第三章  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  第一节  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。  二、受力种类及受力分析 1）???? 气体作用力（主要） （1）作功行程 Fp分解为Fp1 和Fp2： Fp2：垂直于缸壁，使活塞与缸壁之间产生侧压力。 Fp1：沿着连杆方向，作用在曲柄销上。 Fp1 继续分解为： Fr：沿着曲柄方向。 Fs：为曲柄垂直方向，对曲轴产生一有用力矩：              T＝S*R    （2）压缩行程 Fp'分解为Fp’1 和Fp’2： Fp’2：垂直于缸壁，使活塞与缸壁之间产生侧压力。 Fp’1：沿着连杆方向，作用在曲柄销上。  Fp’1 ：继续分解为： Fr’：沿着曲柄方向。 Fs’：为曲柄垂直方向，对曲轴产生一阻力矩。   2）???? 惯性力（主要） （1）往复惯性力 1）活塞从上止点到下止点： 前半行程：加速度方向向下，往复惯性力方向向上。 后半行程：加速度方向向上，往复惯性力方向向下。  2）活塞从下止点到上止点： 前半行程：加速度方向向上，往复惯性力方向向下。 后半行程：加速度方向向下，往复惯性力方向向上。 往复惯性力使发动机产生上下震动。   （2）离心力 Fcy：始终与往复惯性力的方向一致，加剧了发动机的上下震动。 Fcx：使发动机产生水平方向的震动。 3）???? 摩擦力和其它（因为较小，故分析时忽略） 第二节   机体组 一、气缸体－曲轴箱（水冷、风冷） 1、气缸体－曲轴箱结构形式 1）一般式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上。加工简单容易。如492QA发动机的气缸体。 2）龙门式气缸体：曲轴轴线与气缸体下表面不在同一平面上。工艺性差，刚度、强度较好。如6102发动机的气缸体。 3）隧道式气缸体：为了安装滚动轴承，曲轴座孔加工成隧道式，曲轴为组合式曲轴。结构刚度最好。如6135发动机。  2、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）材料：优质合金铸铁 。 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、气缸套 1）干式气缸套 外表面不直接与冷却水接触；壁厚1～3mm；外表面加工精度高，与气缸孔配合紧密，不易漏水、漏气。多用于功率较小的汽油机上或不用。 2）湿式气缸套 外表面直接与冷却水直接接触；壁厚5～9mm；外表面加工较粗糙；设置有漏水密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；多用于车用柴油机上。  二、气缸盖 1、作用 封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室；是配气机构的多数零件的安装机体。 2、工作条件和材料 1）工作条件：受到高温、高压的冲击；受到腐蚀作用。 2）材料：灰铸铁、合金铸铁、铝合金（汽油机用）  3、结构形式 1）整体缸盖：一台发动机一个气缸盖。 结构较紧凑，零件数目少，成本低，发动机的总长度减少；但刚性差，易变形，使得发动机的密封性下降，系列化程度差，加工报废率高；适用于缸径 105mm的发动机。 2）块状缸盖：2缸或2缸以上共用一个缸盖。 适用于105mm 缸径 160mm的发动机。 3)单体缸盖：一缸一个缸盖。 缸径 105mm可用；缸径 120mm的优先采用；缸径 160mm 都采用。 4、汽油机燃烧室 1）对汽油机燃烧室的要求 （1）有利于提高热效率  （2）有利于排气净化 （3）有利于换气 （4）有利于燃烧平静 （5）有利于组织气流运动 2）几种典型燃烧室： （1）盆型：结构简单，但不够紧凑。 （2）楔型：结构简单，较紧凑，能形成挤气流，但使得HC排放增加。 （3）半球型：结构紧凑，但配气机构复杂，工作较粗暴，多用于高速汽油机。 三、气缸垫：多用金属石棉衬垫。 四、缸盖螺栓： 拧紧：从中间往两边依次对角分次进行； 拧松：从两边往中间依次对角进行 五、油底壳：放油螺塞带磁性，对随着润滑油进入油底壳的铁屑进行吸附。 第三节   活塞连杆组 活塞组：活塞、活塞环（气环、油环）、活塞销、卡环等。 连杆组：连杆、连杆盖、连杆轴瓦、连杆螺钉等。  一、活塞 1、作用     1）承受力、传力。     2） 组成燃烧室。 2、 工作条件（非常恶劣） 三高：高温、高压、高速 两难：冷却困难、润滑困难 一腐蚀：受到酸性物质的腐蚀   3、材料    常用：铸铝合金（高硅铝合金、铝铜合金）     强化发动机：高级铸铁、耐热钢（主要为了提高其强度）      新型：金属陶瓷（有组合式的（陶瓷用于活塞顶部），也有整体式的）       总之，对于转速较高的发动机来说，活塞材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机，现在多用灰铸铁。                4、加工制造方法 1）铸造 2）锻造 3）液态模锻 5、结构 1）顶部： 汽油机：二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机多用平顶。  柴油机：有平顶、凹顶、ω形、碗形、盆型、花瓣形等。  2）头部（又叫环槽部、防漏部） 头部：又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环槽的部分。 作用：密封、传热、传力 。 护槽圈（图2-19） 3）裙部：指最后一道油环槽下缘起至活塞底面的部分。 （1）作用：承受侧压力、导向。 （2）裙部的椭圆变形  A、原因 （图2-20） A）沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受热膨胀后，此处的膨胀量就最大。  B）在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯曲变形。 C）气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变形也沿活塞销的轴线方向。   B、预防和控制裙部椭圆变形的措施  Ⅰ、尽量减少活塞的受热 。 Ⅱ、使活塞的侧表面形状与变形相适应 。 Ⅲ、对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。  Ⅳ、在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。 （图2-21、2-22、2-23） Ⅴ、采用油冷活塞。（图2-24）  Ⅵ、减少销座方向的金属量，以减少其受热变形 （图2-26）  （ 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。 二、活塞环 按照用途分为：气环和油环。 汽油机：气环2～3道；油环数1道。 柴油机：气环3～4道；油环数1～2道。 柴油机气环数多于汽油机的原因： 1）柴油机压缩比大于汽油机；2）柴油机转速低于汽油机；3）柴油机的配缸间隙大于汽油机。 （一）气环 1、
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