曲柄连杆机构与机体组件曲柄连杆机构的运动与受力曲柄.DOCVIP

第2章 曲柄连杆机构与机体组件 2.1 曲柄连杆机构的运动与受力 曲柄连杆机构主要由活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。它是将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩，输出机械能的传动机构。 2.1.1 曲柄连杆机构的运动 以中心曲柄连杆机构（即曲轴中心线位于气缸中心线上的曲柄连杆机构，见图2-1）为例，设中心曲柄半径为R，连杆长度为L，根据力学推导，活塞的位移x、速度v、 加速度a随曲轴转角α的变化关系是 式中 ——连杆比，＝R/L，一般在1/3～1/4； ω——曲轴角速度，匀速运动时，它等于； n——曲轴转速（r/min）。 活塞位移、速度和加速度曲线（图2-2）。 曲柄连杆机构的运动特点： （1）曲轴虽然作匀速运动，而活塞的速度却是不均匀的。在上、下止点处速度等于零，在α=900稍前处和α=2700稍后处达到最大值。即活塞从上止点向下止点运动和从下止点向上止点运动的约前半个行程是加速，后半个行程是减速。 （2）由于活塞运动速度的变化，导致其加速度的变化，在速度为零处的加速度最大，而速度最大处的加速度等于零。加速度的变化，导致了惯性力的产生，使发动机产生冲击、振动和磨损，需要采取相应平衡措施。 2.1.2 曲柄连杆机构受力分析 1.气体作用力（图2-3） 作功行程： FP——燃烧气体作用在活塞的顶部力（可分解为FP1和FP2）； FP2——侧压力（使气缸活塞产生磨损，并有使机体翻转的趋势，故机体下部的两侧应固定在车架上，若有松动，将造成发动机振动）。 FP1可分解为FR和FS FR——法向力； FS——切向力（推动曲轴旋转）。 压缩行程： 气体压力变为阻力。 气体作用作用在缸套、活塞、活塞销和曲轴轴颈表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损不均匀。 2.往复惯性力与离心力（图2－4） (1) 往复惯性力 活塞向下运动时，约前半个行程是加速运动，惯性力Fj向上；约后个半程是减速运动，惯性力Fj′向下。 活塞向上运动时，惯性力与上相反。 活塞、活塞销和连杆小头的质量越大，曲轴转速越高，则往复惯性力也越大。它使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈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。 （2）离心力 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在垂直方向的分力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下振动。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另一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。 3.摩擦力 其最大值决定于上述力对摩擦面形成的正压力和摩擦系数。 2.2 机体组件 主要由气缸体、气缸（或气缸套）、气缸盖和气缸垫等零件组成。 2.2.1 气缸体（图2-5） 气缸体结构:气缸、曲轴支乘孔、曲轴箱（曲轴运动的空间）、加强筋、冷却水套、润滑油道等。 气缸：是是燃烧作功的场所。为了节省贵金属材料，降低成本，方便维修，现代汽车广泛采用镶入缸体内的气缸套（图2-6）。 气缸套：有干式气缸套和湿式气缸套两类。 干式气缸套：外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚一般为1～3mm。它强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 湿式气缸套：外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但其强度、刚度不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象，所以常加橡胶密封圈4等防止漏水，使用和维修时应密切注意，否则将产生冷却液漏入油底壳的严重后果。 风冷发动机（图2-7）：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，其结构简单，但冷却效果差。 气缸体结构形式（按气缸体与油底壳安装平面的位置不同分)（图2-8）： (1) 一般式气缸体：油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但刚度和强度较差。 (2) 龙门式气缸体：油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 (3) 隧道式气缸体：曲轴的主轴承孔为整体式，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。优点是结构紧凑、刚度和强度好；但加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 2.2.2 气缸盖 作用：气缸盖（图2-9）从上部密封气缸,与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁铸成。铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖越来越多。 类型：分单体式气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖三种。 单体式气缸盖只覆盖一个气缸，块状气缸盖能覆盖部分（