1曲柄连杆结构参数识别
《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。
曲柄连杆机构认识
机体组
汽缸体内引导活塞做往复运动的圆筒即为汽缸，汽缸外面制有水套用以散热。曲轴箱上有主
轴承座孔、主油道和分油道。
直列式
V形式
机体组
汽缸的排列形式有直列式、V形式、对置式
对置式
平底式
龙门式
隧道式
机体组
曲轴箱结构形式的不同，机体可分为平底式、龙门式和隧道式。
（a）水冷式
（b）风冷式
机体组
汽缸体按冷却方式的不同，汽缸体可分为水冷式和风冷式。
振器等组成。
曲轴飞轮组
曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、后端轴等。一个连杆轴颈和它两端的曲 柄及主轴颈构成一个曲拐。
曲轴飞轮组
曲轴油封为了防止机油沿曲轴颈外漏，在曲轴前端上有一个甩油盘，随着曲轴旋转，当被齿
轮挤出和甩出的机油落到盘上时，这部分机油将回到油底壳中。
曲轴飞轮组
曲轴是一种扭转弹性系统，本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，为了消减曲轴的
活塞连杆组
汽油发动机活塞的顶部形状有平顶式、凹顶式、凸顶式。
活塞连杆组
活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与汽缸壁间的密封，防止高温高压燃气
进入曲轴箱；同时还将活塞顶部的大部分热量传导给汽缸。油环主要是刮油、布油和辅助密封。
活塞连杆组
活塞销为中空的圆柱体，其作用是连接活塞与连杆小端，将活塞承受的气体的作用力传递给
扭转振动，因此安装曲轴扭转减振器。
曲轴飞轮组
曲轴的作用是将活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出；驱动配气机构及其他附属装
置，如风扇、水泵、发电机等。
曲轴飞轮组
飞轮是安装在发动机回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当发动机转速增高时，飞轮
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。
第二章第一节 曲柄连杆机构概述
一、曲柄连杆机构的功用
热能 机械能 转 矩 连杆 曲轴
燃气压力
活塞
曲柄连杆机构能量转换
热能 转变为 机械能 向工作 机构 输出 机械能
曲柄连杆机构工作过程
将活塞 顶上的 燃气 压力 转变பைடு நூலகம் 曲轴 转矩
二、曲柄连杆机构的组成
1、机体组 气缸体 曲轴箱 气缸套 气缸盖 气缸垫 油底壳等 2、活塞连杆组 活塞 活塞环 活塞销 连杆等
F´j n
F´j
F´c F´cx
F´cy
3、摩擦力 各相对运动件表面的摩擦阻力
曲柄连杆机构中相互接触的表面做相对运动 时都存在摩擦力，其大小与正压力和摩擦系 数成正比，其方向总与相对运动方向相反。 摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根源。
考 点
• • • • • • • • • 1.曲柄连杆机构的功用 将活塞顶上燃气压力 转变为曲轴 转矩 向工作机构 输出机械能 2.曲柄连杆机构的组成 机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组 3.曲柄连杆机构受力分析 气体作用力 往复惯性力与离心力 摩擦力
F´R 压紧力 F´
S
旋转阻力
T´
F´S
F´R
F´p1
• 2、往复惯性力和离心力（※）
（1）活塞在上半行程时（向下运动）
Fj
Fj
Fj 惯性力（向上）
Fc 离心力
Fcy 上下振动
Fc n
Fcx
Fcy
Fcx 水平振动
• （2）活塞在下半行程时（向下运动）
F´j 惯性力(向下)
F´c 离心力 F´cy 上下振动 F´cx 水平振动
3、曲轴飞轮组 曲轴 飞轮等
三、曲柄连杆机构的受力分析
• 1.气体作用力（※）
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。
第二章讲义曲柄连杆机构1
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
（二）气缸体与曲轴箱：
气缸体是气缸的壳体，曲轴箱是支承曲 轴作旋转运动的壳体，二者组成了发动 机的机体。 水冷式发动机的气缸体和曲轴箱常铸成 一体，称为气缸体－曲轴箱，也可简称 为气缸体。 风冷式发动机常将气缸体与曲轴箱分开 制造再用螺栓连接起来。
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
高度小，总 体布置方便
对置气缸式发动机
第二章 曲柄连杆机构
（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体
A、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。 B、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。
类型 整体式
镶嵌式
构造
性能及应用
气缸直接镗在气缸 体上
强度和刚度好，能 承受大负荷。成本 高。
用耐磨优质材料制 降低了制造成本，
(1)作功行程：侧压力 NP向左，活塞的左侧 面压向气缸壁，左侧 磨损严重
NP
P SP
RP TP
第二章 曲柄连杆机构
(2)压缩行程：侧压 力NP向右，活塞的 右侧面压向气缸壁， 左侧磨损严重
NP SP
P
RP TP
第二章 曲柄连杆机构
2、 往复惯性力Pj：
活塞在上半行程时，
惯性力都向上，下半行
Pj
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
Байду номын сангаас
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
气缸体
油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
第二章 曲柄连杆机构
2、活塞连杆组：
活塞、 活塞环、 活塞销 连杆
曲柄连杆机构的结构
曲柄连杆机构的结构曲柄连杆机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于工程领域。
它由曲柄、连杆和活塞组成，通过曲柄的转动，实现连杆和活塞的运动。
本文将详细介绍曲柄连杆机构的结构、工作原理及其应用。
一、曲柄连杆机构的结构曲柄连杆机构由曲柄、连杆和活塞组成。
其中，曲柄是一个可以绕固定轴转动的机构件，通常呈圆形或椭圆形，用于将旋转运动转换为直线运动，产生周期性运动。
连杆是连接曲柄和活塞的构件，起着传递运动的作用。
活塞是一个圆柱形构件，可以在封闭的容器内往复运动，用于传递力和能量。
曲柄连杆机构的结构简单、紧凑，并且能够将旋转运动转换为直线运动，具有较高的效率。
曲柄连杆机构还可以根据不同需求进行调节和优化，以获得不同的运动特性。
二、曲柄连杆机构的工作原理曲柄连杆机构基于几何学原理和运动学原理，其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 曲柄的旋转：通过外部动力源（如发动机）、电机等将曲柄转动，使其先顺时针或逆时针旋转。
2. 连杆的运动：曲柄旋转时，连杆与曲柄的连接点形成一个虚拟的三角形，称为连杆角。
连杆在曲柄转动的作用下，会以一定的速度和方向沿着直线路径运动，其运动轨迹被称为连杆运动轨迹。
连杆的运动可以分为上行段和下行段，它们之间有一个称为死点的转角位置，连杆在这个位置上将无法运动。
3. 活塞的运动：连杆与活塞相连，通过连杆的运动，活塞也将以一定的速度和方向沿直线轨迹运动。
活塞的运动通常用来驱动其他机构或完成特定的工作任务。
通过以上步骤的循环，曲柄连杆机构可以实现连续的往复运动，将旋转运动转换为直线运动，并将动力传递到其他机构中。
三、曲柄连杆机构的应用曲柄连杆机构在工程领域中有着广泛的应用。
以下是曲柄连杆机构的几个常见应用示例：1. 发动机：曲柄连杆机构是内燃机中的基础机构，通过将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，驱动发动机的工作。
发动机是现代交通工具的动力源，曲柄连杆机构是发动机的关键部分。
2. 压力机：曲柄连杆机构常用于压力机中，将电动机或液压驱动的旋转运动转换为上下往复的压力运动，用于制造、冲压和成形等加工工艺。
曲柄连杆结构资料
功用：吸收曲轴扭 转振动的能量，消 减扭转振动。
皮带盘
惯性盘
当曲轴发生扭转振 动时，力图保持等 速转动的惯性盘便 与橡胶层发生了内 摩擦，从而消耗了 扭转振动的能量， 消减了扭振。
曲轴前端 皮带轮毂
减振器圆盘
橡胶垫
第四节 曲柄连杆机构受力分析与平衡
一、受力分析
曲柄连杆机构受的力 主要有气压力P，往复 惯 性 力 Pj ， 旋 转 离 心 力Pc和摩擦力F。
活塞头部一般做得较厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽 可能圆滑，过渡圆角R应足够大。
有的发动机活塞在第一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽。
为了保护和 加强活塞环 槽可在铝合 金活塞环槽 部位铸入由 耐热合金钢 制造的环槽 护圈。
（3）活塞裙部：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。
缺点
曲轴的加工 表面增多， 主轴承数增 多，使机体 加长
主轴承载荷较 大
应用
柴油机一般 多采用此种 支撑方式
承受载荷较 小的汽油机 可以采用此 种方式
桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组
主轴径
支撑在主轴承上，主轴径的润滑油来自机体主油道。
曲柄销（连杆轴径）
与连杆大端相连，数量与汽缸数相等。
曲柄
连接主轴径与曲柄销。为平衡曲轴的运动惯性力及力 矩，在曲柄上设置与曲柄销方向相反的平衡重。
曲轴前端
装有正时齿轮（timing gear）和三角皮带轮 （pulley），以驱动配气机构、喷油泵、水泵、机油泵、 风扇、发电机等。
曲轴后端
主要用于安装飞轮。
曲轴应防止轴向窜动，通常在曲轴前部、中部或后部 的主轴承上设有凸肩或专门安装有止推片。
简述曲柄连杆机构的结构
曲柄连杆机构是一种常见的机械传动机构，由曲柄、连杆和活动副组成。
这种机构通常被用于将旋转运动转换为直线运动，或者反过来。
以下是曲柄连杆机构的主要结构部分：
1. 曲柄（Crank）：
-曲柄是一个旋转的轴，它负责提供机械传动的输入旋转运动。
-曲柄通常被设计成一个圆轴，它在旋转时产生一个往复的运动。
2. 连杆（Connecting Rod）：
-连杆是一个连接曲柄和活动副的杆状零件。
-连杆有两个端点，一个连接曲柄，另一个连接活动副。
当曲柄旋转时，连杆会由于曲柄的旋转而发生往复运动。
3. 活动副（Slider or Piston）：
-活动副是受到连杆连接的零件，它沿直线轨迹往复运动。
-活动副的运动取决于曲柄的旋转，通过连杆传递。
4. 固定点（Fixed Point）：
-曲柄连杆机构中，有一个点是固定的，通常是曲柄的旋转轴。
-固定点提供了机械传动的稳定支点。
5. 偏心距离（Eccentricity）：
-曲柄的旋转轴与固定点之间的距离称为偏心距离。
这个距离决定了连杆运动的幅度。
曲柄连杆机构的运动特性由曲柄的旋转和偏心距离决定。
通过调整这些参数，可以实现不同的运动轨迹和机械效果。
曲柄连杆机构常见的应用包括内燃机的活塞机构、某些类型的泵和压缩机等。
学习任务_曲柄连杆机构的结构认知PPT教案
④绝热槽
为使发动机工作时，活塞受热后能与气缸壁间保 持均匀的间隙，通常采取两种措施 :
一种将活塞裙部制成锥形 。
另一种在活塞上开槽， 在活塞上开槽，活塞裙部开绝 热槽及膨胀槽，形状有 П形和T形
热。
2.气门导管的结构 气门导管过盈配合在气缸盖上
（五）气门弹簧 1.气门弹簧的功用 气门弹簧借其弹力使气门
及时关闭，并保证气门与 气门座紧密贴合。 2.气门弹簧的结构 安装时气门弹簧的一端支 撑在气缸盖和气缸体上， 而另一端则压靠在气门杆 尾端的弹簧座上，弹簧座 用锁片固定在气门杆的末 端。
4.按凸轮轴传动方式分 有齿形带传动式、链传动式和齿轮传动式三种。
5.按凸轮轴的数量分 可分为单凸轮轴和双凸轮轴两种
二、气门组的结构
（一）气门组的概述 1.气门组的功用和工作条件 气门组在压缩、作功行程中密封气缸。在进气
行程时，进气门打开;在排气行程时，排气门打 开。气门关闭时气门弹簧的弹力使气门紧贴在 气门座圈上。
发动机排量一定时，缸径越大，活塞也越大，从而导致活 塞上下运动的行程变短;反之.缸径小，活塞也越小，从而 导致活塞上下运动的行程加长。
(三)压缩比(ε):
气缸总容积与燃烧室容积的比值，反映了活塞由下止点移 动到下止点气缸内气体被压缩的程度。用ε表示。
ε＝Va／VC
三、发动机基本工作原理
1.四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机的一个工作循环是由进气、压缩、作功
Vh＝
D2
S 4 106
发动机工作容积（VL）：多缸发动机各气缸工作容积的 总和，也叫发动机排量。用VL（单位：L）表示。
曲柄连杆机构的结构
曲柄连杆机构的结构曲柄连杆机构是机械工程中常用的一种运动传动机构，其结构简单且稳定，广泛应用于各种机械设备中。
本文将对曲柄连杆机构的结构进行详细介绍。
曲柄连杆机构由曲柄、连杆和活塞组成。
曲柄是一个转动的轴，通常呈圆柱形，并与发动机的动力输出轴相连接。
连杆连接曲柄和活塞，将曲柄的旋转运动转化为连杆的往复运动。
活塞是在气缸内进行往复运动的元件。
曲柄的结构通常由曲柄轴和曲柄臂组成。
曲柄轴是固定在机器的底座上的一根轴，通过轴承和连接机构与动力输出轴相连接。
曲柄臂是曲柄的转动部分，通常是一段钢材制成的直线臂。
曲柄臂的长度可根据实际需求进行调整，以实现不同的运动效果。
连杆是连接曲柄和活塞的关键部件，其结构也比较简单。
连杆一端通过轴承与曲柄臂相连接，另一端通过腹板与活塞相连接。
连杆的长度决定了活塞的行程长度，可通过调整连杆长度来调节活塞运动的幅度。
活塞是曲柄连杆机构中的运动部件，负责在气缸内进行往复运动。
活塞通常由铸铁或铝合金制成，具有较高的强度和耐磨性。
在活塞上部设置了活塞环，可以加强密封效果，防止气缸内外介质的相互混合。
曲柄连杆机构的工作原理是，当曲柄旋转时，连杆通过轴承在曲柄臂上滑动，从而实现连杆的往复运动。
当连杆向前运动时，活塞向气缸内做压缩运动；当连杆向后运动时，活塞向气缸外做拉伸运动。
通过这种往复运动，可以将曲柄的旋转运动转化为活塞的往复运动，实现能量的传递和工作的实现。
曲柄连杆机构的结构设计需要考虑多个因素。
首先是曲柄臂的长度，根据不同的应用需求，我们可以选择不同长度的曲柄臂，以实现不同振幅和速度的运动。
其次是连杆的长度，通过调整连杆的长度，可以调节活塞的行程，以满足不同工作要求。
此外，还需要考虑到轴承的选择和活塞的密封等问题，以确保机构的运动顺畅和工作可靠。
总之，曲柄连杆机构是一种简单而有效的运动传动机构，其结构稳定且可靠，广泛应用于各种机械设备中。
通过合理的结构设计和调整，我们可以实现不同形式的运动，并满足不同工作需求。
曲柄连杆机构结构认知共82页
曲柄连杆机构结构认知
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
1曲柄连杆结构参数识别
1 曲柄连杆结构参数识别所要识别的参数：R （曲柄半径）1 R=52.5e-3;%曲柄半径2 L=184e-3;%连杆长度3 Ap= 0.0071;%活塞面积4 J=0.3;%曲轴转动惯量5 m=0.4;%单个缸往复质量1.1 简化的转速动力学模型公式推导(把连杆简化成两部分，一部分随活塞上下运动，令一部分随曲轴旋转)-------------------------------------------------------------()()βϕβλϕλcos 1cos 1cos 1cos 11-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=L r r x (1)根据λϕβ==lrsin sin 其中β为连杆转角，ϕ为曲柄夹角。
根据三角公式22sin 1sin 1cos ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=ϕββl r则(1) 变为()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛--+-=2sin 11cos(1ϕϕl r l r x .dtd r dt d l ϕϕββcos cos =得出βϕωβcos cos l r dt d =，带入下式 ()()rv f r r dtd l dt d r v ωϕϕβϕϕϕββϕϕ==+=+=21tan cos sin sin sin (2)其中()()()322232222sin 142sin sin 12cos cos ;sin 122sin sin ϕλϕλϕλϕλϕϕϕλϕλϕϕ-+-+=-+=g f()()[]ϕϕϕϕg f r a 2 += 利用整个曲柄连杆机构瞬时动能相等的原则得：()()[]()[]22221120212121ϕϕϕϕv m v m J += (3) 21,m m 为换算后的往复和旋转的质量；将(2)带入(2)得到瞬时转动惯量()22222210sin 122sin sin r m r m J +⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=ϕλϕλϕϕ （4） 然后(3)对ϕ求导得到整个曲柄连杆机构的惯性扭矩T(包括往复惯性扭矩r T 和旋转惯性扭矩e T )；()()()()()()()[]=++=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 222210202002121r m g f f r m d d J d dJ J d d T ()()()()()[]ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 2222102021r m g f f r m J d dJ ++=+(5) 分为旋转和往复惯性扭矩两部分；往复惯性扭矩()()()()[]221ϕϕϕϕϕϕ g f f r m T r += 旋转惯性扭矩()ϕϕ 22r m T e =单缸发动机气力扭矩如下()()()ϕϕϕRf A p T p p =对于N 缸发动机按照发火相位的总和气力扭矩()()()()[]∑=-=Nk k k p p f P R A T 1ϕϕϕϕ惯性扭矩为()()()[]()}{∑--+-=Nkkkr f g f rm T 1221ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 其中()14-=k Nk πϕ，rot J 为转动部分惯量。
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
1~3mm
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
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（2） 湿式缸套 定义：其外表面直 接与冷却水接触。 特点： 1) 壁 厚 较 厚 （5mm～9mm）； 2)散热效果好； 3)易漏水漏气； 4)易穴蚀
0.05~0.15mm
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
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1）下部：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。
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汽车发动机曲柄连杆机构介绍
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四、气缸盖 1、结构：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。
2021/2/12
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组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆 轴承。
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
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一、活塞 （一）功用 1、与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室； 2、承力传力：承受气体压力，并将此力传 给连杆，以推动曲轴旋转。
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
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（二）材料：汽车发动机活塞 广泛采用铝合金。其特点为 1、质量小（约为铸铁活塞的 50%～70%）； 2、导热性好（约为铸铁的三 倍）； 3、热膨胀系数大。
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
40
2、活塞销座：用以安装活塞销。在销座孔 两端有卡环槽，用以安装卡环。
2021/2/12
汽车发动机曲柄连杆机构介绍
41
（四）活塞的变形及采取的相应措施 1、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。
曲柄连杆机构认识
任务三 曲柄连杆机构认识与拆装
（1）气缸体 气缸体是发动机中体积最大、结构最复杂的零部件。它不仅承受高温、 高压气体的作用，而且还是发动机各机构和系统装配机体，因此要求 气缸体具有足够的强度和刚度，并对气缸体进行适当的冷却，以免机 体损坏和变形。 气缸体的结构形式有一般式、龙门式和隧道式三种 。
一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲 柄组成一个曲拐。直列式发动机曲轴 的曲拐数目等于气缸数，V形发动机 曲轴的曲拐数目等于气缸数的一半。
任务三 曲柄连杆机构认识与拆装
二、飞轮 飞轮的主要作用是将作功行程中发动机传输给曲轴的一部分能量
储存起来，用于非作功行程克服阻力，从而使曲轴的转速和输出 转矩尽可能均匀，使发动机有克服短期超负荷的能力，并将发动 机的动力传给离合器。
a) 气环 b) 油环
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1.气环 气环开有切口，具有弹性，在自由状态下其外径大于气缸直径，
它与活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成所谓第 一密封面。因少量气体窜入环槽内，形成背压力作用在活塞环的 背面，加强了第一密封面的密封作用。
a) 矩形环 b) 锥面环 c) 正扭曲内切环 d) 反扭曲锥面环 e) 梯形环 f)桶面环
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
任务三 曲柄连杆机构认识与拆装
任务三 曲柄连杆机构认识与拆装
子任务一 机体组 汽车发动机机体组主要由气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、气缸体
以及油底壳等部分组成。镶气缸套的发动机机体组还包括干式气 缸套或湿式气缸套。 机体组是发动机的支架，是曲轴连杆机构、配气机构和发动机各 系统主要零部件的装配基体。气缸盖是用来封闭气缸顶部，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 和油底壳又分别是冷却系连杆机构认识与拆装
识读曲柄连杆机构部件装配图 ppt课件
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读曲柄连杆机构装配图的标题栏中可知装配图的名称、设计单位、设计 与审核者、设计与修改设计时间、绘图比例等信息。从标题栏正上方的 明细表可知：活塞连杆部件由11种不同规格种类的零件组成,其中有三种 标准件，分别是连杆螺栓9、连杆螺母10和垫圈11。
通过查阅资料，可知曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转
（5）某些重要尺寸
运动零件的极限位置，主要结构尺寸可以在装配图中直接注出，如图2.7.1
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中0~70，它关系到虎钳开口的极限位置。
2.7.5 装配图上的技术要求
技术要求是指在设计中，对机器或部件的性能、装配、安装、检验 和工作所必需达到的技术指标以及某些质量和外观上的要求。如虎钳装 配后要保证螺杆转动灵活等。
（5）会判断配合性质。 （6）能够描述机械零件配合误差。
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学习内容 （1）装配图的作用和识读方法。 （2）装配图的内容。 （3）装配图的表达方法。 （4）装配图的标注和技术要求。 （5）装配图的零、部件编号与明细栏。 （6）识读曲柄连杆机构装配图
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2.7.1 装配图的作用及识读方法
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2.7.4 装配图的标注
1. 装配图上的尺寸标注 为了能够生产、加工，在零件图上要求标注的尺寸完整、清晰、合理，装配图
主要用于指导机器部件的装配、维修以及工程技术人员的交流。装配图上的尺寸也应 标注清晰、合理，零件上的尺寸不一定全部标出，只要求标注与装配有关的几种尺寸。
（1）规格与性能尺寸 规格尺寸或性能尺寸是机器或部件设计时要求的尺寸，例如齿轮的齿宽、重要 的轴径等。 （2）装配尺寸 ① 配合尺寸 配合尺寸是装配图中十分重要的尺寸，它表明了相互配合的零件间的配合性质、 装配间隙、装配方法。如图ppt2课.件7.1 中的φ18H8/f7，表明螺杆与固定钳身的配21合为间
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1 曲柄连杆结构参数识别所要识别的参数：R（曲柄半径）1 R=52.5e-3;%曲柄半径2 L=184e-3;%连杆长度3 Ap= 0.0071;%活塞面积4 J=0.3;%曲轴转动惯量5 m=0.4;%单个缸往复质量1.1 简化的转速动力学模型公式推导(把连杆简化成两部分，一部分随活塞上下运动，令一部分随曲轴旋转)-------------------------------------------------------------()()βϕβλϕλcos1cos1cos1cos11-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛⋅+-⎪⎭⎫⎝⎛+=Lrrx(1)根据λϕβ==lrsinsin其中β为连杆转角，ϕ为曲柄夹角。
根据三角公式22sin1sin1cos⎪⎭⎫⎝⎛-=-=ϕββlr则(1) 变为()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛--+-=2sin11cos(1ϕϕlrlrx.dtdrdtdlϕϕββcoscos=得出βϕωβcoscoslrdtd=，带入下式()()rvfrrdtdldtdrvωϕϕβϕϕϕββϕϕ==+=+=21tancossinsinsin(2)其中()()()322232222sin 142sin sin 12cos cos ;sin 122sin sin ϕλϕλϕλϕλϕϕϕλϕλϕϕ-+-+=-+=g f()()[]ϕϕϕϕg f r a 2 += 利用整个曲柄连杆机构瞬时动能相等的原则得：()()[]()[]22221120212121ϕϕϕϕv m v m J += (3) 21,m m 为换算后的往复和旋转的质量；将(2)带入(2)得到瞬时转动惯量()22222210sin 122sin sin r m r m J +⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=ϕλϕλϕϕ （4） 然后(3)对ϕ求导得到整个曲柄连杆机构的惯性扭矩T(包括往复惯性扭矩r T 和旋转惯性扭矩e T )；()()()()()()()[]=++=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 222210202002121r m g f f r m d d J d dJ J d d T ()()()()()[]ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 2222102021r m g f f r m J d dJ ++=+(5) 分为旋转和往复惯性扭矩两部分；往复惯性扭矩()()()()[]221ϕϕϕϕϕϕ g f f r m T r += 旋转惯性扭矩()ϕϕ 22r m T e =单缸发动机气力扭矩如下()()()ϕϕϕRf A p T p p =对于N 缸发动机按照发火相位的总和气力扭矩()()()()[]∑=-=Nk k k p p f P R A T 1ϕϕϕϕ惯性扭矩为()()()[]()}{∑--+-=Nkkkr f g f rm T 1221ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 其中()14-=k Nk πϕ，rot J 为转动部分惯量。
根据扭矩平衡关系得到()()f L r P e T T T T T J ---==ϕϕ（6） 其中摩擦扭损失压力2100005.0100015.097.0)(⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=N N bar tfmep从而得出摩擦扭矩为()ϕf R Ap tfmep e m N T f ****51).(=将上面几个式子带入(6)()[]()()[]()()()[])7(121212121f L N k k k p N k k k N k k T T f P R A g f r m f r m J ---=⎩⎨⎧⎭⎬⎫--+⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎪⎬⎫-+∑∑∑===ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ 得到二阶转速动力学模型为()()[]()()()[])8(112211121221⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=---+---==∑∑==x y J T T f P R A x J x g x f r m xx xfL Nk k k p N k k k ϕϕϕϕϕ（8）式是一个关于t 的非线性二阶微分方程直接求解较为困难，将其转化为关于角度的函数设ϕω =，角域内的ω和时域内的ω相等，则 ()()[]()[]()ϕωϕωϕϕ===t dtt d t (9)；()()()()()()[]ϕϕωϕωϕϕωϕϕϕωωϕ221d d d dt d d d dt t d t ==•== (10)，令()()2ϕωϕ=x把（10），（9）带入（7）得到一阶非齐次线性微分方程()()()()ϕϕϕϕϕQ x P d dx =+（11）其中()()()[]()[]21211212∑∑==-+⎩⎨⎧⎭⎬⎫--=Nk kNk k k f rm J g f r m p ϕϕϕϕϕϕϕ,()()()()[]()[]212112∑∑==-+⎩⎨⎧⎭⎬⎫---=Nk kNk f L k k p f rm J T T f P R A q ϕϕϕϕϕϕ 1.2 用matlab 求求微分方程表达式syms o R J L Ap m TL p1 p2 p3 p4 y;f= sin(o)+R*sin(2*o)/(2*(L^2-(R*sin(o))^2)^.5); for i=1:4a(i,:)=(subs(f,o,o-(i-1)*pi))^2;end;fsum=sum(a);g=diff(f,o);for i=1:4fg(i,:)=subs(f,o,o-(i-1)*pi)*subs(g,o,o-(i-1)*pi);end;fgsum=sum(fg);f1=f;f2=subs(f,o,o-pi);P=2*m*R^2*fgsum/(J+m*R^2*fsum);Q=2*(Ap*R*((p1+p3)*f1+(p2+p4)*f2)-TL)/(J+m*R^2*fsum);dy1=Q- P*y;dy1=((R^2*sin(o)^2-L^2)*(2*TL+y*((-8*m*cos(o)*L^2*R^2*sin(o)+32*m*cos(o)*R^4 *sin(o)^3-8*m*cos(o)*R^4*sin(o)+2*J*cos(o)*R^2*sin(o))/(R^2*sin(o)^2-L^2)+(2*R^ 2*cos(o)*sin(o)*(4*m*L^2*R^2*sin(o)^2+J*L^2-8*m*R^4*sin(o)^4+4*m*R^4*sin(o) ^2-J*R^2*sin(o)^2))/(R^2*sin(o)^2-L^2)^2)-2*Ap*R*((p1+p3)*(sin(o)+(R*sin(2*o))/(2 *(L^2-R^2*sin(o)^2)^(1/2)))-(p2+p4)*(sin(o)-(R*sin(2*o))/(2*(L^2-R^2*sin(o)^2)^(1/2) )))))/(4*m*L^2*R^2*sin(o)^2+J*L^2-8*m*R^4*sin(o)^4+4*m*R^4*sin(o)^2-J*R^2*si n(o)^2)然后令k(1)=R;k(2)=L;k(3)=Ap;k(4)=J;k(5)=m;k(6)=TLfunction dydo=sim_model(o,y,k,p1,p2,p3,p4)dydo=-(2*k(6)-2*k(3)*k(1)*((p1+p3)*(sin(o)+(k(1)*sin(2*o))/(2*(k(2)^2-k(1)^2*sin(o) ^2)^(1/2)))-(p2+p4)*(sin(o)-(k(1)*sin(2*o))/(2*(k(2)^2-k(1)^2*sin(o)^2)^(1/2)))))/(k(4)-(4*k(1)^2*k(5)*sin(o)^2*(k(2)^2+cos(2*o)*k(1)^2))/(k(1)^2*sin(o)^2-k(2)^2))-(2*k(1) ^2*k(5)*y*(2*k(2)^4*sin(2*o)+(5*k(1)^4*sin(2*o))/4-k(1)^4*sin(4*o)+(k(1)^4*sin(6* o))/4-2*k(2)^2*k(1)^2*sin(2*o)+2*k(2)^2*k(1)^2*sin(4*o)))/((k(1)^2*sin(o)^2-k(2)^2 )^2*(k(4)-(4*k(1)^2*k(5)*sin(o)^2*(k(2)^2+cos(2*o)*k(1)^2))/(k(1)^2*sin(o)^2-k(2)^ 2)));function w=cal_speed_value(k,x)global p1 p2 p3 p4;y0=(76.9280)^2;yy=y0;tspan=x;for i= 1:length(tspan)-1[t,y]=ode45(@sim_model,[tspan(i),tspan(i+1)],y0,[],k,p1(i),p2(i),p3(i),p4(i));y0=y(end,: );yy=[yy;y0];endw=yy.^0.5;1.3 用求解微分方程的方法识别曲柄连杆结构参数真实值：R=0.0485;%曲柄半径mL=0.1410;%连杆长度mAp=0.0058;%活塞面积m^2J=0.23;%转动惯量kg*m^2，带负载或者冷启动时，转动惯量稍大一些，达到0.38-0.4m=0.33;%单个缸往复质量kgTL=17.8;%随不同工况变动1.3.1 利用'cs#1.xls'数据clear;global p1 p2 p3 p4;data=xlsread('cs#1.xls');pdata=data(:,5:8);p11=pdata(203:400,1);p22=pdata(203:400,4);p33=pdata(203:400,3);p44=pdata(203: 400,2);p1=(p11+31.4346)*6.895e3;p2=(p22+31.0164)*6.895e3;p3=(p33+29.3030)*6. 895e3;p4=(p44+21.1333)*6.895e3;owdata=data(:,2:3);xdata=(owdata(203:400,1)- owdata(203))*pi/180;ydata=owdata(203:400,2);lb=[0.02, 0.034, 0.003, 0.15, 0.15, 10];ub=[0.1, 0.35, 0.02, 1, 2, 100];k0 = [400, 400, 400, 400, 400,120]';options=optimset('TolFun',1e-20,'TolX',1e-20,'MaxFunEvals',200,'Algorithm','trust-reg ion-reflective','Display', 'iter');kp=lsqcurvefit(@cal_speed_value,k0,xdata,ydata,lb,ub,options)kp1=[0.0485;0.14;0.0058;0.25;0.15;74]%kp=[0.0359 0.0557 0.0087 0.2509 1.0247 83.1993]’w1= cal_speed_value(kp1,xdata);plot(xdata,ydata,'r',xdata,w1,'b');1.3.2 利用'ne_norm.xls'数据clear;global p1 p2 p3 p4;data=xlsread('ne_norm.xls');pdata=data(:,5:8);p11=pdata(363:363+228-1,1);p22=pdata(363:363+228-1,2);p33=pdata(363:3 63+228-1,3);p44=pdata(363:363+228-1,4);p1=(p11+15.8812+14.5)*6.895e3;p2=(p22+13.8540+14.5)*6.895e3;p3=(p33+1 2.7006+14.5)*6.895e3;p4=(p44+5.7273+14.5)* 6.895e3;owdata=data(:,2:4);xdata=(owdata(363:363+228-1,1)-owdata(363,1))*pi/180;ydata= owdata(363:363+228-1,2);lb=[0.03, 0.034, 0.003, 0.15, 0.15, 10];ub=[0.1, 0.35, 0.02, 1, 2, 40];k0 = [0.04, 0.14, 0.06, 0.3, 0.3,30];options=optimset('TolFun',1e-20,'TolX',1e-20,'MaxFunEvals',100,'Algorithm','trust-reg ion-reflective','Display', 'iter');kp=lsqcurvefit(@cal_speed_value,k0,xdata,ydata,lb,ub,options)% kp= 0.0396 0.0683 0.0094 0.6298 0.1503 24.0868w1= cal_speed_value(kp,xdata);plot(xdata,ydata,'r',xdata,w1,'b');1.3.3 利用ne_850.xlsclear;global p1 p2 p3 p4;data=xlsread('ne_850.xls');towdata=data(:,1:4);owdata=data(:,2:4);xdata=(owdata(224:1000,1)-owdata(224,1))*pi/180;ydata= owdata(224:1000,2);pdata=data(:,5:8);p11=pdata(224:1000,1);p22=pdata(224:1000,2);p33=pdata(224:1000,3);p44=pdata(224:1000,4); p1=(p11+16.4886)*6.895e3;p2=(p22+14.6024)*6.895e3;p3=(p33+13.2834)*6.895e3;p4=(p44+4. 5723)* 6.895e3;lb=[0.03, 0.034, 0.003, 0.15, 0.15, 10];ub=[0.1, 0.35, 0.02, 1, 2, 40];k0 = [0.04, 0.14, 0.06, 0.3, 0.3, 30];options=optimset('TolFun',1e-20,'TolX',1e-20,'MaxFunEvals',100,'Algorithm','trust-reg ion-reflective','Display', 'iter');kp=lsqcurvefit(@cal_speed_value,k0,xdata,ydata,lb,ub,options)% kp= 0.0320 0.3468 0.0144 0.5181 0.1500 29.1136w1= cal_speed_value(kp,xdata);plot(xdata,ydata,'r',xdata,w1,'b');1.4 利用自己改进的扭矩模型进行识别。