2第二章 曲柄连杆机构
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第2章曲柄连杆机构
第2章 曲柄连杆机构
1. 气体作用力
在每个工作循环的四个行程中，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 里主要介绍作功和压缩两个行程中的气体作用力。 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，如图2-2(a)所示。 设活塞所受总压力为 Fp,传到活塞销上，可分解为Fp1与Fp2。Fp1 通过活塞销传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上后，又分 解为 R 和S两个力。R沿曲柄方向使曲轴主轴颈与主轴承间产生 压紧力，S 与曲柄垂直， 并对曲轴形成转矩 T，推动曲轴旋转； Fp2把活塞压向气压壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体 翻倒的趋势， 故机体下部两侧应固定在车架上。
第2章 曲柄连杆机构 (1) 楔形燃烧室(见图2-9(a))的结构较简单、紧凑，在 压缩终了时能形成挤压涡流，因而燃烧速度较快，经济性和
动力性较好。
(2) 盆形燃烧室(见图2-9(b))的结构简单、紧凑。 (3) 半球形燃烧室(见图2-9(c))的结构比楔形和盆形燃 烧室的结构更紧凑，但因进、排气门分别置于气缸盖两侧， 故使配气机构较复杂。由于该燃烧室散热面积小，有利于促 进燃料的完全燃烧和减少排气中的有害气体，故对排气净化 有利。
第2章 曲柄连杆机构 目前发动机上采用的气缸盖衬垫有多层薄金属衬垫、金 属—复合材料气缸盖衬垫和金属—石棉气缸盖衬垫3种。气缸盖 衬垫的水孔和燃烧室周围另用金属镶边，以防被高温燃气烧坏。 前两种的气缸盖衬垫多在轿车上使用。金属—石棉气缸盖衬垫
的石棉中间夹金属丝或金属屑，外覆铜皮或钢皮，这种衬垫的
压紧厚度为1.2～2 mm。安装气缸盖衬垫时，应根据标记或文 字进行安装， 否则易被冲坏。如金属—石棉气缸盖衬垫在安装
第二章 曲柄连杆机构
四、连杆
图2-20
连杆轴瓦
四、连杆
图2-21 V形发动机的连杆 a)并列连杆式 b)主副连杆式 c)叉形连杆式
第三节 曲轴飞轮组
一、曲轴
二、飞轮 三、曲轴扭转减振器
第三节 曲轴飞轮组
1—曲轴 2—键
图2-22 曲轴飞轮组 3—带轮 4—正时齿轮 5—轴承 6—组合止推轴承 7—滚针轴承 8—飞轮
1.一般式气缸体
•图22a所示为一般式气缸体，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整体高度小、质量轻、结 构紧凑、便于加工及曲轴拆装方便，缺点是刚度和强度较差，一般 适用于中、小型发动机。
2.龙门式气缸体
•图22b〖ＢＦＱ〗所示为龙门式气缸体，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较好，能承受较大 的机械负荷，缺点是工艺性较差、结构笨重、加工较困难。采用这 种气缸体的发动机较多，如捷达轿车、富康轿车、桑塔纳轿车的发 动机都采用这种形式的气缸体。
3.隧道式气缸体
图2-3 气缸套结构图 a)干式 b)湿式 1—气缸体 2—冷却水套 3—气缸套 4—橡胶密封环 5—圆环带
二、曲轴箱
图2-4 油底壳结构示意图 1—密封圈 2—放油螺塞 3—密封垫 4—螺栓 5—油底壳
三、气缸盖
图2-5 EQ6100发动机气缸盖结构 1—水堵 2—气缸盖 3—出水口 4—气门 摇臂架安装平面 5—火花塞螺孔
三、曲轴扭转减振器
图2-28 飞轮 1—螺栓 2—上止点记号 3—定位销 4—齿圈 5—螺母 6—润滑脂油嘴
三、曲轴扭转减振器
图2-29 曲轴扭转减振器 1—螺母 2—波形垫片 3—带轮固定盘 4、6—带轮 5—调节垫片 7—双头螺栓 8—大螺栓 9—螺栓 10—带轮总成
第2章,曲柄连杆构造
1.气缸体材料一般采用优质灰铸铁制造 提高其耐磨性，采用表面处理，如表面淬火和镀铬
2.气缸体内镶入气缸套，形成气缸工作表面。
气缸套使用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，气缸体则可以用 价格较低的普通铸铁或铝合金等材料制造。 3.气缸套有干式和湿式两种形式
气缸套图
2.5 机体的构造和检修
（1）湿式缸套的优点 缸体上没有封闭的水套，铸造较容易 便于修理更换，且散热效果较好
间隙过小，将会因活塞膨胀而拉缸，卡死等现象；
间隙过大，将出现敲缸，窜气，泵油等故பைடு நூலகம்。 2.变形主要原因：热膨胀
2.2 活塞连杆组构造和维修
3.采取措施 活塞加工成冷态下其裙部断面为长轴垂直与活塞销方向的椭圆
活塞将销座附近的裙部外表制成下陷0.5～1.0mm
油冷活塞 偏置销座等
活塞环类型图
2.2 活塞连杆组构造和维修
2.2.3 活塞销
一、功用
连接活塞和连杆小端，将活塞承受的气压力传给连杆
二、结构
厚壁管状体
三、连接方式
全浮式：销与连杆小端、活塞销座之间有一定的配合间隙。 半浮式：销与活塞销座，连杆小端处，一处固定，一处浮动。
活塞销连接方式图
2.2 活塞连杆组构造和维修
1.曲轴的常见损伤
轴颈磨损 曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规
律性。
弯扭变形 所谓曲轴弯曲是指主轴颈的同轴度误差大于0.05mm。
裂纹
曲轴的裂纹多发生在曲柄与轴颈之间的过渡圆角处以及油孔处。
2.4 曲轴飞轮组构造和维修
2.曲轴的检修
检验项目主要是：
（1）裂纹的检验 （2）变形的检验
活塞销偏置图 请点击图片观看该图片对应的教学动画
2.气缸体内镶入气缸套，形成气缸工作表面。
气缸套使用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，气缸体则可以用 价格较低的普通铸铁或铝合金等材料制造。 3.气缸套有干式和湿式两种形式
气缸套图
2.5 机体的构造和检修
（1）湿式缸套的优点 缸体上没有封闭的水套，铸造较容易 便于修理更换，且散热效果较好
间隙过小，将会因活塞膨胀而拉缸，卡死等现象；
间隙过大，将出现敲缸，窜气，泵油等故பைடு நூலகம்。 2.变形主要原因：热膨胀
2.2 活塞连杆组构造和维修
3.采取措施 活塞加工成冷态下其裙部断面为长轴垂直与活塞销方向的椭圆
活塞将销座附近的裙部外表制成下陷0.5～1.0mm
油冷活塞 偏置销座等
活塞环类型图
2.2 活塞连杆组构造和维修
2.2.3 活塞销
一、功用
连接活塞和连杆小端，将活塞承受的气压力传给连杆
二、结构
厚壁管状体
三、连接方式
全浮式：销与连杆小端、活塞销座之间有一定的配合间隙。 半浮式：销与活塞销座，连杆小端处，一处固定，一处浮动。
活塞销连接方式图
2.2 活塞连杆组构造和维修
1.曲轴的常见损伤
轴颈磨损 曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，且磨损部位有一定的规
律性。
弯扭变形 所谓曲轴弯曲是指主轴颈的同轴度误差大于0.05mm。
裂纹
曲轴的裂纹多发生在曲柄与轴颈之间的过渡圆角处以及油孔处。
2.4 曲轴飞轮组构造和维修
2.曲轴的检修
检验项目主要是：
（1）裂纹的检验 （2）变形的检验
活塞销偏置图 请点击图片观看该图片对应的教学动画
《汽车构造》第二章曲柄连杆机构
3）按排列形式分
直列式（＜6缸），V型＞8缸），水平对置式 优缺点： 优缺点： 直列式：结构简单、长度、 高度较大（垂直、倾斜、 水平）。 V型：刚度大、缩短发动 机的长度、高度、质量。 水平对置式：高度最小、 使轿车和大客车总布置更 方便。
(c)水平对置式 水平对置式
(a)直列式 直列式
(b)V型 型
2.活塞的变形与防治措施 2.活塞的变形与防治措施
活 塞 受 力 情 况
采用的措施： 采用的措施：
（1）冷态下,将活塞裙部加工成断面为长轴垂直于活塞销的 椭圆。
采用的措施： 采用的措施：
（2）上小下大的阶梯形、近似圆锥形、阶梯型或 桶形（任何情况下都能得到良好润滑，但加工困难）。
采用的措施： 采用的措施：
扭曲环
锥面环
梯形环
桶面环
气环的泵油作用
活塞 汽 汽 活塞
缸
缸
2.油环 2.油环 种类 普通油环
上刮片
组合油环
示 意 图
刮片
油环的刮油作用
2.2.3 活塞销
作用： 作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受 的气体压力传递给连杆。 材料与工艺: 材料与工艺:优质低碳钢，表面淬火、精磨。
1.活塞销的形状 1.活塞销的形状
1.连杆的结构 1.连杆的结构
连杆主要由连杆 小头、连杆杆身、连 杆螺栓、连杆大头、 连杆轴瓦和连杆盖等 组成
2.1 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。 机体组由汽缸体、曲轴箱、 汽缸盖、汽缸垫和油底壳等固定机 件组成。
图2-1 机体组的组成部件 1—汽缸盖； 2—汽缸体； 3—汽缸垫； 4—汽缸体—曲轴箱； 5—油底壳
汽车构造课件第二章曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的优 化设计
提高发动机的输 出功率
降低发动机的燃 油消耗
提高发动机的可 靠性和耐用性
降低发动机的噪 声和振动
提高发动机的环 保性能
提高发动机的经 济性
优化曲柄连杆机构的设计参数，如曲柄半径、连杆长度等 采用先进的材料和制造工艺，提高曲柄连杆机构的强度和耐磨性 优化曲柄连杆机构的运动轨迹，提高发动机的输出功率和燃油经济性
汽车构造课件第二章 曲柄连杆机构
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曲柄连杆机构概述
曲柄连杆机构的运 动学分析
曲柄连杆机构的受 力分析
曲柄连杆机构的优 化设计
曲柄连杆机构的故 障诊断与维护
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曲柄连杆机构概述
连接发动机曲 轴和活塞，实
现动力传递
控制活塞往复 运动，实现发
动机做功
调节发动机转 速和扭矩，实 现发动机性能
06
曲柄连杆机构的受力平衡条件是保证发动机正常工作的重要因素 曲柄连杆机构的受力平衡条件主要包括曲柄、连杆、活塞等部件的受力平衡 曲柄连杆机构的受力平衡条件需要满足力矩平衡、力平衡和位移平衡等条件 曲柄连杆机构的受力平衡条件可以通过计算和实验方法进行验证和优化
静力分析：分析曲柄连杆机构在静止状态下的受力情况 动力分析：分析曲柄连杆机构在运动状态下的受力情况 应力分析：分析曲柄连杆机构在受力状态下的应力分布 疲劳分析：分析曲柄连杆机构在长期受力状态下的疲劳寿命 振动分析：分析曲柄连杆机构在振动状态下的受力情况 热力分析：分析曲柄连杆机构在受热状态下的受力情况
优化
保护发动机， 防止活塞撞击 缸壁，延长发
动机寿命
曲柄：连接活塞连杆，传递动力 连杆：连接活塞和曲柄，传递动力 活塞：在气缸内上下运动，压缩气体
第二章 曲柄连杆机构
6）桶间梯形环：现代高速柴油机广泛使用。 7）开槽环：开槽内储存对润滑油有较强吸附能力 的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。 8）顶岸环：有利于密封，有利于降低HC排放。
（二）油环 1、作用 1）刮掉缸壁上多余的机油，并且均匀分布缸壁 上的机油。 2）辅助密封。 2、分类（图2-33） 1）普通油环（整体式油环） 2）组合式钢片油环
一、机体
1、工作条件和材料 1）气缸工作条件： 气缸受到高温、高压的冲击；受到腐蚀； 活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等。 2）要求：足够的强度、刚度，耐磨损、腐蚀， 结构紧凑，质量轻。 3）材料：高强度灰铸铁 或铝合金。 但是为了降低成本，通常是机体用灰铸铁， 气缸孔用优质合金铸铁，而采用气缸套。
（ 3 ）活塞销座 A、作用：支承活塞销，将活塞顶部气体作用 力经过活塞销传给连杆。 B、活塞销偏移布置（图2-25） 目的：为了减少活塞在上下往复运动时敲击 气缸的噪音与磨损。 （4）裙部的表面处理 汽油机：常用镀锡方法 柴油机：一般是磷化，还有的用涂石墨。
6、活塞在气缸内的安装注意事项 1）按照活塞顶部的指定标记安装（注意喷 油方向、气门方向） 2）同台发动机的活塞质量差不能超过10g， 并与相同尺寸公差的缸盖配合。 3）开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压 力（主、次推力面）的一面，以免活塞 在运动时划伤气缸壁。
三、活塞销 （一）作用 1、连接活塞与连杆小头。 2、将活塞承受的气体力传给连杆。 （二）材料 多用低碳钢和低碳合金钢。 同时要求其芯部具有一定的韧性。为了减轻质量， 常将其做成空心圆柱形。 （三）内孔形状 1）圆柱形（加工容易，但质量较大） 2）组合形（介于前后两者之间） 3）两段截锥形（质量较小，但加工较难）
第二章 曲柄连杆机构
作用：将燃料燃烧的热能转换为机械能，将活塞 的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将能量 传输出去。 本章主要内容： 1、 曲柄连杆机构的受力及运动分析 2、 机体组 3、 活塞连杆组 4、 曲轴飞轮组
第二章曲柄连杆机构动力学分析
1、活塞位移：
x (L R) (L cos R cos)
R(1 cos) L(1 1 2 sin 2 )
（精确式）
x
R(1 cos)
R
4
(1
c os2 )
xI
xII
（近似式）
近似式与精确式相比误差很小，如当λ=1/3.5时，曲柄转角为 90度时误差为最大，在0.003R左右，此精度在工程上已足够。
mCA
mC
L lA L
mCB
mC
L lB L
mC
lA L
对于有的高速发动机还须满足一个条件：
③ 两个换算质量对连杆质心的转动惯量之和等于原来连杆的转动惯
量，即
mCA
l
2 A
mCB
l
2 B
IC
式中IC为原连杆的转动惯量。但采用二质量替代系统时，在连杆 摆动角加速度下的惯性力矩要偏大 ΔMC=[（mCAlA2+mCBlB2）-IC]ε 为此，可用三质量替代系统：
a
R
2
cos
cos
c os2 c os3
R 2 cos cos2 sin
连杆摆角： arcsinsin
连杆摆动角速度：L
cos
1 2 sin 2
1/ 2
连杆摆动角加速度： L
2
(1 2
2 2 ) sin
1 2 sin
2 (1 sin 2 )
2 3/ 2
单缸切力曲线及六缸合成图 各轴颈输出扭矩
各轴颈输出扭矩如图
M TII M T (1) M TIII M TII M T (2)
M TIV M TIII M T (3) M TV M TIV M T (4)
x (L R) (L cos R cos)
R(1 cos) L(1 1 2 sin 2 )
（精确式）
x
R(1 cos)
R
4
(1
c os2 )
xI
xII
（近似式）
近似式与精确式相比误差很小，如当λ=1/3.5时，曲柄转角为 90度时误差为最大，在0.003R左右，此精度在工程上已足够。
mCA
mC
L lA L
mCB
mC
L lB L
mC
lA L
对于有的高速发动机还须满足一个条件：
③ 两个换算质量对连杆质心的转动惯量之和等于原来连杆的转动惯
量，即
mCA
l
2 A
mCB
l
2 B
IC
式中IC为原连杆的转动惯量。但采用二质量替代系统时，在连杆 摆动角加速度下的惯性力矩要偏大 ΔMC=[（mCAlA2+mCBlB2）-IC]ε 为此，可用三质量替代系统：
a
R
2
cos
cos
c os2 c os3
R 2 cos cos2 sin
连杆摆角： arcsinsin
连杆摆动角速度：L
cos
1 2 sin 2
1/ 2
连杆摆动角加速度： L
2
(1 2
2 2 ) sin
1 2 sin
2 (1 sin 2 )
2 3/ 2
单缸切力曲线及六缸合成图 各轴颈输出扭矩
各轴颈输出扭矩如图
M TII M T (1) M TIII M TII M T (2)
M TIV M TIII M T (3) M TV M TIV M T (4)
第二章-发动机机体组及曲柄连杆机构
（1）气环
作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并 把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷 却水将其带走。
气环
切口
第二章 机体组及曲柄连杆机构 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
第二章 机体组及曲柄连杆机构 气环的泵油原理：
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（2）油环：刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁
①质量轻，比全裙式活塞 轻10％～10％，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。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
4．活塞的冷却
振荡冷却法： 从连杆小头 上的喷油孔 将机油喷入 活内壁的 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。
气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 三、气缸盖 功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成 燃烧室。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的 热负荷很大。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
• 水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式
椭圆的长轴方向与销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活 塞工作时趋近正圆。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（3）活塞裙部开槽 横向绝热槽
纵向膨胀槽
减少裙部受热 有的兼作油环回油孔 留有膨胀余地 活塞强度降低
绝热槽 膨胀槽
第二章 机体组及曲柄连杆机构
（4）为了减小铝合金活 塞裙部的热膨胀量，有些 汽油机活塞在活塞裙部或 销座内嵌入钢片。
困难。
高度小， 总体布置 方便。
第二章 机体组及曲柄连杆机构
第2章曲柄连杆机构
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2.3机体组
2.3.1汽缸体
1.汽缸体的结构形式 水冷发动机的汽缸体和曲轴箱通常铸成一体，可称为汽缸体
一曲轴箱，也可简称为汽缸体。汽缸体上半部有一个或若十个为 活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为汽缸;下半部为支承曲轴 的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。作为发动机各个机构和系 统的装配基体，汽缸体本身应具有足够的刚度和强度。其具体结 构形式分为三种，如图2-4所示。
汽缸套有干式和湿式两种，如图2-10所示。
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2.3机体组
2.3.2汽缸盖与汽缸衬垫
1.汽缸盖 汽缸盖的主要功用是密封汽缸上部，并与活塞顶部和汽缸一
起形成燃烧室。同时，汽缸盖也为其他零部件提供安装位置。汽 缸盖的燃烧室一侧直接受到高温、高压燃气的作用。在承受热负 荷时，由于形状复杂，冷却不均匀，各部分温差大，特别是在进、 排气门口之间以及进、排气门口与汽油机的火花塞之间(或进、排 气门)与柴油机的喷油器之间的所谓“鼻梁区”，热应力很高，是 容易出现裂纹损坏的部位;而汽缸盖在机械负荷和热负荷作用下产 生的变形会导致进、排气门密封被破坏和汽缸盖密封(气封、水封、 油封)被破坏，影响发动机的动力性、经济性和工作可靠性。因此， 要求汽缸盖应具有足够的强度和刚度。
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2.5曲轴飞轮组
按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支 承曲轴两种。在相邻的两个曲拐之间，都设置一个主轴颈的曲轴， 称为全支承曲轴;否则称为非全支承曲轴。
因此，直列发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数(包括曲轴 前端和后端的主轴颈)比汽缸数多一个;V形发动机的全支承曲轴， 其主轴颈的总数比汽缸数的一半多一个。全支承曲轴的优点是可 以提高曲轴的刚度和恋曲强度，并目可减轻主轴承的载荷。其缺 点是曲轴的加工表面增多，主轴承增多，使机体加长。这两种形 式的曲轴均可用于汽油机，但柴油机多采用全支承曲轴，这是因 为其载荷较大的缘故。
2.3机体组
2.3.1汽缸体
1.汽缸体的结构形式 水冷发动机的汽缸体和曲轴箱通常铸成一体，可称为汽缸体
一曲轴箱，也可简称为汽缸体。汽缸体上半部有一个或若十个为 活塞在其中运动导向的圆柱形空腔，称为汽缸;下半部为支承曲轴 的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。作为发动机各个机构和系 统的装配基体，汽缸体本身应具有足够的刚度和强度。其具体结 构形式分为三种，如图2-4所示。
汽缸套有干式和湿式两种，如图2-10所示。
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2.3机体组
2.3.2汽缸盖与汽缸衬垫
1.汽缸盖 汽缸盖的主要功用是密封汽缸上部，并与活塞顶部和汽缸一
起形成燃烧室。同时，汽缸盖也为其他零部件提供安装位置。汽 缸盖的燃烧室一侧直接受到高温、高压燃气的作用。在承受热负 荷时，由于形状复杂，冷却不均匀，各部分温差大，特别是在进、 排气门口之间以及进、排气门口与汽油机的火花塞之间(或进、排 气门)与柴油机的喷油器之间的所谓“鼻梁区”，热应力很高，是 容易出现裂纹损坏的部位;而汽缸盖在机械负荷和热负荷作用下产 生的变形会导致进、排气门密封被破坏和汽缸盖密封(气封、水封、 油封)被破坏，影响发动机的动力性、经济性和工作可靠性。因此， 要求汽缸盖应具有足够的强度和刚度。
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2.5曲轴飞轮组
按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支 承曲轴两种。在相邻的两个曲拐之间，都设置一个主轴颈的曲轴， 称为全支承曲轴;否则称为非全支承曲轴。
因此，直列发动机的全支承曲轴，其主轴颈的总数(包括曲轴 前端和后端的主轴颈)比汽缸数多一个;V形发动机的全支承曲轴， 其主轴颈的总数比汽缸数的一半多一个。全支承曲轴的优点是可 以提高曲轴的刚度和恋曲强度，并目可减轻主轴承的载荷。其缺 点是曲轴的加工表面增多，主轴承增多，使机体加长。这两种形 式的曲轴均可用于汽油机，但柴油机多采用全支承曲轴，这是因 为其载荷较大的缘故。
汽车构造课件第二章曲柄连杆机构
汽车构造课件第二章曲柄 连杆机构
曲柄连杆机构是汽车发动机的核心部分之一，它由曲轴、连杆、活塞、活塞 销组成，掌控着发动机的能量，是发动机运转的关键。
曲柄连杆机构的概述
定义和作用
曲柄连杆机构是将热能转化为机械能的重要部 件，通过连杆和曲轴的配合，将活塞的往复运 动转化为连续的旋转。
组成部分
曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、活塞、活塞销 等零部件。这些零部件的配合精度直接决定了 发动机的性能。
曲柄连杆机构的构造
曲轴
它是曲柄连杆机构的核心部件，完成了能量转化的 关键步骤。曲轴的质量和配合精度直接影响着发动 机的性能。
连杆
它连接了活塞和曲轴，通过连杆小头和大头分别与 活塞销和曲轴配合，将活塞的往复运动转化为了曲 轴的旋转。
活塞
它是曲柄连杆机构的动力源，负责将内燃机燃烧产
曲柄连杆机构的运动分析
1
活塞运动规律
活塞在缸体内做往复直线运动，并在上下止点处停留。
2
连杆运动规律
连杆的小头与活塞销配合，大头与曲轴销配合，实现了从往复运动到旋转运动的 转换。
3
曲轴运动规律
曲轴将连续的活塞运动，曲柄连杆机构的应用
在汽车发动机中的应用
曲柄连杆机构的保养
对发动机进行长期保养，采取科学的驾驶方式，注 意及时更换机油和油滤器，定期送车厂进行维修。
思考题
1 如何改变曲柄连杆机构的运动规律？
可以通过更改连杆长度或者改进曲轴形态，来调整曲柄连杆机构的运动规律。
2 如何设计适合不同工况的曲柄连杆机构？
需要深入了解每种工况下的负载特点，并根据负载特点进行优化设计，以提高曲柄连杆 机构的工作效率和寿命。
曲柄连杆机构是汽车内燃机的核心部分之一，掌控着车辆的动力输出，是汽车发动机的重要 组成部分。
曲柄连杆机构是汽车发动机的核心部分之一，它由曲轴、连杆、活塞、活塞 销组成，掌控着发动机的能量，是发动机运转的关键。
曲柄连杆机构的概述
定义和作用
曲柄连杆机构是将热能转化为机械能的重要部 件，通过连杆和曲轴的配合，将活塞的往复运 动转化为连续的旋转。
组成部分
曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、活塞、活塞销 等零部件。这些零部件的配合精度直接决定了 发动机的性能。
曲柄连杆机构的构造
曲轴
它是曲柄连杆机构的核心部件，完成了能量转化的 关键步骤。曲轴的质量和配合精度直接影响着发动 机的性能。
连杆
它连接了活塞和曲轴，通过连杆小头和大头分别与 活塞销和曲轴配合，将活塞的往复运动转化为了曲 轴的旋转。
活塞
它是曲柄连杆机构的动力源，负责将内燃机燃烧产
曲柄连杆机构的运动分析
1
活塞运动规律
活塞在缸体内做往复直线运动，并在上下止点处停留。
2
连杆运动规律
连杆的小头与活塞销配合，大头与曲轴销配合，实现了从往复运动到旋转运动的 转换。
3
曲轴运动规律
曲轴将连续的活塞运动，曲柄连杆机构的应用
在汽车发动机中的应用
曲柄连杆机构的保养
对发动机进行长期保养，采取科学的驾驶方式，注 意及时更换机油和油滤器，定期送车厂进行维修。
思考题
1 如何改变曲柄连杆机构的运动规律？
可以通过更改连杆长度或者改进曲轴形态，来调整曲柄连杆机构的运动规律。
2 如何设计适合不同工况的曲柄连杆机构？
需要深入了解每种工况下的负载特点，并根据负载特点进行优化设计，以提高曲柄连杆 机构的工作效率和寿命。
曲柄连杆机构是汽车内燃机的核心部分之一，掌控着车辆的动力输出，是汽车发动机的重要 组成部分。
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凸顶
凹顶
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第二节 活塞连杆组
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第二节 活塞连杆组
（2）活塞头部 位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 气环槽 工作条件最 恶劣，应离 顶部远些。
活塞销孔 作用： 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 壁。
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A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 活塞应具备的特点
B 导热性能好，耐高压、高温、磨损
C 质量较小，尽可能减少往复惯性力
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第二节 活塞连杆组
4、结构 （1）活塞顶部
功用：是燃烧室的组成部分，主要 作用承受气体压力。 汽油机活塞顶部形状与燃烧室形 状和压缩比有关。
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油底壳安装平面低 于曲轴的旋转中心。
隧道式
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气缸体上曲轴的 主轴承孔为整体 式。
第一节 机体组
（2）根据冷却方式不同 1、水冷 2、风冷
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第一节 机体组
（3）根据气缸的排列方式
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。
第二节 活塞连杆组
（3）活塞裙部
裙部的基本形状为一薄壁圆筒，若该圆 筒为完整的，则称为全裙式。 现在发动机一般采用半托板式或托板式 裙部的活塞，它是把活塞裙部受侧压力 较小的部分去掉，保留了必要的承压面 。 不受压力的部分， 去掉后可以减轻质 量。
桶形
裙部表面的保护 1）镀锡 油膜破坏时，起润滑作用；又可加速磨合作用。 2）涂石墨(柴油机） 易脆断可加速磨合，自润滑。 3）表面粗糙化 有规律的粗糙化，可加速磨合，沟谷可存机油润滑
Pc
11
概述
4、摩擦力F： 指相互运动件 之间的摩擦力， 它是造成配合 表面磨损的根 源。
F
12
第一节 机体组
机体组组成：
气缸盖 油道和水道 气缸体 曲轴箱 气缸垫
油底壳 气缸
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第一节 机体组
一、气缸盖 汽油机多为整体式；柴油机多为分开式
功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。 工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。 材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。 气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门 座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。 多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分 2～3次 。拆卸相反顺序。 铝合金缸盖冷机拧紧即可； 铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次
3
概述
二、组成： 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
油道和水道
气缸体
曲轴箱
Байду номын сангаас
油底壳
气缸
4
概述
气环
2、活塞连杆组： 由活塞、活塞环、 活塞销和连杆-----运动件
油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺 栓
连杆轴 瓦 连杆盖
5
概述
皮带轮
正时齿轮
飞轮
油环槽
油环槽的槽底圆周上制有很 多径向的回油孔或泄油槽， 以便多余的润滑油经此流回
3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸
第二节 活塞连杆组
（3）活塞裙部 位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。 作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用， 并承受侧压力，防治破坏油膜。
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气缸盖维修
气缸盖的主要耗损形式是裂纹和变形。气门座的装配应力过大会使气缸盖的进、排气门座之间的 过梁处产生裂纹而报废。气缸体、气缸盖的平面度用测量尺和厚薄规检测，如图2-3所示。气缸盖长 度L≤300mm，平面度公差为0.05 mm；L＞300mm，平面度公差为0.1 mm。气缸盖翘曲变形，指的是气 缸盖下平面的平面度误差逾限。气缸盖平面变形后，会使气缸密封不严，可用铲削或磨削的方法修理， 或更换新缸盖。
状态下为圆柱状态，就必须把活塞做成上小下大的圆锥形。 活塞连杆整个是不对称的，则在装配的时候必须注意活塞和连杆的正确朝向。
部分汽油机在活塞受侧压力较小的一侧有T形槽，横槽为绝热槽，竖槽叫膨胀槽。如下图所示（柴油机一
般没有）
绝热槽
膨胀槽 圆槽
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活塞裙部的绝热槽和膨胀槽
第二节 活塞连杆组
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示意图
应用
桑塔纳 夏利 富 康
要求：结构紧 凑，冷却面积 小；能使混合 气在压缩行程 中形成良好的 涡流运动 类型
半球形
楔形
切诺基
盆形
捷达 奥迪
第一节 机体组
三、 气缸体
1 、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，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。
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（二）气缸体的检验
（1）气缸体基准面的检验： （2）气缸体变形的检验：（如图2-8所示） （3）气缸体主轴承座孔、凸轮轴座孔的检验：（如图2-9所示） （4）气缸体的裂纹检验：
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（5）气缸压缩压力的检测：（如图2-10所示） （6）气缸漏气率的检验： （7）气缸的修理：（如图2-11所示） 气缸修理尺寸一般分为六级（桑塔纳气缸分三级）。如表2-1所示。 （8）曲轴箱窜气量的检测
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第二节 活塞连杆组
一、活塞
1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转;组成燃烧室 2、工作环境： 高温、散热条件差；顶部工作温度高达600~700K，且分布不均匀；高 速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。高压，活塞顶部承受最高可达 3~ 5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结，润滑不良，腐蚀。 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁
镶嵌式
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用耐磨优质材料制成气 缸套，再装到一般材料 制成的气缸体内。
第一节 机体组
5）干缸套和湿缸套 名称 特点
外壁不直接与冷却水接触。 1）壁厚较薄（1mm～3mm）； 2） 与刚体承孔过盈配合； 3） 不易漏水漏气。 外壁直接与冷却水接触。 1）壁厚较厚（5mm～9mm）； 2） 散热效果好； 3） 易漏水漏气； 4） 易穴蚀。
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第二节 活塞连杆组
（4）活塞形状 销座方向
裙部受侧压力的作用，导致活塞 发生变形
工作时向里变形
工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所 以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。
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第二节 活塞连杆组
由于活塞沿轴线方向温度上高下低，壁厚上厚下薄，所以活塞自上而下膨胀量由大到小，为使活塞工作
工作条件:高温,高压,高速, 化学腐蚀 受力分析:气体作用力,往复慣性力, 离心力，摩擦 力
7
概述
P
三、受力分析
F
曲柄连杆机构受的力主要有 气体压力P，往复惯性力Pj， 旋转离心力Pc和摩擦力F。
Pj
PC
8
概述
1、 气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP， SP 分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的 力。 (2)压缩行程：侧压力NP向右，活 (1)作功行程：侧压力NP向左，活塞 塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损 的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重 严重
N
P
P
RP
SP
TP
9
SP
N
P
P
TP
RP
概述
2、 往复惯性力Pj：活塞在上 半行程时，惯性力都向上，下 半行程时，惯性力都向下。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。
Pj
10
概述
3、 离心惯性力PC：旋转 机件的圆周运动产生离心 惯性力，方向背离曲轴中 心向外。离心力加速轴承 与周颈的磨损，也引起发 动机振动而传到机体外。
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五、气缸垫
1、功用：安装在气缸盖和气缸体之间，保证气缸盖与气缸体接触面的密封 ，防止漏气、漏水和漏油。 2、材料要求：有一定的强度、弹性、耐热性、耐腐蚀、耐压性、拆装方便 ，可重复使用。 3、安装时注意方向
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六、机体组检测与维修
（一）气缸盖检测
对气缸盖的检验要求是：气缸盖无破裂。气缸盖 下平面的平面度误差，每50mm×50mm 范围内不大于 0.05mm，整个平面的平面度误差不大于0.20mm。可用 直尺放在缸盖的下平面上，然后用塞尺测量直尺与平 面间的间隙。 对气缸盖裂纹的修复方法主要有粘结法、焊修法 和堵漏法等。应根据裂纹的部位和大小程度，选用其 中合适的一种方法修复裂纹。（如图2-2）
示意图
强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。
干缸套
性能如何？
湿缸套
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散热良好、冷 却均匀、加工 容易。 强度和刚度不 如干缸套，易 漏水。
第一节 机体组
四、油底壳
1、概念： 曲轴箱：气缸体下部用来安装曲轴的部分。 2、结构： 上轴箱 与气缸体铸成一体 下轴箱 贮存润滑油（油底壳） 3、功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 4、构造： (1)用薄钢板冲压而成。 (2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳 油面产生较大的波动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。