第三章 曲柄连杆机构
作用,将燃料燃烧的热能转换为机械能, 将活塞
的往复运动转变为曲轴的旋转运动, 并将能量
传输出去 。
本章主要内容,
1,曲柄连杆机构的受力及运动分析
2,机体组
3,活塞连杆组
4,曲轴飞轮组
第一节 曲柄连杆机构的受力及运动分析
一, 运动分析
活塞组, 连杆小头,上下往复运动；
连杆大头, 杆身, 连杆盖,主要做左右摆动,
同时伴有上下往复运动；
曲轴, 飞轮,主要做旋转运动 。
以上各零部件均是做 变速 运动, 周期性 的 。
二, 受力种类及受力分析
1） 气体作用力 （ 主要 ）
（ 1） 作功行程
Fp分解为 Fp1 和 Fp2,
Fp2,垂直于缸壁, 使活塞与缸壁之间产生侧压
力 。
Fp1,沿着连杆方向, 作用在曲柄销上 。
Fp1 继续分解为,
Fr,沿着曲柄方向 。
Fs：为 曲柄垂直方向, 对曲轴产生一有用力矩,
T＝ S*R
（ 2） 压缩行程
Fp'分解为 Fp’1 和 Fp’2,
Fp’2,垂直于缸壁, 使活塞与缸壁之间产生侧
压力 。
Fp’1,沿着连杆方向, 作用在曲柄销上 。
Fp’1,继续分解为,
Fr’,沿着曲柄方向 。
Fs’,为曲柄垂直方向, 对曲轴产生一阻力矩 。
2） 惯性力 （ 主要 ）
（ 1） 往复惯性力
1） 活塞从上止点到下止点,
前半行程,加速度方向向下, 往复惯性力方向向上 。
后半行程,加速度方向向上, 往复惯性力方向向下 。
2） 活塞从下止点到上止点,
前半行程,加速度方向向上, 往复惯性力方向向下 。
后半行程,加速度方向向下, 往复惯性力方向向上 。
往复惯性力使发动机产生上下震动 。
（ 2） 离心力
Fcy,始终与往复惯性力的方向一致, 加剧了发
动机的上下震动 。
Fcx,使发动机产生水平方向的震动 。
3） 摩擦力和其它 （ 因为较小, 故分析时忽略 ）
第二节 机体组
一, 气缸体－曲轴箱 （ 水冷, 风冷 ）
1,气缸体－曲轴箱结构 形式
1） 一般式气缸体,曲轴轴线与气缸体下表面
在同一平面上 。 加工简单容易 。 如 492QA发动
机的气缸体 。
2） 龙门式气缸体,曲轴轴线与气缸体下表面
不在同一平面上 。 工艺性差, 刚度, 强度较好 。
如 6102发动机的气缸体 。
3） 隧道式气缸体,为了安装滚动轴承, 曲轴
座孔加工成隧道式, 曲轴为组合式曲轴 。 结构
刚度最好 。 如 6135发动机 。
2,工作条件和材料
1） 气缸工作条件,
气缸受到高温, 高压的冲击；受到腐蚀；
活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等 。
2） 材料,优质合金铸铁 。
但是为了降低成本, 通常是机体用灰铸铁,
气缸孔用优质合金铸铁, 而采用气缸套 。
3,气缸套
1） 干式气缸套
外表面不直接与冷却水接触；壁厚 1～
3mm；外表面加工精度高, 与气缸孔配
合紧密, 不易漏水, 漏气 。 多用于功率
较小的汽油机上或不用 。
2） 湿式气缸套
外表面直接与冷却水直接接触；壁厚 5～
9mm；外表面加工较粗糙；设置有漏水
密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；
多用于车用柴油机上 。
二, 气缸盖
1,作用
封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起
构成燃烧室；是配气机构的多数零件的
安装机体 。
2,工作条件和材料
1） 工作条件,受到高温, 高压的冲击；受
到腐蚀作用 。
2） 材料,灰铸铁, 合金铸铁, 铝合金 （ 汽
油机用 ）
3,结构形式
1） 整体缸盖,一台发动机一个气缸盖 。
结构较紧凑, 零件数目少, 成本低, 发动机
的总长度减少；但刚性差, 易变形, 使得发动
机的密封性下降, 系列化程度差, 加工报废率
高；适用于缸径 <105mm的发动机 。
2） 块状缸盖,2缸或 2缸以上共用一个缸盖 。
适用于 105mm<缸径 <160mm的发动机 。
3)单体缸盖,一缸一个缸盖 。
缸径 >105mm可用；缸径 >120mm的优先采用；
缸径 >160mm 都采用 。
4,汽油机燃烧室
1） 对汽油机燃烧室的要求
（ 1） 有利于提高热效率
（ 2）有利于排气净化
（ 3）有利于换气
（ 4）有利于燃烧平静
（ 5）有利于组织气流运动
2） 几种典型燃烧室,
（ 1） 盆型,结构简单, 但不够紧凑 。
（ 2） 楔型,结构简单, 较紧凑, 能形成挤气流, 但使
得 HC排放增加 。
（ 3） 半球型,结构紧凑, 但配气机构复杂, 工作较粗
暴, 多用于高速汽油机 。
三, 气缸垫,多用金属石棉衬垫 。
四, 缸盖螺栓,
拧紧,从中间往两边依次对角分次进行；
拧松,从两边往中间依次对角进行
五, 油底壳,放油螺塞带磁性, 对随着润滑油进入油
底壳的铁屑进行吸附 。
第三节 活塞连杆组
活塞组,活塞, 活塞环 （ 气环, 油环 ）,
活塞销, 卡环等 。
连杆组,连杆, 连杆盖, 连杆轴瓦, 连杆
螺钉等 。
一, 活塞
1,作用
1） 承受力, 传力 。
2） 组成燃烧室 。
2,工作条件 （ 非常恶劣 ）
三高,高温, 高压, 高速
两难,冷却困难, 润滑困难
一腐蚀,受到酸性物质的腐蚀
3,材料
常用,铸铝合金 （ 高硅铝合金, 铝铜合金 ）
强化发动机,高级铸铁, 耐热钢 （ 主要为了
提高其强度 ）
新型,金属陶瓷 （ 有组合式的 （ 陶瓷用于活
塞顶部 ）, 也有整体式的 ）
总之, 对于转速较高的发动机来说, 活塞
材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机,
现在多用灰铸铁 。
4、加工制造方法
1）铸造
2）锻造
3）液态模锻
5、结构
1） 顶部,
汽油机,二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机
多用平顶。
柴油机,有平顶、凹顶,ω形、碗形、盆型、
花瓣形等。
2）头部（又叫环槽部、防漏部）
头部,又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环
槽的部分。
作用,密封、传热、传力 。
护槽圈（ 图 2-19）
3）裙部,指最后一道油环槽下缘起至活塞
底面的部分。
（ 1）作用,承受侧压力、导向。
（ 2）裙部的椭圆变形
A、原因 （ 图 2-20）
A） 沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受
热膨胀后，此处的膨胀量就最大。
B） 在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的
作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯
曲变形。
C） 气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变
形也沿活塞销的轴线方向。
B,预防和控制裙部椭圆变形的措施
Ⅰ, 尽量减少活塞的受热 。
Ⅱ, 使活塞的侧表面形状与变形相适应 。
Ⅲ, 对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。
Ⅳ, 在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。
（图 2-21,2-22,2-23）
Ⅴ, 采用油冷活塞。（图 2-24）
Ⅵ, 减少销座方向的金属量，以减少其受热变形
（ 图 2-26）
（ 3 ） 活塞销座
A,作用,支承活塞销, 将活塞顶部气体作用
力经过活塞销传给连杆 。
B,活塞销偏移布置 （ 图 2-25）
目的,为了减少活塞在上下往复运动时敲击
气缸的噪音与磨损 。
（ 4） 裙部的表面处理
汽油机,常用镀锡方法
柴油机,一般是磷化，还有的用涂石墨。
6,活塞在气缸内的安装注意事项
1） 按照活塞顶部的指定标记安装 （ 注意喷
油方向, 气门方向 ）
2） 同台发动机的活塞质量差不能超过 10g，
并与相同尺寸公差的缸盖配合 。
3） 开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压
力 （ 主, 次推力面 ） 的一面, 以免活塞
在运动时划伤气缸壁 。
二, 活塞环
按照用途分为,气环和油环 。
汽油机,气环 2～ 3道；油环数 1道 。
柴油机,气环 3～ 4道；油环数 1～ 2道 。
柴油机气环数多于汽油机的 原因,
1） 柴油机压缩比大于汽油机； 2） 柴油机转速低于
汽油机； 3） 柴油机的配缸间隙大于汽油机 。
（ 一 ） 气环
1,作用
1） 与活塞一起密封高温高压的燃气下窜入曲轴箱 。
（ 主要 ）
2） 将活塞头部的热量传给气缸壁 。
3） 辅助油环控制气缸壁上的润滑油 。
2,工作条件
恶劣,活塞环 （ 气环 ） 是发动机零件中工作寿
命最短的 。
总的说,高温, 高压, 高速, 润滑困难, 磨损
严重等 。
3,材料
多用 合金铸铁, 钢片, 粉末冶金, 金属陶瓷 等 。
对于强化发动机,则用球墨铸铁, 以加强环的
强度和冲击韧性 。
第一环,条件最恶劣，所以要求表面 镀铬 。
其余各环,镀锡或者磷化、喷石墨及硫化处理,
以提高其与气缸壁的磨合性。
4,密封原理
第一密封面,由气环装入气缸后在自身的弹力
作用下形成, 为气环外缘面与缸
壁接触的面 。
第二密封面,由下窜入上侧隙的气体压力形成,
为气环的下端面与环槽下面形成 。
第二次密封,由下窜入背隙的气体压力形成,
加强了第一密封面的密封性 。
5,气环的切口形状
四种,1） 直切口 2） 斜切口
3） 搭切口 4） 封闭切口
6,常见气环的断面形状
1） 矩形断面 （ 气环横剖面为矩形 ）
结构简单, 加工容易, 成本较低, 报废率少,
贴合性, 结合性, 磨合性较差, 耐磨性也较差,
密封效果 不 好, 泵机油现象 严重 。 （ 图 2-30）
2） 微锥面环
环的磨合性和贴合性大大提高, 此环多用在
第二, 三道上, 起强化密封的作用 。
3） 扭曲断面环
正扭曲内切环 （ 用作第二, 三道环 ） 和反扭曲锥面
环 （ 多用于第一道环上 ） 。
4）梯形环 （图 2-32）
用于热负荷比较高的柴油机上, 多用于第一道 。
优点,（ 1） 抗胶结作用比较强, 有自洁作用 。
（ 2） 与其它环比较, 提高了环的密封性 。
5）桶面环
普遍用在强化柴油机中的第一道 。
特点：结构有利于润滑；对气缸的表面适应性和对
活塞偏摆适应性均好, 有利于密封 。
缺点：凸圆弧表面加工困难 。
6） 桶间梯形环,现代高速柴油机广泛使用。
7） 开槽环,开槽内储存对润滑油有较强吸附能力
的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。
8） 顶岸环,有利于密封，有利于降低 HC排放。
（ 二）油环
1、作用
1） 刮掉缸壁上多余的机油, 并且均匀分布缸壁
上的机油 。
2） 辅助密封 。
2,分类 （ 图 2-33）
1） 普通油环 （ 整体式油环 ）
2） 组合式钢片油环
(三 )安装活塞环的注意事项
1,活塞环装入气缸之后, 环的开口间隙要适
当,0.2～ 0.4mm。
2,活塞环在环槽中的上下侧隙要适当, 0.04～
0.15mm。
3、安装活塞环时，应将活塞环切口错开，以减
少漏气。另外，切口不能朝向活塞销轴线方
向。
4、镀络环应装入第一环槽（外表面光亮的为第
一环）。
5,微锥面环, 扭曲环, 倒角油环上下不能装反,
否则将产生将机油泵入燃烧室的危险 。
6,先装油环再装气环 。
三, 活塞销
（ 一 ） 作用
1,连接活塞与连杆小头 。
2,将活塞承受的气体力传给连杆 。
（ 二 ） 材料
多用 低碳钢 和 低碳合金钢 。
同时要求其芯部具有一定的韧性 。 为了减轻质量,
常将其做成空心圆柱形 。
（ 三 ） 内孔形状
1） 圆柱形 （ 加工容易, 但质量较大 ）
2） 组合形 （ 介于前后两者之间 ）
3） 两段截锥形 （ 质量较小, 但加工较难 ）
（ 四 ） 连接固定方法
全浮式 （ 常用 ） 和 半浮式 。
（ 五 ） 活塞销的安装与拆卸
将活塞加热安装和拆卸 。
四, 连杆组
基本结构
（ 一 ） 作用
1,传力：将活塞所承受的力传给曲轴 。
2,转变运动形式：将活塞的往复运动转变为
曲轴的旋转运动 。
（ 二 ） 工作条件
主要是受力 （ 周期性变化的气体作用力和惯性
力等 ）
（三）材料
多用合金钢与优质锻钢。如 40＃, 45＃, 40Cr等。
（ 四）小头
（五）加工,配对加工。
（ 六）大头
1、剖分形式,
平剖,剖分面与连杆中心线垂直。刚性好，加工方便，
对于连杆螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。多
用于小型汽油机。但在装配时易出现大头碰伤
气缸壁的现象。
斜剖,剖分面与连杆中心线成 30～ 60° 夹角 。 减少了连
杆大头的外形尺寸 。 但使得连杆螺栓不仅受到
拉伸力而且还受到剪切力 。 多用于功率较大的
发动机, 比前者多用 。
2、定位方式
平剖,利用连杆螺栓光杆部分的精确加工与连杆
螺栓孔的精确配合来定位。
斜剖,1)止口定位 2）套筒定位 3）锯齿定位
3、连杆轴瓦
组成：钢背和减摩合金层 （ 作用：具有保持油
膜, 减少摩擦阻力和加速磨合的作用 ） 。
4,V型内燃机连杆
1)并列连杆 2)主副连杆 3)叉片式连杆
5,连杆螺栓,为标准件 。
材料,40Cr,35CrMo,40CrMo等 。
拧紧后, 应安装防松装置 。
6,连杆大头安装注意事项
1） 大头与大头盖配对加工, 配对安装 。
2） 连杆螺栓的装配预紧力应符合工厂规定,
并且分 2～ 3次均匀拧紧 。
3） 螺栓头部 （ 或螺母 ） 应具有防松装置 （ 即
锁紧装置 ）, 如铁丝, 锁紧片, 开口销,
自锁螺母等 。
4） 大头孔钻有喷孔的, 其孔必须对准主承压
面以保证润滑 。
第四节 曲轴飞轮组
组成,由曲轴和飞轮以及其它不同功用的零件和附件组
成。
一, 曲轴
1,作用,承受连杆传来的力，并将此力转换成绕其自
身的轴线的力矩。
2,结构,
1） 前端,正时齿轮、正时链轮、皮带轮端；车用发动
机还装有曲轴扭转减震器、启动爪（中、
小发动机）。
2） 后端,飞轮端（功率输出端）。
3） 曲轴轴颈、曲柄（臂）、曲柄销（连杆轴颈）、平
衡重等。
3,工作条件及材料
工作条件,是高速旋转件, 承受弯曲和扭转载荷 。
材料要求,刚度, 强度, 耐磨性要好 。
材料,中碳钢 （ 45＃ ） 或中碳合金钢 （ 40Cr等 ）
强化机,稀土球墨铸铁 。 但刚性差, 所以曲轴支
承要求较高 。
另外，曲轴支承受力处都必须进行耐磨处理。
4,类型
1） 按照结构分：整体式和组合 式
2） 按照支承形式分：全支承和非全支承
5,连杆轴颈 （ 曲柄销 ）
一般采用 空心轴颈 。 连杆轴颈的润滑依靠
与主轴颈之间的斜油道来润滑 。
6,曲柄 （ 臂 ） 和平衡重
曲柄臂,多采用椭圆形 。
平衡重,减轻主轴颈负荷；减轻曲轴的内力
矩, 平衡发动机不平衡的离心力矩, 一般不平
衡往复惯性力 。
二, 主轴承
用来支承曲轴主轴颈, 采用滑动轴承 。 多
用分开式, 安装在机体的主轴承座上 。 主轴承
盖与主轴承配对加工, 配对安装 。 轴瓦分上,
下瓦, 安装轴瓦时, 不能将上下瓦装反, 上瓦
上有油孔, 加工有油槽, 以润滑主轴颈 。
三, 多缸机曲拐布置及发火顺序
发火顺序,各缸做功冲程交替进行的次序 。
发火顺序设定原则,
1,使连续做功的两缸相距应尽可能的远 。
2,三缸以上发动机做功间隔时间 （ 发火间隔
角 ） 应力求均匀 。
例如,
四缸机, 1-3-4-2或 1-2-4-3
六缸机, 1-5-3-6-2-4 或 1-4-2-6-3-5
工作循环表,
四、飞轮
1、作用,
1） 克服短暂过载
2）动力输出
3）点火正时
4）启动发动机
2、安装注意事项
1）飞轮与曲轴一起进行动平衡试验后，不能互换。
2）飞轮的安装螺栓应按造规定的力矩拧紧。
作用,将燃料燃烧的热能转换为机械能, 将活塞
的往复运动转变为曲轴的旋转运动, 并将能量
传输出去 。
本章主要内容,
1,曲柄连杆机构的受力及运动分析
2,机体组
3,活塞连杆组
4,曲轴飞轮组
第一节 曲柄连杆机构的受力及运动分析
一, 运动分析
活塞组, 连杆小头,上下往复运动；
连杆大头, 杆身, 连杆盖,主要做左右摆动,
同时伴有上下往复运动；
曲轴, 飞轮,主要做旋转运动 。
以上各零部件均是做 变速 运动, 周期性 的 。
二, 受力种类及受力分析
1） 气体作用力 （ 主要 ）
（ 1） 作功行程
Fp分解为 Fp1 和 Fp2,
Fp2,垂直于缸壁, 使活塞与缸壁之间产生侧压
力 。
Fp1,沿着连杆方向, 作用在曲柄销上 。
Fp1 继续分解为,
Fr,沿着曲柄方向 。
Fs：为 曲柄垂直方向, 对曲轴产生一有用力矩,
T＝ S*R
（ 2） 压缩行程
Fp'分解为 Fp’1 和 Fp’2,
Fp’2,垂直于缸壁, 使活塞与缸壁之间产生侧
压力 。
Fp’1,沿着连杆方向, 作用在曲柄销上 。
Fp’1,继续分解为,
Fr’,沿着曲柄方向 。
Fs’,为曲柄垂直方向, 对曲轴产生一阻力矩 。
2） 惯性力 （ 主要 ）
（ 1） 往复惯性力
1） 活塞从上止点到下止点,
前半行程,加速度方向向下, 往复惯性力方向向上 。
后半行程,加速度方向向上, 往复惯性力方向向下 。
2） 活塞从下止点到上止点,
前半行程,加速度方向向上, 往复惯性力方向向下 。
后半行程,加速度方向向下, 往复惯性力方向向上 。
往复惯性力使发动机产生上下震动 。
（ 2） 离心力
Fcy,始终与往复惯性力的方向一致, 加剧了发
动机的上下震动 。
Fcx,使发动机产生水平方向的震动 。
3） 摩擦力和其它 （ 因为较小, 故分析时忽略 ）
第二节 机体组
一, 气缸体－曲轴箱 （ 水冷, 风冷 ）
1,气缸体－曲轴箱结构 形式
1） 一般式气缸体,曲轴轴线与气缸体下表面
在同一平面上 。 加工简单容易 。 如 492QA发动
机的气缸体 。
2） 龙门式气缸体,曲轴轴线与气缸体下表面
不在同一平面上 。 工艺性差, 刚度, 强度较好 。
如 6102发动机的气缸体 。
3） 隧道式气缸体,为了安装滚动轴承, 曲轴
座孔加工成隧道式, 曲轴为组合式曲轴 。 结构
刚度最好 。 如 6135发动机 。
2,工作条件和材料
1） 气缸工作条件,
气缸受到高温, 高压的冲击；受到腐蚀；
活塞在气缸里作高速运动而受到磨损等 。
2） 材料,优质合金铸铁 。
但是为了降低成本, 通常是机体用灰铸铁,
气缸孔用优质合金铸铁, 而采用气缸套 。
3,气缸套
1） 干式气缸套
外表面不直接与冷却水接触；壁厚 1～
3mm；外表面加工精度高, 与气缸孔配
合紧密, 不易漏水, 漏气 。 多用于功率
较小的汽油机上或不用 。
2） 湿式气缸套
外表面直接与冷却水直接接触；壁厚 5～
9mm；外表面加工较粗糙；设置有漏水
密封装置；冷却效果优于干式；刚性差；
多用于车用柴油机上 。
二, 气缸盖
1,作用
封闭气缸上部；与活塞顶部和气缸壁一起
构成燃烧室；是配气机构的多数零件的
安装机体 。
2,工作条件和材料
1） 工作条件,受到高温, 高压的冲击；受
到腐蚀作用 。
2） 材料,灰铸铁, 合金铸铁, 铝合金 （ 汽
油机用 ）
3,结构形式
1） 整体缸盖,一台发动机一个气缸盖 。
结构较紧凑, 零件数目少, 成本低, 发动机
的总长度减少；但刚性差, 易变形, 使得发动
机的密封性下降, 系列化程度差, 加工报废率
高；适用于缸径 <105mm的发动机 。
2） 块状缸盖,2缸或 2缸以上共用一个缸盖 。
适用于 105mm<缸径 <160mm的发动机 。
3)单体缸盖,一缸一个缸盖 。
缸径 >105mm可用；缸径 >120mm的优先采用；
缸径 >160mm 都采用 。
4,汽油机燃烧室
1） 对汽油机燃烧室的要求
（ 1） 有利于提高热效率
（ 2）有利于排气净化
（ 3）有利于换气
（ 4）有利于燃烧平静
（ 5）有利于组织气流运动
2） 几种典型燃烧室,
（ 1） 盆型,结构简单, 但不够紧凑 。
（ 2） 楔型,结构简单, 较紧凑, 能形成挤气流, 但使
得 HC排放增加 。
（ 3） 半球型,结构紧凑, 但配气机构复杂, 工作较粗
暴, 多用于高速汽油机 。
三, 气缸垫,多用金属石棉衬垫 。
四, 缸盖螺栓,
拧紧,从中间往两边依次对角分次进行；
拧松,从两边往中间依次对角进行
五, 油底壳,放油螺塞带磁性, 对随着润滑油进入油
底壳的铁屑进行吸附 。
第三节 活塞连杆组
活塞组,活塞, 活塞环 （ 气环, 油环 ）,
活塞销, 卡环等 。
连杆组,连杆, 连杆盖, 连杆轴瓦, 连杆
螺钉等 。
一, 活塞
1,作用
1） 承受力, 传力 。
2） 组成燃烧室 。
2,工作条件 （ 非常恶劣 ）
三高,高温, 高压, 高速
两难,冷却困难, 润滑困难
一腐蚀,受到酸性物质的腐蚀
3,材料
常用,铸铝合金 （ 高硅铝合金, 铝铜合金 ）
强化发动机,高级铸铁, 耐热钢 （ 主要为了
提高其强度 ）
新型,金属陶瓷 （ 有组合式的 （ 陶瓷用于活
塞顶部 ）, 也有整体式的 ）
总之, 对于转速较高的发动机来说, 活塞
材料多选择质量较轻的铝合金；而对于低速机,
现在多用灰铸铁 。
4、加工制造方法
1）铸造
2）锻造
3）液态模锻
5、结构
1） 顶部,
汽油机,二冲程机多用凸顶活塞，其它汽油机
多用平顶。
柴油机,有平顶、凹顶,ω形、碗形、盆型、
花瓣形等。
2）头部（又叫环槽部、防漏部）
头部,又叫防漏部、环槽部。加工有活塞环
槽的部分。
作用,密封、传热、传力 。
护槽圈（ 图 2-19）
3）裙部,指最后一道油环槽下缘起至活塞
底面的部分。
（ 1）作用,承受侧压力、导向。
（ 2）裙部的椭圆变形
A、原因 （ 图 2-20）
A） 沿活塞销的方向，金属量较多,所以在其受
热膨胀后，此处的膨胀量就最大。
B） 在受到气缸内气体燃烧后产生的气压力的
作用后，使活塞顶部在销座跨度内发生弯
曲变形。
C） 气缸壁对活塞的侧压力作用，引起活塞变
形也沿活塞销的轴线方向。
B,预防和控制裙部椭圆变形的措施
Ⅰ, 尽量减少活塞的受热 。
Ⅱ, 使活塞的侧表面形状与变形相适应 。
Ⅲ, 对汽油机活塞，在裙部开纵向补偿槽。
Ⅳ, 在活塞上镶铸钢片，以限制活塞的变形量。
（图 2-21,2-22,2-23）
Ⅴ, 采用油冷活塞。（图 2-24）
Ⅵ, 减少销座方向的金属量，以减少其受热变形
（ 图 2-26）
（ 3 ） 活塞销座
A,作用,支承活塞销, 将活塞顶部气体作用
力经过活塞销传给连杆 。
B,活塞销偏移布置 （ 图 2-25）
目的,为了减少活塞在上下往复运动时敲击
气缸的噪音与磨损 。
（ 4） 裙部的表面处理
汽油机,常用镀锡方法
柴油机,一般是磷化，还有的用涂石墨。
6,活塞在气缸内的安装注意事项
1） 按照活塞顶部的指定标记安装 （ 注意喷
油方向, 气门方向 ）
2） 同台发动机的活塞质量差不能超过 10g，
并与相同尺寸公差的缸盖配合 。
3） 开纵向槽的活塞面尽量安装在不受侧压
力 （ 主, 次推力面 ） 的一面, 以免活塞
在运动时划伤气缸壁 。
二, 活塞环
按照用途分为,气环和油环 。
汽油机,气环 2～ 3道；油环数 1道 。
柴油机,气环 3～ 4道；油环数 1～ 2道 。
柴油机气环数多于汽油机的 原因,
1） 柴油机压缩比大于汽油机； 2） 柴油机转速低于
汽油机； 3） 柴油机的配缸间隙大于汽油机 。
（ 一 ） 气环
1,作用
1） 与活塞一起密封高温高压的燃气下窜入曲轴箱 。
（ 主要 ）
2） 将活塞头部的热量传给气缸壁 。
3） 辅助油环控制气缸壁上的润滑油 。
2,工作条件
恶劣,活塞环 （ 气环 ） 是发动机零件中工作寿
命最短的 。
总的说,高温, 高压, 高速, 润滑困难, 磨损
严重等 。
3,材料
多用 合金铸铁, 钢片, 粉末冶金, 金属陶瓷 等 。
对于强化发动机,则用球墨铸铁, 以加强环的
强度和冲击韧性 。
第一环,条件最恶劣，所以要求表面 镀铬 。
其余各环,镀锡或者磷化、喷石墨及硫化处理,
以提高其与气缸壁的磨合性。
4,密封原理
第一密封面,由气环装入气缸后在自身的弹力
作用下形成, 为气环外缘面与缸
壁接触的面 。
第二密封面,由下窜入上侧隙的气体压力形成,
为气环的下端面与环槽下面形成 。
第二次密封,由下窜入背隙的气体压力形成,
加强了第一密封面的密封性 。
5,气环的切口形状
四种,1） 直切口 2） 斜切口
3） 搭切口 4） 封闭切口
6,常见气环的断面形状
1） 矩形断面 （ 气环横剖面为矩形 ）
结构简单, 加工容易, 成本较低, 报废率少,
贴合性, 结合性, 磨合性较差, 耐磨性也较差,
密封效果 不 好, 泵机油现象 严重 。 （ 图 2-30）
2） 微锥面环
环的磨合性和贴合性大大提高, 此环多用在
第二, 三道上, 起强化密封的作用 。
3） 扭曲断面环
正扭曲内切环 （ 用作第二, 三道环 ） 和反扭曲锥面
环 （ 多用于第一道环上 ） 。
4）梯形环 （图 2-32）
用于热负荷比较高的柴油机上, 多用于第一道 。
优点,（ 1） 抗胶结作用比较强, 有自洁作用 。
（ 2） 与其它环比较, 提高了环的密封性 。
5）桶面环
普遍用在强化柴油机中的第一道 。
特点：结构有利于润滑；对气缸的表面适应性和对
活塞偏摆适应性均好, 有利于密封 。
缺点：凸圆弧表面加工困难 。
6） 桶间梯形环,现代高速柴油机广泛使用。
7） 开槽环,开槽内储存对润滑油有较强吸附能力
的多孔性氧化铁。有利于润滑、磨合和密封。
8） 顶岸环,有利于密封，有利于降低 HC排放。
（ 二）油环
1、作用
1） 刮掉缸壁上多余的机油, 并且均匀分布缸壁
上的机油 。
2） 辅助密封 。
2,分类 （ 图 2-33）
1） 普通油环 （ 整体式油环 ）
2） 组合式钢片油环
(三 )安装活塞环的注意事项
1,活塞环装入气缸之后, 环的开口间隙要适
当,0.2～ 0.4mm。
2,活塞环在环槽中的上下侧隙要适当, 0.04～
0.15mm。
3、安装活塞环时，应将活塞环切口错开，以减
少漏气。另外，切口不能朝向活塞销轴线方
向。
4、镀络环应装入第一环槽（外表面光亮的为第
一环）。
5,微锥面环, 扭曲环, 倒角油环上下不能装反,
否则将产生将机油泵入燃烧室的危险 。
6,先装油环再装气环 。
三, 活塞销
（ 一 ） 作用
1,连接活塞与连杆小头 。
2,将活塞承受的气体力传给连杆 。
（ 二 ） 材料
多用 低碳钢 和 低碳合金钢 。
同时要求其芯部具有一定的韧性 。 为了减轻质量,
常将其做成空心圆柱形 。
（ 三 ） 内孔形状
1） 圆柱形 （ 加工容易, 但质量较大 ）
2） 组合形 （ 介于前后两者之间 ）
3） 两段截锥形 （ 质量较小, 但加工较难 ）
（ 四 ） 连接固定方法
全浮式 （ 常用 ） 和 半浮式 。
（ 五 ） 活塞销的安装与拆卸
将活塞加热安装和拆卸 。
四, 连杆组
基本结构
（ 一 ） 作用
1,传力：将活塞所承受的力传给曲轴 。
2,转变运动形式：将活塞的往复运动转变为
曲轴的旋转运动 。
（ 二 ） 工作条件
主要是受力 （ 周期性变化的气体作用力和惯性
力等 ）
（三）材料
多用合金钢与优质锻钢。如 40＃, 45＃, 40Cr等。
（ 四）小头
（五）加工,配对加工。
（ 六）大头
1、剖分形式,
平剖,剖分面与连杆中心线垂直。刚性好，加工方便，
对于连杆螺栓只受拉伸力，而不受剪切力。多
用于小型汽油机。但在装配时易出现大头碰伤
气缸壁的现象。
斜剖,剖分面与连杆中心线成 30～ 60° 夹角 。 减少了连
杆大头的外形尺寸 。 但使得连杆螺栓不仅受到
拉伸力而且还受到剪切力 。 多用于功率较大的
发动机, 比前者多用 。
2、定位方式
平剖,利用连杆螺栓光杆部分的精确加工与连杆
螺栓孔的精确配合来定位。
斜剖,1)止口定位 2）套筒定位 3）锯齿定位
3、连杆轴瓦
组成：钢背和减摩合金层 （ 作用：具有保持油
膜, 减少摩擦阻力和加速磨合的作用 ） 。
4,V型内燃机连杆
1)并列连杆 2)主副连杆 3)叉片式连杆
5,连杆螺栓,为标准件 。
材料,40Cr,35CrMo,40CrMo等 。
拧紧后, 应安装防松装置 。
6,连杆大头安装注意事项
1） 大头与大头盖配对加工, 配对安装 。
2） 连杆螺栓的装配预紧力应符合工厂规定,
并且分 2～ 3次均匀拧紧 。
3） 螺栓头部 （ 或螺母 ） 应具有防松装置 （ 即
锁紧装置 ）, 如铁丝, 锁紧片, 开口销,
自锁螺母等 。
4） 大头孔钻有喷孔的, 其孔必须对准主承压
面以保证润滑 。
第四节 曲轴飞轮组
组成,由曲轴和飞轮以及其它不同功用的零件和附件组
成。
一, 曲轴
1,作用,承受连杆传来的力，并将此力转换成绕其自
身的轴线的力矩。
2,结构,
1） 前端,正时齿轮、正时链轮、皮带轮端；车用发动
机还装有曲轴扭转减震器、启动爪（中、
小发动机）。
2） 后端,飞轮端（功率输出端）。
3） 曲轴轴颈、曲柄（臂）、曲柄销（连杆轴颈）、平
衡重等。
3,工作条件及材料
工作条件,是高速旋转件, 承受弯曲和扭转载荷 。
材料要求,刚度, 强度, 耐磨性要好 。
材料,中碳钢 （ 45＃ ） 或中碳合金钢 （ 40Cr等 ）
强化机,稀土球墨铸铁 。 但刚性差, 所以曲轴支
承要求较高 。
另外，曲轴支承受力处都必须进行耐磨处理。
4,类型
1） 按照结构分：整体式和组合 式
2） 按照支承形式分：全支承和非全支承
5,连杆轴颈 （ 曲柄销 ）
一般采用 空心轴颈 。 连杆轴颈的润滑依靠
与主轴颈之间的斜油道来润滑 。
6,曲柄 （ 臂 ） 和平衡重
曲柄臂,多采用椭圆形 。
平衡重,减轻主轴颈负荷；减轻曲轴的内力
矩, 平衡发动机不平衡的离心力矩, 一般不平
衡往复惯性力 。
二, 主轴承
用来支承曲轴主轴颈, 采用滑动轴承 。 多
用分开式, 安装在机体的主轴承座上 。 主轴承
盖与主轴承配对加工, 配对安装 。 轴瓦分上,
下瓦, 安装轴瓦时, 不能将上下瓦装反, 上瓦
上有油孔, 加工有油槽, 以润滑主轴颈 。
三, 多缸机曲拐布置及发火顺序
发火顺序,各缸做功冲程交替进行的次序 。
发火顺序设定原则,
1,使连续做功的两缸相距应尽可能的远 。
2,三缸以上发动机做功间隔时间 （ 发火间隔
角 ） 应力求均匀 。
例如,
四缸机, 1-3-4-2或 1-2-4-3
六缸机, 1-5-3-6-2-4 或 1-4-2-6-3-5
工作循环表,
四、飞轮
1、作用,
1） 克服短暂过载
2）动力输出
3）点火正时
4）启动发动机
2、安装注意事项
1）飞轮与曲轴一起进行动平衡试验后，不能互换。
2）飞轮的安装螺栓应按造规定的力矩拧紧。
