山东理工大学：《内燃机设计》课程教学资源（课件讲稿）第十章 曲柄连杆机构的固定件

第十章曲柄连杆机构的固定件 第一节概述 第二节机体的设计 第三节气缸套的设计 第四节气缸盖的设计 12-Sep-24《内燃机设计》 热能与动力工程系

12-Sep-24 《内燃机设计》 热能与动力工程系 第一节 概述 第二节 机体的设计 第三节 气缸套的设计 第四节 气缸盖的设计 第十章 曲柄连杆机构的固定件

气缸盖 气缸垫 气缸体 油底壳

10-1概述ì机体气缸体和上曲轴箱主轴承盖旬下曲轴箱) 气缸套 曲柄连杆机构固定件 气缸盖 i 气缸盖衬垫 连接件 1作用 ①这些零件用来支持内燃机的运动件 ②安装配气机构、驱动机构和各种附件 ③作为内燃机安装用的支架 2特点 固定件中的主要零件（气缸体、上曲轴箱和气缸盖）都是几何形状 复杂的铸件，工艺准备和制造的工作量大；受力情况复杂，有 些零件承受强烈的机械负荷和热负荷，因此对于这些固定件很 难用一般的方法来计算。 3方法 ①过去先采用类比法确定其尺寸，然后通过实验进行反复修改。 ②近年来，随着有限元法与实验应力分析法不断的发展，提供了 有效的计算与实验方法，从而显著地缩短了内燃机研制时间

10-1￾概述 1￾作用 ①这些零件用来支持内燃机的运动件 ②安装配气机构、驱动机构和各种附件 ③作为内燃机安装用的支架 2￾特点 固定件中的主要零件(气缸体、上曲轴箱和气缸盖)都是几何形状 复杂的铸件，工艺准备和制造的工作量大；受力情况复杂，有 些零件承受强烈的机械负荷和热负荷，因此对于这些固定件很 难用一般的方法来计算。 3￾方法 ①过去先采用类比法确定其尺寸，然后通过实验进行反复修改。 ②近年来，随着有限元法与实验应力分析法不断的发展，提供了 有效的计算与实验方法，从而显著地缩短了内燃机研制时间

4注意 在这些主要零件中，有些尺寸和断面并不 是完全根据受力强度来决定的，而往往取 决于刚度要求或制造工艺的可能性

4￾注意 ￾￾￾￾在这些主要零件中，有些尺寸和断面并不 是完全根据受力强度来决定的，而往往取 决于刚度要求或制造工艺的可能性

10-2机体 一、机体的工作情况与设计要求 1功用 ·机体是整台内燃机的骨架，用以安装其它 固定件及其它零部件，并通过机体上的支 座来安装内燃机。在水冷式内燃机的机体 上还布置有冷却水道与机油道，用以保证 内燃机的冷却及润滑。 2受力分析 。机体受力情况复杂

10-2￾机体 一、机体的工作情况与设计要求 1￾功用 • 机体是整台内燃机的骨架，用以安装其它 固定件及其它零部件，并通过机体上的支 座来安装内燃机。在水冷式内燃机的机体 上还布置有冷却水道与机油道，用以保证 内燃机的冷却及润滑。 2￾受力分析 • 机体受力情况复杂

。 当内燃机工作时，缸体曲轴箱承受气体作用力、往复惯性力 和离我清杂用：气体作用力分别作用在气包、气红盖和活塞上9浦对硅转到 缸体曲轴箱的上端，而活塞上的作用力Pg则通过连杆、曲轴作用在主轴承盖 上，并通过主轴承盖上的紧固螺柱传到缸体曲轴箱的下端。这时缸体曲轴箱 ①Pg 承受拉伸作用，而支座则不承受该力。 横向弯曲作用：缸体曲轴箱承受活塞的侧作用力Ng以及作用在主轴承上的力 Ng所产生的反扭矩NgA,支座上则产生一个反扭矩Ng'B，其大小与反扭 矩NgA相等，方向相反以平衡反扭矩，使缸体曲轴箱承受着横向弯曲作用。 图10-1缸体断钠箱的受力情况 1气缸盖；2-气缸体，3一上出轴箱；4一下出轴箱：5一主轴承普

• 当内燃机工作时，缸体曲轴箱承受气体作用力、往复惯性力 和离心力。 ①Pg 拉伸作用：气体作用力分别作用在气缸、气缸盖和活塞上。 Pg通过螺柱传到 缸体曲轴箱的上端，而活塞上的作用力Pg则通过连杆、曲轴作用在主轴承盖 上，并通过主轴承盖上的紧固螺柱传到缸体曲轴箱的下端。这时缸体曲轴箱 承受拉伸作用，而支座则不承受该力。 横向弯曲作用：缸体曲轴箱承受活塞的侧作用力Ng以及作用在主轴承上的力 Ng 所产生的反扭矩NgA￾，支座上则产生一个反扭矩Ng′B ，其大小与反扭 矩NgA相等，方向相反以平衡反扭矩，使缸体曲轴箱承受着横向弯曲作用

②往复惯性力Pj:只通过主轴承盖上的紧固螺柱传到 缸体曲轴箱下端。这样，除了产生与前述相类似 的反扭矩NA,以及反扭矩Ni'B外，支座上还承 受Pj的反力，使缸体曲轴箱承受纵向弯曲与横向 弯曲的联合作用。 ③离心力Pr:通过主轴承作用在缸体曲轴箱上，并 在支座上产生相应的反力，使缸体曲轴箱产生弯 曲和局部拉压作用。 综上所述：上述这些力和力矩都是周期性变化的。 在这些力和力矩的作用下，缸体曲轴箱处于承受 着拉、压、弯曲及振动的复杂应力工作状态下。 对于多缸内燃机来说，同一时刻作用在各个气缸 体上的反扭矩的大小或方向都是不相同的，因此 缸体曲轴箱还承受扭转的作用

②往复惯性力Pj:只通过主轴承盖上的紧固螺柱传到 缸体曲轴箱下端。这样，除了产生与前述相类似 的反扭矩NjA ，以及反扭矩Nj′B外，支座上还承 受Pj的反力，使缸体曲轴箱承受纵向弯曲与横向 弯曲的联合作用。 ③离心力Pr：通过主轴承作用在缸体曲轴箱上，并 在支座上产生相应的反力，使缸体曲轴箱产生弯 曲和局部拉压作用。 综上所述：上述这些力和力矩都是周期性变化的。 在这些力和力矩的作用下，缸体曲轴箱处于承受 着拉、压、弯曲及振动的复杂应力工作状态下。 对于多缸内燃机来说，同一时刻作用在各个气缸 体上的反扭矩的大小或方向都是不相同的，因此 缸体曲轴箱还承受扭转的作用

3形状复杂，尺寸大，重量大，制造困难 4机体设计要求： (1)合理选择机体结构形式，保证具有足够的刚度和强度； (2)合理设计受力部位结构与形状，避免应力集中； (3)机体尺寸应小，重量应轻； (4)结构简单，便于制造； (5)装在机体上的零部件，其拆装与维修应方便； (6)辐射噪声小。 12-Sep-24《内燃机设计》 热能与动力工程系

12-Sep-24 《内燃机设计》 热能与动力工程系 4 机体设计要求： （1）合理选择机体结构形式，保证具有足够的刚度和强度； （2）合理设计受力部位结构与形状，避免应力集中； （3）机体尺寸应小，重量应轻； （4）结构简单，便于制造； （5）装在机体上的零部件，其拆装与维修应方便； （6）辐射噪声小。 3 形状复杂，尺寸大，重量大，制造困难

二、 机体的结构型式水冷 优点：刚度大，重量轻，金属消耗量风冷 水冷 缸体曲轴箱式缺点：多缸内燃机缸体曲轴箱的毛坯浇铸较困难，机械 ICE 加工过程中报废率较大，并且机械加工的周期较长 机体 主副连杆V形内燃机 缸体与上曲 结构 轴箱分开式 高度强化内燃机，为了保证密封，提高气缸盖的刚度，采用缸体 与气缸盖整体式结构 水冷 平分式：上、下曲轴箱的接合面与曲轴中心线共面。机体重量轻，刚度差，用 ICE 于小功率汽油机 机体) 龙门式：上、下曲轴箱的接合面下沉到曲轴中心线以下，刚度较大，重量较大， 结构 多用于功率较大的汽油机和一般柴油机 下曲 隧道式：曲轴箱的主轴承孔制在上曲轴箱的横隔板上，刚度较大，重量 轴箱 最大，应用在小型单缸内燃机中 接合 面位 置) 一投式 龙门式 陵道式

二、机体的结构型式 水冷 风冷 水冷 ICE 机体 结构 缸体与上曲 轴箱分开式 缸体曲轴箱式 优点：刚度大，重量轻，金属消耗量少 缺点：多缸内燃机缸体曲轴箱的毛坯浇铸较困难，机械 加工过程中报废率较大，并且机械加工的周期较长 主副连杆V形内燃机 高度强化内燃机，为了保证密封，提高气缸盖的刚度，采用缸体 与气缸盖整体式结构 水冷 ICE 机体 结构(上 下曲 轴箱 接合 面位 置) 隧道式：曲轴箱的主轴承孔制在上曲轴箱的横隔板上，刚度较大，重量 最大，应用在小型单缸内燃机中 平分式：上、下曲轴箱的接合面与曲轴中心线共面。机体重量轻，刚度差，用 于小功率汽油机 龙门式：上、下曲轴箱的接合面下沉到曲轴中心线以下，刚度较大，重量较大， 多用于功率较大的汽油机和一般柴油机

·风冷式内燃机的机体通常都是采用单体式 气缸体，气缸体与上曲轴箱分开制造，而 后用螺栓或螺柱与气缸盖、上曲轴箱连接 在一起，个别风冷式内燃机也有采用气缸 盖与气缸体铸成一体的型式。 ·风冷式内燃机上曲轴箱的结构型式与水冷 式内燃机相同

• 风冷式内燃机的机体通常都是采用单体式 气缸体，气缸体与上曲轴箱分开制造，而 后用螺栓或螺柱与气缸盖、上曲轴箱连接 在一起，个别风冷式内燃机也有采用气缸 盖与气缸体铸成一体的型式。 • 风冷式内燃机上曲轴箱的结构型式与水冷 式内燃机相同