第二章 曲柄连杆机构案例
项目二曲柄连杆机构
根据气缸套是否直接与冷却液接触，气缸套有两种结构，即干式和湿 式，如图2-6所示。
图2-6 气缸套
干式气缸套不直接与冷却水接触，干式缸套是被压入缸体孔中的， 由于缸套自上而下都支撑在缸体上，所以可以加工得很薄，壁厚一般 为1～3mm。干式气缸套的优点是不会引起漏水、漏气现象，气缸体结 构刚度大、缸心距小，整体结构紧凑。
活动一 曲柄连杆机构概述
一、 曲柄连杆机构组成
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组 成。
(一)机体组 主要包括气缸体、气缸盖、气缸垫、油底壳等不动件。如图 2-1(a)所示。 (二)活塞连杆组 主要包括活塞、活塞环、活塞销及连杆等运动件。如图21(b）所示。 (三)曲轴飞轮组 主要包括曲轴、飞轮等机件。如图2-1(b）所示。
二、 曲柄连杆机构受力分析
曲柄连杆机构工作条件十分恶劣。气缸内最高温度可达2500K 以上，最高压力可达5-9MPa，最高转速可达4000-6000r／min，此 外,与可燃混合气和燃烧废气接触的机件(如气缸、气缸盖和活塞 组等)还将受到化学腐蚀，因此，曲柄连杆机构是在高温、高压、 高速和化学腐蚀的条件下工作的。同时，曲柄连杆机构在工作时 作变速运动，受力情况相当复杂，有气体作用力、运动质量惯性 力、旋转运动的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力等。
气缸体上半部有一个或若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空 腔，称为气缸。为了使气缸散热，在气缸的外面制有水套。气缸体的 下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。曲轴箱有前 后壁和中间隔板，其上制有曲轴主轴承座孔，有的发动机在气缸体上 还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在气缸体侧壁上钻有 润滑系主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。
(3)气缸磨损的检验 在进行测量时，测量部位的选择很重要，气缸的测量位置如图
第二章-曲柄连杆机构动力学分析PPT优秀课件
vmax
R 1 cos
R
1 2
4
由近似式可得出活塞平均速度
c m 1 0 R (s i 2 n s2 i ) n d 2 R 3 S
n 0
活塞的最大速度和平均速度之比是反映活塞运动交变程度的一个 指标：
vmaxR 12 12
cm
2R 2
（此值约为1.6）
5
3、活塞加速度
aR2ccoo s sc co o3 2 ss （精确式）
离心力 prB ⑦曲柄不平衡质量引
起的离心惯性力 prk (pr=prB+prK) ⑧曲柄销处作用力 合力 RB ⑨主轴颈处作用力 合力 RK
24
3、曲柄连杆机构上的作用力方向及性质
25
pg 使机体受拉，在机体内部平衡，不传到机外去，不引起振 动
p=pg+pj中的pj 往复运动产生的自由力，在机体内不能平衡， 将传
连杆摆动角速度：L
cos
12sin21/2
连杆摆动角加速度：L 2(12 1 2 2 2 )s sii n n 2 2(3 1 /2 si2 n )
将上述各式与中心曲柄连杆机构运动参数相比，只是多了含ξ 的项。由于汽车发动机的偏心率通常都很小，两者的差别很小。
15
§2—2 曲柄连杆机构受力分析
8
4、连杆的运动
连杆在摆动平面内的运动是随活塞的往复运动和绕活塞销的摆动
的复合运动。往复运动规律上面已给出，这里只考虑摆动。
连杆摆角β：arcssin i n()
（精确式）
si n112si2n
6
（近似式）
在α=90º或270º时达到极值：
e arcsin
连杆摆动角速度eωL：(1162)
曲柄连杆机构构造与维修教(学)案
第2章曲柄连杆机构构造与维修教学重点1.了解曲柄连杆机构作用与组成；2.了解曲柄连杆机构工作条件和受力分析；3.掌握机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组主要部件构造和装配连接关系。
教学难点1.曲柄连杆机构主要零部件检测和维修方法；2.曲柄连杆机构常见异响诊断与排除。
2.1概述曲柄连杆机构作用、组成1.作用：将燃气作用在活塞顶上的压力转化为曲轴旋转运动而对外输出动力。
2.组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
工作条件与受力分析1. 工作条件：温度最高2500℃以上，压力最高达5～9MPa，化学腐蚀。
2. 受力分析：1〕气体作用力〔图2－1所示〕2〕惯性力〔图2－2所示〕3〕离心力〔图2－2所示〕4〕摩擦力图2－1气体压力分析.swf图2－2往复惯性力和离心力作用示意图.swf2.2机体组构造和维修气缸体和曲轴箱1.气缸定义：气缸体上部有一个或数个为活塞在其中运动做导向的圆柱形空腔。
2.气缸体型式：水冷式和风冷式整体式气缸有上下两个平面，安装气缸盖和下曲轴箱。
是气缸修理的加工基准。
３.气缸材料：一般采用优质灰铸铁，也有在铸铁中参加少量合金元素，为提高耐磨性，采用外表淬火和镀铑等处理工艺。
4.气缸套形式：干式和湿式5.气缸套材料：合金铸铁或合金钢6.气缸排列形式：单列式、V形式、对置式7.曲轴箱结构形式：平分式、龙门式、隧道式气缸盖与气缸垫1.气缸盖1〕气缸盖作用：封闭气缸上部并与气缸和活塞顶部共同构成燃烧室2〕气缸盖结构：水套、火花塞孔、进排气口等3〕气缸盖材料：灰铸铁或合金铸铁，也有是铝合金铸造.2.气缸垫1〕气缸垫作用：密封，防止漏水，漏气2〕气缸垫材料：金属-石棉垫3〕气缸垫安装：卷边朝向易修整的接触面或硬平面气缸体与气缸盖的检修1.常见损伤形式：1〕裂纹2〕变形3〕磨损2.气缸磨损：1〕特点：不均匀磨损。
气缸沿工作外表在活塞环运动区域呈上大下小的不规那么锥形磨损，磨损最大部位是活塞在上止点位置时第一道活塞环相对应的气缸壁。
曲柄连杆机构详细设计
第二章发动机曲柄连杆机构第一节曲柄连杆机构概述1. 功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。
工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。
总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。
通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
2.工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。
可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。
3.组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，、和。
第二节机体组机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。
因此，机体必须要有足够的强度和刚度。
机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。
气缸体（图2-1）图2-11.气缸体(cylinder block)水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体--轴箱，也可称为气缸体。
气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。
在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。
气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。
（如图2-2）图2-2（１）一般式气缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。
这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差（２）龙门式气缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。
2 曲柄连杆机构
《内燃机构造 内燃机构造》——第2章
1
一、气体力
AP ——活塞顶截面积 AP=D2 π / 4 p1 ——气缸中的气体压力(由实测示功图确定 由实测示功图确定） p2 ——曲轴箱中的气体压力 D ——气缸直径
F 指气缸内的气体作用在活塞顶部的力Fg 。 g = Ap ( p1 − p2 )
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Fc = − mr rω 2 l —连杆长
2、旋转惯性力（离心力） Fc = − m r r ω 2 ）
mr ——作旋转运动的集中质量 作旋转运动的集中质量 方向：沿曲柄方向向外 大小：常数
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3
惯性力示意图
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《内燃机构造 内燃机构造》——第2章
( 指示转矩
)
' F N 与 F N 组成倾倒力矩
M
'
引起内燃机不平衡的因素有： 引起内燃机不平衡的因素有 1。倾倒力矩 倾倒力矩M’ 2。往复惯性力 j 往复惯性力F 3。旋转惯性力 旋转惯性力
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5
曲柄连杆机构作用力和力矩
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《内燃机构造 内燃机构造》——第2章
由合金铸铁制造。 • 普通油环，由合金铸铁制造 • 组合油环，由薄钢片及衬簧组成 由薄钢片及衬簧组成，在高速发动机中常用。
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《内燃机构造 内燃机构造》——第2章
32
1）油环的刮油作用
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33
2）油环断面形状
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《内燃机构造 内燃机构造》——第2章
第二章曲柄连杆机构2015案例
2-2. 机体组
（6）气缸的排列型式 ①单列式（直列式） 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布 置。 特点：机体宽度小，而高度和长度大。一般 只用于6缸以下的发动机。 ② V型 发动机分为左右两列，两列的夹角一般小于 180度。 特点：机体宽度大，而高度和长度小，但机 体的刚度大，质量和外形尺寸较小。一般只 用于8缸以上的发动机。 ③对置式 发动机对置排列。 特点：重心低，平衡性好。
（3）功用 发动机的骨架，是曲柄连杆机构、配气机构 和发动机各系统主要零件的装配基体。 （3）工作条件 高温、承受交变的气体力和惯性力的作 用。 ∴ 气缸体必须有足够的强度和刚度，耐磨损和耐腐蚀； 结构紧凑、质量轻；必须冷却 。 （4）材料 灰铸铁、铝合金、优质合金铸铁、球墨铸铁。
（5）冷却方式 ①水冷---用冷却液冷却。 一般发动机多采用水冷却。 水冷却时：用水套。 ②风冷---用空气冷却。 风冷却时用散热片。
2-3. 曲柄连杆机构--活塞组
恒范活塞 自动热补偿活塞 镶桶形钢片的活塞
1 3 2
a）裙部镶筒形钢片的活塞；b）筒形钢片 形状
镶桶形钢片的活塞
a) 恒范活塞；b）自动热补偿活塞；c）钢片形状 －恒范活塞膨胀量；－全铝活塞膨胀量；－有效膨胀 量
横范活塞及自动热补偿活塞
2-3. 曲柄连杆机构--活塞组
活塞销偏心对侧压力的影响
2-3. 曲柄连杆机构--活塞组
4）活塞的冷却 高强化发动机尤其是活塞顶上有 燃烧室凹坑的柴油机，为了减轻活塞 顶部和头部的热负荷而采用油冷活塞。 用机油冷却活塞的方法有： 1）自由喷射冷却法 从连杆小头 上的喷油孔或从安装在机体上的喷油 嘴向活塞顶内壁喷射机油。 2）振荡冷却法 从连杆小头上的 喷油孔将机油喷入活塞内壁的环形油 槽中，由于活塞的运动使机油在槽中 产生振荡而冷却活塞。 3）强制冷却法 在活塞头部铸出 冷却油道或铸入冷却油管，使机油在 其中强制流动以冷却活塞。
第二章讲义曲柄连杆机构1
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
（二）气缸体与曲轴箱：
气缸体是气缸的壳体，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。 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。 风冷式发动机常将气缸体与曲轴箱分开 制造再用螺栓连接起来。
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
高度小，总 体布置方便
对置气缸式发动机
第二章 曲柄连杆机构
（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体
A、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 B、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。
类型 整体式
镶嵌式
构造
性能及应用
气缸直接镗在气缸 体上
强度和刚度好，能 承受大负荷。成本 高。
用耐磨优质材料制 降低了制造成本，
(1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重
NP
P SP
RP TP
第二章 曲柄连杆机构
(2)压缩行程：侧压 力NP向右，活塞的 右侧面压向气缸壁， 左侧磨损严重
NP SP
P
RP TP
第二章 曲柄连杆机构
2、 往复惯性力Pj：
活塞在上半行程时，
惯性力都向上，下半行
Pj
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
Байду номын сангаас
1、机体组：气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、
气缸盖和气缸垫---不动件
气缸垫
气缸盖
气缸体
油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
第二章 曲柄连杆机构
2、活塞连杆组：
活塞、 活塞环、 活塞销 连杆
第2章 曲柄连杆机构资料
第二章曲柄连杆机构§2.1 概述§2.2 机体组§2.3 活塞连杆组§2.4 曲轴飞轮组连接关系图示作业本课件用于汽车专业教学2020年11月26日教学目的与要求1、掌握曲柄连杆机构功用及组成。
2、了解曲柄连杆机构受力情况。
3、掌握气缸体与曲轴箱的型式，气缸的排列型式，气缸盖的功用、组成及其缸盖螺栓拆卸注意事项，气缸垫的功用、要求、构造及安装方向，油底壳构造及密封，汽油机燃烧室的常见类型及其特点，气缸与气缸套的工作条件、型式。
4、掌握活塞连杆组及其各零部件结构特点，气环密封原理，油环泵油原理。
5、掌握曲轴的功用和型式及结构特点。
6、了解四、六缸发动机曲拐布置形式。
7、掌握发动机工作循环表的绘制方法并学会运用工作循环表。
重点与难点1、机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组的结构特点。
2、气环的密封原理、泵油现象，扭曲环的特点，活塞环的安装方向及位置。
3、四、六缸发动机工作循环表的绘制。
§2.1 概述作用：组成：工作条件：受力：把混合气爆发作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。
高温、高压、高速、化学腐蚀。
气体作用力、运动质量惯性力、离心力、摩擦力等。
曲柄连杆机构的组成气缸体曲轴箱气缸盖气缸套气缸垫油底壳机体组活塞活塞环活塞销连杆活塞连杆组曲轴飞轮扭转减振器曲轴飞轮组曲柄连杆机构活塞连杆组和曲轴飞轮组曲柄连杆机构组成情况图示版权所有：太原大学巩利平工作情况演示一、气体作用力（F P ）F P 对发动机的影响：（1）产生翻倒力矩（F P2）（2）产生有效扭矩（F S ）结论：（1）发动机上下振动并非气体压力所致（2）活塞左侧所受侧压力（作功冲程侧压力）大于右侧所受侧压力（压缩冲程侧压力）作功冲程压缩冲程二、往复惯性力与离心力往复运动（活塞、连杆小头）惯性力旋转运动（曲柄、连杆大头）离心力1.往复惯性力：0 max 0前半行程后半行程（惯性力向上）（惯性力向下）活塞上止点下止点当活塞从下止点向上止点运动时，正好相反。
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Tp :压紧连杆轴承；阻碍曲轴旋转(逆时针)
2、 往复惯性力Pj：
产生条件:直线运动物体速度变化时
Pj
上半行程加速： Pj向上
性质 （与运动方向相反，阻止加速）
Pj
下半行程减速： Pj向下 （与运动方向相同，阻止减速）
• 在上下止点活塞运动方向改变， 速度为零，加速度最大，惯性力 也最大；在行程中部附近，活塞 运动速度最大，加速度为零，惯 性力也等于零。
气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式。
1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分
名称
性能
应用
一般式 机体高度小、重量轻、结构
紧凑，便于加工拆卸。刚度
（平分式） 和强度差，密封差。
492Q汽油机， 90系列柴油机。
龙门式
密封好，强度和刚度较好。 工艺性差、结构笨重、加工 困难。
捷达轿车、 富康轿车、 桑塔纳轿车
一汽奥迪100汽车发动机气缸体
• 作用：是发动机的基体和骨架，承受高温高压气
体作用力。
• 性能要求：
• 足够的强度和刚度； • 结构紧凑、重量较轻； • 便于机械加工； • 气缸内表面耐高温高压、耐磨损腐蚀。
• 材料：
• 缸体：灰铸铁、铝合金 • 缸套：优质合金铸铁
• 内表面工艺：
• 热处理；对称式结构； • 2级精度研磨加工
扬州职业大学
汽车与电气工程系汽车教研室
第二章 曲柄连杆机构
• 第一节 概述 • 第二节 机体组 • 第三节 活塞连杆组 • 第四节 曲轴飞轮组
• 组成： • 机体组 • 活塞连杆组 • 曲轴飞轮组
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构
第一节 概述
一、功用： 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运 动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外 输出动力。
(一) 构造
1、上部：气缸。(引导活 塞做往复运动的圆筒) 内有缸套、外制水套。 2、下部：曲轴箱。(支撑 曲轴，运动空间) 上有主轴承座孔、主油道 和分油道。
(二)气缸体的分类：
1、按气缸体与油底壳安装平面位置不同分
一般式
龙门式
隧道式
（1） 一般式(平分式)
定义：主轴承座孔中心线 位于曲轴箱分开面上。 特点：刚度小，前后端呈 半圆形，与油底壳接合面 的密封较困难。 应用：中小型发动机。
1~3mm
(4) 湿式缸套
①定义： 其外表面直接与冷却水接触。 ②特点： 1 ) 壁 厚 较 厚 （ 5 mm～9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀
0.05~0.Biblioteka 5 mm5~9 mm活塞销孔
③定位：
C
1）径向：靠上下两个凸出 B 的、与气缸体间为动配合 的圆环带A和B。 2）轴向：利用缸套上部凸 缘与缸体相应的台阶C。
• 高温：>2500K • 高压：5~10MPa（柴）；3~5MPa（汽） • 高速：nmax=3000~6000r/min；
vmax>10m/s(100~200行程/秒) • 化学腐蚀
四、受力分析
曲柄连杆机构受的力主要有：
• 气体压力P
• 往复惯性力Pj
F
• 旋转离心力Pc
• 摩擦力F
• 汽车行驶中产生的冲击力
4、摩擦力F：
• 指相互运动件
之间的摩擦力，
F
它是造成配合
表面磨损的根
源。
第二节 机体组
由气缸体、曲轴 箱、油底壳、气 缸盖、气缸垫组 成。
气缸盖罩 气缸盖
机体组组成：
气缸体
气缸
气缸垫 油道和水道
曲轴箱 油底壳
一、气缸体与曲轴箱
气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体， 称为气缸体——曲轴箱。
3、 离心惯性力PC：
产生条件:物体旋转运动时产生
PC
方向:沿曲柄半径向外
大小:与曲柄半径、旋转质量、
性质
曲轴转速有关
垂直分力PCY:加剧上下振动
分解
(方向始终与Pj相同)
水平分力PCX:产生水平方向振动
Pc
• 离心力加速轴承与轴颈 的磨损，也引起发动机 振动而传到机体外。
往复惯性力和离心力作用情况示意图
V6 发 动 机 透 视 图
结构简单、加 工容易，但发 动机长度和高
度较大。
缩短了机体的长度 和高度，增加了刚 度，减轻了发动机 的重量；形状复杂，
加工困难。
高度小，总体布 置方便。
3、根据冷却方式不同分
(1)水冷 (2)风冷
冷却水 散热片
水冷和风冷
4、按缸套形式分
气缸套 (1)目的：解决成本与寿命之
间的矛盾。 (气缸内镶了用耐磨的高级铸
铁材料制成的气缸套，而缸 体则可用价廉的普通铸铁或 质量轻的铝合金制成，这样， 既延长了使用寿命，又节省 了好材料。) (2)型式： 干式缸套 湿式缸套
(3) 干式缸套
定义：
其外表面不直接与冷却水接触。
特点：
1)壁厚较薄(1mm~3mm)； 2)与缸体承孔过盈配合； 3)不易漏水漏气。
（能量的转换、 运动形式的转换）
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
曲柄连杆机构的功用
热能
机械能
活塞 连杆 曲轴
燃气压力
转矩
二、组成
1、机体组：不动件
气缸体、 曲轴箱、 油底壳、 气缸套、 气缸盖、 气缸垫
2、活塞连杆组：运动件
活塞、活塞环、活塞销和连杆等
3、曲轴飞轮组：
曲轴、飞轮、减振器
三、工作条件
油底壳安装平面 和曲轴旋转中心 在同一高度。
（2） 龙门式(拱桥式)
定义：主轴承座孔中心 线高于曲轴箱分开面。 特点：刚度较大，油底 壳前后端为一平面，密 封简单可靠。 应用：大中型发动机。
油底壳安装平面 低于曲轴的旋转 中心。
（3） 隧道式(整体式)
定义：主轴承座孔不分开。 特点：刚度最大，主轴承同 轴度易保证，主轴承用滚动 轴承。 应用：负荷较大的柴油机。
隧道式
结构紧凑、刚度和强度好。 难加工、工艺性差、曲轴拆 卸不方便。（组合式曲轴）
负荷较大的柴 油机上 。
2、 按气缸的排列形式分
(1)直列式：多用于六缸以下的发动机。 (2)Ｖ型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于 六缸以上的发动机。 (3)对置式：是V型的特殊形式。
直列式：包括垂直式、倾斜式、水平式
P Pj
PC
1、 气体压力
(1)作功行程：
(2)压缩行程：
Pp
Pp
(1)作功行程
Np
Np
Mp
Pp
Sp
Rp
Tp
总压力Pp
Np:侧压力 (面向发动机，朝向左侧)
Sp
Rp :压紧主轴承 Sp
Tp :压紧连杆轴承；推动曲轴旋转(顺时针)
Pp
Np
(2)
压
Mp
Tp
Rp
缩 行
Sp
程
总压力Pp
Np:侧压力 (面向发动机，朝向右侧)