第二章曲柄两杆机构
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第二章曲柄连杆机构09
速
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。
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。
速度瞬心、第二章 曲柄摇杆机构
b）以移动副相联的构件1、2, 因两构件上任一重合点间的相 对速度方向均平行于导路故其 瞬心P12 位于垂直导路方向的无 穷远处。 c）当两构件组成纯滚动高副
时，接触点相对速度为零，接
触点即为瞬心点P12。
d） 当两构件组成滑动兼滚动高 副时，因两构件接触点K 处的相 对速度必沿高副公切线方向，故 瞬心P12 一定位于高副公法线n-n 上，具体位置与相对速度 vK1K2 大小有关。 2、三心定理法 三心定理：作平面 运动的三个构件有三个 瞬心，且三个瞬心必在 同一直线上。
铰链四杆机构的机架和连杆总是存在的，因 此，按照连架杆是曲柄还是摇杆可把铰链四杆机 构分为： 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构。
平面连杆机构的缺点是： 1 (1)运动链较长时机构的误差积累较大；
1
1 1
(2)运动副磨损后，运动副间隙难以补偿；
(3)连杆作平面复合运动，其惯性力（矩）不 因此，连杆机构不能精确实现预定的连续运
易平衡。 动轨迹和运动规律，只能在一些离散点上精确满
足设计要求。此外，连杆机构常用于速度不高的
场合。
§2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性
P14
还有两个瞬心P13和P24不能直接确定。需采用 三心定理来确定。
构件1、2、3 的三 个瞬心，P13、P12、P23 应位于同一直线上；
构件1、4、3 的三 个瞬心P13、P14 、P34也 应位于同一直线上。 因此，瞬心P13 一定在P12P23和P14P34两直线 的交点处。
同理，构件2、1、4的三个瞬心在直线P14P12 上， 构件2、3、4 的三个瞬心在直线 P34P23 上，所以交 点就是瞬心P24。
机构速度分析的图解法，有速度瞬心法和矢量方程图 解法等。本节讲解速度瞬心法在平面简单机构上的应用。 一、速度瞬心
曲柄连杆机构的构造和工作原理
向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。
41
第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理
结构措施 （1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。 （2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，
即侧压力方向。 （3）销座处凹陷0.5～1.0 mm。 （4）裙部开绝热—膨胀槽（“T”形或“∏”形槽），其中横
燃烧室
楔形燃烧室 1)气门斜置，气流导流较好，充气效率高； 2)有挤气—冷激面，可形成挤气涡流； 3)燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO排放稍高。
26
第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理
盆形燃烧室 1）气门平行于气缸轴线； 2）有挤气—冷激面，可形成挤气涡流； 3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和 HC排放较高而NO排放较低。
气缸垫
作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。 构造： (1)金属—石棉垫 (2)金属骨架—石棉垫 (3)纯金属垫 安装注意：金属皮的金属—石棉垫，缸口金属卷边一面应 朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面 造成压痕变形。
29
第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理
• 汽缸垫
第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理
气环的断面形状
（1）矩形环 结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。
（2）锥形环 1）特点 与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油
作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。 2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；
（3）扭曲环
将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。
（3） 背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背
面与环槽底部的间隙。一般为0.5～1mm。
第二章曲柄连杆机构
例：
东风EQ6100 第一环：内切扭曲环，镀铬 第二、三环：内切扭曲环， 内切槽向上。 第四环：组合油环。
注：
安装时各道活塞环的端口之间应相互错开，三 道环相互错开120度 ，四道环 ：则一、二道与三、 四道相互错开180度（二道与三道相互错开90度）。
南通大学
Nantong University Century Aniversity
1912-2012
金 属 石 棉 气 缸 垫
——
冲压钢板气缸垫 无石棉气缸垫
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五、油底壳（下曲轴箱）
1.作用：贮存、冷却机油并封闭曲轴箱。 2.结构：采用薄钢板冲压而成；壳内装有稳油挡板；最低 处有磁性放油螺塞；与缸体接合面间装有衬垫。
后一次要符合扭力数；
2. 铝合金缸盖冷态一次拧紧； 3. 铸铁缸盖热态再拧紧一次； 4.分解按反顺序进行。 10 7 3 6 1 2 5 4 8 9
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四、气缸垫
保证燃烧室的密封，防止漏水、漏气、漏油。 有足够的强度； 要求 耐热耐腐蚀性好； 具有一定的弹性；以保证密封； 拆装方便，能重复使用。 金属——石棉气缸垫（光滑面朝向缸体）； 种类 纯金属气缸垫 耐热密封胶 表面加工精度要高。
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1.顶部 汽油机多采用平顶，吸热面小。制作较厚。 柴油机多采用凹顶。
活塞顶部形式
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《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
汽车发动机构造与维修图解教程第二章PPT
3.活塞销 活塞销的结构形状基本上是一个厚壁空心圆柱，内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。 圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大，两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞 销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。
二
活塞组的检修
注意事项
同组活塞裙部最大直径差值：
CA141不大于0.02mm，EQ140不大 于0.01mm， BJ212不大于0.02mm。
（1）这种响声的特点是冷车时明显，热车时减弱或消失，断火试验时减弱或消 失。 （2）发动机在低、中速运转时，可用手抖动节气门检查，一般在收节气门的瞬 间响声较明显。
（3）可用听诊器具，放在气缸上部听察，并结合断火试验来确定哪个气缸发响。
（4）经诊断初步确定为某缸发响后，为进一步证实，可将发动机熄火，卸下火 花塞，往气缸内注入少量机油，然后再装上火花塞起动发动机。如声音减弱或 消失，过一会儿，响声又起，或在起动着火后的几十秒钟内出现几声响。随后 即消失，过一会儿又出现几声，则可断定此缸敲缸响。 （5）有时遇到“反上缸” 现象，即在断火试验时出现敲击响声，并由间断变 为连响。是由于活塞裙部锥度过大，致使活塞头部撞击气缸壁。 （6）如冷车时响，热车不响时，可继续运行。大修出厂的车辆，在温度低于 40℃时，允许有轻微响声。
三、油底壳
功用：储存机油和封闭机体或曲轴箱。 组成：油底壳用薄钢板冲压或用铝合金铸造而成，油底壳内设有挡板用以减轻汽车颠簸时油 面的振荡，油底壳底部设有放油螺塞。
四、气缸衬垫
气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底 面之间的密封件。
作用：保持气缸密封不漏气，保
持由机体流向气缸盖的冷却液和 机油不泄漏。
分类：金属橡胶型、全金属型、
CA141不大于8g，EQ140不大于8g， BJ212不大于4g，质量超过规定的，
第二章曲柄连杆机构3
第二章 曲柄连杆机构
干摩擦式扭转减振器 1－惯性盘 2－弹簧 3－曲轴 4－平衡重 5－摩擦片 6－带轮
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
四、飞轮
飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘。 （一） 作用：
1、贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行 程，使发动机运转平稳。
第二章 曲柄连杆机构
2)直列四冲程六缸发动机
曲拐对称布置于三个 平面内。 相邻作功气缸的曲拐 夹角为7200/6=1200。 发动机工作顺序有： 1—5—3—6—2—4 ; 1—4—2—6—3—5
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构 直列六缸工作循环表（点火顺序：1-5-3-6-2-4
第二章 曲柄连杆机构
常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、 回油螺纹等。
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
（5）曲轴油道 1-主轴颈；2-曲轴；3-连杆轴颈；4-圆角；5-积污腔；6-油管； 7-开口销；8-螺塞；9-油道；10-挡油盘；11-回油螺纹
第二章 曲柄连杆机构
（6）曲轴的轴向定位
为阻止车辆行驶时，离合器经常 结合与分离和带锥齿轮驱动时施加于曲 轴上的轴向力以及在上、下坡行驶或突 然加速、减速出现的曲轴轴向窜动，曲 轴必须有轴向定位，以保证曲柄连杆机 构的正常工作。但也应允许曲轴受热后 能自由膨胀，所以曲轴轴向上只能有一 处设置定位装置。
柴油机一般多 采用此种支撑 方式
缩短了曲轴的长度， 主轴承载荷较
使发动机总体长度 大 非全支承曲轴 有所减小
承受载荷较小 的汽油机可以 采用此种方式
第二章 曲柄连杆机构
第二章 曲柄连杆机构
（四）结构：
连杆轴颈
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
第二章 常见典型机构
5）适用的圆周速度和功率范围广。
你或许拥有一块手表，或是拥 有一个闹钟，当打开机械式的 手表或闹钟的后盖时，就能看 到齿轮是怎样进行啮合传动的。
二、齿轮机构
下午3时3分
（1）按轴的相对位置分类
按轮齿方向
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿齿轮传动
齿 轮
两轴平行
按啮合情况
外啮合齿轮传动 齿轮齿条传动
第二章 常见典型机构
教 师：徐丽君 办公室：学9301-3
• 1.平面连杆机构 • 2.齿轮机构 • 3.凸轮机构 • 4.棘轮机构 • 5.轮槽机构 • 6.典型机构动画演示
一、平面连杆机构
平面连杆机构定义：
所有构件均作平行于某一平面的运动，且构件之间只有低副连接。
1、铰链四杆机构的组成
机 架——固定不动构件 连架杆——与机架以运动副相连的杆 曲 柄——能做整周转动 摇 杆——摆动一定角度 连 杆——不直接与机架相连的杆
皮革抛光机
（1）曲柄摇杆机构（crank-rocker)
双面刀刃灌木修剪机构
（2）双曲柄机构（double-crank)
• 何为双曲柄机构？ • 两个连架杆都是曲柄的机构。如下动画
（2）双曲柄机构（double-crank)
惯性筛机构
C
23
B 1
4D A
6E
（2）双曲柄机构（double-crank)
2
1
3
4
2
1
3
4
2
1
3
4
(b)不满足格拉肖夫判别式，以任何杆为机架，为双摇杆机构
4.平面机构的自由度
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，即沿X轴、Y轴的移动以及在 XOY平面内的转动。
机械设计第二章课后习题答案
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（3 ）综合（1 ）、（2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
取适当比例图尺，作出两次极限位置和（见图2.17 ）。
由图量得：，。
解得：由已知和上步求解可知：，，，（2 ）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取和代入公式（ 2-3 ）计算可得：或：代入公式（ 2-3 ）′，可知题2-6解：因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。
这里给出基本的作图步骤，不给出具体数值答案。
作图步骤如下（见图 2.18 ）：（ 1 ）求，；并确定比例尺。
（ 2 ）作，。
（即摇杆的两极限位置）（ 3 ）以为底作直角三角形，，。
（ 4 ）作的外接圆，在圆上取点即可。
在图上量取，和机架长度。
则曲柄长度，摇杆长度。
在得到具体各杆数据之后，代入公式（ 2 — 3 ）和（ 2-3 ）′求最小传动角，能满足即可。
汽车发动机之——第二章 机体组及曲柄连杆机构
2.3 活塞连杆组
气环断面形状：
形状
特点
矩形环 结构简单、制造方便、易于生产、应 用面广
扭曲环
断面不对称，受力不平衡，使活塞环 扭曲
锥面环
减少了环与气缸壁的接触面，提高了 表面接触压力，有利于磨合和密封。
梯形环 加工困难，精度要求高
示意图
桶面环 外圆为凸圆弧形
2.3 活塞连杆组
（2）油环：刮除飞溅到汽缸壁上的多余的机油，并在汽缸壁
2.3 活塞连杆组
隔断由活塞顶传向第一 道活塞环的热流。
2.3 活塞连杆组
增加环 槽的耐 磨性。
增加活塞的 强度，提高 第一道环槽 的耐磨性。
2.3 活塞连杆组
（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：对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承
受侧向力，防止破坏油 膜。
2.2 机体组
• 在风冷汽缸的外壁铸制散热片，以增加散热面积， 增强散热能力。
2.2 机体组
• 二、汽缸盖 功用：密封汽缸的上部，与活塞、汽缸等共同构成燃
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汽，所以承受的热
负荷很大。
2.2 机体组
2.2 机体组
• 水冷发动机的汽缸盖有整体式、分块式和单体
活塞顶与高温燃汽直接接触，使活塞顶的温度很高。 活塞在侧压力的作用下沿汽缸壁面高速滑动，由于润 滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。 •2 • 广泛采用铝合金，只在极少数汽车发动机上采用铸铁 或耐热钢。
2.3 活塞连杆组
•3
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。
汽车构造上册(2)
第一节
机体组
一、气缸体
发动机各个机构 和系统的装配基体。 气缸体般用灰铸铁 铸成，气缸体上部的 圆柱形空腔称为气缸， 下半部为支承曲轴的 曲轴箱，其内腔为曲 轴运动的空间。在气 缸体内部铸有许多加 强筋，冷却水套和润 滑油道等。
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作， 必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法 有两种，一种是水冷，另一种是风冷。
（1）作功行程 图2-1 气体 压力作用 情况示意图
2、往复惯性力Fj与离心力Fc
活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正 值，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度 是负值，往复惯性力朝下。如图（2-2）。 偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕 曲轴轴线旋转，产生旋转惯性力，其方向沿曲柄 半径向外。 曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质 量愈大，则往复惯性力与离心力愈大，惯性力使 曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周 期性变化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡， 惯性力传到气缸体外，引起发动机的振动。
第二章 曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的作用，是把可燃混合气作用 在活塞的力转变为曲轴的转矩，从而向外界输出 动力。 曲柄连杆机构的主要零件可分为活塞连杆组 和曲轴飞轮组。机体组与曲柄连杆机构有密切的 关系，所以这里一起研究。
第二章 曲柄连杆机构
一、曲柄连杆机构的作用
1.将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动； 2.将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出 扭矩。
活塞销的功用是连 接活塞和连杆小头，将 活塞承受的气体作用力 传给连杆。 活塞销通常做成空 心圆柱体，用低碳钢或 低碳合金钢制造。
在汽车发动机中连杆小头与活塞销的连接 方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞 销工作时，在连杆小头孔和活塞销孔中转动， 可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。为防止活塞 销两端刮伤气缸壁 ，在活塞销孔外侧装置活 塞销挡圈。半浮式活塞销是用螺栓将活塞销夹 紧在连杆小头孔内，这时活塞销只在活塞销孔 内转动，在小头孔内不转动。小头孔不装衬套， 销孔中也不装活塞销挡圈。
第二章-曲柄摇杆机构、四杆机构设计-PPT
这两个条件必须同时满足，否则机构中不存在 整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇 杆机构。
18
另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存 在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。 (1) 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副， 故得双曲柄机构。
19
(2) 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一 个整转副，故得曲柄摇杆机构。
共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围为也是 0o ～360 0
杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ 、γ 的 变化范围小于360°。
显然，Ａ、Ｂ为整转副， Ｃ、Ｄ不是整转副。
为了实现曲柄 １整周回转，AB杆 必须顺利通过与连 杆共线的两个位置 AB′和AB″。
15
当杆１处于AB′位置时，形成三角形 ACD 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时 Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ， 它表明摇杆具有急 回运动的特性。牛 头刨床、往复式输 送机等机械就利用 这种急回特性来缩 短非生产时间，提 高生产率。
4
急回运动特性可用行程速度变化系数（也称 行程速比系数）K 表示。
v2
பைடு நூலகம்
C1C2/t2
根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)
第三边的定理可得
l4≤(l2 －l1)＋l3
l3≤(l2 －l1)＋l4
即 l1＋l4≤l2＋l3 （2-4） l1＋l3≤l2＋l4 （2-5）
当杆１处于AB″位置
时，形成三角形ACD 。
可得
l1 ＋ l2 ≤l4 ＋ l3
（2-6）
16
将式(2-4)、(2-5)、(2-6)两两相加
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）
18
另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存 在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。 (1) 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副， 故得双曲柄机构。
19
(2) 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一 个整转副，故得曲柄摇杆机构。
共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围为也是 0o ～360 0
杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ 、γ 的 变化范围小于360°。
显然，Ａ、Ｂ为整转副， Ｃ、Ｄ不是整转副。
为了实现曲柄 １整周回转，AB杆 必须顺利通过与连 杆共线的两个位置 AB′和AB″。
15
当杆１处于AB′位置时，形成三角形 ACD 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时 Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ， 它表明摇杆具有急 回运动的特性。牛 头刨床、往复式输 送机等机械就利用 这种急回特性来缩 短非生产时间，提 高生产率。
4
急回运动特性可用行程速度变化系数（也称 行程速比系数）K 表示。
v2
பைடு நூலகம்
C1C2/t2
根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)
第三边的定理可得
l4≤(l2 －l1)＋l3
l3≤(l2 －l1)＋l4
即 l1＋l4≤l2＋l3 （2-4） l1＋l3≤l2＋l4 （2-5）
当杆１处于AB″位置
时，形成三角形ACD 。
可得
l1 ＋ l2 ≤l4 ＋ l3
（2-6）
16
将式(2-4)、(2-5)、(2-6)两两相加
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）
曲柄连杆机构(含答案)
一、名词解释(每题3分）第1单元基础知识1．压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值。
2．发动机的工作循环：发动机每次将热能转变为机械能的过程。
3．活塞环端隙：活塞环装入汽缸后，开口之间的间隙。
4. 上止点：活塞的最高位置。
5.下止点：活塞的最低位置。
6. 活塞行程：活塞上下止点之间的距离。
7.气缸工作容积：活塞由上止点向下止点运动时，所让出的空间容积。
8.气缸总容积：活塞处于下止点时，活塞上部的空间容积。
9.燃烧室容积：活塞处于上止点时，或塞上部的空间容积。
10.发动机排量：发动机所有气缸的工作容积之和。
11. 四冲程发动机：曲轴转两周，发动机完成一个工作循环。
二、判断题（每题1分）第2单元曲柄连杆机构1. 活塞在气缸内作匀速直线运动。
(×)2. 多缸发动机的曲轴肯定是全支承曲轴。
(×)3. 活塞在工作中受热膨胀，其变形量裙部大于头部。
(×)4. 某些发动机采用活塞销偏置措施，其目的是为了减小活塞换向时的冲击。
(√ )5. 如果气环失去弹性，其第一密封面不会建立，但并不影响其第二次密封的效果。
(× )6. 扭曲环的扭曲方向决定于其切口的位置。
(√ )7. 连杆杆身采用工字形断面主要是为了减轻质量，以减小惯性力。
(√)8. 连杆轴颈也叫曲拐。
(× )9. 曲轴上回油螺纹的旋向取决于发动机的转向。
(√ )10. 直列六缸四冲程发动机，不管其作功顺序为1-5-3-6-2-4，还为1-4-2-6-3-5，当一缸处于作功上止点时，其六缸肯定处于进气冲程上止点。
(× )11. 采用全浮式连接的活塞销，在发动机冷态时，活塞销未必能够自由转动。
(√)12. 有的发动机在曲轴前装有扭转减振器，其目的是为了消除飞轮的扭转振动。
(√)13. 铝合金气缸盖装配时，只需在冷态下一次拧紧即可。
(√)14. 发动机曲轴的曲拐数等于气缸数。
(× )15. 曲杆连柄机构是在高温、高压以及有化学腐蚀的条件下工作的。
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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交通工程学院
多缸发动机的曲柄连杆机构演示
第二章曲柄两杆机构
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§3.2 机 体 组
机体组组成：
气缸盖罩
气缸盖 气缸体
气缸垫 油道和水道 曲轴箱
气缸
油底壳
第二章曲柄两杆机构
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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
第二章曲柄两杆机构
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3、材料： 铝合金：质量小 导热性好；灰铸铁
活塞应 具备的 特点
A 刚度和强度应足够大，传力可靠。 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 E 活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数
第二章曲柄两杆机构
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4、结构
（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。
强度和刚度较好。工艺 性差、结构笨重、加工 困难。
应用
492Q汽油机， 90系列柴油机。
捷达、速腾、 宾悦、桑塔纳 等轿车
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。
负荷较大的柴 油机上 。
第二章曲柄两杆机构
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（2）根据冷却方式不同分：水冷、风冷
冷却水
散热片
第二章曲柄两杆机构
梯形、锥形。
（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。
第二章曲柄两杆机构
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（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
第二章曲柄两杆机构
膨胀槽
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（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。
力，防治破坏油膜。
裙 部
第二章曲柄两杆机构
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第二章曲柄两杆机构
活 塞 裙 部 的 椭 圆 变 形 演 示
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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
第二章曲柄两杆机构
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2、气缸盖罩和气缸垫
气缸盖罩
气缸盖
衬垫 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。
第二章曲柄两杆机构
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3、燃烧室
名称
特点
示意图
结构紧凑、火焰行程短、
半球形 燃烧速率高、热损失小、
热效率高
应用
桑塔纳 夏利 富康
楔形
结构简单、紧凑、散热 面积小、热损失少；火 花塞置于燃烧室最高处， 火焰传播距离长
Hale Waihona Puke 第二章曲柄两杆机构交通工程学院
§3.3 活塞连杆组
气环
油环 活塞销 活塞 衬套 连杆
连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
第二章曲柄两杆机构
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点此观看活塞连杆组的录像
第二章曲柄两杆机构
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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。
第二章 曲柄连杆机构
概述 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组
第二章曲柄两杆机构
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§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
第二章曲柄两杆机构
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
隧道式
油底壳安装平
面低于曲轴的
旋转中心
气缸体上曲 轴的主轴承 孔为整体式
第二章曲柄两杆机构
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性能与应用比较
名称 一般式
龙门式
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。
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（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。
第二章曲柄两杆机构
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（4）干式气缸套和湿式气缸套
名称
特点
示意图
干式 外壁不直接与冷却水 缸套 接触。壁厚1～3mm。
第二章曲柄两杆机构
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（2）活塞头部 位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。
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、
2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内， 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。
第二章曲柄两杆机构
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（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
切诺基
盆形
工艺性好、成本低、进 排气效果不如半球形燃 烧室
第二章曲柄两杆机构
捷达 奥迪
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汽油机燃烧室形状
第二章曲柄两杆机构
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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。 3、材料： 薄钢板冲压 。
湿式 外壁直接与冷却水接 缸套 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。
第二章曲柄两杆机构
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三、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩
1、气缸盖
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。
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。
第二章曲柄两杆机构
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（1）活塞顶部
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。