轻了发动机的重量； 形状复杂，加工困难。
第二节 活塞连杆组
（3）活塞裙部
裙部的基本形状为一薄壁圆筒，若该圆 筒为完整的，则称为全裙式。 现在发动机一般采用半托板式或托板式 裙部的活塞，它是把活塞裙部受侧压力 较小的部分去掉，保留了必要的承压面 。 不受压力的部分， 去掉后可以减轻质 量。
桶形
裙部表面的保护 1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑
Pc
11
概述
4、摩擦力F： 指相互运动件 之间的摩擦力， 它是造成配合 表面磨损的根 源。
F
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第一节 机体组
机体组组成：
气缸盖 油道和水道 气缸体 曲轴箱 气缸垫
油底壳 气缸
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第一节 机体组
一、气缸盖 汽油机多为整体式；柴油机多为分开式
功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门 座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。 多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分 2～3次 。拆卸相反顺序。 铝合金缸盖冷机拧紧即可； 铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次
3
概述
二、组成： 1、机体组： 气缸体、曲 轴箱、油底 壳、气缸套、 气缸盖和气 缸垫---不动 件
气缸垫
气缸盖
油道和水道
气缸体
曲轴箱
Байду номын сангаас
油底壳
气缸
4
概述
气环
2、活塞连杆组： 由活塞、活塞环、 活塞销和连杆-----运动件
油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺 栓
连杆轴 瓦 连杆盖
5
概述
皮带轮
正时齿轮
飞轮
油环槽
油环槽的槽底圆周上制有很 多径向的回油孔或泄油槽， 以便多余的润滑油经此流回
3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸
第二节 活塞连杆组
（3）活塞裙部 位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用， 并承受侧压力，防治破坏油膜。
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气缸盖维修
气缸盖的主要耗损形式是裂纹和变形。气门座的装配应力过大会使气缸盖的进、排气门座之间的 过梁处产生裂纹而报废。气缸体、气缸盖的平面度用测量尺和厚薄规检测，如图2-3所示。气缸盖长 度L≤300mm，平面度公差为0.05 mm；L＞300mm，平面度公差为0.1 mm。气缸盖翘曲变形，指的是气 缸盖下平面的平面度误差逾限。气缸盖平面变形后，会使气缸密封不严，可用铲削或磨削的方法修理， 或更换新缸盖。
状态下为圆柱状态，就必须把活塞做成上小下大的圆锥形。 活塞连杆整个是不对称的，则在装配的时候必须注意活塞和连杆的正确朝向。
部分汽油机在活塞受侧压力较小的一侧有T形槽，横槽为绝热槽，竖槽叫膨胀槽。如下图所示（柴油机一
般没有）
绝热槽
膨胀槽 圆槽
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活塞裙部的绝热槽和膨胀槽
第二节 活塞连杆组
16
示意图
应用
桑塔纳 夏利 富 康
要求：结构紧 凑，冷却面积 小；能使混合 气在压缩行程 中形成良好的 涡流运动 类型
半球形
楔形
切诺基
盆形
捷达 奥迪
第一节 机体组
三、 气缸体
1 、水冷发动机的气缸体和 上曲轴箱常铸成一体，称为 气缸体——曲轴箱，也可称 为气缸体。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。
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（二）气缸体的检验
（1）气缸体基准面的检验： （2）气缸体变形的检验：（如图2-8所示） （3）气缸体主轴承座孔、凸轮轴座孔的检验：（如图2-9所示） （4）气缸体的裂纹检验：
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（5）气缸压缩压力的检测：（如图2-10所示） （6）气缸漏气率的检验： （7）气缸的修理：（如图2-11所示） 气缸修理尺寸一般分为六级（桑塔纳气缸分三级）。如表2-1所示。 （8）曲轴箱窜气量的检测
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33
第二节 活塞连杆组
一、活塞
1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转;组成燃烧室 2、工作环境： 高温、散热条件差；顶部工作温度高达600~700K，且分布不均匀；高 速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。高压，活塞顶部承受最高可达 3~ 5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结，润滑不良，腐蚀。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁
镶嵌式
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用耐磨优质材料制成气 缸套，再装到一般材料 制成的气缸体内。
第一节 机体组
5）干缸套和湿缸套 名称 特点
外壁不直接与冷却水接触。 1）壁厚较薄（1mm～3mm）； 2） 与刚体承孔过盈配合； 3） 不易漏水漏气。 外壁直接与冷却水接触。 1）壁厚较厚（5mm～9mm）； 2） 散热效果好； 3） 易漏水漏气； 4） 易穴蚀。
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第二节 活塞连杆组
（4）活塞形状 销座方向
裙部受侧压力的作用，导致活塞 发生变形
工作时向里变形
工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所 以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。
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第二节 活塞连杆组
由于活塞沿轴线方向温度上高下低，壁厚上厚下薄，所以活塞自上而下膨胀量由大到小，为使活塞工作
工作条件:高温,高压,高速, 化学腐蚀 受力分析:气体作用力,往复慣性力, 离心力，摩擦 力
7
概述
P
三、受力分析
F
曲柄连杆机构受的力主要有 气体压力P，往复惯性力Pj， 旋转离心力Pc和摩擦力F。
Pj
PC
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概述
1、 气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP， SP 分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的 力。 (2)压缩行程：侧压力NP向右，活 (1)作功行程：侧压力NP向左，活塞 塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损 的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重 严重
N
P
P
RP
SP
TP
9
SP
N
P
P
TP
RP
概述
2、 往复惯性力Pj：活塞在上 半行程时，惯性力都向上，下 半行程时，惯性力都向下。在 上下止点活塞运动方向改变， 速度为零，加速度最大，惯性 力也最大；在行程中部附近， 活塞运动速度最大，加速度为 零，惯性力也等于零。
Pj
10
概述
3、 离心惯性力PC：旋转 机件的圆周运动产生离心 惯性力，方向背离曲轴中 心向外。离心力加速轴承 与周颈的磨损，也引起发 动机振动而传到机体外。
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五、气缸垫
1、功用：安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。 2、材料要求：有一定的强度、弹性、耐热性、耐腐蚀、耐压性、拆装方便 ，可重复使用。 3、安装时注意方向
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六、机体组检测与维修
（一）气缸盖检测
对气缸盖的检验要求是：气缸盖无破裂。气缸盖 下平面的平面度误差，每50mm×50mm 范围内不大于 0.05mm，整个平面的平面度误差不大于0.20mm。可用 直尺放在缸盖的下平面上，然后用塞尺测量直尺与平 面间的间隙。 对气缸盖裂纹的修复方法主要有粘结法、焊修法 和堵漏法等。应根据裂纹的部位和大小程度，选用其 中合适的一种方法修复裂纹。（如图2-2）
示意图
强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。
干缸套
性能如何？
湿缸套
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散热良好、冷 却均匀、加工 容易。 强度和刚度不 如干缸套，易 漏水。
第一节 机体组
四、油底壳
1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上轴箱 与气缸体铸成一体 下轴箱 贮存润滑油（油底壳） 3、功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 4、构造： (1)用薄钢板冲压而成。 (2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳 油面产生较大的波动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。