曲柄连杆机构
第二章曲柄连杆机构09
0
不同形式的载荷，为了保证工作
可行减少磨损，在结构上要采取
相应的措施。
第二节 机体组（气缸体曲轴箱组）
机体组：包括机体、气缸盖、缸垫、气缸盖罩、主轴承盖、 以及油底壳。
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 零部件的装配基体。 气缸盖用来封闭气 缸顶部，并与活塞 顶和气缸壁一起形 成燃烧室。 另外，气缸盖和机 体内的水套和油道 以及油底壳又分别 是冷却系和润滑系 的组成部分。
往复惯性力与离心力作用的后果：加剧发动机的振动（上下振动，水平振动）, 增加发动机曲柄连杆机构的各部件及所有轴颈、轴承的磨损。
3、摩擦力：存在于作相对运动而又相互接触的零件表面之间。如气缸壁与
活塞间等。
*上述各力作用于曲柄连杆机构
及机体的各有关零件上，使它们 受到压缩、拉伸、弯曲、扭转等
加0
速
减 vmax
3、多缸发动机的气缸排列形式： 直列式：发动机的各气缸成一字型排列。 双列式：V型 Φ<180° ； P型 Φ=180°。
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，增加了宽 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。多 用于赛车。
对置气缸式发动机
状 5)篷形燃烧室，是近年来在高性能多气门轿车发动机上广
泛应用的燃烧室。
柴油机的分隔式燃烧室有两种类型： 1)涡流室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接通道与副燃烧室切向
连接，在压缩行程中，空气从主燃烧室经连接通道进入副燃烧室， 在其中形成强烈的有组织的压缩涡流，因此称副燃烧室为涡流室。
2)预燃室燃烧室，其主、副燃烧室之间的连接通道不与副燃烧室切向 连接，且截面积较小。在压缩行程中，空气在副燃烧室内形成强 烈的无组织的紊流。燃油迎着气流方向喷射，并在副燃烧室顶部 预先发火燃烧，故称副燃烧室为预燃室。
《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。
《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
3.曲柄连杆机构
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：活塞在气缸内的起良好的导向作用，气缸与活塞之 间在任何工况下都应该保持适宜的间隙，并承受侧压力， 防止破坏油膜。
主
次
推
推
销座孔 力
力
裙
面
面
部
2016.9
活塞的变形
形变原因：热膨胀、侧压力和气体压力。 变形规律：
凸起呈球状、顶部强 度高，起导向作用、 有利于改善换气过程, 在不改变气缸盖结构 的情况下增大压缩比。
2016.9
凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧；调整压缩比， 防止碰气门。
活塞头部
位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。 作用：
1、承受活塞顶的压力，并传给活塞销。 2、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
2016.9
1)浴盆形燃烧室，结构简单，气门与气缸轴线平行， 进气道弯度较大。压缩行程终了能产生挤气涡流。
2)楔形燃烧室，结构比较紧凑，气门相对气缸轴线 倾斜，进气道比较平直，进气阻力小。压缩行程终 了时能产生挤气涡流。
3)半球形燃烧室，结构最紧凑，燃烧室表面积与其 容积之比(面容比)最小。进排气门呈两列倾斜布置， 不能产生挤气涡流。
工作条件：由于接触高温 高压燃气，要求气缸盖应 具有足够的强度和刚度， 良好的冷却。
导热性好、利于提高压缩比，但 刚度低，易变形，适用与高速高
强化汽油机
2016.9
燃烧室
燃烧室基本要求
1、结构紧凑（表面积/容积）要小，减小 热损失，缩短火焰行程，提高热效率 2、能增大进气门直径或进气道通道面积： 增加进气量，提高发动机转矩和功率 3、能在压缩行程终点产生挤气涡流：以提 高混合气燃烧速度，保证混合气充分燃烧 ·汽油机燃烧室： 在气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑， 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： 有直喷式和分隔式两种燃烧室。应与燃油 喷射、空气涡流运动进行良好配合。
曲柄连杆机构概述
曲柄连杆机构受力分析
3．离心力——是指曲柄、连杆轴颈、连杆大头等围绕曲轴轴线做圆周运 动产生的离心惯性力，简称离心力，用FC表示。
离心力在垂直方向上的分力Fcy，与惯性力Fj的 方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动 。
而水平方向的分力Fcx则使发动机产生水平方向 的振动。
此外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈受到又 一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。
曲柄连杆机构受力分析
曲柄连杆机构受力分析
曲柄连杆机构在工作时做变速运动，受力情况相当复杂，气体压力、往复 惯性力、旋转运动的离心力、相对运动件接触表面的摩擦力等都作用在曲柄连 杆机构上。
（1）气体压力
（2）往复惯性力
（3）旋转运动的离心力
（4）相对接处表—在发动机工作循环的每个行程中，气
曲柄连杆机构受力分析
4．摩擦力——任何一对互相压紧并做 相对运动的零件表面之间都存在摩擦力。 在曲柄连杆机构中，活塞、活塞环与气缸 壁之间，以及曲轴、连杆轴承与轴颈之间 都存在摩擦力，摩擦力是造成零件配合表 面磨损的根源。
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曲柄连杆机构的组成
曲柄连杆机构的作用 曲柄连杆机构的组成 曲柄连杆机构的工作条件
曲柄连杆机构的作用
将燃烧的油气混合气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。
曲柄连杆机构的组成
机体组
活塞连杆组
曲轴飞轮组
曲柄连杆机构的工作条件
曲柄连杆机构是在高温、高压、高速和化学腐蚀的环境中工作的。 高温：最高可达 2500K以上 ； 高压：最高可达 5MPa—10MPa； 高速：最高可达 3000 r/min—6000 r/min； 化学腐蚀：可燃混合气和燃烧废气直接接触机件；
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。
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。
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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。
总结曲柄连杆机构知识点
总结曲柄连杆机构知识点一、曲柄连杆机构的结构原理1.曲柄连杆机构的基本结构及工作原理曲柄连杆机构由曲柄、连杆和活塞组成，是将旋转运动转换为直线运动的重要机构。
当曲柄进行旋转运动时，连杆受到曲柄的驱动而进行周期性的往复运动，从而带动活塞在缸体内做往复运动。
曲柄连杆机构常用于内燃机中，将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动，从而驱动汽缸内的工作介质进行工作。
2.曲柄连杆机构的分类曲柄连杆机构根据曲柄与连杆的相对位置和连接方式可以分为直线型曲柄连杆机构、旋转型曲柄连杆机构、曲柄与连杆垂直的曲柄连杆机构等。
这些不同类型的曲柄连杆机构在结构上有所差异，但其基本工作原理是相似的，都是通过曲柄的旋转运动将活塞做往复运动。
3.曲柄连杆机构的优缺点曲柄连杆机构具有结构简单、运动平稳、传动效率高等优点，适用于很多工程领域。
但是也存在一些缺点，比如体积较大、重量较重、制造成本高等，因此在一些特殊情况下可能不适用。
二、曲柄连杆机构的运动分析1.曲柄连杆机构的运动轨迹分析曲柄连杆机构中曲柄的运动轨迹是一个圆周，而连杆的运动轨迹是一个椭圆。
在曲柄连杆机构中，连杆在曲柄的带动下进行往复运动，其运动轨迹是连杆机构设计中需要重点考虑的问题之一。
2.曲柄连杆机构的速度和加速度分析曲柄连杆机构中的速度和加速度分析是设计和计算的重要内容。
通过对曲柄连杆机构的速度和加速度进行分析，可以确定连杆的运动规律，为机构的设计和优化提供依据。
3.曲柄连杆机构的动力分析曲柄连杆机构的动力分析是指针对机构的动力传递和能量转换进行的分析。
通过对曲柄连杆机构的动力分析，可以确定机构的工作性能和能量损失情况，为机构的优化设计提供技术支持。
三、曲柄连杆机构的设计计算1.曲柄连杆机构设计的基本原则曲柄连杆机构的设计需要遵循一定的原则，包括结构合理、运动平稳、传动效率高等。
在设计曲柄连杆机构时，需要充分考虑这些原则，确保机构能够满足工程需求。
2.曲柄连杆机构设计的计算方法曲柄连杆机构的设计计算方法主要包括曲柄长度的设计、连杆长度的设计、活塞行程的设计等。
曲柄连杆机构概述和分类
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
曲柄连杆机构动力学分析
sin 1 2 sin 2 3/ 2
（精确式）
L
2 sin 1
1 2
2
1 3cos2
（近似式）
在α=90º或270º时达到极值：
Le
2 (1 2 )1/ 2
（精确式）
Le
21
1 2
2
（近似式）
摆动角速度和角加速度精确式中分母均近似等于1，因此两者均 随α近似按简谐规律变化。
2
sin
2
vI
vII
无量纲加速度（活塞加速度系数）：
（精确式） （近似式）
a
a
2R
cos( cos
)
cos2 cos3
（精确式）
a cos cos2 aI aII
（近似式）
再将不同λ值下上述无量纲量的数值列成表格，以备查用。
二、偏心曲柄连杆机构（偏置曲柄连杆机构）
1、采用偏心曲柄连杆机构的原因 凡是曲轴回转中心线或者活塞销中心线不与气缸中心线相交的曲
柄连杆机构都是偏心机构。根据偏心方向的不同，分为正偏心机构 和负偏心机构。正偏心机构（如图a、图b所示）在活塞下行时连杆 摆角较小，使得作功行程中活塞侧推力有
侧
侧
（a）曲轴正偏心 （b）活塞销正偏心 （c）活塞销负偏心
偏心曲柄连杆机构
负偏心机构广泛应用于车用汽油机中，目的是减轻活塞对气缸壁的 敲击，降低运转噪声。 正偏心机构多用于柴油机，目的是改善散热，减轻主推力边的热负 荷，使顶环隙整个圆周上不积碳。
180
arcsin 1
活塞行程：S R 1/ 12 2
1/
由近似式可得出活塞最大速度
vmax
R (sin v max
《曲柄连杆机构》课件
可靠性原则
确保曲柄连杆机构在各种工况下都能稳定、 可靠地工作。
经济性原则
在满足功能和效率的前提下，尽可能降低曲 柄连杆机构的设计和制造成本。
曲柄连杆机构的优化方法
数学建模
建立曲柄连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析和优化设计。
拓扑优化
改变曲柄连杆机构的内部结构，以实现更好 的刚度和强度。
尺寸优化
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
KEEP VIEW
REPORTING
按连杆数目分类
三杆曲柄连杆机构
包括一个曲柄、一个连杆和一根轴。 这种机构结构简单，常用于一些简单 的机械装置中。
四杆曲柄连杆机构
由四个构件组成，包括一个曲柄、一 个连杆、一根轴和一根导杆。这种机 构在汽车等复杂机械中应用广泛，可 以实现复杂的运动轨迹。
按曲轴的形式分类
直列式曲柄连杆机构
曲轴的各曲拐按直线排列，这种机构结构紧凑，适用于小缸径发动机。
对易损件如轴承、密封圈等进行定期更换 。
对曲柄连杆机构的参数进行定期检查和调 整，确保机构运行正常。
PART 05
曲柄连杆机构的发展趋势 与展望
曲柄连杆机构的新材料、新工艺、新技术
总结词
介绍曲柄连杆机构在材料、工艺和技术方面的创新和突破，以及这些创新对机构性能和 效率的影响。
详细描述
随着科技的不断发展，曲柄连杆机构在材料、工艺和技术方面也在不断创新和突破。例 如，采用高强度轻质材料可以减小机构的质量和惯性，提高其动态响应性能；采用先进 的表面处理技术可以提高机构的耐磨性和耐腐蚀性，延长其使用寿命；采用智能传感器
观察法
观察曲柄连杆机构的外观和运行状况 ，判断是否存在故障。
第04章曲柄连杆机构介绍
第四章曲柄连杆机构第一节概述一、功用与组成曲柄连杆机构是内燃机完成工作循环、实现能量转换的传动机构。
它在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动；而在进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变为活塞的往复直线运动。
因此曲柄连杆机构的功用是：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。
曲柄连杆机构由以下3部分组成：机体组主要包括气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套、曲轴箱和油底壳等不动件。
活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件。
曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮和扭转减振器、平衡轴等机构。
二、工作条件及受力分析曲柄连杆机构是在高温、高压、高速以及有化学腐蚀的条件下工作的。
在发动机作功时，气缸内的最高温度可达2 500k以上，最高压力可达5 MPa～9MPa，现代汽车发动机最高转速可达3 000r／min～6 000r／min，则活塞每秒钟要行经约100~200个行程，可见其线速度是很大的。
此外，与可燃混合气和燃烧废气接触的机件(如气缸、气缸盖，活塞等)还将受到化学腐蚀。
由于曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，因此它在工作时的受力情况是很复杂的。
在此只对受力情况作简单分析。
曲柄连杆机构受的力主要有气体压力，往复惯性力，旋转运动件的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力。
1．气体压力在每个工作循环的四个行程中，气缸内气体压力始终存在而且是不断变化的。
作功行程压力最高，其瞬间最高压力汽油机可达3MPa～5MPa；柴油机可达5MPa～9MPa，这意味着作用在曲柄连杆机构上的瞬间冲击力可达数万牛顿(N)。
下面分析各机件作功行程的受力情况。
如图4-1a所示，气体压力对气缸盖和活塞顶作用有大小相等，方向相反的力，分别用P'和P p表示。
作用力P p经活塞传到活塞销上，分解为N p和S p两个力。
N p垂直于集中力p气缸壁，它使活塞的一个侧面压向气缸壁，称为侧压力。
曲柄连杆机构的组成和功用
曲柄连杆机构的组成和功用
摘要：
一、曲柄连杆机构的组成
1.机体组
2.活塞连杆组
3.曲轴飞轮组
二、曲柄连杆机构的功用
1.能量转换
2.运动方式转换
3.输出动力
正文：
曲柄连杆机构是内燃机的核心机构之一，它的组成和功用对于内燃机的工作至关重要。
一、曲柄连杆机构的组成
1.机体组：机体组包括气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱及油底壳等零件。
2.活塞连杆组：活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦及连杆螺栓等零件。
3.曲轴飞轮组：曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、平衡轴、平衡轴齿轮等零件。
二、曲柄连杆机构的功用
1.能量转换：曲柄连杆机构的作用是将燃料燃烧所释放的热能通过活塞、连杆、曲轴等转变成能够驱动汽车行驶的机械能。
2.运动方式转换：曲柄连杆机构在做功行程中将活塞的往复直线运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力；而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
3.输出动力：通过曲柄连杆机构，内燃机能够将燃烧产生的能量转化为机械能，从而驱动汽车等机器正常运行。
曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的常见故障与维护
曲轴磨损 曲轴是发动机的 核心部件之一， 若曲轴磨损严重， 会影响发动机的 动力输出和运转
平稳性
飞轮损坏 飞轮是储存和释放动力的关键部件，若飞轮损坏，会
影响发动机的动力输出和运转平稳性
连杆弯曲或断裂 连杆是连接活塞和 曲轴的重要部件， 若连杆弯曲或断裂， 会导致活塞无法正 常运动，严重时会
导致发动机损坏
曲柄连杆机构的常见故障与维护
3.2 维护与保养
为了延长曲柄连杆机构的使用寿命和提高发动机的性能 ，以下是一些建议的维护与保养措施
定期更换机油：机油是发动机的润滑剂，定期更换 机油有助于减少机件的摩擦和磨损 检查机体组：定期检查机体组各部位是否松动、变 形或损坏，如有异常应及时修复 检查活塞环：定期检查活塞环是否磨损严重、老化 或断裂，如有问题应及时更换 检查气缸：定期对气缸进行测量和检查，如发现气 缸磨损超限应更换气缸套或进行修理
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曲柄连杆机构的常见故障与维护
曲柄连杆机构的常见故障与维护
曲柄连杆机构由于长时间处于高温、高压和高摩擦 的工作环境中，容易出现磨损和变形等问题
因此，日常维护和保养非常重要
这些问题的出现会影响发动机的正常运转，严重时 会导致发动机损坏或失效
曲柄连杆机构的常见故障与维护
3.1 常见故障
活塞环磨损：活塞环是活塞连杆组中重要的部件之一，它的主要作用是密封燃烧室内 的气体。若活塞环磨损严重，会导致燃烧室内气体泄漏，影响发动机的动力输出和燃 油经济性
曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成
曲柄连杆机构的组成
1.1 机体组
第二章 曲柄连杆机构动力学分析
α =180º 时活塞的加速度已不是最大负向加速度 amin R 2 (1 ) （极大值）
可以看出，对于中低速柴油机其连杆较长，λ 小于1/4，活塞加速 度在360º 范围内只有两个极值；对于高速内燃机，λ 一般大于1/4， 活塞加速度在360º 范围内有四个极值 实际发动机的活塞最大加速度： 汽油机amax=(500-1500)g 柴油机amax=(200-800)g
Le 2 1 2
在曲柄连杆机构运动学计算中，通常将活塞的位移、速度和加速度 分别除以R、Rω 、Rω 2，无量纲化，写成 无量纲位移（活塞位移系数）： x 1 x 1 cos 1 1 2 sin 2 R （精确式）
x 1 cos
1 sin 1 2 2 L cos 1 sin 2 （近似式）
2 2Leabharlann L cos（精确式）
在α =0º 或180º 时达到极值： Le 连杆摆动角加速度ε L： sin 2 2 L 1 3/ 2 2 2 1 sin
cos vmax
L
1
L R 1 2 1 R R 1 2 cos
2 2
由近似式可得出活塞平均速度
cm
1
0
Sn R (sin sin 2 )d R 2 30
2
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：
v max R 1 2 2 1 2 cm 2 R
mr R e
2 i
Pj m j a m j R 2 cos m j R 2 cos2 PjI PjII
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教学过程
（引入新课：）
在前面我们学到发动机总体构造，其中讲到了发动机的组成（两大机构、五大系），首当其冲就是曲柄连杆机构，可见它是构成发动机重要的部件之一。
本次课主要学习的内容是曲柄连杆机构的功用、组成和工作原理。
（讲授新课）
一、功用、组成和工作原理
功用：将燃气作用在活塞顶上的压力转变为能使曲轴旋转运动而对外
输出的动力。
曲柄连杆机构是往复活塞式发动机将热能转换为机械能的主要机构。
在发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞作往复直线运动。
经活塞销、连杆和曲轴，将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。
发动机产生的动力，大部分经由曲轴后端的飞轮输出；还有一部分用以驱动本机其他机构和系统。
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。
1机体组
主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套和气缸垫等不动件。
2活塞连杆组
主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件。
3曲轴飞轮组
主要包括曲轴和飞轮等机件。
曲柄连杆机构的主要零部件以及相互连接关系如图21所示。
二、工作条件与受力分析
在发动机工作时，气缸内最高温度可达2 500K以上，最高压力可达5MPa－9MPa，现代发动机最高转速可达4 000r／min－ 6 000r／min，速度是很高的。
此外，与可燃混合气和燃烧废气接触的机件（如气缸、气缸盖、活塞组等）还将受到化学腐蚀和电化学腐蚀。
因此，曲柄连杆机构是在高温、高压、高速和有腐蚀的条件下工作的。
由于曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，因此，它在工作中的受力情况很复杂，其中主要有气体作用力、运动质量的惯性力、旋转运动件的离心力以及相对运动件的接触表面所产生的磨擦力等。
1、气体作用力
在工作循环中，气体压力始终存在。
但由于进气、排气两个行程中的气体压力较小，对机件影响不大，故这里主要分析作功和压缩两个行程中气体的作用力。
在作功行程中，气体压力推动活塞向下运动。
活塞所受的总压力对活塞销上可分解为F Pl和F P2；F Pl l通过活塞销传给连杆，并通过连杆作用在曲轴上。
对曲轴F Pl还可分解为两个分力R和S；分力R使曲轴压向主轴颈；分力S垂直于曲柄，对曲轴产生力矩T，驱动曲轴旋转。
F P2把活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支撑在车架上。
在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。
这时作用在活塞顶上的气体压力也可分解。
分力S′对曲轴形成一个旋转阻力矩T′，企图阻止曲轴旋转。
由上述分析可知，作功行程中气体压力越大，发动机动力也越大。
但气体压力又是造成机件磨损和损坏的主要因素。
如活塞与活塞销、活塞销与连杆衬套、连杆轴承与连杆轴颈、主轴承与主轴预等在气体压力作用下互相压紧，在运动中产生磨损；另外，气体压力还会使活塞紧压在气缸壁上，从而加剧活塞、活塞环和气缸壁的磨损。
2、往复惯性力与离心力
往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。
物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。
这两种力在曲柄连杆机构的运动中都存在。
当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小至零。
由于往复惯性力和气体压力都可以认为作用于气缸中心，只是上、下方向有时不同，因此惯性力分解后引起各传动机件的受力情况和气体压力相同。
但惯性力不作用于气缸盖，它在单缸发动机内部是不平衡的，会引起发动机上下振动，多缸发动机的惯性力可能在各缸之间相互平衡，引起振动的倾向大为减小。
连杆轴颈和连杆大头在绕曲轴轴线旋转时，将产生离心力，其方向沿曲柄向外。
加剧了发动机的上下振动。
而水平方向上的分力则使发动机产生水平方向的振动。
另外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈、曲轴主轴承和轴颈受到又一附加载荷，增加了它们的变形和磨损。
3、摩擦力
曲柄连杆机构中互相接触的表面作相对运动时都存在摩擦力，其大小与正压力和摩擦系数成正比，其方向总是与相对运动的方向相反。
摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根
源。
上述各种力，作用在曲柄连杆机构的各有关零件上，使它们承受了拉伸、压缩、弯曲和扭转等不同形式的载荷。
为了保证工作可靠，减少磨损，减轻振动，在结构上应采取相应措施。
如为了减小曲轴离心力的影响，在曲轴上增设平衡块；为抵抗连杆的拉伸、压缩及弯曲等变形，将连杆杆身断面制成“工”字形；为减小惯性力的影响，活塞采用质量较轻的铝合金材料；为减少机件磨损，可提高加工精度、材料硬度和加强润滑等等。
(课堂小结)
1、曲柄连杆机构的功用及组成；
2、曲柄连杆机构的工作原理；
3、正确分析发动机工作时的受力情况。
（布置作业）
1、曲柄连杆机构由哪几部分组成的？
2、画出发动机工作时的受力分析图。
（教学后记）
通过不断变化教学，从中发现学生更加喜欢形象的图片和动画来进行模块学习。