第二章 机体与曲柄连杆机构
1、教学目的：
掌握机体组、曲柄连杆机构的工作条件和受力分析，缸体下部结构，缸套的分类及应用；掌握活塞、活塞环的结构特点和密封原理以及连杆的结构；掌握曲拐的布置和工作循环表。 2、教学内容：
（1）概述
（2）机体组
（3）活塞连杆组
3、教学方法：
课堂教学、作业练习、课后答疑
地火龙4、教学过程：
一、概述
1、功用与组成
曲柄连杆机构的功用是：把燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。
曲柄连杆机构的主要零件可以分成三组：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。
在发动机作功时，气缸内最高温度可达 2500K 以上，最高压力可达 5～ 9MPa，现代汽车发动机最高转速可达 3000～ 6000r/min，则活塞每秒钟要行经约 100～ 200 个行程，可见其线速度是很大的。此外，与可燃混合气和燃烧废气接触的机件（如气缸、气缸盖、活塞组等）还将受到化学腐蚀。因此，曲柄连杆机构工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。 2、受力分析
曲柄连杆机构在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂。
（1）气体作用力
在每个工作循环中，气体压力始终存在。但由于进气，排气两行程中气体压力较小，对机件影响不大。故这里主要研究作功和压缩两行程中气体作用力。
在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力。这时，燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶部，见图2-1a。设活塞所受总压力为 Fp传到活塞销上，可分解为 Fp1
和 Fp2。分力 Fp1通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上。Fp1还可分解为两个分力 F R 和 F S ，沿曲柄方向分力F R 使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；与曲柄垂
直的分力F S 除了使主轴颈和主轴承之间产生压紧力外，还对曲轴形成转矩 T，推动曲轴
v型锚固钉
旋转；力 Fp2把活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支承在车架上。
在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶的气体总压力F ′p也可以分解为两个分力 F ′p1和 F ′p2，见图2-1b，而 F ′p1又分解为 F ′R 和 F ′S 。F′R 使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；F ′S 对曲轴造成一个旋转阻力
矩 T′，企图阻止曲轴旋转。而F ′p2则将活塞压向气缸的另一侧壁。在工作循环的任何行程中，气体作用力的大小都是随活塞的位移而变化的，再加上连杆在左右摇摆，因而作用在活塞销和曲轴轴颈的表
面以及二者的支承表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损的不均匀性。同样，气缸壁沿圆周方向的磨损也不均匀。
图2-2 （2）往复惯性力速度变化时，就要产生往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运
图2-1 与离心力
微波功率放大器往复运动的物体，当运动动时，就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都是存在的。活塞和连杆小头在气缸中作往复直线运动时，速度很高，而且数值在不断变化。当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上，以 Fj 表示，见图2-2；后半行程是减速运动，惯性力向下，以 F ′j 表示。同理，当活塞向上时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。 活塞、活塞销和连杆小头的质量愈大、曲轴转速愈大，则往复惯性力也愈大。它使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈承受周期性的附加载荷，加快轴承的磨损；未被平衡的变化着的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机的振动。偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，即离心力，其方向沿曲柄半径向外，其大小与曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关。曲柄半径长、旋转部分质量大、曲轴转速高，则离心力大。离心力 Fc 在垂直方向分力 Fcy 与往复惯性力 Fj 方向总是一致的，
因而加剧了发动机的上、pstl
下振动。而水平方向分力 Fcx 则使发动机产生水平方向振动。离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲
轴主轴颈及其轴承受到又一附加载荷，增加它们的变形和磨损。
（3）摩擦力
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，其最大值决定于、机 体 组
由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫和发动机支承等组成
图2-4 1、气缸体与曲轴体，曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体，二者组成了发动机的机体作为发动机各个机构和系统的装配基体，承受较大的机械负荷和热负荷，气缸体，这种缸体刚度虽不如其他两种，但缸体体 缸体下平面低于曲轴中心线，这种结构形式的缸体虽重些，但刚度好，曲轴轴承座为整体式，形成隧道样，这种缸体的发动机采用滚动轴承的盘形曲轴，安装时，曲轴从一端插入，这种缸体比较笨重，但刚度最好。
上述各种力对摩擦面形成的正压力和摩擦因数。上述各种力，作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使它们受到压缩，拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为了保证工作可靠，减少磨损，在结构上必须采取相应的措施。
二机体组主要，如图2-3。
图2-3 箱
气缸体是气缸的壳。水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成一体，称为气缸体—曲轴箱，也可简称为气缸体。
气缸体本身应具有足够的刚度、强度和良好的耐热性，其具体结构形式可按三种方式分类。
无人机防御系统
（1）曲轴箱与气缸体的结构形式（图2-4）
①一般式气缸体 缸体下平面通过曲轴中心线高度低，重量轻，容易加工。小轿车和轻型载货车用汽油机由于负荷率低，常采用这种结构形式。
②龙门式气缸一般柴油机和负荷较大的汽油机采用这种形式的缸体，大多数 V 形发动机和铝合金缸体发动机多采用这种形式。
③隧道式气缸体
缸体上的
（2）气缸的排列形式（图2-5）
气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸。多缸发动机气缸的排列形式决定了发动机外形尺寸和结构特点，对发动机气缸体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体动机宽度加大，形状复杂，加工困公共汽车上。
图2-6 气缸工作表面由其中作高速往返运、耐磨损、耐腐蚀。因此，大型发动机上广泛采用镶入缸体内的气缸套有凸肩用作轴向定位，缸个定位带支承在气布置。可分为：直列式、V 形式、对置式三种 。
①直列式 一般缸体是竖立的，气缸是垂直排成单行，结构简单，加工方便，但高度较高，长度较长，六缸以下发动机多采用这种形式。
②V 形式 气缸分为左右两边排列成 V 形，其优点是发动机总长度缩短，高度降低，结构紧凑，功率增大，刚度加强，重量减轻等。但发难。一般用于八缸以上功率较大的发动机上。
③对置式 把气缸对置排列在同一水平面上，这样降低了发动机的总高度，结构也更加紧凑。一般使用于车身底板下安装发动机的大型
图2-5 （3）气缸套形式
KU波可调电衰减器于经常与高压、高温的燃气相接触，且有活塞在动，所以必须耐高温，形成气缸工作表面，常将缸套分为干式和湿式两种。
①干式缸套 干式缸套的特点是外表面不与冷却水接触，见图2-6。它是一个耐磨性能良好的薄壁套筒，壁厚一般为 1 ～ 3.5mm， 干缸套上端通常垫卷边压在凸肩上，凸肩的圆角必须适当，以免应力
集中损坏缸
②湿式缸套 湿缸套是一个与冷却水直接接触的厚壁套筒，如图2-7 所示，壁厚应保证缸套有足够的强度和刚度，一般为缸径的 5% ～ 10% 。缸套用两缸体中，做径向定位。为安装方便，下定位带直径略小于上定位带直径， 湿缸套导热性好，便于更换，缸体铸造简单，材料可按需要选择。缺点是缸体刚度差，容易漏水。故广泛应用于柴油机和铸铝缸体上。
2、气缸盖
气缸盖密封气缸并与活塞顶、气缸内壁上部共同形成燃烧室，顶置发动机缸盖上还要布结构形式（图2-8）：整体式、分体式、单体式。 ①整般用于缸缸一盖或三缸一盖的称为分体式气缸单体式缸盖刚度
图2-8 汽油机的燃烧室形式各不相同，但（图2-9）：
①楔抑制爆燃的产生，这种燃烧室气门多列于一侧。
抗爆性好，经济性、动力性好。
有利于置进、排气道以及相应的冷却水套，对顶置凸轮轴发动机还要考虑凸轮轴的支承，还有火花塞或喷油器以及缸盖螺栓的布置等，结构十分复杂。
（1）缸盖的结构形式
水冷式气缸盖有三种体式缸盖 多缸发动机的整列气缸共用一个缸盖的称为整体式气缸盖，一径较小的发动机。缸径小于 110mm 的发动机多采用整体式缸体，这种形式结构紧凑，可缩短气缸中心距但刚度小，制造、维修不便。
②块状缸盖 多缸发动机的整列气缸中，分开为二盖。缸径大于110mm 且小于 150mm 的发动机多采用分体式缸盖。
③单体式缸盖 多缸发动机每缸采用一个缸盖的称为单体式气缸盖。大，制造、修理方便，备件存储比较优越，但缸心距较大，且要用专门的回水管回流缸盖冷却水，故结构复杂，缸径大于 150mm 的发动机多采用单体式缸盖。
图2-7 （2）燃烧室
是由活塞顶面和气缸盖上相应的凹坑所组成，其大致有以下几种形燃烧室 燃烧室横向剖面呈楔形，有较大的挤气面产生压缩涡流，使距火花塞燃烧最远处得到很好冷却，有利于②浴盆式燃烧室 这种
燃烧室形状象浴盆，燃烧室中可适当布置挤气面，燃烧温度较低，工作较柔和，只是进气受到室壁的影响。
③半球形燃烧室 这种燃烧室的气门呈横向 V 形排列。因此气门头部直径可以做得较大，换气好。火花塞多位于燃烧室的中部，④浅蓬形燃烧室 这种燃烧室断面象蓬形，由半球形发展而成，燃烧室紧凑，适于装置多气门。进、排气门分布在缸盖两侧，呈 V 形，但其夹角较球形小，这种气门驱动，
