課題曲柄連桿機構2課時
教學內容曲柄連桿機構作用、組成、連線關係
教學目的掌握曲柄連桿機構及主要機件的作用、組成及它們之間的連線關係。
重點難點曲柄連桿機構作用、組成、連線關係
教學方法講授多**
講授新課
一、組成
曲柄連桿機構的主要零件可以分為三組，即機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。
1、機體組
機體是構成發動機的骨架，是發動機各機構和各系統的安裝基礎，其內、外安裝著發動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。發動機的機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。
氣缸體氣缸體是發動機各個機構和系統的裝配基體，並由它來保持發動機各運動部件相互之間的準確位置關係。氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。
一、氣缸體的工作條件、要求及材料
（1）應具有足夠的強度和剛度、耐磨損和耐腐蝕、適當冷卻
發動機中最大的零件
承受拉、壓、彎、扭等機械負荷
承受高溫燃氣很大的熱負荷
發動機大部分零件安裝在機體上
（2）力求結構緊湊、質量輕
盡量減小整機的重量（發動機最大的零件）
加強肋（減小質量、保證剛度與強度）
（3）機體材料
一般高強度灰鑄鐵或球墨鑄鐵、合金鑄鐵
為了減輕質量、加強散熱採用鋁合金
氣缸體的分類
（一）按結構形式
根據氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為一般式、龍門式和隧道式三種形式。
（1） 一般式氣缸體其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉中心在同一高度。這種氣缸體的優點是機體高度小，重量輕，結構緊湊，便於加工，曲軸拆裝方便；但其缺點是剛度和強度較差
（2）龍門式氣缸體其特點是油底殼安裝平面低於曲軸的旋轉中心。它的優點是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；但其缺點是工藝性較差，結構笨重，加工較困難。
（3）隧道式氣缸體這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，採用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體後部裝入。其優點是結構緊湊、剛度和強度好，但其缺點是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。
（二）按冷卻方式分
為了能夠使氣缸內表面在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋進行適當地冷卻。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風冷。
（1）水冷發動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，並且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內不斷迴圈，帶走部分熱量，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。
（2）風冷發動機是以空氣作為冷卻介質的發動機。它在氣缸及缸蓋的外壁鑄造出一些散熱片，並用冷卻風扇使空氣高速吹過散熱片表面，帶走發動機散出的熱量, 使發動機冷卻。
（三）按氣缸的排列形式
現代汽車上基本都採用水冷多缸發動機，對於多缸發動機，氣缸的排列形式決定了發動機外型尺寸和結構特點，對發動機機體的剛度和強度也有影響，並關係到汽車的總體布置。按照氣缸的排列方式不同，氣缸體還可以分成單列式，v型和對置式三種。
氣缸套氣缸套主要分為乾式氣缸套和濕式氣缸套兩種。
（1）乾式氣缸套：即氣缸套的外表面不直接與冷水接觸。主要用於中、小型發動機。
（2）濕式氣缸套：即氣缸套的外表面與冷卻水直接接觸。主要用於大負荷或鋁合金氣缸體的發動機。
曲軸箱（油底殼）
缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，並封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼圖。油底殼受力很小，一般採用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決於發動機的總體布置和機油的容量。
油底殼內裝有穩油擋板，以防止汽車顛動時油麵波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止潤滑油洩漏。
氣缸蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸並構成燃燒室。它經常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端麵的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。
利用迴圈水來冷卻燃燒室等高溫部分。
氣缸蓋的結構
缸蓋上裝有進、排氣門座，氣門導管孔，用於安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。
氣缸蓋一般採用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導熱性好，有利於提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被採用得越來越多。
燃燒室形式
氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室形狀直接影響發動機的動力性、經濟性和排放指標，所以對燃燒室有兩個基本要求：（1）結構要緊湊，冷去面積要小，以減少熱量損失，縮短火焰傳播距離。（2）充氣效率高，混合氣在壓縮過程中具有一定的渦流運動，以提高混合氣的混合質量為燃燒速度，保證混合氣及時、完全地燃燒。
由於汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。
汽油機的燃燒室是由活塞頂部與氣缸蓋上相應的凹部空間形成。常見的三種形式為半球形燃燒室、楔形燃燒室和盆形燃燒室。
（1）半球形燃燒室
半球形燃燒室結構緊湊，火花塞布置在燃燒室**，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結構上也允許氣門雙行排列，進氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機構變得較複雜，但有利於排氣淨化，在轎車發動機上被廣泛地應用。
（2）鍥形燃燒室
楔形燃燒室結構簡單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動，有利於提高混合氣的混合質量，進氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機構簡單，但火花塞置於楔形燃燒室高處，火焰傳播距離長些，切諾基轎車發動機採用這種形式的燃燒室。
（3）盆形燃燒室
盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好，製造成本低，但因氣門直徑易受限制，進、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達轎車發動機、奧迪轎車發動機採用盆形燃燒室。
氣缸蓋的安裝
拆卸：從兩邊向中間分2~3次逐步擰松。
安裝：從中間向兩邊分2~3次逐步擰緊。
氣缸墊氣缸墊裝於氣缸體和氣缸蓋之間，其作用是保證氣缸體和氣缸蓋之間的密封性，防止氣缸漏氣、水套漏水和潤滑油洩漏。
氣缸墊的材料要有一定的彈性，能補償結合面的不平度，以確保密封，同時要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形。目前應用較多的是銅皮——棉結構的氣缸墊，由於銅皮——棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時較之石棉不易變形。有的發動機還採用在石棉中心用編織的綱絲網或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結劑壓成的氣缸墊。
2、活塞連桿組
活塞連桿組是發動機中的主要運動元件。其作用是將活塞的往復直線運動轉變成曲軸的旋轉運動以及將作用在活塞頂上的氣體壓力轉變為曲軸承的轉矩。活塞連桿組由活塞、活塞環、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成。
活塞活塞的作用是與氣缸蓋和氣缸壁共同組成燃燒室，承受氣缸中燃燒氣體的壓力，並將通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸的旋轉。
活塞的工作條件
活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作。活塞直接與高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500k以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600～700k，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機高達3～5mpa，柴油機高達6～9mpa，這就使得活塞產生衝擊，並承受側壓力的作用；活塞在氣缸內以很高的速度(8～12m/s)往復運動，且速度在不斷地變化，這就產生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會產生變形並加速磨損，還會產生附加載荷和熱應力，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。
活塞的結構
活塞由活塞頂部、頭部和裙部三大部分組成。
（1）活塞頂部
根據活塞頂部形狀的不同可分為平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成形頂活塞。
（2）活塞頭部
活塞環槽以上的部分稱為活塞頭部。上面加工有若干道用來安裝氣環與油環的環槽，上面的2~3道安裝氣環，下面的1~2道安裝油環。在油環槽的底面鑽有許多徑向小孔，可使油環刮下來的潤滑油通過小孔流回油底殼。
（3）活塞裙部
活塞環以下的部分稱為活塞裙部。活塞裙部的作用是在氣缸內為活塞的運動導向並承受側壓力。活塞裙部有兩種：全裙式裙部和拖板式裙部。
（4）活塞銷座孔
活塞銷座孔的作用是安裝活塞銷，並將氣體的壓力傳給連桿。兩座孔外端加工有卡環槽，用來安裝卡環以限制活塞銷的軸向竄動。
活塞在運動過程中受到側壓力的作用，而一般發動機的活塞銷座孔軸線與活塞軸線垂直相交，這樣的布置形式會使敲缸雜訊大；將其偏移1~2mm，這樣大減小的敲缸聲。
活塞環 活塞環裝配在活塞環槽中，與活塞連桿組一起裝於氣缸體內。活塞環是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，並且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走。其中密封作用是主要的，因為密封是傳熱的前提。
如果密封性不好，高溫燃氣將直接從氣缸表面流入曲軸箱。這樣不但由於環麵和氣缸壁面貼合不嚴而不能很好散熱，而且由於外圓表面吸收附加熱量而導致活塞和氣環燒壞；油環起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多餘的機油，上行時在氣缸壁上鋪塗一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油竄入氣缸燃燒掉，又可以減少活塞、活塞環與氣缸壁的摩擦阻力，此外，油環還能起到封氣的輔助作用。
活塞環的工作條環境極其惡劣，是壽命最短的零件之一。為延長其使用壽命，通常第一道氣環外圓面進行多孔鍍鉻處理。其餘的採用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合性。
（1）氣環
氣環為一帶切口的環狀態結構，在自由狀態下時其外形尺寸略大於氣缸內徑。。氣環的主要作用是保證活塞與氣缸壁間的密封，防止氣缸中高溫、高壓燃氣竄入曲軸箱，並將活塞頭部的大部分熱量傳給氣缸壁，避免活塞過熱。
（2）油環
油環的作用是活塞上行時，使飛濺在氣缸壁上的潤滑油均勻頒布，有利於活塞、活塞環和氣缸壁的潤滑；活塞下行時，刮除氣缸壁上多餘的潤滑油，防止潤滑油竄入氣缸燃燒。
活塞銷 活塞銷的作用是連線活塞和連桿小頭，並將活塞所承受的氣體作用力傳給連桿。
活塞銷在高溫條件下承受很大的週期性衝擊載荷，潤滑條件較差，因此必須具有足夠的剛度、強度和良好的耐磨性，質量盡可能小。
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