第二章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

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1、第二章 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 2.1 概述 2 2.2 機(jī)體組 3 2.3 活塞連桿組 12 2.4 曲軸飛輪組 29 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.掌握機(jī)體組的組成及各零部件的安裝要求； 2.掌握活塞的結(jié)構(gòu)類型及為防止活塞熱變形采取的結(jié)構(gòu)措施； 3.掌握活塞環(huán)的密封原理； 4.掌握曲軸的構(gòu)造特點(diǎn)； 5.掌握連桿的構(gòu)造特點(diǎn)； 6.掌握常見(jiàn)曲拐的布置特點(diǎn)。 學(xué)習(xí)方法： 介紹發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及組成，通過(guò)實(shí)物和多媒體課件動(dòng)態(tài)演示相結(jié)合，使學(xué)生掌握各零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝要求。 學(xué)習(xí)內(nèi)容： §2.1 概述 §2.2 機(jī)體組 §2.3

2、 活塞連桿組 §2.4 曲軸飛輪組 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1.氣缸體的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)； 2 活塞的結(jié)構(gòu)、變形及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施； 3.活塞環(huán)的密封原理； 4.曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及曲拐的布置。 作業(yè)習(xí)題： 1.試說(shuō)明曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用、組成和工作條件。 2.為什么大多數(shù)氣缸要用缸套？試比較干式和濕式缸套的特點(diǎn)。 3.氣缸墊有何作用？安裝時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng) ? 4.活塞的作用是什么 ? 由哪幾部分組成？ 5.活塞采用特殊結(jié)構(gòu)的原因是什么？一般活塞的形狀有何特點(diǎn) ? 6.活塞環(huán)分為幾種，作用如何 ? 7.試述連桿的作用及構(gòu)造。 8.試述曲軸的作用，曲拐的布置與

3、哪些因素有關(guān)？ 9.飛輪的作用是什么？ 2.1 概述 功用 　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用是：把燃?xì)庾饔迷诨钊斏系膲毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，以向工作機(jī)械輸出機(jī)械能。 　　組成 　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零件可以分成三組：機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組。 　 　　工作條件 　　在發(fā)動(dòng)機(jī)作功時(shí)，氣缸內(nèi)最高溫度可達(dá) 2500K 以上，最高壓力可達(dá) 5 ～ 9MPa ，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 3000 ～ 6000r ／ min ，則活塞每秒鐘要行經(jīng)約 100 ～ 200 個(gè)行程，可見(jiàn)其線速度是很大的。此外，與可燃混合氣和燃燒廢氣接觸的機(jī)件 ( 如氣缸、氣缸

4、蓋、活塞組等 ) 還將受到化學(xué)腐蝕。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作條件的特點(diǎn)是高溫、高壓、高速和化學(xué)腐蝕。 2.2 機(jī)體組 機(jī)體組主要由氣缸體、曲軸箱、油底殼、氣缸套、氣缸蓋、氣缸墊和發(fā)動(dòng)機(jī)支承等組成如圖2-2-1。 2.2.1 氣缸體與曲軸箱 　　氣缸體是氣缸的殼體，曲軸箱是支承曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的殼體，二者組成了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體。水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體和曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體－曲軸箱，也可簡(jiǎn)稱為氣缸體，如圖2-2-2 所示。風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)常將氣缸體與曲軸箱分開(kāi)制造再用螺栓連接起來(lái)。 　　 　　氣缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，承受較大的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，氣

5、缸體本身應(yīng)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和良好的耐熱性，其具體結(jié)構(gòu)型式分為三種，如圖2-2-3 所示。 　　(1)一般式氣缸體 　　缸體下平面通過(guò)曲軸中心線，這種缸體剛度雖不如其他兩種，但缸體高度低，重量輕，容易加工。小轎車和輕型載貨車用汽油機(jī)由于負(fù)荷率低，常采用這種結(jié)構(gòu)形式。 　　(2)龍門(mén)式氣缸體 　　缸體下平面低于曲軸中心線，這種結(jié)構(gòu)形式的缸體雖重些，但剛度好，一般柴油機(jī)和負(fù)荷較大的汽油機(jī)采用這種形式的缸體，大多數(shù) V 型發(fā)動(dòng)機(jī)和鋁合金缸體發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種型式。 　　(3)隧道式氣缸體 　　缸體上的曲軸軸承座為整體式，形成隧道樣，這種缸體的發(fā)動(dòng)機(jī)采用滾動(dòng)軸

6、承的盤(pán)形曲軸，安裝時(shí)，曲軸從一端插入，這種缸體比較笨重，但剛度最好。 　　氣缸體內(nèi)引導(dǎo)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒就是氣缸。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排列型式?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的剛度和強(qiáng)度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置?？煞譃椋褐绷惺健?V 型式、對(duì)置式三種，如圖2-2-4a和圖2-2-4b 所示。 圖 2-2-4a 圖 2-2-4b (1)直列式 　　一般缸體是豎立的，氣缸是垂直排成單行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，但高度較高，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，六缸以下發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種型式。 　　(2)V 型式 　　 氣缸分為左右兩邊排列成 V 型，其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)總長(zhǎng)

7、度縮短，高度降低，結(jié)構(gòu)緊湊，功率增大，剛度加強(qiáng)，重量減輕等。但發(fā)動(dòng)機(jī)寬度加大，形狀復(fù)雜，加工困難。一般用于八缸以上功率較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上。 　　(3)對(duì)置式 　　把氣缸對(duì)置排列在同一水平面上，這樣降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度，結(jié)構(gòu)也更加緊湊。一般使用于車身底板下安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車上。 　　氣缸工作表面由于經(jīng)常與高壓、高溫的燃?xì)庀嘟佑|，且有活塞在其中作高速往返運(yùn)動(dòng)，所以必須耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。為了保證氣缸表面能在高溫下正常工作，必須隨時(shí)加以冷卻，冷卻方式有兩種：一種是水冷；另一種是風(fēng)冷（圖2-2-5 ）。 　　 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上常采用水冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)用水冷卻時(shí)，氣缸周圍和

8、氣缸蓋中均有用以充水的空腔，稱為水套。轎車上常用敞開(kāi)式水套和封閉式水套兩種。敞開(kāi)式的水套在氣缸體平面敞開(kāi)，缸體重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，冷卻較好，變形小，壽命長(zhǎng)。 　　 曲軸箱有前后壁和中間隔板，其上制有主軸承孔。為了給這些軸承潤(rùn)滑，在側(cè)壁上鉆有主油道，前后壁和中間隔板上鉆有分油道。 2.2.2 氣缸套 　　缸體材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、良好的澆鑄性和切削性且價(jià)格低廉，因此常用的缸體材料是鑄鐵或合金鑄鐵。但最近鋁合金使用越來(lái)越普遍，因?yàn)殇X合金缸體重量輕、導(dǎo)熱性良好，冷卻液容量可以減少。起動(dòng)后，缸體可較快達(dá)到工作溫度，并且和鋁活塞膨脹系數(shù)完全一致，受熱后間隙變化小，可減少?zèng)_擊噪音和機(jī)

9、油消耗，且和鋁缸蓋膨脹系數(shù)相同，工作時(shí)可減少冷熱沖擊所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 　　氣缸壁要求有足夠的耐磨性，其它部分的耐磨性能要求不高，因此，大型發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用鑲?cè)敫左w內(nèi)的氣缸套，形成氣缸工作表面，常將缸套分為干式和濕式兩種，如圖2-2-7。 　　(1)干式缸套 　　干式缸套的特點(diǎn)是外表面不與冷卻水接觸，它是一個(gè)耐磨性能良好的薄壁套筒，壁厚一般為 1 ～ 3.5mm ， 它具有整體式氣缸體的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度和剛度都較好，但加工比較復(fù)雜，內(nèi)、外表面都需要進(jìn)行精加工，拆裝不方便，散熱不良。 　　(2)濕式缸套 　　濕缸套是一個(gè)與冷卻水直接接觸的厚壁套筒，壁厚應(yīng)保證缸套有足夠的強(qiáng)

10、度和剛度，一般為缸徑的 5% ～ 10% ，。 它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內(nèi)表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但缺點(diǎn)是強(qiáng)度、剛度都不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。應(yīng)該采取一些防漏措施。 2.2.3 氣缸蓋 　　 氣缸蓋密封氣缸并與活塞頂、氣缸內(nèi)壁上部共同形成燃燒室，頂置發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上還要布置進(jìn)、排氣道以及相應(yīng)的冷卻水套，對(duì)頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)還要考慮凸輪軸的支承，還有火花塞或噴油器以及缸蓋螺栓的布置等，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。水冷式氣缸蓋有三種結(jié)構(gòu)型式：整體式、分體式、單體式。 　　 (1)整體式缸蓋 　　 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的整列氣缸共用一個(gè)缸蓋

11、的稱為整體式氣缸蓋，一般用于缸徑較小的發(fā)動(dòng)機(jī)。缸徑小于 110mm 的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用整體式缸體，這種型式結(jié)構(gòu)緊湊，可縮短氣缸中心距，但剛度小，制造、維修不便。 　　(2)分體式缸蓋 　　 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的整列氣缸中，分開(kāi)為二缸一蓋或三缸一蓋的稱為分體式氣缸蓋。缸徑大于 110mm 且小于 150mm 的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用分體式缸蓋。 　　(3)單體式缸蓋 　　 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)每缸采用一個(gè)缸蓋的稱為單體式氣缸蓋。單體式缸蓋剛度大，制造、修理方便，備件存儲(chǔ)比較優(yōu)越，但缸心距較大，且要用專門(mén)的回水管回流缸蓋冷卻水，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缸徑大于 150mm 的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用單體式缸蓋，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)均采用

12、單體式缸蓋。 　　 各種型式的缸蓋底面都與氣缸、活塞共同形成燃燒室，有氣道、氣門(mén)的布置，有火花塞或噴油器的布置，有冷卻水套和導(dǎo)流片或?qū)艿牟贾玫取?duì)頂置氣門(mén)和頂置凸輪軸還要布置搖臂軸承座、凸輪軸軸承座以及氣門(mén)座和氣門(mén)導(dǎo)管等。 　　 汽油機(jī)的燃燒室是由活塞頂面和氣缸蓋上相應(yīng)的凹坑所組成，其型式各不相同，但大致有以下幾種： 　　(1)楔形燃燒室 　　 燃燒室橫向剖面呈楔形，有較大的擠氣面產(chǎn)生壓縮渦流，使距火花塞燃燒最遠(yuǎn)處得到很好冷卻，有利于抑制爆震的產(chǎn)生，這種燃燒室氣門(mén)多列于一側(cè)，如圖2-2-9a ）所示。 圖2-2-9a

13、 圖2-2-9b 圖2-2-9c 　　(2)浴盆式燃燒室 　　 這種燃燒室形狀象浴盆，燃燒室中可適當(dāng)布置擠氣面，燃燒溫度較低，工作較柔和，只是進(jìn)氣受到室壁的影響，如圖2-2-9b ）。 　　(3)半球形燃燒室 　　 這種燃燒室的氣門(mén)呈橫向 V 形排列。因此氣門(mén)頭部直徑可以做得較大，換氣好?；鸹ㄈ辔挥谌紵业弥胁?，抗爆性好，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性好，如圖2-2-9c ）。 　　(4)淺蓬形燃燒室 　　 這種燃燒室斷面象蓬形，由半球形發(fā)展而成，燃燒室緊湊，適于裝置多氣門(mén)。進(jìn)、排氣門(mén)分布在缸蓋兩側(cè)，呈 V 形，但其夾角

14、較球形小，這種氣門(mén)有利于驅(qū)動(dòng)。 2.2.4 氣缸墊 　　氣缸墊置于氣缸蓋與氣缸體之間，作用是保證燃燒室的密封，防止漏氣、漏水。 氣缸墊的材料要有一定的彈性，能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度，以確保密封，同時(shí)要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形， 拆裝方便，能重復(fù)使用，壽命長(zhǎng)。 目前應(yīng)用的氣缸墊結(jié)構(gòu)大致有金屬—石棉墊、純金屬墊等幾種。 2.2.5 油底殼 　　油底殼的主要功能是儲(chǔ)存機(jī)油并封閉曲軸箱。油底殼一般受力很小，多采用薄鋼板沖壓而成，其形狀決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置和機(jī)油的容量。在有些發(fā)動(dòng)機(jī)上，為了加強(qiáng)油底殼內(nèi)機(jī)油的散熱，采用了鋁合金鑄造的油底殼，在殼的底部

15、還鑄有相應(yīng)的散熱肋片。 　　為了保證在發(fā)動(dòng)機(jī)縱向傾斜時(shí)機(jī)油泵能夠吸到機(jī)油，油底殼后部一般做的較深。油底殼內(nèi)還設(shè)有擋油板，防止汽車振動(dòng)時(shí)油面波動(dòng)過(guò)大。油底殼底部裝有放油塞。多數(shù)放油塞是磁性的，能吸附機(jī)油中的金屬屑，減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的磨損。 2.2.6 發(fā)動(dòng)機(jī)支承 　　發(fā)動(dòng)機(jī)一般通過(guò)氣缸體和飛輪殼或變速器殼上的支撐支承在車架上。發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方法，一般有三點(diǎn)支承和四點(diǎn)支承兩種，發(fā)動(dòng)機(jī)在車架上的支承是彈性的，這是為了消除在汽車行駛過(guò)程中車架的扭轉(zhuǎn)變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，以減少傳給底盤(pán)和乘員的噪音和振動(dòng)。 2.3 活塞連桿組 活塞連桿組由活塞組和連桿組兩部分組成，如圖

16、2-3-1 所示。 2.3.1 活塞組 　　活塞組包括：活塞、活塞環(huán)、活塞銷等。 2.3.1.1活塞 　　活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要傳力機(jī)構(gòu)，活塞與缸蓋、氣缸形成密閉的容器，保證工作過(guò)程的順利進(jìn)行，同時(shí)將燃?xì)鈮毫νㄟ^(guò)連桿把力傳給曲軸輸出。在工作過(guò)程中，活塞承受周期性變化的氣體壓力和慣性載荷，并在氣缸中作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將力傳給連桿，同時(shí)承受交變的側(cè)壓力。 　　發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃?xì)鉁囟雀哌_(dá) 2000 ℃以上，活塞頂部接觸燃?xì)?，因高溫使材料機(jī)械性能降低，甚至產(chǎn)生高溫蠕變。當(dāng)頂部溫度超過(guò) 370~400 ℃時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象。第一道環(huán)槽溫度超過(guò) 200~220 ℃，就會(huì)造成

17、活塞環(huán)粘結(jié)。進(jìn)氣時(shí)，活塞又受到冷的新氣沖刷，造成溫度不均，引起大的熱應(yīng)力和活塞變形?；钊ぷ鳒囟雀咔易魍鶑?fù)變速運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑又困難，所以極易磨損。 　　根據(jù)活塞的工作條件，對(duì)活塞的要求是： 　　有足夠的剛度、強(qiáng)度和耐熱性，以承受燃?xì)獾母邷馗邏海? 　　加工精度要求高，保證密封又不增加磨損； 　　盡量降低重量，以減少慣性載荷； 　　潤(rùn)滑性和耐磨性良好，以提高壽命。 　　鋁合金材料基本上滿足上面的要求，因此，活塞一般都采用高強(qiáng)度鋁合金，但在一些低速柴油機(jī)上采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼。 　　活塞的基本結(jié)構(gòu)可分為頂部、頭部、裙部三部分如圖2-3-2 所示。 　　(

18、1)　活塞頂部 　　活塞頂部形成燃燒室的底部，主要有平頂、凹頂和凸頂?shù)葞追N型式，具體形狀取決于燃燒室的要求。 　　汽油機(jī)活塞頂部多為平頂，如圖2-3-3a )所示，其優(yōu)點(diǎn)是加工簡(jiǎn)單，而且減少頂部與燃?xì)獾慕佑|面積，從而使應(yīng)力分布均勻。 　　現(xiàn)代高壓縮比、多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)，為滿足燃燒室的要求也有略微凸起或凹下的形狀，以及為了避免活塞與氣門(mén)碰撞而制成凹坑，如圖 2-3-3b和圖 2-3-3c )所示。 　　 柴油機(jī)活塞頂部由于燃燒系統(tǒng)的不同，形狀有較大的差異。非直噴式的渦流室式或預(yù)燃室式燃燒室的活塞頂部基本為平頂或微淺凹坑，而直噴式燃燒室為了混合氣形成的需要，一般均有較復(fù)雜

19、的形狀)。 　　活塞頂部的厚度通常是從中間向四周逐漸增厚，以保證足夠的剛度和散熱要求。在沒(méi)有特殊冷卻裝置的情況下，頂部的熱量通過(guò)活塞環(huán)和裙部，經(jīng)缸筒將熱散到冷卻介質(zhì)。對(duì)增壓強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，為降低頂部溫度負(fù)荷，有專門(mén)的油道冷卻活塞頂部。它通過(guò)機(jī)油循環(huán)冷卻活塞。 　　(2)　活塞頭部 　　活塞頭部是活塞環(huán)槽以上的部分。其主要作用有三： 1 )承受壓力并傳給連桿； 2 )與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)氣缸的密封； 3 )將活塞頂吸收的熱量通過(guò)活塞環(huán)傳導(dǎo)到氣缸壁上。頭部切有若干道用以安裝活塞環(huán)的環(huán)槽。汽油機(jī)一般有 2~3 道環(huán)槽，上面 1~2 道用以安裝氣環(huán)，下面一道用以安裝油環(huán)。在油環(huán)槽底

20、面上鉆有許多徑向小孔，被油環(huán)從氣缸壁上刮下來(lái)的多余機(jī)油，經(jīng)這些小孔流回油底殼。 　　(3)活塞裙部 　　自油環(huán)槽下端面起至活塞底面的部分，稱為活塞裙部，其作用是為活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和承受側(cè)壓力。 　　1)　裙部長(zhǎng)度和類型 　　活塞裙部較長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)向性能好，裙部比壓小，并有利于減少活塞在氣缸內(nèi)的側(cè)偏。但裙部較長(zhǎng)時(shí)也有一些缺點(diǎn)：活塞高度、重量、發(fā)動(dòng)機(jī)高度的值都比較大。所以通常在保證允許的比壓下，取最小長(zhǎng)度，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部有 3 種類型，如圖2-3-5 所示。 　　短行程的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)多采用拖板式或半拖板式。一些載重車汽油機(jī)或柴油機(jī)常采用全裙式，有的還

21、在裙部下端裝有活塞環(huán)。 　　2)　裙部膨脹變形控制 　　裙部工作時(shí)受垂直氣體壓力 P 及側(cè)壓力 N 的作用，因此裙部沿活塞銷方向變形增大。同時(shí)金屬受熱膨脹，因金屬分布不均也使活塞銷方向的膨脹量大。為使活塞在缸內(nèi)工作時(shí)不致卡住，采用了如下一些措施： 　　橢圓錐裙　裙部斷面制成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸在垂直活塞銷的方向，即在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)或承受側(cè)壓力導(dǎo)向平面內(nèi)，橢圓的短軸在活塞銷的方向。裙部軸向呈錐形，上小下大。這樣活塞工作過(guò)程中，受力受熱膨脹變形時(shí)，形成圓柱形，不致在氣缸內(nèi)卡住。 　　在活塞裙部銷座處鑄入膨脹系數(shù)小的恒范鋼片　限制活塞裙部的變形，使變形量減小。當(dāng)鑲片在銷座內(nèi)表

22、面時(shí)，可控制變形向著銷座方向發(fā)展。 活塞裙部沿銷座外端面在鑄造時(shí) 0.5mm~1mm 或深陷為特殊形銷座，使銷座兩端處有充分的膨脹余地。 裙部開(kāi)有絕熱－膨脹槽　如圖2-3-8 在裙部受側(cè)向力較小的面，開(kāi)有“ T ”形或“Π” 形槽。其中橫槽叫絕熱槽，其作用是減少頭部熱量向裙部傳導(dǎo)，從而減少裙部的熱膨脹。豎槽叫膨脹槽，其作用是使裙部具有一定的彈性和熱態(tài)起補(bǔ)償作用，使活塞在裝配較小的情況下熱膨脹時(shí)不致卡缸。 　　(4)經(jīng)過(guò)變形的活塞 　　為了提高活塞的工作性能，有些發(fā)動(dòng)機(jī)采用經(jīng)過(guò)變形了的活塞。 　　1)　偏心活塞 　　偏心活塞是指活塞銷中心偏離活塞銷軸線的活塞(圖2

23、-3-9 )。從發(fā)動(dòng)機(jī)前面看，偏向左面或側(cè)壓力大的一面，其主要目的是減少活塞在氣缸內(nèi)的敲擊。這種偏心活塞的偏心量不易觀察出來(lái)，一般都有標(biāo)記，安裝時(shí)方向不能搞錯(cuò)， 否則換向敲擊力會(huì)增大，使裙部受損。 　　2)　桶形活塞 　　由于活塞上部受熱較強(qiáng)，活塞側(cè)面的形狀，通常制成錐形、梯形或錐形和柱形組合，也有較復(fù)雜的變橢圓形(即橢圓度隨活塞高度而變化)。顯示了幾種不同的活塞側(cè)面形狀，現(xiàn)代汽車上的活塞有的還使用一種裙部中部隆起的桶形裙部，它不僅考慮了溫度等因素引起的變形，而且還考慮到油楔的形成，從而減小摩擦，延長(zhǎng)壽命。 2.3.1.2 活塞環(huán) 　　活塞環(huán)包括氣環(huán)和油環(huán)兩

24、種，如圖2-3-11 ，氣環(huán)的作用是保證活塞和氣缸壁間的密封，防止氣缸中的高溫、高壓燃?xì)獯罅扛Z入曲軸箱，同時(shí)還將活塞頂部的大部分熱量傳導(dǎo)到氣缸壁，再由冷卻水或空氣帶走。氣環(huán)所起的密封和導(dǎo)熱的兩大作用中，密封作用是主要的，因?yàn)槊芊馐菍?dǎo)熱的前提，如果氣環(huán)密封性能不好，高溫燃?xì)庵苯訌臍猸h(huán)外圓表面漏入曲軸箱，此時(shí)不但由于氣環(huán)和氣缸貼合不嚴(yán)而不能很好地散熱，相反地氣環(huán)外圓表面還接受附加的熱量，最后將導(dǎo)致活塞和氣環(huán)燒壞。通常每個(gè)活塞裝有 2 ～ 3 道氣環(huán)。 　　油環(huán)用來(lái)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機(jī)油膜，這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸燃燒，又可以減小活塞、活塞環(huán)與氣缸的磨損和

25、摩擦阻力。此外，油環(huán)也起到封氣的輔助作用。通常每個(gè)活塞 1 ～ 2 道油環(huán)。 　　活塞環(huán)是在高溫、高壓、高速和潤(rùn)滑惡劣的條件下工作的，它的運(yùn)動(dòng)情況很復(fù)雜，不僅與缸壁間有相對(duì)高速的滑動(dòng)摩擦，而且與環(huán)槽側(cè)面上下撞擊，因此活塞環(huán)的磨損是發(fā)動(dòng)機(jī)中磨損最快的零件之一。這要求活塞環(huán)的材料應(yīng)具有好的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐熱性、磨合性、沖擊韌性和足夠的彈性等。一般多選用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造，有的還采用米·表面鍍鉻或噴鉬，以減少磨損。 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞、活塞環(huán)都會(huì)發(fā)生熱膨脹?；钊h(huán)既要相對(duì)于氣缸上下運(yùn)動(dòng)，活塞又相對(duì)于環(huán)橫向移動(dòng)，因此活塞環(huán)在安裝時(shí)應(yīng)留有端隙、側(cè)隙、背隙三處間隙，如圖2-3-

26、12 。端隙 Δ 1 又稱開(kāi)口間隙，是活塞環(huán)裝入氣缸后開(kāi)口處的間隙，一般在 0.25～0.50mm之間。側(cè)隙Δ 2 又稱邊隙是環(huán)高方向與環(huán)槽之間的間隙。第一道環(huán)一般為0.04～0.10mm，其它氣環(huán)為0.03～0.07mm，油環(huán)較小，一般為0.025～0.07mm。背隙是活塞及活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)背面與環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.5～1mm。為了測(cè)量方便，維修中以環(huán)的厚度與環(huán)槽的深度差來(lái)表示。 　　氣環(huán) 　　 1)　氣環(huán)的密封原理　氣環(huán)可能漏氣的通道有三條：環(huán)面與氣缸壁間；環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面間；開(kāi)口間隙處。前兩處是可以密封的，其密封原理如圖2-3-13所示。 　　第一密

27、封面的建立　 活塞環(huán)在自由狀態(tài)下，其外圓直徑略大于缸徑，所以裝入氣缸后，環(huán)就產(chǎn)生一定的彈力與缸壁壓緊，形成了第一密封面。 　　第二密封面的建立 　由于活塞頭部與缸壁間有間隙，活塞環(huán)還有側(cè)隙和背隙，氣缸內(nèi)未被密封的氣體不能通過(guò)第一密封面下竄，便竄入側(cè)隙和背隙， 把環(huán)壓到環(huán)槽端面形成第二密封面。 　　氣環(huán)的第二次密封 　竄入活塞環(huán)背隙和側(cè)隙的氣體，產(chǎn)生背壓力和側(cè)壓力，使環(huán)對(duì)缸壁和環(huán)槽進(jìn)一步壓緊，顯著加強(qiáng)了第一、第二密封面的密封。此即為氣環(huán)的第二次密封。 　　有了兩個(gè)密封面的密封，理論上只有開(kāi)口處是唯一的漏氣通道。因此安裝時(shí)相互按一定位置錯(cuò)開(kāi)，形成迷宮式封氣路線（圖2-3-14）

28、，其漏氣量在高速發(fā)動(dòng)機(jī)上是很微小的，一般僅為進(jìn)氣量的 0.2 ％～ 1.0 ％。這也是往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)至今有巨大生命力的原因之一。 　　2)　活塞的泵油作用及危害 　由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。環(huán)在氣壓力、慣性力、摩擦力的作用下，反復(fù)地靠在環(huán)的上、下沿，其過(guò)程是：當(dāng)活塞帶著活塞環(huán)下行（進(jìn)氣行程）時(shí)，環(huán)靠在環(huán)槽的上方，環(huán)從缸壁上刮下來(lái)的潤(rùn)滑油充入環(huán)槽下方，見(jiàn)圖2-3-15a ）；當(dāng)活塞又帶動(dòng)活塞環(huán)上行（壓縮行程）時(shí)，環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將油擠壓到環(huán)槽的上方，見(jiàn)圖2-3-15b ），如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，就將潤(rùn)滑油泵到活塞頂。 　　活塞環(huán)的泵油作用，一

29、方面對(duì)潤(rùn)滑困難的氣缸都是有利的，另一方面隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的日益提高，泵油作用加劇，不僅增加了潤(rùn)滑油的消耗，而且可能使火花塞因沾油而不能產(chǎn)生電火花，并使燃燒室內(nèi)積炭增多，甚至環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)而失去密封性。另外還加劇了氣缸等件的磨損。 　　 為此，多在結(jié)構(gòu)上采取如下措施：即盡量減小環(huán)的質(zhì)量，氣環(huán)采取特殊斷面形狀，油環(huán)下設(shè)減壓腔，氣環(huán)下面的油環(huán)加襯簧或用組合式油環(huán)等方式。 3)　氣環(huán)的斷面形狀　 為了提高壓強(qiáng)和密封，加速磨合，減小泵油和改善潤(rùn)滑（布油和刮油），除合理選擇材料及加工工藝外，在構(gòu)造上出現(xiàn)了許多不同斷面形狀的氣環(huán)，常見(jiàn)的有如下幾種（圖2-3-16）： 　　矩

30、形環(huán) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，且與缸壁接觸面積大，有利于活塞頭部的散熱。 　　錐形環(huán) 其錐角一般為 30 ′～ 60 ′，這種活塞環(huán)只能按圖示方向安裝（環(huán)上多有標(biāo)記）。由于它與缸壁是線接觸，單位壓力大，有利于密封和磨合。隨著磨合里程的增加，接觸也逐漸增大，最后便成為普通的矩形環(huán)了。另外，這種環(huán)在活塞下行時(shí)有刮油作用，上行時(shí)有布油作用，并且可形成楔形油膜而改善潤(rùn)滑。 錐形環(huán)傳熱性差，常裝到第二、三道環(huán)槽上由于錐角很小不易識(shí)別，為避免裝錯(cuò)，在環(huán)端上側(cè)面標(biāo)有記號(hào)（向上或 TOP ）等。 　　扭曲環(huán) 將矩形環(huán)內(nèi)圓上方或外圓下方切成臺(tái)階或倒角而成。為了減少開(kāi)口處的漏氣量，外圓下方切口的環(huán)，在離開(kāi)口

31、 3mm~5mm 內(nèi)仍保持原矩形斷面。 當(dāng)活塞環(huán)裝入氣缸后， 由于斷面不對(duì)稱，產(chǎn)生不平衡力的作用，使活塞環(huán)發(fā)生扭曲變形。 扭曲后的環(huán)面與錐形環(huán)相似，線接觸，有利于密封和走合；能刮油、布油和形成楔形油膜。減少了環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的上下移動(dòng)量，從而減小了泵油作用，并減小了沖擊力，使磨損減輕。作功行程作用于環(huán)上側(cè)及背面的燃燒壓力足以使環(huán)不再扭曲，兩個(gè)密封面達(dá)到完整接觸，既有利于散熱，也使單位壓力不致過(guò)大。 目前被廣泛地應(yīng)用于第 2 道活塞環(huán)槽上，安裝時(shí)必須注意斷面形狀和方向，內(nèi)切口朝上，外切口朝下，不能裝反。 　　梯形環(huán) 某些熱負(fù)荷較大的柴油機(jī)，第一道環(huán)容易因結(jié)膠而粘結(jié)在環(huán)槽內(nèi)失去作用，因而采用了梯

32、形環(huán)。這種環(huán)當(dāng)活塞在側(cè)壓力作用下左、右換向時(shí)，環(huán)的側(cè)隙 Δ2 和背隙Δ3 將不斷變化，使膠狀油焦不斷從環(huán)槽中被擠出，避免了上述故障。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，活塞冷卻時(shí)，其徑向收縮會(huì)加大Δ2 ，起抵消軸向收縮而減小Δ2 的作用，使活塞環(huán)不會(huì)滯住，這對(duì)冷車啟動(dòng)有利。半梯形環(huán)除上述作用外，還具有內(nèi)切口扭曲環(huán)特點(diǎn)。 　　桶形環(huán) 桶形環(huán)是近幾年來(lái)出現(xiàn)的一種新結(jié)構(gòu)環(huán)，其特點(diǎn)是活塞環(huán)的外圓面為凸圓弧形。當(dāng)桶形環(huán)上下移動(dòng)時(shí)，均能與氣缸形成楔形空間，使機(jī)油容易進(jìn)入摩擦面，從而使磨損大為減少；環(huán)面與缸壁是圓弧接觸，能很好地適應(yīng)活塞的擺動(dòng)，避免了棱角負(fù)荷；接觸面積小，有利于密封。 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓縮比、高速、

33、大功率和短行程的發(fā)展，氣環(huán)趨于輕而窄。其優(yōu)點(diǎn)是：面窄摩擦熱小，不易拉毛；質(zhì)輕而不易產(chǎn)生跳動(dòng)和顫振；可減小活塞的環(huán)帶部尺寸，從而減小活塞高度，使活塞質(zhì)量減小。 　　油環(huán) 　　油環(huán)分為整體式與組合式兩種。 　　(1)　整體式油環(huán) 　　如圖 2-3-18所示，環(huán)的外圓柱面中間加工有凹槽，槽中鉆有小孔或開(kāi)切槽。當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，油環(huán)將缸壁上多余的機(jī)油刮下，通過(guò)小孔或切槽流回曲軸箱；當(dāng)活塞向上移動(dòng)時(shí)，刮下的機(jī)油仍通過(guò)回油孔流回曲軸箱。 　　(2)　組合式油環(huán) 　　 它由一個(gè)徑向襯環(huán)、三個(gè)扁平環(huán) ( 上面兩片，下面一片 ) 和一個(gè)軸向波形環(huán)組成。其材料為彈簧鋼，

34、三個(gè)扁平環(huán)的外圓表面鍍鉻。軸向波形環(huán)使扁平環(huán)貼緊槽上下端面，形成端面密封，以防機(jī)油上竄；徑向襯環(huán)使扁平環(huán)外圍緊貼氣缸壁，以便活塞下行時(shí)刮去氣缸壁上多余的機(jī)油。由于扁平環(huán)較薄，徑向襯環(huán)彈力較大，各扁平環(huán)獨(dú)立工作，能很好地適應(yīng)氣缸壁不均勻磨損和活塞變形擺動(dòng)的影響。組合環(huán)具有對(duì)缸壁接觸壓力高且均勻、刮油能力強(qiáng)、密封性良好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益增多。 2.3.1.3 活塞銷 　　 功用：連接活塞與連桿，并將活塞所受的燃?xì)鈮毫鹘Y(jié)連桿。 　　工作條件：活塞銷承受著很大的周期性的沖擊載荷，為此，要求活塞銷要有足夠的強(qiáng)度和剛度。特別是剛度最為重要。另外要求盡量的輕，以減小運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力。由于銷

35、、銷座和連桿小頭的潤(rùn)滑靠飛濺油霧潤(rùn)滑，潤(rùn)滑條件很差，因此要求銷的表面耐磨。 　　結(jié)構(gòu)形狀有三種：圓柱形、組合形、兩段截錐形 。 　　圓柱形孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，但從受力角度分析，中間部分應(yīng)力最大，兩端較小，所以這種結(jié)構(gòu)質(zhì)量較大，往復(fù)慣性力大；為了減小質(zhì)量，減小往復(fù)慣性力，活塞銷做成兩段截錐形孔，接近等強(qiáng)度梁，但孔的加工較復(fù)雜；組合形孔的結(jié)構(gòu)介于二者之間。 　　活塞銷與活塞銷座的連接形式： 　　(1)　全浮式活塞銷 　　活塞銷與活塞銷座的連接現(xiàn)代大多采用全浮式連接，即在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，活塞銷不僅可以在連桿小頭襯套孔內(nèi)，還可以在銷座孔內(nèi)緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使活

36、塞銷各部分的磨損比較均勻。在采用鋁活塞時(shí)，由于銷座的熱膨脹量大于鋼質(zhì)活塞銷，為了保證工作熱狀態(tài)下銷與銷座的正常工作間隙 (0.01 ～ 0.02mm) ，在冷態(tài)裝配時(shí)，銷與銷座孔采用過(guò)渡配合。在裝配時(shí)應(yīng)把活塞放在 70 ～ 80 ℃的油中加熱，然后把銷用手輕推入銷孔中。為了防止活塞銷軸向竄動(dòng)而刮傷氣缸壁，在活塞銷座孔兩端用卡環(huán)嵌在銷座環(huán)槽中加以軸向定位。 　　 (2)　半浮式活塞銷 　　半浮式連接就是銷與銷座孔和連桿小頭兩處中，一處固定，一處浮動(dòng)，其中大多采用活塞銷與連桿小頭固定的方式，即加熱連桿小頭后，將銷壓入，為過(guò)盈配合，銷與座孔間有一定裝配間隙。這種連接方式是銷座孔內(nèi)無(wú)卡簧，小頭

37、處無(wú)襯套，省去了襯套的作業(yè)內(nèi)容，適用于輕型高速發(fā)動(dòng)機(jī)。 2.3.2 連桿組 　　 連桿是活塞與曲軸連接的部件，其功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 　　 連桿主要承受的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷，因此要求連桿具有足夠的強(qiáng)度和剛度。強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致桿身、大頭蓋及連桿螺栓的斷裂，造成嚴(yán)重事故。若剛度不足則會(huì)造成大頭失圓而破壞潤(rùn)滑，連桿螺栓承受附加載荷。桿身彎曲會(huì)造成活塞和氣缸偏磨、活塞環(huán)漏氣與竄油等。為了增加強(qiáng)度和剛度，應(yīng)采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)選用強(qiáng)度高而輕的材料，以及合理的工藝。連桿材料一般選用優(yōu)質(zhì)中碳 45 號(hào)結(jié)構(gòu)鋼模鍛。強(qiáng)化柴油

38、機(jī)則采用 40Cr 等合金鋼以及 40MnB 、 40MnVB 等硼鋼作材料。 　　 連桿分為大頭、小頭、桿身三部分 　　(1) 　連桿小頭 　　連桿小頭除傳力外還相對(duì)于活塞銷作往復(fù)擺動(dòng)。因此在要求強(qiáng)度和剛度的同時(shí)還要求耐磨和減少摩擦力。為此一般在連桿小頭孔中都?jí)喝霚p摩的青銅襯套。為了潤(rùn)滑活塞銷與連扦襯套這對(duì)摩擦副，在小頭及襯套上鉆出集油孔或銑出集油槽，收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛濺上來(lái)的潤(rùn)滑油用來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑。有的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭采用壓力潤(rùn)滑，在連桿桿身內(nèi)鉆有縱向的壓力油通道。 　　(2)　 連桿桿身 　　連桿桿身也承受交變載荷的作用，因此，桿身要具有足夠的斷面積。為了

39、在較小的重量下得到較大的剛度，高速發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿桿身大都采用“工”字形的斷面，其長(zhǎng)軸在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)。為了使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，桿身斷面一般從小頭到大頭逐漸加大。連桿體上有些鉆有噴油孔，噴出的油潤(rùn)滑氣缸、活塞銷、活塞環(huán)、活塞等。 　　(3)　 連桿大頭 　　連桿大頭與曲軸上的連桿軸頸相連接，因此要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證整機(jī)的可靠性。連桿大頭與連桿蓋的分開(kāi)面大多垂直連桿軸線，稱為平切口連桿。由于平切口連桿的大端具有較大的剛度，軸承孔受力變形小及制造費(fèi)用低，大都采用這種結(jié)構(gòu)。 　　在某些柴油機(jī)上，為了增加曲軸軸承的工作能力而采用連桿軸頸 ( 曲柄銷 ) 略大于氣缸直徑

40、。為了使連桿大頭在卸下連桿蓋以后仍能從氣缸抽出，連扦大頭一般采用斜切口，斜角大多為 45 度。某些 V 形發(fā)動(dòng)機(jī)為了使曲軸箱外形更為緊湊，也采用斜切口連桿。斜切口連桿剛度較差，變形較大。當(dāng)連桿受拉伸時(shí)，沿連桿桿體與連桿蓋結(jié)合面方向作用著很大的橫向力，使連桿螺栓承受剪切力。為此必須采用能承受較大剪力的定位元件，才能保證工作可靠。斜切口連桿的常用定位有止口定位、套筒定位和鋸齒定位三種，如圖 2-3-23 所示。 　　1)　 止口定位。優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，成本低。但不能防止大頭蓋止口向外變形，連桿體止口向內(nèi)變形，這種蓋與體都是單向定位，定位不可靠。止口因加工誤差或拆裝變形對(duì)大頭孔影響較大，且大頭橫

41、向尺寸較大，不緊湊。 　　2)　套筒定位。連桿體的孔和連桿蓋的孔分別加工，然后壓配一個(gè)剛度大，且剪切強(qiáng)度高的短套筒。這樣，拆裝大頭蓋十分方便。其缺點(diǎn)是套筒孔的加工要求高，若孔距不夠準(zhǔn)確時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)定位而引起大頭孔嚴(yán)重失圓。另外大頭橫向尺寸也較大。 　　3)　鋸齒形定位 優(yōu)點(diǎn)是鋸齒接觸面積大，貼合緊密，定位可靠，結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)節(jié)距公差要求較嚴(yán)，但現(xiàn)代采用拉削工藝能較好的滿足要求，故這種定位在某些柴油機(jī)中常被采用。 在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)中斜切口連桿應(yīng)用很少。一般都采用尺寸緊湊的平切口形式。 　　V 形發(fā)動(dòng)機(jī)連桿 　　V 形發(fā)動(dòng)機(jī)由于左右兩缸的連桿裝在同一個(gè)曲柄銷上，故其結(jié)構(gòu)隨安裝

42、布置而不同。 V 形發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿布置有如下三種形式：并列式連桿布置、主副連桿布置形式、叉形連桿布置形式。 　　連桿螺栓及軸瓦 　　連桿螺栓一般采用韌性較好的優(yōu)質(zhì)碳素鋼或優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，并經(jīng)熱處理。連桿螺栓裝配時(shí)要按規(guī)定的扭緊力矩上緊，使螺栓具有足夠的預(yù)緊力以保證連桿軸瓦與大頭孔良好的貼合，保證連桿體與連桿蓋之間有足夠的壓緊力。扭緊力矩過(guò)小，連桿剖分面處易產(chǎn)生縫隙，使連桿螺栓受到很大附加拉力而造成疲勞斷裂；反之，扭緊力矩過(guò)大，超過(guò)了螺栓材料的屈服極限，會(huì)造成螺栓變形甚至斷裂。為此安裝連桿螺栓時(shí)，應(yīng)當(dāng)用扭力扳手將兩個(gè)螺栓分 2 ～ 3 次交替均勻地?cái)Q緊至規(guī)定力矩。 　　為防

43、止螺紋連接自行松脫，連桿螺栓處設(shè)有防松裝置，常用的有開(kāi)口銷、鎖片、鐵絲、自鎖螺母、螺紋表面鍍銅等方法。 　　安裝在連桿大頭孔中的連桿軸瓦是剖分成兩半的滑動(dòng)軸承 。軸瓦是在厚 1 ～ 3mm 的薄鋼背的內(nèi)圓面上澆鑄 0.3 ～ 0.7mm 厚的減磨合金膜，起到減小摩擦阻力和加速磨合的作用。巴氏合金軸瓦的疲勞強(qiáng)度較低，只能用于負(fù)荷不大的汽油機(jī)，而銅鉛合金或高錫鋁合金軸瓦均具有較高的承載能力與耐疲勞性。含錫量 20 ％以上的高錫鋁合金軸瓦，在汽油機(jī)和柴油機(jī)上均得到廣泛采用。在銅鉛合金減磨層上再鍍一層厚度為 0.02 ～ 0.03mm 的銅或錫，即能用于高度強(qiáng)化的柴油機(jī)。 　　連桿軸瓦的

44、背面應(yīng)有精度很高的表面粗糙度。半個(gè)軸瓦在自由狀態(tài)下不是半圓形，當(dāng)它們裝入連桿大頭孔內(nèi)時(shí)，又有過(guò)盈，故能均勻地緊貼在大頭孔壁上，具有很好的承受載荷和導(dǎo)熱的能力。這樣可以提高其工作可靠性和延長(zhǎng)使用壽命。 　　為了防止連桿軸瓦在工作中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向移動(dòng)，在兩個(gè)連桿軸瓦的剖分面上，分別沖壓出高于鋼背面的兩個(gè)定位凸鍵 3 。裝配時(shí)，這兩個(gè)凸鍵分別嵌入在連桿大頭和連桿蓋上的相應(yīng)凹槽中。在連桿軸瓦內(nèi)表面上還加工有油槽 2 ，用以貯油，保證可靠潤(rùn)滑。 2.4 曲軸飛輪組 曲軸飛輪組主要由曲軸和飛輪以及其他不同作用的零件和附件組成。其零件和附件的種類和數(shù)量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能要求

45、。如圖2-4-1 為四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸飛輪組。 2.4.1 曲軸 　　曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外輸出功率并用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)各輔助系統(tǒng)工作。 　　曲軸在工作中受到周期性變化的氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力及力矩的作用。這些周期性的交變載荷會(huì)引起曲軸的振動(dòng)和疲勞破壞，同時(shí)在曲軸軸頸與軸承之間造成嚴(yán)重磨損，因此要求曲軸具有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是曲柄部分的強(qiáng)度，而剛度不足，曲軸的撓曲變形大，會(huì)使活塞、連桿、軸承等工作條件惡化。同時(shí)要求軸頸表面有良好的潤(rùn)滑條件和耐磨性，質(zhì)量要輕。曲軸一般用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或合金鋼鍛造而成，軸頸表面經(jīng)精加工和熱處理。為

46、了節(jié)約鋼材、降低成本，近年來(lái)也用高強(qiáng)度的球墨鑄鐵來(lái)鑄造曲軸。 　　曲軸的結(jié)構(gòu)型式可分為整體式與組合式兩大類。整體式曲軸是將曲軸做成一個(gè)整體零件。它的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，目前在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上多采用該型式。組合式曲軸是將曲軸分成若干個(gè)零件分別進(jìn)行加工，然后組裝在一起，構(gòu)成完整的曲軸。其優(yōu)點(diǎn)是加工方便，便于系列產(chǎn)品通用，缺點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度較差，裝配較復(fù)雜。國(guó)產(chǎn) 135 系列柴油機(jī)采用組合式曲軸。以下將主要介紹整體式曲軸。 　　曲軸形狀比較復(fù)雜，它可分為主軸頸、曲柄銷 ( 又稱連桿軸頸 ) 、曲柄、曲軸前端和曲軸后端等五個(gè)部分，并通過(guò)主軸頸支承在主軸承上旋轉(zhuǎn)。 　

47、　主軸頸 　　按照曲軸的主軸頸數(shù)，可以把曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸兩種。在相鄰的兩個(gè)曲拐之間，都設(shè)置一個(gè)主軸頸的曲軸，稱為全支承曲軸，否則稱為非全支承曲軸。因此直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù) ( 包括曲軸前端和后端的主軸頸 ) 比氣缸數(shù)多一個(gè)； V 型發(fā)動(dòng)機(jī)的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù)比氣缸數(shù)的一半多一個(gè)。 　　全支承曲軸的優(yōu)點(diǎn)是可以提高曲軸的剛度和彎曲強(qiáng)度，并且可減輕主軸承的載荷。其缺點(diǎn)是曲軸的加工表面增多，主軸承數(shù)增多，使機(jī)體加長(zhǎng)。這兩種型式的曲軸，均可用于汽油機(jī)，但柴油機(jī)因載荷較大多采用全支承曲軸。 　　曲柄銷 　　它與連桿大頭相連，并在連桿軸承中

48、轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄銷與氣缸數(shù)相等。為了使曲軸易于平衡，曲柄銷都對(duì)稱布置。如四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的一、四缸曲柄銷在同一側(cè)，二、三缸曲柄銷在另一側(cè)，兩者相差 180°。 　　曲柄 　　曲柄是主軸頸與曲柄銷的連接部分，也是曲軸受力最復(fù)雜、結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)。曲柄形狀多數(shù)呈矩形或橢圓形，它與主軸頸和曲柄銷的連接處形狀突然變化，存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，曲軸裂縫或斷裂大多數(shù)出現(xiàn)在這個(gè)部位。為了減小這種應(yīng)力集中現(xiàn)象，此處都采用過(guò)渡圓角連接。但過(guò)渡圓角半徑過(guò)大會(huì)使軸承的承壓面積減小。為了平衡曲軸旋轉(zhuǎn)的慣性力，往往在曲柄上與曲柄銷相反的方向裝有平衡重 ( 或制成整體 ) 。 　　前端軸與后端軸 　　前端

49、軸是第一道主軸頸之前的部分，通常有鍵槽和螺栓，用來(lái)安裝正時(shí)齒輪、皮帶輪、扭轉(zhuǎn)減振器等。后端軸是最后一道主軸頸之后的部分，一般在其后端有凸緣盤(pán)，飛輪用螺栓緊固于曲軸后端面上。其中有的汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生點(diǎn)火和噴油脈沖的信號(hào)發(fā)生器齒輪裝在飛輪的前端或后端。 　　曲軸的前后端都伸出曲軸箱，為了防止?jié)櫥脱剌S頸流出油底殼，在曲軸前后都設(shè)有防漏裝置。常用的防漏裝置油擋油盤(pán)、填料油封、自緊油封、回油螺栓等。為常見(jiàn)的自緊油封的曲軸前后端結(jié)構(gòu) 　　曲軸的軸向定位 　　為阻止車輛行駛時(shí)，離合器經(jīng)常結(jié)合與分離和帶錐齒輪驅(qū)動(dòng)時(shí)施加于曲軸上的軸向力以及在上、下坡行駛或突然加速、減速出現(xiàn)的曲軸軸向竄動(dòng)，

50、曲軸必須有軸向定位，以保證曲柄連桿機(jī)構(gòu)的正常工作。但也應(yīng)允許曲軸受熱后能自由膨脹，所以曲軸軸向上只能有一處設(shè)置定位裝置。 　　 軸向定位是通過(guò)止推裝置實(shí)現(xiàn)的。止推裝置有翻邊軸瓦、止推片、止推環(huán)和軸向止推滾珠軸承等多種形式。 　　(1) 翻邊軸瓦 　　翻邊軸瓦放在曲軸的某一主軸承內(nèi)，靠翻邊軸瓦兩外側(cè)表面的減摩合金層 ( 與軸瓦內(nèi)表面的合金層相同 ) 減低與軸頸端面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力并可擋住曲軸的左、右竄動(dòng)。翻邊軸瓦工藝復(fù)雜，成本高．現(xiàn)巳很少采用。 　　(2) 止推片 　　止推片是外側(cè)有減摩合金層的半環(huán)狀鋼片，裝在機(jī)體或主軸承蓋的槽內(nèi)為防止止推片的轉(zhuǎn)動(dòng)，止推片

51、上有凸起卡在槽內(nèi)，止推片用 4 片，也可用 2 片。 　　(3) 止推環(huán) 如圖 2-4-5c) 所示。當(dāng)止推裝置放在曲軸第一主軸頸 ( 曲軸自由端 ) 上時(shí)，可采用兩個(gè)帶有減摩合金層的止推鋼環(huán)的形式。因?yàn)樗蓮那S端部直接套入主軸頸上。為防止止推環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，止推環(huán)上有止轉(zhuǎn)銷孔與主軸承蓋上的止轉(zhuǎn)銷相配合。安裝止推環(huán)時(shí)鋼背應(yīng)面向機(jī)體與軸承蓋。止推片與止推環(huán)廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸止推。 　　(4) 軸向止推滾珠軸承 　　在軸向力大且頻繁作用時(shí)，多采用軸向止推滾珠軸承。軸向止推滾珠軸承裝在曲軸功率輸出端的主軸頸附近的圓柱面上，其側(cè)面靠在圓柱面的凸臺(tái)上，另一側(cè)面有一凹槽，在凹槽內(nèi)放

52、上兩個(gè)半 L 形圓環(huán)，在半 L 形圓環(huán)外面再套上一個(gè)鋼制圓環(huán)，以固定兩個(gè)半 L 形圓環(huán)。在相應(yīng)于軸向止推滾珠軸承的機(jī)體與主軸承蓋上有一圓形環(huán)槽，以擋住止推軸承左、右竄動(dòng)。 　　 止推裝置可以設(shè)置在曲軸自由端，功率輸出端或中間的主軸頸上。止推裝置設(shè)置在曲軸自由端時(shí)，曲軸受熱后，只向后端伸長(zhǎng)，對(duì)常用的前驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度，如配氣定時(shí)、供油定時(shí)等沒(méi)有影響。但曲軸受到來(lái)自后端的軸向力后，將引起附加彎曲變形。它適用于小功率發(fā)動(dòng)機(jī)上。在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上，常將止推裝置設(shè)置在功率輸出端的主軸頸處。這種止推方式能保證傳動(dòng)裝置，如離合器的正確的軸向間隙。但對(duì)前驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的高速發(fā)動(dòng)機(jī)配氣定時(shí)、供油定時(shí)將產(chǎn)生不利

53、影響。設(shè)置在中間主軸頸上的止推裝置兼容了上述兩者的利弊，得到了廣泛采用。 　　主軸承和主軸承蓋 　　主軸承（俗稱大瓦）的基本構(gòu)造與連桿軸承相同，主要不同點(diǎn)是：為了向連桿軸承輸送潤(rùn)滑油，在主軸承上都開(kāi)有周向油槽和主油孔；有些負(fù)荷不太大的發(fā)動(dòng)機(jī)，為了通用化，上下兩片軸瓦都制有油槽，有些只在上軸瓦上開(kāi)油槽或通油孔。 　　 主軸承蓋用螺栓與主軸承座相連。為了保證孔形，它們必須合起來(lái)一起加工，所以每個(gè)主軸承座與主軸承蓋是配對(duì)的，為了裝配時(shí)不搞錯(cuò)，都做有標(biāo)記?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)為了增大曲軸的支承剛度和缸體剛度，尤其是鋁合金缸體，將各個(gè)主軸承蓋制成一體，形成主軸承蓋梁，有利于改善缸體剛度

54、并加強(qiáng)曲軸抗彎強(qiáng)度。 　　曲拐的布置 　　曲軸的形狀和各曲拐的相對(duì)位置 ( 即所謂曲拐的布置 ) ，取決于缸數(shù)、氣缸排列方式 ( 單列或 V 型等 ) 和發(fā)火次序 ( 即各缸的作功行程交替次序 ) 。在安排多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序時(shí)，應(yīng)注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠(yuǎn)，以減輕主軸承的載荷，同時(shí)避免可能發(fā)生的進(jìn)氣重疊現(xiàn)象 ( 即相鄰兩缸進(jìn)氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟 ) 以免影響充氣效率；作功間隔應(yīng)力求均勻，就是說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個(gè)氣缸都應(yīng)發(fā)火作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時(shí)間 ( 以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角 ) 應(yīng)力求均勻。對(duì)缸數(shù)為 i 的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)火間隔角為 7

55、20°／i ，即曲軸每轉(zhuǎn) 720°／ i 時(shí)，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 　　 幾種常用的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲拐布置和發(fā)火次序如下： (1) 　四沖程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī) 　　發(fā)火間隔角應(yīng)為 720°／ 4 ＝ 180°。四個(gè)曲拐布置在同一平面內(nèi)。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即 1-2-4-3 或 l-3-4-2 ， 兩種工作順序的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)表分別見(jiàn)表 2-1 和表 2-2 。 　　(2) 　四沖程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī) 　　四沖程直列六缸機(jī)的點(diǎn)火間隔角為 720°／ 6 ＝ 120°。這種發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐，每?jī)筛撞贾迷凇獋€(gè)平面內(nèi)，互成 120°夾角，曲拐布置的點(diǎn)火順

56、序?yàn)?1-5-3-6-2-4 ，其工作循環(huán)表如表2-3 。直列六缸機(jī)慣性力平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，廣泛用在各種車輛上。 　　(3) 　V 型八缸發(fā)動(dòng)機(jī) 　　 V8 機(jī)左右兩缸共用一個(gè)曲拐，故曲拐布置與四缸機(jī)一樣可采用曲拐 l80°平面布置，也可采用曲拐 90°夾角空間布置V8 結(jié)構(gòu)緊湊，平衡性好，大型轎車廣泛應(yīng)用。原國(guó)產(chǎn)紅旗轎車發(fā)動(dòng)機(jī)就是采用曲拐空間布置形式。 　　 V8 發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序?yàn)?1 — 8 — 4 — 3 — 6 — 5 — 7 — 2 ，其工作循環(huán)表見(jiàn)表2-4 。 　　(4)　 五缸發(fā)動(dòng)機(jī) 　　 五缸發(fā)動(dòng)機(jī)均勻點(diǎn)火間隔角為 720°／ 5 ＝ 144°。其曲拐的排列形式如圖2-4-9 所示。 1-2 、 4-5 缸之間曲拐夾角為 144°， 2-3 、 3-4 缸之間的曲拐夾角為 72°。點(diǎn)火順序?yàn)?l-2-4-5-3 。五缸機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)介于 4 缸和 6 缸之間，不平衡慣性力比四缸小，故振動(dòng)和噪聲較小，奧迪轎車采用五缸機(jī)。