活塞连杆组的受力分析
汽车发动机构造与维修模拟试题二答案
2.3 活塞连杆组所示。
2.3.1 活塞组活塞组包括：活塞、活塞环、活塞销等。
2.3.1.1活塞活塞是发动机的重要传力机构，活塞与缸盖、气缸形成密闭的容器，保证工作过程的顺利进行，同时将燃气压力通过连杆把力传给曲轴输出。
在工作过程中，活塞承受周期性变化的气体压力和惯性载荷，并在气缸中作高速往复运动，将力传给连杆，同时承受交变的侧压力。
发动机工作时，燃气温度高达 2000 ℃以上，活塞顶部接触燃气，因高温使材料机械性能降低，甚至产生高温蠕变。
当顶部温度超过 370~400 ℃时，还会产生热裂现象。
第一道环槽温度超过 200~220 ℃，就会造成活塞环粘结。
进气时，活塞又受到冷的新气冲刷，造成温度不均，引起大的热应力和活塞变形。
活塞工作温度高且作往复变速运动，润滑又困难，所以极易磨损。
根据活塞的工作条件，对活塞的要求是：有足够的刚度、强度和耐热性，以承受燃气的高温高压；加工精度要求高，保证密封又不增加磨损；尽量降低重量，以减少惯性载荷；润滑性和耐磨性良好，以提高寿命。
铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。
所示。
(1) 活塞顶部活塞顶部形成燃烧室的底部，主要有平顶、凹顶和凸顶等几种型式，具体形状取决于燃烧室的要求。
)所示，其优点是加工简单，而且减少顶部与燃气的接触面积，从而使应力分布均匀。
现代高压缩比、多气门发动机，为满足燃烧室的要求也有略微凸起或凹下的形状，以及所示。
柴油机活塞顶部由于燃烧系统的不同，形状有较大的差异。
非直喷式的涡流室式或预燃室式燃烧室的活塞顶部基本为平顶或微浅凹坑，而直喷式燃烧室为了混合气形成的需要，一般均有较复杂的形状( 图 2-3-3d 、 e 、 f )。
活塞顶部的厚度通常是从中间向四周逐渐增厚，以保证足够的刚度和散热要求。
在没有特殊冷却装置的情况下，顶部的热量通过活塞环和裙部，经缸筒将热散到冷却介质。
对增压强化发动机来说，为降低顶部温度负荷，有专门的油道冷却活塞顶部，如图 2-3-4 所示。
活塞带动曲轴原理-概述说明以及解释
活塞带动曲轴原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分：活塞及曲轴是内燃机等机械装置中不可或缺的重要组成部分。
活塞作为一个圆柱体，通过气压或液压作用下的往复运动，将化学能、热能等能量转化为机械能，推动曲轴旋转，从而驱动机械装置的运转。
而曲轴则是将活塞往复运动转化为旋转运动的核心部件，它将活塞的上下往复运动转换为连续的旋转运动，并将动力传递给其他机械部件。
本文将详细介绍活塞和曲轴的作用及活塞带动曲轴的原理。
我们将分析活塞在内燃机中的重要作用以及曲轴在传动系统中的重要性，同时探讨活塞是如何通过连杆与曲轴相连接，最终实现活塞带动曲轴的机制。
通过对这些原理的深入了解，我们可以更好地理解内燃机等机械装置的工作原理，并对其中的创新和发展方向有所启发。
在结论部分，我们将总结活塞带动曲轴的重要性，并探讨其在不同领域的应用。
同时，我们还将探讨可能的发展方向，包括高效率和环保的新型曲轴设计、以及使用更先进材料制造活塞和曲轴的可能性，以提高机械装置的性能和可靠性。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解活塞带动曲轴的原理，从而对内燃机等机械装置的工作原理和发展有更深入的认识。
同时，本文也将为读者提供一些创新思路和可能的技术方向，以促进相关领域的研究和发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容：本文主要围绕着活塞带动曲轴的原理展开讨论。
为了使读者更好地理解活塞带动曲轴的工作原理，文中将分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们首先对整篇文章进行概述，介绍活塞带动曲轴的基本概念和作用。
随后，我们将介绍文章的结构安排，让读者了解本文的整体框架和内容组织方式。
最后，我们明确了本文的目的，即通过对活塞带动曲轴原理的解析，深入探讨其重要性和可能的发展方向。
在正文部分，我们将分别详细介绍活塞和曲轴的作用。
首先，我们将详细阐述活塞在发动机中的角色和功能，包括如何通过活塞的上下运动来改变燃烧室容积，实现燃烧效果的最大化。
接着，我们将着重讲解曲轴的作用，探讨其在发动机中的功能和重要性，包括曲轴的旋转运动如何将活塞的线性运动转化为输出动力。
第2章曲柄连杆机构
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。
上一页 下一页 返回
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。
下一页 返回
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。
曲柄连杆机构受力分析
（1）沿气缸轴线作直线往复运动
（2）均匀转动的曲拐 （3）平面运动的连杆组
5
2. 连杆的质量换算
二质量系统
三质量系统
6
二质量系统
m1 ml (l l ) / l
m2 ml l / l
等效原则：
•质量相等 •质心重合 •转动惯量相等
7
3.往复质量和往复惯性力
（1）往复运动质量
mj mp m1
第二节 曲柄连杆机构受力分析
一、气体作用力
二、惯性力
三、零件的受力分析
1一、气体作Βιβλιοθήκη 力1、气体作用力pg
Fg
D
4
2
( pg p )
'
p′
2
一、气体作用力
2、缸内压力
3
二、惯性力
曲柄连杆机构的运动及质量换算 往复惯性力 旋转惯性力
4
1.曲柄连杆机构的运动
曲柄连杆机构的所有运动零件可分为三组：
10
2、连杆小头受力分析
FC Ftg
F F1 cos
侧推力：
F1
F cos
连杆力：
11
3、曲柄销受力分析
切向力 ：
F F1' sin( ) F sin( ) cos
F1
F cos
法向力：
Fn F1' cos( ) F cos( ) cos
12
4、发动机的转矩
Fr sin( ) T F r cos
13
5、倾覆力矩
Tk Fc h T
r sin( ) sin h
曲柄连杆机构
2020/11/19
8
（3）气缸的结构形式
气缸是燃料燃烧作功的 场所，活塞在其间高速 往复运动，所以必须耐 高温、耐磨损、耐腐蚀。 其结构形式有无气缸套、 干式气缸套和湿式气缸 套3种。
2020/11/19
9
无气缸套：
• 气缸体为铸铁材料
• 气缸体为铝合金材 料：进行多孔镀铬。
2020/11/19
2020/11/19
36
活塞的冷却
• 自由喷射冷却法 • 振荡冷却法 • 强制冷却法
2020/11/19
37
活塞的表面处理
• 根据不同的目的和要求，进行不同的活塞表面
• 1)活塞顶进行硬模阳极氧化处理，形成高硬度 的耐热层，增大热阻，减少活塞顶部的吸热量。
• 2)活塞裙部镀锡或镀锌，可以避免在润滑不良 的情况下运转时出现拉缸现象，也可以起到加
4. 汽油机保证火焰传播距离最短，以防止发生 不正常燃烧；柴油机燃烧室形状应与燃油喷 射、空气涡流运动进行良好的配合。
2020/11/19
17
汽 油 机 燃 烧 室 的 形 状
2020/11/19
18
5、柴油机燃烧室 （1）直喷式燃烧室：ω型、球形
2020/11/19
19
（2）分隔式燃烧室：涡流室燃烧室、预燃室燃烧室
运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对 外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。 • 曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组 的零件组成。
2020/11/19
27
二、活塞组
1、活塞
活塞的主要作用是承受气缸中的气体压力， 并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴 旋转。活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组 成燃烧室。 活塞的工作条件：高温、高压、高速
01曲柄连杆机构的运动和受力分析(1)
（1）
赵雨东
清华大学汽车工程系
汽车工程系车辆工程专业课程设置
必修课
汽车概论 汽车构造I（汽车发动机） 汽车构造II（汽车底盘、
车身） 汽车发动机原理 汽车理论 汽车发动机设计 汽车底盘设计 汽车车身设计
选修课
汽车电子学 汽车电器 内燃机燃料供给 内燃机增压 … …
下止点
(1 − λ2 sin 2 ϕ ) −3/ 2 = 1 + 3λ2 sin 2 ϕ + 15λ4 sin 4 ϕ + 35λ6 sin 6 ϕ LL
2
8
16
β
l
φ
rω
曲柄连杆机构运动学
－正置曲柄连杆机构的活塞运动规律（5）
将泰勒展开式代入活塞运动规律表达式，并略去 含λ三次幂以上的各项（ λ最大0.33 ），得
Fj
用两个集中质量组成的非自由质点系近
似等效单元曲柄连杆机构（活塞、连杆
和曲拐）
mj
往复运动质量－受缸筒约束，沿气缸中 心线往复运动
质量 往复惯性力
m j = mhz + mlA Fj = −mj j
Frp = mp ρ pω 2 = mpd rω 2 mpd = mp ρp / r
mp：平衡重质量 ρρ ：平衡重质心旋转半径 mpd ：平衡重当量质量
ρp mp
Frp
曲柄连杆机构中的力和力矩
—连杆的惯性力（1） FjlA
实际连杆
随活塞平动＋绕活塞销摆动 连续体 不便于分析惯性力和惯性力矩
－曲柄连杆机构类型（3）
活塞销负偏置
活塞在上止点前后，受气缸壁之力的推力面会发生变化。 采用活塞销负偏置，在活塞运动到上止点之前，连杆中心线与气缸中心线平行，活塞
一种汽油机活塞的应力分析及其改进
压 缩 比 最 大 功 率／Ｗ ｋ 最 大力 矩 ／ ｍ） （ Ｎ・
参数 ８ ｘ ６４ １８． １ ８ ｌ ７
８ １ ５： ６ （ ０ ｒｍｉ。 ６ ５２ ０ ． ｎ。 ） １ ５３３ ０ｒｍ ｎ ４ （ ０ ・ ｉ ）
Ａ Ｓ 里加 载 给实体 模 型 。 Ｎ ＹＳ
对 于 内燃机 活 塞的热 负荷 分析 中， 问题 是 ： 正 在给
定 活 塞表 面 的第 三类 边 界条 件 （ 流 换热 系 数 和环 境 对 介 质温 度 ） ， 下 求解 活塞 的温度 场分 布 。活塞温 度场 的
边界 条件按 最 大爆 发压力 工况 施加 。活塞上 受机 械 应力 和 热应 力 ， 活 塞 温度 场结 果 与 机 械负 荷 耦合 将 后 进行 计 算， 到 活 塞真 实 工况 下 的应 力 和 变形 ， 得 即耦
王 亮 军
太原 ０ ０ ２ ； ． 原 Ｔ业学 院 机 械工 程 系 ， ３０ ４ ２ 太 山西 太原 ０００） ３ ０ ８
（ ． 原理Ｔ 大学 机械 ＿ 程 学 院 ， １ 太 ［ ＝ 山西
【 摘
要 】 利 用有 Ｆ． ￣Ｌ分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 以某种 汽油机 活塞为例 进行耦合 应力分析 ， － ＮＹ ， 发现 危险部位应 力超 出共晶
结构分析， 选取最恶劣的工作状况进行分析， 以满足各 工 况 要求 。对 于 活 塞， 其 处 于 做 功行 程 的上 止 点 工 用
况 进行受 力分 析 。本 文研究 的 汽油机 为 四缸 、 四冲 程 、
水 冷 、 列化 油器式 ， 主要 参数 见表 １ 直 其 。
表 １ 某 种 汽 油 机 的主 要 参 数
汽车构造-第二章(简化)
往复惯性力和离心力
往复惯性力方向与加速度方向相反 活塞向下运动时，其方向为前半行程朝上，后半行程向下。 曲轴每转一圈，活塞在气缸上半部时， 往复惯性力总向上 ； 活塞在气缸下半部时，往复惯性力总向下 。 Fj=-m j〃j mj——活塞组及连杆作往复运动部分的质量 大小、方向呈 （一般等于连杆总重的20% ～ 30%） 周期性变化 j—活塞加速度 Fj沿气缸中心线作用在活塞销上，通过连杆和曲轴传到内燃机 机体和机架上，引起内燃机振动 。 离心惯性力 Fc=-m j〃 ω 2〃r ——（大小恒定，方向由连杆轴颈圆心指向外 ） Fc始终沿曲柄臂方向并垂直于曲轴轴线向外，此力主要由 曲轴主轴承 承受 。
丰田佳美3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序
第三节
1、连杆 2、连杆衬套 3、连杆轴瓦 4、连杆端盖 5、螺栓 6、定位销 7、活塞销 8、档圈 9、活塞 10、油环 11、气环 12、气环 13、气环
活塞连杆组
1.活塞
活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等组成
（1）功用 : ① 承受燃气压力，并通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转 ② 活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室 （2）工作条件 ： 高温、高压、高速、润滑不良。活塞直接与高温气体接触，温度分布 不均匀，瞬时高达2000℃以上；活塞顶部承受压力很大，作功行程最 大压力高达6～9MPa，使活塞承受较大冲击，并承受侧压力作用；活 塞在缸内以高速(8～12米/秒)往复运动，速度不断地变化，惯性力很 大，使活塞受很大的附加载荷。 （3）要求： （1）活塞质量小 —— 往复惯性力小 （2）热膨胀系数小 —— 冷态装配间隙小，减轻敲缸现象 （3）导热性好 —— 减轻热负荷，第一环槽不易积碳， 活塞顶不热裂 （4）耐磨 —— 环槽与裙部不易磨损 （5）耐高温 ——机械强度不会随温度有较大变化 （6）足够刚度和强度 —— 销座不会弯曲变形；活塞顶不会压碎
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
授课节次 1 时间 地点
教学目的
与要求
教学目的：
通过本课学习，熟悉这门课的基本任务，掌握静力学基本
理论，能够绘制机构受力图。
教学要求：
1了解汽车的发展历史
2熟悉汽车的总体构造及位置
3 了解本课程的性质和任务
4了解静力学的基本概念
5掌握基本的力学公理
6掌握约束与约束反力
7掌握受力分析的方法
8具有绘制机构受力图的能力
教学内容设
计
教学内容概述：
绪论
一、汽车的发展历史
二、汽车的总体构造
1. 发动机
2. 底盘
3. 车身
4. 电气设备与电子设备
三、本课程的性质和任务
项目一 力学分析
学习任务一 活塞连杆组的受力分析
任务描述:以汽车发动机的活塞连杆组为例，分析活塞连
杆组工作状态下的受力情况，绘制受力图,掌握物体在静
力作用下的受力分析。
一、 基本概念与公理
二、约束与约束反力
三、受力分析与受力图
重点难点破解：
重点：静力学原理，理论虽然简单，但是以后学习的基础，
也是受力分析的根本依据，熟练掌握并能灵活运用。
难点：受力分析与受力图
破解：通过多做练习，达到熟练掌握
教学过程设
计
复习旧课：
回顾以往学过的物理知识，从而引入新课
新课导入：
了解汽车的发展历史吗？汽车上有哪些重要的组成部
件？
汽车机械基础这门课主要讲解哪些？开设这门课的主要
目的是什么？通过一连串的提问引入这门课的第一节课，
提高学生学习的兴趣。
课堂互动：
如果条件允许，可以把活塞连杆实物带入课堂，学生依据
实物进行讨论学习
教学方法和
教学手段
1教学方法以多媒体课件为主，讲授法配合。
2 介绍性讲解汽车的历史和汽车的主要构成部分
3 实物讲解活塞连杆组的受力分析
思考题及作
业题
一 任务实施：对活塞连杆组进行受力分析并绘制受力图
课后小结