曲柄连杆机构概述和分类
论述曲柄连杆机构的功用、组成和类型
论述曲柄连杆机构的功用、组成和类型
曲柄连杆机构是机械传动中常用的一种机构，它可以将连续圆周
运动变成间断直线运动或者间断直线运动变成连续圆周运动，是支持
现代机械加工、运输和工业生产的关键。
曲柄连杆机构由曲柄、连杆和活塞三个部分组成。
曲柄是一个弯
曲的轴，一般用于将旋转运动转化为直线运动。
连杆是曲柄的一端与
活塞的另一端连接的结构物，它可以将曲柄的旋转运动转化为活塞的
往复直线运动，或将活塞的往复直线运动转化为曲柄的旋转运动。
而
活塞就是连接到连杆上的一个移动元件，一般用于将压力进行转移或
从某个位置移动到另一个位置。
曲柄连杆机构有多种类型，包括曲柄机构、连杆机构、滑块机构
和齿轮机构等。
其中曲柄机构主要用于流体机械中，例如内燃机和蒸
汽机，用于将往复的活塞运动转化为旋转的轴运动。
连杆机构多用于
挖掘机、吊车、升降车等工程机械中，用于将往复的活塞运动转化为
连杆的直线运动。
滑块机构则是钳工和铣工机械等精密机械中常用结构，用于将往复的活塞运动转化为滑块的直线运动。
而齿轮机构主要
用于变速箱和传动系统中，用于将旋转的动力从一个轴传到另一个轴。
总的来说，曲柄连杆机构已经成为现代机械制造中不可缺少的一
部分，其功用和组成结构的高效协调性，有力地推动了现代化工业的
发展。
《曲柄连杆机构》课件
在曲柄连杆机构中，活塞在气缸内进行往复运动，由于连杆的摆动，使得活塞的直线运 动转变为曲轴的旋转运动。在这个过程中，曲轴的旋转运动将能量输出，驱动车辆或其 他机械运动。曲柄连杆机构的特点在于其能够将活塞的往复运动转变为旋转运动，从而
实现能量的高效转换。
分类与应用
总结词
曲柄连杆机构有多种分类方式，如按照曲轴 的形状可分为直列式和V型式，广泛应用于 汽车、摩托车等动力机械中。
缸体的材料选择也很重要，通常采用高强度合金钢或不锈钢制造，以提高其使用寿 命。
03
曲柄连杆机构的工作特性
运动特性
曲柄连杆机构是发动机中的重要 机构，它将活塞的直线运动转化 为曲轴的旋转运动，实现发动机
的做功过程。
曲柄连杆机构的运动特性包括曲 轴的旋转运动、活塞的往复直线
运动以及连杆的摆动运动等。
优化方法
采用数学建模、数值分析和计算机仿 真等方法进行优化设计。
优化流程
建立曲柄连杆机构的数学模型→确定 优化变量和约束条件→选择合适的优 化算法→进行优化计算→分析优化结 果→改进设计。
优化实例与结果分析
优化实例
以某实际应用的曲柄连杆机构为例，进行优化设计。
结果分析
通过对比优化前后的性能指标，分析优化效果。例如，运动性能提升、能耗降 低、振动减小等。同时，对优化后的曲柄连杆机构进行实验验证，确保优化结 果的可靠性和实用性。
05
曲柄连杆机构的常见问题与维护
常见问题与原因分析
01
02
03
04
曲柄连杆机构异响
由于润滑不良、装配间隙不当 或零件疲劳损坏等原因，可能 导致或曲轴轴瓦材料疲劳 极限较低可能导致曲轴轴瓦烧 蚀，影响曲柄连杆机构的正常 运转。
第二章 曲柄连杆机构的介绍
第二章曲柄连杆机构的介绍2.1 曲柄连杆机构的功能曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。
具有以下功能：（1）将气体的压力变为曲轴的转矩；（2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动；（3）把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。
2.2 曲柄连杆机构的类型曲柄连杆机构的型式很多，按运动学可分为以下三类：中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构和主副连杆式心曲柄连杆机构。
中心曲柄连杆机构的特点是气缸中心线通过曲轴的旋转中心，并垂直于曲柄的回转轴线。
这种型式的曲柄连杆机构在内燃机中应用最为广泛。
一般的单列式内燃机，采用并列连杆与叉形连杆的V形内燃机，以及对叠式活塞内燃机的曲柄连杆机构都属于这一类。
偏心曲柄连杆机构的特点是气缸中心线垂直于曲轴的回转中心线，但不通过曲轴的回转中心，气缸中心线距离曲轴的回转轴线具有一偏移量e。
这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小比较均匀。
主副连杆式曲柄连杆机构的特点是内燃机的一列气缸用主连杆，其它各列气缸则用副连杆，这些连杆的下端不是直接接在曲柄销上，而是通过副连杆销装在主连杆的大头上，形成了“关节式”运动，所以这种机构有时也称为“关节曲柄连杆机构”。
在关节曲柄连杆机构中，一个曲柄可以同时套上几副连杆和活塞，这种结构可使内燃机长度缩短，结构紧凑，广泛的应用于大功率的坦克和机车用V形内燃机。
2.3 曲柄连杆机构的研究方法运用理论分析和计算机数值仿真相结合的方法，通过对曲柄连杆机构运动过程的模拟，完成一个工作周期内的仿真，得到曲轴在实际工作周期内的动态边界条件，继而运用VS软件得到几种不同的曲柄连杆机构以及其在实际工作的运动规律，并对这几种曲柄连杆机构的运动规律进行参数化分析，从而由运行规律推导出其精确公式或近似式。
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构分类：中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构、主副式曲柄连杆机构
偏心曲柄连杆机构特点：气缸中心线垂直于曲轴回转中心线，但有一偏移量，这种曲柄连杆机构可以减小膨胀行程中活塞与气缸壁间的最大侧压力，使活塞在膨胀行程与压缩行程时作用在气缸壁两侧的侧压力大小较均匀。
连杆比：λ=R/L 现代内燃机的λ值一般在1/3---1/5 (即0.33—0.20)，它是影响内燃机的一个重要特性参数
曲柄转角从0—90的活塞位移值比曲柄转角从90—180的活塞位移大，而且λ值越大，其差值也越大
偏心曲连杆机构：k=e/R k值一般取0.05---0.15
活塞销轴线偏离气缸中心线的距离0.01D---0.03D
曲柄连杆运动零件的质量换算
曲柄组：进行换算的条件简化后的集中质量所产生的旋转惯性力和原来实际系统不平衡量所产生的旋转惯性力相等
连杆组：简化后的当量系统与原来实际系统的质量系统力学效果相等,必须满足3个条件：
1、质量不变所有简化后的质量总和等于原连杆组质量总和
2、系统的质心位置不变所有简化后的质量的质心与连杆组原来的质心相重合
3、系统对质心的转动惯量不变所有简化后的质量对于连杆组质心的转动惯量之和应等于原来的转动惯量。
汽车维修之曲柄连杆机构(一)
1、曲柄连杆机构的功用：
是发动机实现热能与机械能相互转换的主要机构。
其主要功用是将气缸内气体作用在活塞上的力转变为曲轴的旋转力矩，从而输出动力。
2.曲柄连杆机构分为：
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组
3.机体组的组成零件：气缸体、气缸盖、气缸垫。
4.气缸的特点及类型：
气缸体是发动机的装配基体，其结构复杂，一般采用铸铁或铝合金材料铸造而成。
气缸为圆柱形空腔，活塞在其内部做往复直线运动，多个气缸组合成一体即为气缸气体。
根据气缸的排列形式，气缸体有直列式、卧式和V形三种结构形式。
5.气缸盖的功用和机构：
气缸盖的功用是封闭气缸上部，并与活塞顶构成燃烧室。
气缸盖结构复杂，一般采用铸造或铝合金材料铸造而成。
6.气缸垫的功用和结构特点：
气缸垫安装在气缸盖与气缸体之间，功用是保证气缸体与气缸盖的接合面密封。
目前应用的气缸垫多数有金属与石棉及黏合剂压制而成，具有一定的弹性，用以补偿气缸体和气缸盖表面的平面度误差。
气缸垫的水孔和燃烧室孔周围有镶边，以防被高温的冷却水或气体烧坏。
7.活塞连杆组的组成零件：
活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴。
8.活塞的功用和结构特点：
活塞的功用主要是承受气缸中气体的压力，并将此压力传给连杆，以推动曲轴旋转；
此外，活塞的顶部还与气缸盖和气缸共同组成燃烧室。
活塞一般都用铝合金材料铸造或锻造而成。
曲柄连杆机构名词解释_概述及解释说明
曲柄连杆机构名词解释概述及解释说明1. 引言1.1 概述曲柄连杆机构是一种常见的机械传动结构，它由曲柄和连杆组成，通过运动副的连接使得曲柄产生往复旋转运动，并将这种运动转化为连杆的直线往复运动。
该机构在许多领域中得到广泛应用，如汽车发动机、农业机械和工业设备等。
本文将对曲柄连杆机构进行全面的名词解释和详细的说明。
1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍曲柄连杆机构的相关内容：第2部分：曲柄连杆机构的定义和原理。
我们将介绍曲柄连杆机构的基本概念以及其组成部分，并详细解释其工作原理和运动特点，以便读者能够更好地理解该机构。
第3部分：曲柄连杆机构的分类与应用领域。
在此部分中，我们将对不同类型的曲柄连杆机构进行分类介绍，并通过案例分析展示其在汽车发动机等领域中的具体应用。
第4部分：曲柄连杆机构设计与优化方法研究进展。
我们将介绍曲柄连杆机构的设计流程和基本原则，并列举当前常用的设计软件和工具。
此外，我们还将探讨曲柄连杆机构优化方法的研究现状和未来发展趋势。
第5部分：结论。
在这一部分，我们将对全文进行小结，并指出本研究存在的不足之处以及进一步研究的方向。
同时，我们还将展望曲柄连杆机构在未来的应用前景。
1.3 目的本文旨在对曲柄连杆机构进行深入解析，帮助读者全面了解其定义、原理、分类和应用领域，并介绍相关的设计与优化方法。
通过掌握这些知识，读者能够更好地理解曲柄连杆机构在实际应用中的意义和作用，并为相关领域中的工程设计和科学研究提供参考依据。
2. 曲柄连杆机构的定义和原理：曲柄连杆机构是一种常见的机械传动装置，由曲柄、连杆和活塞组成。
它通过转动曲柄轴使连杆运动，从而实现能量的转换和传递。
2.1 曲柄连杆机构的概念和基本组成部分：曲柄连杆机构主要由三个基本部分组成：曲柄、连杆和活塞。
- 曲柄：曲柄一般为一个旋转轴，又称为枢轴或者主轴。
它被固定在机器的机壳上，并具有一个离心浇铸或锻造得到的非对称几何形状。
- 连杆：连杆是连接曲柄与活塞的元件，其长度可以控制活塞的运动幅度。
曲柄连杆机构概述与分类
（二）活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
（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
气环的密封原理： 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
机体组组成：
机体组组成： 气缸盖 气缸体
气缸
气缸盖罩 气缸垫 油道和水道
曲轴箱 油底壳
一、气缸体
1、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
2、气缸体分类
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
油底壳安 装平面和 曲轴旋转 中心在同 一高度
一般式
龙门式
油底壳安装平面低于 曲轴的旋转中心
干缸套
外壁不直接与冷却水接 触。壁厚1～3mm。
湿缸套
外壁直接与冷却水接触。 壁厚5～9mm。
强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。
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。
二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
1、气缸盖(书）
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。
曲柄连杆机构概述 和分类
曲柄连杆机构概述和分类
1
概述 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
§2.1 概 述
一、曲柄连杆机构的功用
将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机 械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋 转运动而对外输出动力。
汽车发动机的曲柄连杆机构
汽车发动机的曲柄连杆机构
汽车发动机的曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等部分组成。
1. 机体组：包括气缸体、气缸盖、气缸垫、气缸罩盖和油底壳等部分。
机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配机体，它把发动机的各个机构和系统组成为一个整体，保持了它们之间必要的相互关系。
2. 活塞连杆组：包括活塞、连杆、活塞环、活塞销、连杆轴瓦、连杆盖和连杆螺栓等部分。
活塞连杆组将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出转矩，以驱动汽车车轮转动，是发动机的传动件，把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。
3. 曲轴飞轮组：包括曲轴、飞轮、扭转减震器、曲轴主轴承、曲轴皮带轮和正时齿轮等部分。
曲轴飞轮组的作用是把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，为汽车的行驶和其他需要动力的机构输出扭矩，同时还储存能量，用以克服非做功行程的阻力，使发动机运转平稳。
总之，曲柄连杆机构是发动机的核心部分，承担着将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动的任务，从而为汽车提供动力。
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四、发动机的支承（书）
1个 三点支承
2个 2个
2个 四点支承
§2.3 活塞连杆组
气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
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。 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。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。 高温、高压、高速、高惯性力 3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁
机体组组成： 气缸盖 气缸体
气缸
气缸盖罩 气缸垫 油道和水道
曲轴箱 油底壳
一、气缸体
1、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
2、气缸体分类
（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同分为
油底壳安 装平面和 曲轴旋转 中心在同 一高度
一般式
龙门式
油底壳安装平面低于 曲轴的旋转中心
气环
切口
（2）油环
种类
示 意 图
普通油环 刮油片 组合式油环
轴向衬环
负荷较大的柴油机 上。
（2）根据冷却方式不同分： 水冷、风冷 冷却水
散热片
（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。
高度小，总体 布置方便。
缩短了机体的长度 和高度，增加了刚 度，减轻了发动机 重量；形状复杂， 加工困难。
（4）干式气缸套和湿式气缸套
名称
特点
示意图
曲柄连杆机构概述 和分类
1
概述 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
§2.1 概 述
一、曲柄连杆机构的功用
将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机 械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋 转运动而对外输出动力。
二、组成 1、机体组
2、活塞连杆组
3、曲轴飞轮组
§2.2 机 体 组
机体组组成：
（2）预先做成椭圆形
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。
（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
（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。
恒范钢片式活塞的结构 特点就是这样的，由于恒 范钢为含镍33%～36% 的低碳铁镍合金，其膨胀 系数仅为铝合金的1/10， 而销座通过恒范钢片与裙 部相连，牵制了裙部的热 膨胀变形量。
6、活塞在工作时的保护措施
（1）在活塞裙部表面涂保护层，可改善铝合金活塞的磨合性； 主要有铅、锡、石墨、磷保护层等。
（2）在安装活塞销时，使活塞销偏置某一方向装，以减少换向 时的敲击声，且使裙部减小磨损； 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程
中受主侧压力的一方偏移了1～2mm。
头部
工作条件最
恶劣，应离
顶部远些。
作用： 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、防止可燃混合气
漏到曲轴箱内.
2、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
（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，
防止破坏油膜。
裙 部
活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形
隧道式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
性能与应用比较
名称 一般式
性能
机体高度小、重量轻、结 构紧凑，便于加工拆卸。 刚度和强度差。
应用
492Q汽油机，90 系列柴油机。
龙门式
强度和刚度较好。工艺性 捷达轿车、富康轿 差、结构笨重、加工困难。 车、桑塔纳轿车
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。
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 D 耐热的活塞顶及弹性的活塞裙部
E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数
4、结构 顶部：构成燃烧室，承受气体压力。
头部:安装活塞环，制作较厚。
裙部：导向，传力。承受侧压力销座孔处制有加强筋。
2、气缸盖罩和气缸垫 注意：缸体与缸盖的紧固
气缸盖罩
衬垫
气缸盖
安装火花塞
气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的 密封，防止漏气，漏水和漏油。
3、燃烧室
汽油机燃烧室形状
三、油底壳
1、概念： 贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。
2、使用特点： 油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久 磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损
干缸套
外壁不直接与冷却水接 触。壁厚1～3mm。
湿缸套
外壁直接与冷却水接触。 壁厚5～9mm。
强度和刚度 都较好，加 工复杂，拆 装不便，散 热不良。
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。
二、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
1、气缸盖(书）
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。
（二）活塞环
是具有弹性的开口环，分为气环和油环。 工作条件： 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命： 6万公里 材料：合金铸铁或球墨铸铁（有时表面涂有保护层）
（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
气环的密封原理： 将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气装置。
（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。
结构简单、制造容易、 受热面积小、应力分 布较均匀，多用在汽
油机上。
凸起呈球状、顶部 强度高，起导向作 用、有利于改善换 气过程。
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；提高压缩比， 防止碰气门。
（2）活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
5、为使活塞在各种工况下均能与气缸壁间保持合理的密 封和运动间隙，制造活塞是通常采取下列结构措施：
（1）预先做成阶梯形、锥形
活塞沿高度方向的温度很 不均匀，活塞的温度是上部 高、下部低，膨胀量也相应 是上部大、下部小。为了使 工作时活塞上下直径趋于相 等，即为圆柱形，就必须预 先把活塞制成上小下大的阶 梯形、锥形。