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第二章机体组和曲柄连杆机构

第一节概述

一、曲柄连杆机构的作用

把燃气作用在活塞顶的力转变为曲轴的转矩。

二、组成

机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组

三、气体作用力

进气、排气气体压力较小，对机件影响不大。

气体作用力随活塞位移而变化，造成曲轴轴径等处磨损不均

匀和气缸壁磨损不均匀。


第一节概述

四、往复惯性力和离心力

（1）往复惯性力与活塞、活塞销、连杆小头质量及曲轴转速有关；

（2）离心力与曲柄半径、旋转部分质量及曲轴转速有关。


第一节概述

一、机体组的功用及组成

主要由机体、气缸盖罩、气缸盖、油底壳、主轴承盖等组成。

机体组是曲柄连杆机构、配气机构和其他各系的装配基体。


第二节机体组

二、机体结构

（1）曲轴箱与气缸体的结构形式

a 平底式（一般式） b 龙门式 c 隧道式


第二节机体组

（2）气缸排列形式

单列式、V型、对置式


第二节机体组

（3）气缸套形式

无缸套、干缸套、湿缸套


第二节机体组


第二节机体组


第二节机体组

三、气缸盖

（1）作用及组成

封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。

对顶置式发动机，一般应有进排气门座、气门导管、冷却水套、火

花塞或喷油泵安装孔等。


第二节机体组


第二节机体组

（2）气缸盖的结构形式

单体气缸盖：只覆盖一个气缸

块状气缸盖：覆盖两个以上气缸

整体气缸盖：覆盖所有的一列气缸


第二节机体组

（3）燃烧室种类

对燃烧室的要求：

a 结构尽可能紧凑，冷却面积小；

b 压缩终了气体具有一定涡流运动；

c 增大进气门面积。

燃烧室种类：

楔形：充气效率高，燃烧速度快，动力性和经济性好，但工作粗暴。

倒盆形：结构简单，进气阻力大。

半球形：充气效率高，散热损失小。

蓬形：与半球形相仿，高速性好。

多球形：结构紧凑，气道平直，可产生挤气涡流。


第二节机体组


第二节机体组

（4）气缸盖冷却

气缸盖的冷却水套与气缸体相通，利用循环水冷却燃烧室等高温部分。

四、气缸衬垫

保持气缸密封不漏气，保证机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。

（1）工作条件：高温、高压、一定的腐蚀。

（2）要求：足够强度；耐热耐腐蚀；具有一定弹性；拆装方便。

（3）种类：

a 金属－石棉衬垫：

使用多

b 金属－复合材料衬垫

c 全金属衬垫


第二节机体组


第二节机体组

五、油底壳

（1）作用：储存机油并封闭曲轴箱

（2）特点：a 局部做的较深；

b 内设挡板；

c 下设放油塞。


第二节机体组

六、发动机支承

（1）形式：三点或四点支承

（2）特点：支承必须是弹性


第二节机体组


第二节机体组

活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等。

一、活塞

（1）作用：承受气体压力，并将其传给活塞销。

（2）工作条件：高温、高压、高速。

要求：质量小，具有一定强度和刚度；

热膨胀系数小；

导热性好；耐磨。

（3）材料：广泛采用铝合金


第三节活塞连杆组

（4）构造：活塞包括顶部、头部和裙部



a 顶部

顶部形状与选用的燃烧室形式有关。



b 头部：

活塞环槽以上的部分。

作用：承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现密封；将活塞顶

吸收的热量通过环传到气缸壁。





c 裙部：

油环槽下端面至活塞底面

的部分，为活塞在气缸内作往

复运动导向和承受侧压力。

由于活塞裙部在受热后会

产生变形，因此，为保证活塞

与气缸壁之间适当的间隙，活

塞裙部在冷态下具有一定的形

状。

另一方面，为减小裙部的

热变形，可采取一些措施。





在现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。

优点：

①质量轻，比全裙式活塞轻10％～20％，

适应高速发动机减小往复惯性力的需要。

②裙部弹性好，可以减小活塞与气缸的配

合间隙。

③能够避免与曲轴平衡重发生运动干涉。



为减少敲缸，活塞销座轴线向在作功行程中受侧压力的一面偏1－2mm。



为减小活塞头部和顶部

的热负荷，对活塞可进行油

冷却。主要有自由喷射冷却、

振荡冷却法和强制冷却法。



二、活塞环

活塞环包括气环和油环。

活塞环的工作条件是高温、高压、高速和交变应力。

广泛应用的活塞环材料是合金铸铁。



（1）气环

A 作用：密封和传热

B 密封原理：在环的弹力和燃气压力的作用下，使燃气不能通过环与缸

壁接触面及环与槽的接触面窜到曲轴箱。



C 开口形状：直开口、阶梯形和斜开口



D 断面形状：





矩形环，工艺和导热性好，但会产生泵油现象；



锥面环，磨合性好，但传热差；



扭曲环，不泵油，易磨合，广泛应用；



梯形环，可将环槽中杂质挤出，用于柴油机；



桶面环，密封好，但工艺复杂；



顶岸环，密封性好。



（2）油环

A 作用：刮油



B 类型：槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合







（3）活塞环组合

依各环的特点，从提高密封性、刮油能力和润滑性角度出发，可选

择不同的组合方式。

三、活塞销

用于连接活塞和连杆小头，并将活塞承受的

气体作用力传给连杆。

要有足够强度、刚度和耐磨性，质量要轻。

一般用低碳钢或低碳合金钢制造。

内孔形状有圆柱形、两段截锥形、组合形。



四、连杆

（1）作用：将活塞承受的力传给曲轴。

（2）受力：承受压缩、拉伸和弯曲等的交

变载荷，要求足够强度、刚度，质量小。

一般用中碳钢或合金钢模锻而成。

（3）构造：一般包括连杆衬套、连杆小头、

杆身、连杆大头、连杆轴瓦、连杆盖和螺栓

组成。



A 连杆小头

与活塞销连接，有全浮和半浮两种连接方式。





B 杆身

做成工字形，有些加工有油道。



C 连杆大头

与曲轴的曲柄销连接。



一般做成剖分式的：平切口和斜切口。

两种切口方式有不同的定位。



D 连杆轴瓦

是装在连杆大头的分成两半的滑动轴承。一般厚1－3mm。

轴瓦背面冲出凸台，以防止轴向移动或转动。

有些内表面加工油槽。



E V型发动机连杆

左右两列气缸连杆支于同一个曲柄销上。

a 并列连杆式：可通用，活塞运动规律相同，但增加发动机长度；

b 主副连杆式：不能互换，运动规律及受力不同。

c 叉形连杆：运动规律相同，但刚度不高，工艺复杂。



主要由曲轴和飞轮及其他不同作用的零件和附件组成。


第四节曲轴飞轮组

一、曲轴

（1）作用、工作条件和材料

作用：曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。

工作条件：承受周期性的弯曲和扭转载荷。

材料：一般用中碳钢或中碳合金钢模锻。

（2）构造

曲轴由曲柄销、曲柄臂

及主轴颈构成的单元曲拐组成。



A 、按曲拐连接方式：整体式和组合式





B 、按支承方式：全支承和非全支承



（3）润滑性：对实心结构，其润滑靠内部油道，对空心，靠其中油管。



（4）发动机工作顺序和曲拐的布置

在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点：

1) 应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免

在进气行程中发生抢气现象。

2) 各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发

火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火

作功一次。对于气缸数为 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为720°/i，

即曲轴每转720°/i 时，就有一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。

3) V型发动机左右两列气缸应交替发火。　







发动机曲拐的相对位置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。







（5）曲轴的密封性

A、曲轴前端：借甩油盘和橡胶油封密封。



B、曲轴后端：有多种形式。



二、曲轴扭转减震器

在发动机前端装扭转减震器衰减曲轴扭矩。

（1）橡胶扭转减震器

（2）硅油扭转减震器

（3）硅油—橡胶扭转减震器





三、飞轮

用于储存发动机的能量。

要求转动惯量尽量大。

是离合器的主动件。

有用于起动的飞轮齿圈。

飞轮上刻有上止点记号。



四、曲轴的止推轴承

用于保证曲轴的轴向定位。

（1）翻边轴瓦



（2）半圆环止推片



（3）止推轴承环



五、平衡机构

用来平衡发动机不平衡的离心力和力矩、往复惯性力及力矩。

对旋转惯性力的平衡采用安装在曲柄延长线上的平衡重来平衡，而对

往复惯性力和力矩的平衡则需要专门的平衡机构。





λ=R/L，连杆比









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