第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
第一节
概述
1. 曲柄连杆机构是往复活塞式发动机的重要工作机构。其功用是将燃料燃烧后作用在活塞顶上的气体膨胀压力转变为推动曲轴旋转的转矩，向工作机械输出机械能。
2. 曲柄连杆机构的零部件主要有以下三部分组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
第二节 机体组
1. 机体组主要由气缸体、气缸盖、曲轴箱、油底壳和气缸垫等组成，它的作用是发动机各机构、各系统的装载基体。
（一）气缸体
1. 汽缸体上半部分有一个
或若干个为活塞在其中运动导向的圆形空腔，称为气缸；下半部为支撑曲轴的曲轴箱。
2. 水冷式发动机气缸体中，布置有许多的水套，通过冷却液在其中循环流动，逮走由活塞，活塞环传给气缸，再传给冷却液的大量热量，从而保证发动机连续工作的正常温度。
3. 气缸体材料要有足够的强度和刚度，导热性、耐磨性要好，质量要轻，同时从气缸体的加工工艺上也应采取措施满足发动机的要求。
4. 气缸体根据汽车发动机不同的要求，结构形式也不同，主要分为三种：
① 一般是气缸体：特点是高度低，重量轻，便于机械
加工。
② 龙门式气缸体：刚度和强度较好，与油底壳的安装配合简单，缺点是重量较大工艺性较差。
③ 隧道式气缸体：结构刚度最好，但比较笨重。
5. 汽车发动机气缸套有干式和湿式两种：
① 干式气缸套：此种气缸套与气缸孔配合紧密，不易漏水、漏气，但此种缸套的冷却效果较差。
② 湿式气缸套：此种气缸套铸造方便，易拆卸更换，冷却效果较好；但是气缸体刚度较差，容易漏水、漏气。多用于汽车柴油机上。
③ 轿车发动机大多采用刚度高的不镶缸套或镶干式缸套的形式。
④ 发动机气缸排列形式基本上有单列式和双列式。
6. 双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，为V形。其优点是大大缩短了发动机的长度，降低了发动机的高度，增加了气缸体的刚度，结构十分紧凑，重量轻，尺寸小，多用在大排量高功率的高级轿车上。缺点是形状复杂，加工较为困难，发动机的宽度有所增加。双列式发动机左右两列气缸中心线的夹角γ＝180°时为对置式。它的优点是高度更低，轿车整体布置更为方便，缺点是发动机的宽度大大增加。
11 第二章 曲柄连杆机构
§2.1 概述
一、功用和组成
1. 功用：曲柄连杆机构的功用，是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。
2. 组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分或三组:机体组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组。
二、受力分析
1.原因和目的：曲柄连杆机构的工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。由于曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂，其中有气体作用力、运动质量惯性力、摩擦力以及外界阻力等。通过分析受力情况，找出它们对机构的影响，以便采取对应措施，减小不良影响。
2.气体作用力
（1）受力分析
（2）分析结果：造成各处磨损不均匀。
3. 往复惯性力
（1）方向：活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大·，临近中间达到最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程惯性力向上，后半行程惯性力向下。
（2）大小： 活塞·活塞销和连杆小头的质量越大，曲轴转速越高，则往复惯性力也越大。
（3）分析结果：它使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈受周期性的附加载荷，加快轴承的磨损，未被干衡的变化着的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机的振动。
4. 离心力
（1）大小：其大小于曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关。
（2）受力分析
5. 摩擦力
在任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间，必定存在摩擦力，其最大值决定于上述各种力对摩擦面形成的正压力和摩擦因数。
§2.2 机体组
机体组主要由气缸体、曲柄箱、气缸盖、气缸衬垫、油底壳、发动机支撑等组成。
一、气缸体
1.气缸体的结构形式
其具体结构形式分为三种，如图2-3所示。
（1）一般式气缸体：发动机的曲轴轴线与气缸体下表面在同一干面上的为一般式气缸体 （图2-3a）。这种气缸体便于机械加工。
（2）龙门式气缸体：有的发动机将气缸体下表面移至曲轴轴叶以下（图2-3b）,称为龙门式气缸体。这种气缸体的刚度和强度较好，但工艺性较差。
项目二
曲柄连杆机构拆装_实训指导手册
- 1 - 项目二 曲柄连杆机构拆装
实训指导手册
学生姓名 学 号 组 别
实训场地 实训时间
实训设备 发动机台架 常用工具 游标卡尺 成 绩
一、任务
拆装曲柄连杆机构。
二、目标
请制定工作计划，并在安全生产的前提下，按步骤拆装汽缸盖、油底壳、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
三、实施
1. 汽缸盖拆装
1）在下图中标出你拆卸汽缸盖螺栓的顺序。 项目二
曲柄连杆机构拆装_实训指导手册
- 2 -
2）取出平垫圈使用的工具是 。
3）取下汽缸盖时先使用 撬松汽缸盖，在撬动时，保证受力方向（垂直 / 平行 ）于汽缸盖与汽缸体接触面向（ 上 / 下 ）。
4）安放取下的汽缸盖前要先垫上布，这样做是为了 。
5）测量汽缸体平面，使用的工具是 ，在下图中标出你的测量顺序。
汽缸体最大翘曲度为0.05mm，你测量的数据是 ,汽缸盖是否翘曲（ 是 /
否 ）？
6）使用 取下汽缸垫。
7）汽缸垫可以重复使用（ 对 / 错 ）。安装汽缸垫时，有标记的一面朝（ 上 / 下 ）。
8）在下图中标出你拧紧汽缸盖螺栓的顺序。 项目二
曲柄连杆机构拆装_实训指导手册
- 3 - 安装完毕后，用油漆在汽缸盖螺栓前端做上标记，用指针式扭力扳手旋转紧固
°，然后再旋转紧固 °。
2. 油底壳拆装
1）在下图标出你拆卸油底壳螺栓的顺序。
2）列出你取下油底壳所用的工具 。
3）安装油底壳时，涂抹密封胶后 分钟之内进行安装。油底壳安装完毕后至少 小时内不要起动发动机。
3. 活塞连杆组拆装
第二章 曲柄连杆机构
课题 §2.1 概述 授课教师 授课时间
课型 理论 课时 2 授课班级
学习目标：
·熟悉曲柄连杆机构的各个组成部件
·了解曲柄连杆机构的工作特点
·能够分析各组成部件的受力状况
学习重点：
·曲柄连杆机构的功用
·曲柄连杆机构的组成
学习难点：
·曲柄连杆机构的受力分析
教学方法：情境导入、启发分析、讲解示范、分组学习、归纳总结、多媒体实物 备注
一、 曲柄连杆机构的功用
·把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，从而向工作机械输出机械能
·在做功冲程将燃料燃烧产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力
·在其他三个辅助冲程中，将曲轴的旋转运动转变为活塞的往复运动，为做功冲程做准备
二、 曲柄连杆机构的组成
·曲柄连杆机构及机体由下列三部分组成（如图3-1）
1．机体组
·主要包括气缸体、曲轴箱、气缸套、气缸垫等不动件
·机体是内燃机的骨架，除了作为气缸套以及曲柄连杆机构运动件的支撑外还可安装气缸盖、配气机构和驱动机构的机件以及各辅助系统的一些附件，并以其支座安装在车辆上，同时机体内部还设有冷却水道和润滑油道。因此结构复杂
2．活塞连杆组
·主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件
3．曲轴飞轮组
·主要包括曲轴、飞轮等
三、曲柄连杆机构的受力分析
1．气缸内的气体压力
（1）气体作用力情况
·在工作循环中，气体压力是不断变化的，其瞬时最高压力，对汽油机和柴油机分别可达3~5MPa 和5~10 MPa ，这意味着作用在曲柄连杆机构上的瞬时冲击力可达数万牛顿。
（2）受力分析（如图3-2、图3-3）
·气体压力使气缸盖承受向上推力，活塞顶承受向下压力，活塞侧面和气缸壁间有侧压力，活塞销、连杆杆身、曲柄销处及曲轴主轴颈处均承受压力，曲轴还承受弯曲力矩和扭转力矩。
2．运动惯性力
·由于运动的速度和方向都时刻在改变，包括往复惯性力和旋转惯性力（离心力）（如图3-4、3-5）
