1、汽车工程系1一、曲柄连杆机构的功用及组成n功用n将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动n将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩n组成n活塞组n连杆组n曲轴飞轮组汽车工程系2组成汽车工程系3返回汽车工程系4二、活塞组n组成：活塞 活塞环 活塞销汽车工程系5活塞（Piston）n功用及工作条件n要求及材料n活塞构造 顶部 头部 裙部n活塞形状n活塞冷却返回汽车工程系6活塞功用及工作条件n功用n活塞顶部是燃烧室的组成部分n承受燃气压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转n工作条件 发动机中工作条件最严酷的零件n高温：顶部温度高达2500以上n高压：汽油机爆压35MPa，柴油机69MPa，增压柴油机1
2、416MPan高速：活塞速度(913m/s)n润滑不良：活塞沿气缸壁面高速滑动，承受侧压力，润滑条件差返回汽车工程系7活塞要求及材料n要求：n足够的强度和刚度，合理的形状和壁厚n受热面小、散热好n活塞材料应膨胀系数小、导热性能好、比重小，具有较好的减摩性和热强度n活塞材料：铝合金、铸铁、钢n铝合金的优点：比重小（铸铁的1/3）、导热性好（铸铁的34倍）n缺点：热膨胀系数大，温度升高时强度和硬度下降较快返回汽车工程系8n钢活塞汽车工程系9n陶瓷活塞n具有良好的综合性能:高温强度高、耐磨性强、隔热性好、密度低、刚度好。n用它代替金属材料能大幅度提高热机效率、降低能源消耗，达到轻量化效果。返回汽车工
3、程系10活塞构造参考图2-20汽车工程系11活塞顶部-汽油机n活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关n大多数汽油机采用平顶活塞汽车工程系12活塞顶部-汽油机汽车工程系13活塞顶部-汽油机缸内直喷汽油机活塞(MITSUBISHI)汽车工程系14活塞顶部-柴油机n顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。汽车工程系15活塞顶部-柴油机返回汽车工程系16活塞头部n部位n活塞顶至油环槽下端面之间的部分（第一道活塞环槽到活塞销孔以上部位）n作用n安装活塞环，与其一起实现密封、散热n构造n气环槽和油环槽，其中油环槽底面上加工有回油孔或横向切槽汽车工程系17活塞头部-过渡圆角、隔热槽头部较厚便于传热减小
4、第一环热负荷R较大减小热阻汽车工程系18活塞头部-耐热护圈活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素 汽车工程系19活塞头部-纤维增强合金圆环返回汽车工程系20活塞裙部n部位n油环槽下端面起至活塞底面的部分n作用n为活塞在气缸内作往复运动导向n承受侧压力n要求n良好的导向n均匀的、适宜的间隙n足够的实际承压面积n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。汽车工程系21主推力面、次推力面汽车工程系22拖鞋式裙部n在保证裙部有足够承压面积条件下，将不承受侧压力的一侧的裙部全部（或部分）去掉，叫（半）拖鞋式裙部，这样的活塞叫（半）拖鞋式活塞n优点n重量轻n裙部具有较大的
5、弹性，可减小裙部与气缸套装配间隙n避免与曲轴平衡重运动干涉汽车工程系23汽车工程系24返回汽车工程系25活塞变形n机械变形、热变形均使活塞裙部在活塞销孔轴线方向的尺寸增大 n为了保证活塞工作时为圆柱形，须预先在冷态下把活塞加工成其裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形汽车工程系26冷态活塞形状-锥形裙n活塞沿高度方向的温度是上高下低，膨胀量也相应是上大下小n为了使工作时活塞趋于圆柱形，预先把活塞制成上小下大的锥形或桶形。汽车工程系27冷态活塞形状-桶形裙n裙部与气缸壁之间能形成双向楔形油膜，使裙部有较高的承载能力和良好的润滑。汽车工程系28n钢片形状参见图2-30c汽车工程系29返回汽车工程系
6、30活塞的冷却n自由喷射冷却n振荡冷却n强制冷却（广为增压发动机所采用）(蛇形)汽车工程系31活塞的冷却汽车工程系32活塞环（Piston ring）返回n活塞环包括气环和油环汽车工程系33气环n功用n密封、传热、刮油n工作条件n高温、高压、高速滑动n要求n良好的耐磨性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹性、足够的机械强度n安装后的端隙0.250.8mm，间隙过大漏气，过小则易卡死被扭断汽车工程系34汽车工程系35汽车工程系36气环种类（断面形状）汽车工程系37气环种类-矩形环矩形环 n断面为矩形，结构简单，制造方便，应用最广n与气缸壁接触面积大，利于活塞散热n磨合性差n随 活 塞 往 复 运 动，
7、产 生“泵油作用”，机油消耗量增加，容易积炭。汽车工程系38气环种类-锥面环锥面环 n断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.51.5)，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。n活塞下行时，便于刮油n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n安装时，不能装反，否则会引起机油上窜 汽车工程系39气环种类-扭曲环扭曲环n将内圆面的上边缘或外圆面的下边缘切掉一部分，则称这种环为正扭曲环；n若将内圆面的下边缘切掉一部分，为反扭曲环。n在环面上切去部分金属称为切台。汽车工程系40n环不能窜动，不会泵油，减轻了对环槽的冲击n在进气、压缩、排气行
8、程中扭曲，与锥形环类似n在作功行程高压作用下，与矩形环相同汽车工程系41气环种类-梯形环梯形环 n断面呈梯形n随活塞侧压力方向变化，侧隙和径向间隙都发生变化，将环槽中的积炭挤出。故抗粘结性好，延长环的使用寿命n一般用于柴油机活塞第一道环n缺点加工困难，精度要求高汽车工程系42气环种类-桶面环桶面环 n桶面环的外圆为外凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构n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n与气缸呈圆弧接触，有利于密封，且对缸壁表面适应性好n外凸圆弧表面加工较困难 汽车工程系43气环种类-顶岸环顶岸环返回汽车工程系44油环n功用刮油、布油、密封n类型槽孔式
9、槽孔撑簧式钢带组合式汽车工程系45油环类型-槽孔式返回 靠油环的弹力与缸壁贴合刮油。上下刮油唇、中间集油槽和回油孔。结构简单；加工容易；成本低。汽车工程系46油环类型-槽孔撑簧式返回增大了环与气缸壁的接触压力，使环的刮油能力和耐久性有所提高。但成本较高。汽车工程系47油环类型-钢带组合式n常用弹簧钢做成，接触应力大，刮油能力强n撑簧不仅使刮片与气缸壁贴紧，而且还使刮片与环槽侧面贴紧。n接触压力加大，增强了刮油能力，防止了上窜机油汽车工程系48活塞销（Piston pin）n功用n连接活塞和连杆、传递力n工作条件n高温、周期性冲击力、润滑条件差n要求n足够的刚度、强度、耐磨、质量轻n材料n低碳钢
10、、低碳合金钢汽车工程系49活塞销偏置n在许多高速发动机中，活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线12mm。n活塞运动到上止点推力面换向时，先摆后靠，减轻敲击。汽车工程系50活塞销的连接n全浮式 与连杆小头和活塞上销孔均有相对转动。n半浮式只在活塞销孔内转动。汽车工程系51三、连杆组n组成n连杆体(连杆)n连杆盖n连杆螺栓n连杆轴承返回汽车工程系52连杆n功用n连接活塞与曲轴，传递动力n改变运动方式n工作条件n承受压缩、拉伸、弯曲的交变载荷n要求n足够的刚度、强度、质量轻n材料n中碳钢、中碳合金钢；稀土镁球墨铸铁；纤维增强铝合金；钛合金汽车工程系53连杆构造n构造n小头n杆身n大头n分类n平切口
11、连杆n斜切口连杆汽车工程系54连杆构造汽车工程系55连杆小头全浮式n各装配面均不固定n优点：活塞销磨损均匀n形状取决于活塞销尺寸及其与小头的连接方式汽车工程系56连杆小头半浮式n活塞销固定在连杆小头孔内n无衬套和挡圈汽车工程系57连杆小头n与楔形销座配合使用n可以降低主要受力表面压强汽车工程系58连杆杆身汽车工程系59连杆大头n连杆大头做成剖分式，用连杆螺栓把连杆盖拧紧到杆身上n平切口、斜切口方便拆卸时从气缸上端取出汽车工程系60连杆盖定位汽车工程系61汽车工程系62连杆螺栓（Connecting-rod bolt）n载荷拉、压交变载荷n要求：增加弹性精细加工过渡圆角非定位圆柱面直径小于螺纹内
12、径n材料优质合金钢汽车工程系63连杆轴瓦汽车工程系64V型发动机连杆nV型发动机左右两个气缸的连杆安装在同一个曲柄销上并列连杆主副连杆叉形连杆返回汽车工程系65V型发动机连杆并列式并列式主副式主副式叉式叉式汽车工程系66补充：钛连杆n汽车用钛的首要因素是减重和提高性能，而从外观及符合所需标准等方面考虑也需要用钛来制作零部件。据资料介绍，每降低10的车重，废气排放量可减少10，燃料消耗节省7。因此，汽车的轻量化将起到节能、环保一举两得的功效，钛则是实现汽车减重的最理想金属。汽车（包括摩托车）是钛的一个新兴发展市场，但成本是一般汽车上使用钛材今后的课题。n连杆：用钛合金制造连杆对发动机减重很有效，能大大提高性能。n汽车上用钛量最多的国家是美国与日本。美国已生产出赛车用的钛制进气气门、排气气门、气门护圈、降连杆等部件。每年专用于汽车上的钛材达50吨。汽车工程系67活塞销偏置原因n活塞销孔轴线通常与活塞轴线垂直相交，即活塞销对中布置n当活塞越过上止点时侧压力的作用方向改变，会使活塞敲击气缸壁面产生噪声n活塞销偏置n可使活塞较平顺地从压向气缸的一面过渡到压向另一面，且过渡时刻早于达到最高燃烧压力的时刻，可以减轻活塞“敲缸”，减少噪声，改善发动机工作的平顺性n偏置缺点n增大活塞裙部两端的尖角负荷返回汽车工程系68活塞销偏置返回
