星形发动机压缩比之主副连杆结构计算分析
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171.4923 219.2
301.3205 82.6
171.0918 255.6
300.8387 125
170.7331 293.3
301.2708 162.9
171.3141 336.8
301.2708 557.1
171.3141 383.2
300.8387 595
170.7331 426.7
301.3205 637.4
Internal Combustion Engine & Parts
· 37 ·
连杆
最大位移值 曲轴转角 最小位移值 曲轴转角
主连杆
301.5 360 171.5 180
表 1 各缸活塞位移计算结果表
第一副连杆 第二副连杆 第三副连杆 第四副连杆 第五副连杆 第六副连杆 第七副连杆 第八副连杆
301.4991 400.5
式中，R 为曲轴半径，L 为主连杆长度，L1 为副连杆长
在压缩过程中的混合气体在汽缸内被压缩的程度就 度，姿=R/L。
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院刘雅欣（2000-），女，湖南株洲人，本科在读，研究方向 为能源动力。
3 副连杆对应活塞的位移计算 同理，由曲轴连杆机构运动学计算公式可知，第一副
及维修便利等优点[1]，且由于其具有单位体积功
率大、重量轻、结构紧凑、寿命长等特点，该发动 机被广泛应用于通用航空领域，包括工业、农
第三副连杆
业、林业、渔业、建筑业等，常选做个人用小型飞 机、竞技飞机和航空教练机的主要动力装置之
图 1 主副连杆结构图
图 2 发动机运动件轨迹图
一。星型发动机的主要构造包括：气缸、活塞、主 副连杆、减速器、曲轴、气门结构和机匣等[2]。其中，主副连杆 结构是星型活塞发动机的重要零部件之一。
由于该发动机主副连杆对应的活塞最大位移值和最 小位移值都并不完全相同，这样相对于各缸的压缩比肯定 也不完全一样。本文通过曲轴连杆机构的动力学来计算分 析主副连杆对发动机压缩比的影响，从而探寻主副连杆对 应活塞运动位移最大不均匀度对发动机性能的影响。
1 主副连杆结构 在星型发动机结构中，曲轴是星型发动机对外输出功
的影响非常小。
关键词院星型发动机；主副连杆；压缩比 中图分类号院U464.13
文献标识码院A
文章编号院1674-957X（2021）13-0036-02
0 引言 星型发动机是气缸环绕曲轴呈星型排列的
主连杆
一种往复式内燃机。由于气缸呈星型排列，所以
第一副连杆
星型发动机具有各缸散热均匀、发动机整体长
度较短小、曲轴结构简单、加工精度容易保证以
171.0918 464.4
301.4991 319.5
171.4924 500.8
连杆位移为：
图 4 各缸活塞位移计算结果图
最小位移值的最大不均匀度为：
（2）
式中等效曲轴转角 theta' 为： （3）
等曲轴长度为：
（4）
（5） R 为曲轴半径，L1 为副连杆长度，r 为各副连杆安装 孔到连杆轴颈的距离。 其它副连杆位移计算方法同上。 4 各缸活塞位移量对比分析 图 4 为计算得出的某星型发动机各缸活塞位移值随 曲轴转角的变化，由该图可大致看出，该发动机各缸活塞 位移量最大值和最小值基本相同。根据曲轴连杆机构运动 学计算得出各缸活塞最大位移值，最小位移值，以及对应 的曲轴转角见表 1。由表 1 可知，该发动机各缸活塞最大 位移值的最大不均匀度为：
杆连接到主连杆上[3]。
图 1 为某星型发动机的主副连杆结构图，图中标有主
连杆字样的为该发动机的主连杆，即第一缸的连杆，其余
8 个圆孔则对应安装 8 个副连杆，副连杆通过固定在主连
杆曲柄头内的副连杆杆销与主连杆连接。为了使发动机各
个汽缸都获得同一数值的压缩比，虽然各销孔对称分布于
主连杆纵向轴线的两侧，但是在同一侧，各销孔中心与曲
=（301.5 -300.8）（/ 2*301.262）=0.219%
（6）
=（171.5-170.7331）（/ 2*171.1959）=0.448%
（7） 根据对以上数据进行对比可知，主副连杆对应的活塞 最大位移值和最小位移值都不相同，这将导致其所对应的 各缸的压缩比均有所差异，但从最大位移值的最大不均匀 度 0.219%和最小位移值的最大不均匀度 0.448%来看，该 最大不均匀度对发动机压缩比的影响很小。 5 结论 通过对某星型发动机主副连杆结构对应活塞位移的 计算分析可知：虽然主副连杆对应各缸活塞的最大和最小 位移值各不相同，各缸压缩比会有所差异，但该不均匀度 对各缸性能的影响非常小，可以不予考虑。
· 36 ·
内燃机与配件
星形发动机压缩比之主副连杆结构计算分析
刘雅欣
（湘潭大学机械工程学院，湘潭 411105）
摘要院本文通过对星型发动机主副连杆结构对应活塞位移的计算，进一步分析星型活塞发动机的主副连杆机构对各缸压缩比的 均匀性的影响。通过分析可知，虽然该主副连杆对应的活塞最大位移值和最小位移值都并不完全相同，但最大不均匀度对发动机性能
是压缩比。压缩比是衡量发动机性能的及其重要的因素之 一。主要是通过对活塞运动位移与上止点时燃烧室容积的 计算得出[2]。当活塞处于下止点时，气缸内具有最大容积； 与之相反，当活塞在上止点时，容积最小，也被称为燃烧室 的容积。压缩比越大，则气体被压缩得越厉害，那么发动机 产生的功率就会越大。活塞运动位移的计算，主要为曲轴 连杆机构的运动学计算。
图 3 为典型的曲轴连杆机构运动学计算分析图。图 中，theta 为曲轴转角，beita 为连杆的摆角。
率的关键部件。而连杆的重要作用就是连接活塞和曲轴，
从而将活塞的往复运动转换成为曲轴的旋转运动。星型发
动机上基本上用的主副式连杆结构。每一排中有一个汽缸
的活塞通过主连杆与曲轴连接，其他汽缸的活塞通过副连
参考文献院 [1]景国玺，张小良，王斌，许春光，王小慧，赵志强.某星形活塞 发动机主连杆多轴疲劳强度分析[J].内燃机工程，2017，38（01）： 102-108. [2] 万 昌 德 . 航 空 发 动 机 的 发 展 历 程 [M]. 北 京 ：航 空 出 版 社 ， 2007. [3]丁发军编.航空活塞发动机及其维修技术[M].西南交通大 学出版社，2015. [4]吴兆汉，等编.内燃机设计[M].北京理工大学出版社，1990.
柄头中心的距离并不相等。具体结构如图 1 所示[4]。 图 2 为该发动机曲轴连杆机构运动件总体装配图，图
纸中绿线代表曲轴，9 根蓝线代表连杆中的主连杆，8 根红
图 3 曲轴连杆机构运动学计算分析图
由曲轴连杆机构运动学计算公式可知，主连杆位移为：
线则分别代表 8 根副连杆。
（1）
2 主连杆对应活塞的位移计算
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170.7331 293.3
301.2708 162.9
171.3141 336.8
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Internal Combustion Engine & Parts
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连杆
最大位移值 曲轴转角 最小位移值 曲轴转角
主连杆
301.5 360 171.5 180
表 1 各缸活塞位移计算结果表
第一副连杆 第二副连杆 第三副连杆 第四副连杆 第五副连杆 第六副连杆 第七副连杆 第八副连杆
301.4991 400.5
式中，R 为曲轴半径，L 为主连杆长度，L1 为副连杆长
在压缩过程中的混合气体在汽缸内被压缩的程度就 度，姿=R/L。
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院刘雅欣（2000-），女，湖南株洲人，本科在读，研究方向 为能源动力。
3 副连杆对应活塞的位移计算 同理，由曲轴连杆机构运动学计算公式可知，第一副
及维修便利等优点[1]，且由于其具有单位体积功
率大、重量轻、结构紧凑、寿命长等特点，该发动 机被广泛应用于通用航空领域，包括工业、农
第三副连杆
业、林业、渔业、建筑业等，常选做个人用小型飞 机、竞技飞机和航空教练机的主要动力装置之
图 1 主副连杆结构图
图 2 发动机运动件轨迹图
一。星型发动机的主要构造包括：气缸、活塞、主 副连杆、减速器、曲轴、气门结构和机匣等[2]。其中，主副连杆 结构是星型活塞发动机的重要零部件之一。
由于该发动机主副连杆对应的活塞最大位移值和最 小位移值都并不完全相同，这样相对于各缸的压缩比肯定 也不完全一样。本文通过曲轴连杆机构的动力学来计算分 析主副连杆对发动机压缩比的影响，从而探寻主副连杆对 应活塞运动位移最大不均匀度对发动机性能的影响。
1 主副连杆结构 在星型发动机结构中，曲轴是星型发动机对外输出功
的影响非常小。
关键词院星型发动机；主副连杆；压缩比 中图分类号院U464.13
文献标识码院A
文章编号院1674-957X（2021）13-0036-02
0 引言 星型发动机是气缸环绕曲轴呈星型排列的
主连杆
一种往复式内燃机。由于气缸呈星型排列，所以
第一副连杆
星型发动机具有各缸散热均匀、发动机整体长
度较短小、曲轴结构简单、加工精度容易保证以
171.0918 464.4
301.4991 319.5
171.4924 500.8
连杆位移为：
图 4 各缸活塞位移计算结果图
最小位移值的最大不均匀度为：
（2）
式中等效曲轴转角 theta' 为： （3）
等曲轴长度为：
（4）
（5） R 为曲轴半径，L1 为副连杆长度，r 为各副连杆安装 孔到连杆轴颈的距离。 其它副连杆位移计算方法同上。 4 各缸活塞位移量对比分析 图 4 为计算得出的某星型发动机各缸活塞位移值随 曲轴转角的变化，由该图可大致看出，该发动机各缸活塞 位移量最大值和最小值基本相同。根据曲轴连杆机构运动 学计算得出各缸活塞最大位移值，最小位移值，以及对应 的曲轴转角见表 1。由表 1 可知，该发动机各缸活塞最大 位移值的最大不均匀度为：
杆连接到主连杆上[3]。
图 1 为某星型发动机的主副连杆结构图，图中标有主
连杆字样的为该发动机的主连杆，即第一缸的连杆，其余
8 个圆孔则对应安装 8 个副连杆，副连杆通过固定在主连
杆曲柄头内的副连杆杆销与主连杆连接。为了使发动机各
个汽缸都获得同一数值的压缩比，虽然各销孔对称分布于
主连杆纵向轴线的两侧，但是在同一侧，各销孔中心与曲
=（301.5 -300.8）（/ 2*301.262）=0.219%
（6）
=（171.5-170.7331）（/ 2*171.1959）=0.448%
（7） 根据对以上数据进行对比可知，主副连杆对应的活塞 最大位移值和最小位移值都不相同，这将导致其所对应的 各缸的压缩比均有所差异，但从最大位移值的最大不均匀 度 0.219%和最小位移值的最大不均匀度 0.448%来看，该 最大不均匀度对发动机压缩比的影响很小。 5 结论 通过对某星型发动机主副连杆结构对应活塞位移的 计算分析可知：虽然主副连杆对应各缸活塞的最大和最小 位移值各不相同，各缸压缩比会有所差异，但该不均匀度 对各缸性能的影响非常小，可以不予考虑。
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内燃机与配件
星形发动机压缩比之主副连杆结构计算分析
刘雅欣
（湘潭大学机械工程学院，湘潭 411105）
摘要院本文通过对星型发动机主副连杆结构对应活塞位移的计算，进一步分析星型活塞发动机的主副连杆机构对各缸压缩比的 均匀性的影响。通过分析可知，虽然该主副连杆对应的活塞最大位移值和最小位移值都并不完全相同，但最大不均匀度对发动机性能
是压缩比。压缩比是衡量发动机性能的及其重要的因素之 一。主要是通过对活塞运动位移与上止点时燃烧室容积的 计算得出[2]。当活塞处于下止点时，气缸内具有最大容积； 与之相反，当活塞在上止点时，容积最小，也被称为燃烧室 的容积。压缩比越大，则气体被压缩得越厉害，那么发动机 产生的功率就会越大。活塞运动位移的计算，主要为曲轴 连杆机构的运动学计算。
图 3 为典型的曲轴连杆机构运动学计算分析图。图 中，theta 为曲轴转角，beita 为连杆的摆角。
率的关键部件。而连杆的重要作用就是连接活塞和曲轴，
从而将活塞的往复运动转换成为曲轴的旋转运动。星型发
动机上基本上用的主副式连杆结构。每一排中有一个汽缸
的活塞通过主连杆与曲轴连接，其他汽缸的活塞通过副连
参考文献院 [1]景国玺，张小良，王斌，许春光，王小慧，赵志强.某星形活塞 发动机主连杆多轴疲劳强度分析[J].内燃机工程，2017，38（01）： 102-108. [2] 万 昌 德 . 航 空 发 动 机 的 发 展 历 程 [M]. 北 京 ：航 空 出 版 社 ， 2007. [3]丁发军编.航空活塞发动机及其维修技术[M].西南交通大 学出版社，2015. [4]吴兆汉，等编.内燃机设计[M].北京理工大学出版社，1990.
柄头中心的距离并不相等。具体结构如图 1 所示[4]。 图 2 为该发动机曲轴连杆机构运动件总体装配图，图
纸中绿线代表曲轴，9 根蓝线代表连杆中的主连杆，8 根红
图 3 曲轴连杆机构运动学计算分析图
由曲轴连杆机构运动学计算公式可知，主连杆位移为：
线则分别代表 8 根副连杆。
（1）
2 主连杆对应活塞的位移计算