曲柄连杆结构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆结构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组,机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
1 曲柄连杆机构的组成

其构成主要有以下三部分:

1)机体组:气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳

2)活塞连杆组:活塞、活塞环、活塞销、连杆

3)曲轴飞轮组:曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴

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曲柄连杆机构

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

1.气缸体

气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,是发动机中最重要的一个部件。气缸体有水冷式缸体和风冷式气缸体水冷式气缸体一般与上曲轴箱铸成一体。气缸体上部拍了出所有气缸,气缸周围的空腔相互连通构成水套。下半部分是用来支承曲轴的曲轴箱。

气缸体有直列、V形和水平对置三种形式,在汽车上常用直列和V形两种。气缸体下部的结构有一般式、龙门式、和隧道式三种形式风冷式气缸体和曲轴箱采用分体式结构,气缸体和曲轴箱分开铸造,然后再装配到一起。气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片来保证充分散热,缸体的材料一般用灰铸铁,为提高气缸的耐磨性,有时在铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。但是,实际上除了与活塞配合的气缸壁表面外,其他部分对耐磨性要求并不高。为了材料上的经济性,广泛采用缸体内镶入气缸套来形成气缸工作表面。这样,缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造,以延长气缸使用寿命,而缸体可用价格较低的普通铸铁或铝合金材料制造。气缸套有干式和湿式两种。

干式气缸套外表面不直接与冷水接触,其壁厚一般为1~3mm。缸套外表面与其装配的气缸体内表面采用过盈配合。

湿式缸套外表面直接与冷却水接触,冷却效果好。其壁厚比干式缸套厚,一般为5~9mm。

2.气缸盖

气缸盖的主要作用是封闭气缸上部,与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。一般水冷式发动机气缸盖内铸有冷却水套,缸盖下端面与缸体上端面向所对应的水套是相通的,利用水的循环来冷却燃烧室壁等高温部分;风冷式发动机气缸盖上铸有许多散热片,靠增大散热面积来降低燃烧室的温度。发动机的气缸盖上应有进排气门座导管孔和进排气通道等。汽油机气缸盖还应有火花塞孔,而柴油机则设有安装喷油器的做孔。

3.气缸垫

气缸盖与气缸体之间装有气缸衬垫,其作用是保证气缸盖与气缸体间的密封,防止燃烧室漏气、水套漏水。

4.油底壳

油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成。

活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。

1.活塞

活塞的作用是与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室,并承受气缸中气体压力,通过活塞销将作用力传给连杆,以推动曲轴旋转。

活塞可分为头部、环槽部和裙部三部分。

活塞头部 活塞是燃烧室的组成部分,其形状取决于燃烧室的形式。常见的活塞头部形状有平顶式、凹顶式和凸顶式。

活塞环槽 活塞环安装在活塞环槽内。汽油机一般由2~3道环槽,上面1~2道用来安装气环,实现气缸的密封;最下面的一道用来安装油环.在油环槽底面上钻有许多径向回油孔,当活塞向下运动时,油环把气缸壁上多余的机油刮下来经回油孔流回油底壳。若温度过高,第一道环容易产生积碳,出现过热卡死现象。

活塞裙部 活塞裙部起导向作用。

2.活塞环

活塞环安装在活塞环槽内,用来密封活塞与气缸壁之间的间隙,防止窜气,同时使活塞往复运动便顺捷。活塞环分为气环和油环两种。

3.活塞销

活塞销的作用是连接活塞和连杆小头,并将活塞所受的气体作用力传给连杆。

活塞销通常为空心圆柱体,有时也按等强度要求做成截面管状体结构。

活塞销一般采用低碳钢或低碳合金制造。

活塞销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的连接采用全浮式和半浮式连接。采用全浮式连接,活塞销可以在孔内自由转动;采用半浮式连接,销与连杆小头之间为过盈配合,工作中不发生相对转动;销与活塞销座孔之间为间隙配合。

4.连杆

连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴,并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成,连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。

连杆小头用来安装活塞销,以连接活塞。杆身通常做成“工”或“H”形断面,以求在满足强度和刚度要求的前提下减少质量。

连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。一般做成分开式,与杆身切开的一半称为连杆盖,二者靠连杆螺栓连接为一体。

连杆轴瓦 安装在连杆大头孔座中,与曲轴上的连杆轴颈装和在一起,是发动机中最重要的配合副之一。常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。

曲轴飞轮组

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。

1.曲轴

曲轴是发动机最重要的机件之一。其作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出,并驱动发动机的配气机构及其他辅助装置工作。

曲轴前端主要用来驱动配气机构、水泵和风扇等附属机构,前端轴上安装有正时齿轮(或同步带轮)、风扇与水泵的带轮、扭转减振器以及起动爪等。曲轴后端采用凸缘结构,用来安装飞轮。主轴颈和连杆轴颈是发动机中最关键的滑动配合副,一般均进行表面淬火,轴颈过渡圆角处还须进行滚压强化等化等工艺,以提高其抗疲劳强度。曲轴的轴向定位一般采用止推片或翻边轴瓦,定位装置装在前端第一道主轴承处或中部某轴承处。曲轴一般选用强度高、耐冲击韧度和耐磨性能好的优质中碳结构钢、优质中碳合金钢或高强度球墨铸铁来锻造或铸造。曲轴在装配前必须经过动平衡校验,对不平衡的曲轴,常在其偏重的一侧平衡重或曲柄上钻去一部分质量,以达到平衡的要求。

2.飞轮

飞轮是一个转动惯量很大的圆盘,外缘上压有一个齿圈,与起动机的驱动齿轮啮合,供起动机发动机时使用。飞轮上通常还刻有第一缸点火正时记号,以便校准点火时刻。多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行动平衡试验。为了保证在拆装过程中不破坏飞轮与曲轴间的装配关系,采用定位销或不对称螺栓布置方式,安装时应加以注意。

2 曲柄连杆的作用

曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所,把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩,不断输出动力。

1)将气体的压力变为曲轴的转矩

2)将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动

3) 把燃烧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。

3 曲柄连杆机构的工作原理

在做功行程活塞承受燃烧气体产生的膨胀压力,通过连杆使活塞的直线运动变为曲轴的旋转运动,向外输出动力。依靠曲轴和飞轮的旋转惯性,经连杆带动活塞上下运动,完成排气、进气、压缩等辅助行程,为下一做功行程做好准备。

曲柄连杆机构工作原理
责任编辑:余伟楚
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