第3章 曲柄连杆机构 3.1 概述 曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，受力情况复杂。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。 气体作用力-----在每个工作循环的四个行程中，气体压力始终存在 (进气、排气气体压力较小;作功、压缩两行程中气体作用力较大）。 往复惯性力与离心力-----往复运动的物体，当运动速度变化时，就要产生住复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中部是存在的。 摩擦力-----是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的力，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系数。  3.1 气缸体与气缸盖 1、气缸体 水冷发动机气缸体： 一般式气缸体----发动机的曲轴轴线与气缸体下表面在同一平面上（便于机械加工）。  龙门式气缸体----发动机气缸体下表面移至曲轴轴线以下(刚度和强度较好，工艺性较差)。  隧道式气缸体----留有滚动主轴承支承的组合式曲轴的安装孔（结构刚度比龙门式的更高）。   V型发动机气缸体  风冷发动机气缸体：        用空气冷却，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加散热面积，保证散热充分。  发动机的排列型式：  水平对置发动机 V型发动机 气缸：    气缸工作表面由于经常与高温、高压的燃气相接触，且有活塞在其中作高速往复运动 （材料、冷却）。    水冷式气缸套有干式和湿式两种：     干缸套----不直接与冷却水接触，壁厚一般为l一3mm。     湿缸套-----直接与冷却水接触，壁厚一般为5—9mm。  发动机型式 气缸体1 气缸体2 气缸套 2、气缸盖与气缸衬垫 （1）气缸盖 气缸盖的主要功用是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。 气缸盖内部也有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 发动机的气缸盖上应有进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道等。 气缸盖形状复杂，一般采用灰铸铁或合金铸铁，少数用铝合金铸造。  单体气缸盖----在多缸发动机中的一列中，只覆盖一个气缸的气缸盖。缸径较大的发动机常采用。 整体气缸盖----能覆盖全部气缸的气缸盖。可以缩短气缸中心距和发动机的总长度，其缺点是刚性较差，在受热和受力后容易变形而影响密封；损坏时须整个更换。多用于发动机缸径小于105mm的汽油发动机上。 块状气缸盖----能覆盖部分(两个以上)气缸盖。缸径较大的发动机常采用。  气缸盖 汽油机燃烧室形状：  1)、楔形燃烧室：结构较简单、紧凑。在压缩终了时能形成挤气涡流（红旗轿车、CA1091型货车）。 2)、盆形燃烧室：结构也较简单、紧凑（北京492QG）。 3)、半球形燃烧室：结构较前两种更紧凑。但因进排气门分别置于缸盖两侧，故使配气机构比较复杂。但由于其散热面积小．有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中有害气体，对排气净化有利。  气缸盖与燃烧室 燃烧室及进气方式 缸盖与气道 （2）气缸盖衬垫 置于气缸盖与气缸体之间，以保证燃烧室的密封。其应满足的要求：  1) 在高温高压燃气作用下有足够的强度，不易损坏；  2) 耐热和耐腐蚀。  3) 有弹性，能补偿接合面的不平度，以保证密封；  4) 拆装方便，能重复使用，寿命长。 金属一石棉材料----石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮。水孔和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧杯。安装气缸盖衬垫时，应注意把光滑的一面朝气缸体，否则容易被气体冲坏。 金属片作为衬垫的材料（强化的汽车发动机） 膨胀石墨作为衬垫的材料（研究中）  气缸盖衬垫的结构 1)复合型气缸垫 ①金属石棉型---称作夹钢—石棉垫。在复合型气缸垫中用得最多。由于石棉是致癌性物质，现在都改为用膨胀石墨、纤维系作为压缩材料。这种材料压紧厚度为1.2mm—2.0mm，有很好的弹性和耐热性，并能重复使用。 ②钢丝辐板型气缸垫---其压缩材料是用石棉橡胶系，芯骨用金属网。由于接触面小，压缩性好。 ③金属石墨型气缸垫---其基本结构与金属石棉型气缸垫一样，只是压缩材料系采用膨胀石墨，其耐热性和密封性较好。 2)金属型气缸垫--利用金属的弹性进行密封的，故受压后复原性以及耐热性良好。这种垫是采用单块光整冷轧低碳钢板冲制而成。在需要密封的气缸孔、水孔及油孔周围，冲压出一定高度的凸纹、利用凸纹受压后的弹性变形来实现密封。 气缸盖的紧固：拧紧螺栓时，必须按由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行。 最后一次要用扭力扳手按工厂规定的拧紧力矩值拧紧（气缸盖由铝合金制成，在发动机冷的状态下拧紧；铸铁气缸盖则在发动机热时最后拧紧）。  密封垫 3、油底壳 油底壳的主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱。 材料：薄钢板冲压 容积：发动机的总体布置和机油的容量 散热： 机油泵能经常吸油：局部凹陷 挡油板：防止油面波动过大。 放油塞：油底壳底部，有的放油塞是磁性的。  油底壳 4、发动机的支承 发动机一般通过气缸体和飞轮壳或变速器壳上的支撑支承在车架上。  发动机的弹性支承，是为了消除在汽车行驶中车架的扭转变形对发动机的影响，以及减少传给底盘和乘员的振动和噪声。 弹性支承的发动机运转时(特别在工作不稳定，如低转速或超载荷时)，可能发生横向角振动，与发动机相连的各种管子和杆子等的结构要考虑发动机振动对它的影响（如采用软管）。  3.2 活塞连杆组 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。  1、 活塞 活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。活塞顶部还与气缸盖气缸壁共同组成燃烧室。活塞的基本构造可分顶部、头部和裙部三部分。  活塞工作环境： 高温度：顶部直接与高温燃气（达2500K以上）接触，活塞的温度也很高（达600~700K）。高温----活塞的机械强度下降----热膨胀量增大----容易破坏活塞与其相关零件的配合。 高压力：在作功行程时，活塞顶部承受着燃气的带冲击性的高压力（汽油机3~5Mpa，柴油机6~9Mpa）。高压导致活塞的侧压力大，加速活塞外表面的磨损，也容易引起活塞变形。 惯性力： 活塞在气缸中高速运动（汽油机的转速为4000~6000r／min，活塞的平均速度可达8~12m／s），产生很大的惯性力------曲柄连杆机构的各零件和轴承承受附加的载荷。 热应力：活塞承受的气压力和惯性力是呈周期性变化的。要求活塞质量小，热膨胀系数小，导热性好和耐磨。  活塞材料：铝合金、高级铸铁、耐热钢。          铝合金活塞： 具有质量小(约为同样结构的铸铁活塞的50％一70％)，导热性好(约为铸铁的3倍)的优点。     缺点是热膨胀系数较大，在温度升高时，强度和硬度下降较快（结构设计、机械加工、热处理上加以弥补）。铝活塞的成型方法有铸造、锻造和液态模锻（高压挤压）等几种。  活塞顶部 汽油机活塞顶部多采用平顶，其优点是吸热面积小，制造工艺简单。有些汽油机为了改善混合气形成和燃烧而采用凹顶活塞；二冲程汽油发动机采用凸顶活塞；柴油机的活塞顶部常常设有各种各样的凹坑，位置和大小都必须与柴油机混合气的形成或与燃烧要求相适应。  活塞头部 活塞头部是活塞环槽以上的部分。其主要作用有三： ①承受气体压力，并传给连杆， ②与活塞环一起实现气缸的密封； ③将活塞顶所吸收的热量通过活塞环（气环、油
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