2013-3-2 1
第二章
曲柄连杆机构
2013-3-2 2
第一节 概述
一、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
转变为曲轴旋转运动而对外输出动力
2013-3-2 3
二、组成,
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
2013-3-2 4
2,活塞连杆组,
由活塞、活塞环、活塞销和连杆 ------
运动件
2013-3-2 5
3,曲轴飞轮组,曲轴、飞轮 减振器
2013-3-2 6
三、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。
P
Pj
PC
F
2013-3-2 7
1,气压力：气压力 P的集中力 PP分解为侧
压力 NP和 SP,SP分解为 RP和 TP,RP使曲轴
主轴颈处受压,TP为周向产生转矩的力。
(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
SP P
RP
TP
2013-3-2 8
(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
P
SP
RP T
P
2013-3-2 9
2,往复惯性力 Pj：活塞在上半行程时，惯性
力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上
下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度
最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞
运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。
Pj
2013-3-2 10
3,离心惯性力 PC：旋转机件的圆周运动产
生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离
心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机
振动而传到机体外。
Pc
2013-3-2 11
4、摩擦力 F：指相互运动件
之间的摩擦力，它是造成配
合表面磨损的根源。
F
2013-3-2 12
第二节 机体组
机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、
气缸盖、气缸垫组成。
2013-3-2 13
1,构造
气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，
气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承
座孔，还有主油道和分油道。
2013-3-2 14
2,气缸的排列形式
（ 1） 直列式：多用于六缸以下的发动机 。
（ 2） V型式：它缩短了发动机的长度和高
度, 多用于八缸以上的发动机 。
（ 3）对置式：是 V型的特殊形式。
2013-3-2 15
3,曲轴箱的型式
（ 1） 平分式
定义：主轴承座孔
中心线位于曲轴箱
分开面上 。
特点：刚度小, 前
后端呈半圆形, 与
油底壳接合面的密
封较困难 。
应用：中小型发动
机。
2013-3-2 16
（ 2） 龙门式
定义：主轴承座
孔中心线高于曲
轴箱分开面 。
特点：刚度较大,
油底壳前后端为
一平面, 密封简
单可靠 。
应用：大中型发
动机。
2013-3-2 17
（ 3） 隧道式
定义：主轴承座孔
不分开 。
特点：刚度最大,
主轴承同轴度易保
证, 主轴承用滚动
轴承 。
应用：负荷较大
的柴油机。
2013-3-2 18
二, 油底壳
1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱 。
2.构造,（ 1） 用薄钢板冲压而成 。
（ 2） 内部设有稳油挡板, 以防止汽车振动时
油底壳油面产生较大的波动 。
（ 3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有
密封衬垫。
2013-3-2 19
三, 气缸套
1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾 。
气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气
缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量
轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，
又节省了好材料。
2013-3-2 20
2.型式
（ 1） 干式缸套 1~3mm
定义,其外表面不直接
与冷却水接触 。
特点,
1) 壁厚较薄 （ 1mm ～
3mm） ；
2)与缸体承孔过盈配合；
3)不易漏水漏气。
1~3mm
2013-3-2 21
（ 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
5~9
mm
0.05~0.15
mm
2013-3-2 22
定位,
1） 径向：靠上下两个凸
出的, 与气缸体间为动配
合的圆环带 A和 B。
2） 轴向：利用缸套上部
凸缘与缸体相应的台阶 。
0.05~0.15
mm A
B
2013-3-2 23
密封,
上部：缸套顶面高出缸体
0.05mm～ 0.15mm，当气缸
盖螺栓拧紧后，缸套与缸体
凸台接合处、缸套与缸垫接
合处，承受较大的压紧力。
0.05~0.15mm
2013-3-2 24
1）下部,1～ 3个耐热耐油的橡胶密封圈。
2013-3-2 25
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。
2013-3-2 26
2,汽油机燃烧室 （ 图 2— 13）
（ 1） 盆形燃烧室：其特点为
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的排放较
低 。
2013-3-2 27
2013-3-2 28
（ 2） 楔形燃烧室：其特点为
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；
燃烧速度较快,CO和 HC排放较低而 NO的
排放稍高。
2013-3-2 29
（ 3） 半球形燃烧室：其
特点为
1)气门成横向 V型排列,
因此气门头部直径可以做
得较大, 换气好；
2)火花塞位于燃烧室的中
部火焰行程短, 燃烧速度
最高, 动力性, 经济性最
好 。 是高速发动机常用的
燃烧室；
3)CO和 HC排放最少，而
NO的排放较高。
2013-3-2 30
五, 气缸垫
1.作用：保
证气缸体与
气缸盖间的
密封, 防止
漏水, 漏气 。
2013-3-2 31
2.构造 （ 图 2— 14）
金属 — 石棉垫：
（见 a,b）外包铜
皮和钢片，且在缸
口、水孔、油道口
周围卷边加强，内
填石棉（常掺入铜
屑或钢丝，以坚强
导热）。
2013-3-2 32
（ 1） 金属骨架 —
石棉垫：以编织的
钢丝网 （ 图 c） 或
有孔钢板 （ 图 d）
为骨架, 外覆石棉,
只在缸口, 水孔,
油道口处用金属片
包边 。
2013-3-2 33
纯金属垫：（见图 e）由单层或多层金属片
（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化
发动机。
2013-3-2 34
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 。
2013-3-2 35
第三节 活塞连杆组
2013-3-2 36
组成：活塞, 活塞环, 活塞销, 连杆, 连杆
轴承 。
2013-3-2 37
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 。
2013-3-2 38
（ 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 。
2013-3-2 39
（ 三 ） 组成 （ 图 2— 16）
根据其作用, 活塞可分为顶部, 环槽部, 裙
部和活塞销座四部分 。
销座
2013-3-2 40
1,顶部：是燃烧室的组成部分, 用来承受
气体压力 。
汽油机活塞的顶部形状有,（ 图 2— 17）
（ 1） 平顶：受热面积小, 广泛采用 。
（ 2） 凸顶：与半球形燃烧室配用 。
（ 3） 凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞
气门, 也可用凹坑的深度来调整压缩比 。
2013-3-2 41
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 。
2013-3-2 42
（ 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 。
2013-3-2 43
2,变形规律
（ 1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,
使配缸间隙变小 。 因活塞温度高于气缸壁,
且铝合金的膨胀系数大于铸铁；
（ 2） 活塞自上而下膨胀量由大而小 。 因温
度上高下低, 壁厚上厚下薄；
（ 3） 裙部周向近似椭圆形变化, 长轴沿销
座孔轴线方向 。 因销座处金属量多而膨胀量
大, 以及侧压力作用的结果 。
2013-3-2 44
制造时
变形后
2013-3-2 45
3.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 0.5mm～ 1.0mm。
2013-3-2 46
（ 4） 裙部开绝热 — 膨胀槽（,T”形或形
槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。
（图 2— 24）
2013-3-2 47
（ 5） 采用双金属活塞：
即在活塞裙部或销座
内嵌铸入钢片, 以减
少裙部的膨胀量 。
1） 恒范钢片式：活塞
销座通过恒范钢片与
裙部相连, 而恒范钢
片 （ 含镍 33%～ 36%）
的膨胀系数仅为铝合
金的十分之一 。 这样,
使裙部膨胀量大为减
少 。 （ 图 2— 25）
2013-3-2 48
2） 自动调节式,
膨胀系数小的
低碳钢片贴在销座
铝层的内侧，依靠
钢片的牵制作用，
及钢片与铝壳之间
的双金属效应来减
小裙部侧压力方向
的膨胀量。
2013-3-2 49
3)筒形钢片式：浇铸时，
将钢筒夹在铝合金中
（图 2— 27），冷凝时
钢筒内外侧的铝合金
分别产生“收缩缝隙”
和拉应力。工作时因
要先消除“收缩缝隙”
和拉应力而膨胀量减
小。
2013-3-2 50
（ 五 ） 偏置销座 （ 图 2— 32）
1,定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一
面 （ 图示左侧 ） 偏移 1mm～ 2mm。
2,作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击 。
2013-3-2 51
2013-3-2 52
2013-3-2 53
3,原理：因销座偏置, 在接近上止点时, 作用
在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边, 使
活塞倾斜, 裙部下端提前换向 。 而活塞在越过
上止点, 侧压力反向时, 活塞才以左下端接触
处为支点, 顶部向左转 （ 不是平移 ）, 完成换
向 。
2013-3-2 54
可见偏置销座使活塞换向分成了
两步，第一步是在气体压力较小时进
行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第
二步虽气体压力大，但它是个渐变过
程。为此，两步过渡使换向冲击力大
为减弱。
第二章
曲柄连杆机构
2013-3-2 2
第一节 概述
一、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
转变为曲轴旋转运动而对外输出动力
2013-3-2 3
二、组成,
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
2013-3-2 4
2,活塞连杆组,
由活塞、活塞环、活塞销和连杆 ------
运动件
2013-3-2 5
3,曲轴飞轮组,曲轴、飞轮 减振器
2013-3-2 6
三、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。
P
Pj
PC
F
2013-3-2 7
1,气压力：气压力 P的集中力 PP分解为侧
压力 NP和 SP,SP分解为 RP和 TP,RP使曲轴
主轴颈处受压,TP为周向产生转矩的力。
(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
SP P
RP
TP
2013-3-2 8
(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
P
SP
RP T
P
2013-3-2 9
2,往复惯性力 Pj：活塞在上半行程时，惯性
力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上
下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度
最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞
运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。
Pj
2013-3-2 10
3,离心惯性力 PC：旋转机件的圆周运动产
生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离
心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机
振动而传到机体外。
Pc
2013-3-2 11
4、摩擦力 F：指相互运动件
之间的摩擦力，它是造成配
合表面磨损的根源。
F
2013-3-2 12
第二节 机体组
机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、
气缸盖、气缸垫组成。
2013-3-2 13
1,构造
气缸体内引导活塞做往复运动的圆筒就是气缸，
气缸外面制有水套以散热。曲轴箱上有主轴承
座孔，还有主油道和分油道。
2013-3-2 14
2,气缸的排列形式
（ 1） 直列式：多用于六缸以下的发动机 。
（ 2） V型式：它缩短了发动机的长度和高
度, 多用于八缸以上的发动机 。
（ 3）对置式：是 V型的特殊形式。
2013-3-2 15
3,曲轴箱的型式
（ 1） 平分式
定义：主轴承座孔
中心线位于曲轴箱
分开面上 。
特点：刚度小, 前
后端呈半圆形, 与
油底壳接合面的密
封较困难 。
应用：中小型发动
机。
2013-3-2 16
（ 2） 龙门式
定义：主轴承座
孔中心线高于曲
轴箱分开面 。
特点：刚度较大,
油底壳前后端为
一平面, 密封简
单可靠 。
应用：大中型发
动机。
2013-3-2 17
（ 3） 隧道式
定义：主轴承座孔
不分开 。
特点：刚度最大,
主轴承同轴度易保
证, 主轴承用滚动
轴承 。
应用：负荷较大
的柴油机。
2013-3-2 18
二, 油底壳
1.功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱 。
2.构造,（ 1） 用薄钢板冲压而成 。
（ 2） 内部设有稳油挡板, 以防止汽车振动时
油底壳油面产生较大的波动 。
（ 3）最低处有放油塞曲轴箱与油底壳之间有
密封衬垫。
2013-3-2 19
三, 气缸套
1.目的：解决成本与寿命之间的矛盾 。
气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气
缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量
轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，
又节省了好材料。
2013-3-2 20
2.型式
（ 1） 干式缸套 1~3mm
定义,其外表面不直接
与冷却水接触 。
特点,
1) 壁厚较薄 （ 1mm ～
3mm） ；
2)与缸体承孔过盈配合；
3)不易漏水漏气。
1~3mm
2013-3-2 21
（ 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
5~9
mm
0.05~0.15
mm
2013-3-2 22
定位,
1） 径向：靠上下两个凸
出的, 与气缸体间为动配
合的圆环带 A和 B。
2） 轴向：利用缸套上部
凸缘与缸体相应的台阶 。
0.05~0.15
mm A
B
2013-3-2 23
密封,
上部：缸套顶面高出缸体
0.05mm～ 0.15mm，当气缸
盖螺栓拧紧后，缸套与缸体
凸台接合处、缸套与缸垫接
合处，承受较大的压紧力。
0.05~0.15mm
2013-3-2 24
1）下部,1～ 3个耐热耐油的橡胶密封圈。
2013-3-2 25
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。
2013-3-2 26
2,汽油机燃烧室 （ 图 2— 13）
（ 1） 盆形燃烧室：其特点为
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的排放较
低 。
2013-3-2 27
2013-3-2 28
（ 2） 楔形燃烧室：其特点为
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；
燃烧速度较快,CO和 HC排放较低而 NO的
排放稍高。
2013-3-2 29
（ 3） 半球形燃烧室：其
特点为
1)气门成横向 V型排列,
因此气门头部直径可以做
得较大, 换气好；
2)火花塞位于燃烧室的中
部火焰行程短, 燃烧速度
最高, 动力性, 经济性最
好 。 是高速发动机常用的
燃烧室；
3)CO和 HC排放最少，而
NO的排放较高。
2013-3-2 30
五, 气缸垫
1.作用：保
证气缸体与
气缸盖间的
密封, 防止
漏水, 漏气 。
2013-3-2 31
2.构造 （ 图 2— 14）
金属 — 石棉垫：
（见 a,b）外包铜
皮和钢片，且在缸
口、水孔、油道口
周围卷边加强，内
填石棉（常掺入铜
屑或钢丝，以坚强
导热）。
2013-3-2 32
（ 1） 金属骨架 —
石棉垫：以编织的
钢丝网 （ 图 c） 或
有孔钢板 （ 图 d）
为骨架, 外覆石棉,
只在缸口, 水孔,
油道口处用金属片
包边 。
2013-3-2 33
纯金属垫：（见图 e）由单层或多层金属片
（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化
发动机。
2013-3-2 34
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 。
2013-3-2 35
第三节 活塞连杆组
2013-3-2 36
组成：活塞, 活塞环, 活塞销, 连杆, 连杆
轴承 。
2013-3-2 37
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 。
2013-3-2 38
（ 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 。
2013-3-2 39
（ 三 ） 组成 （ 图 2— 16）
根据其作用, 活塞可分为顶部, 环槽部, 裙
部和活塞销座四部分 。
销座
2013-3-2 40
1,顶部：是燃烧室的组成部分, 用来承受
气体压力 。
汽油机活塞的顶部形状有,（ 图 2— 17）
（ 1） 平顶：受热面积小, 广泛采用 。
（ 2） 凸顶：与半球形燃烧室配用 。
（ 3） 凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞
气门, 也可用凹坑的深度来调整压缩比 。
2013-3-2 41
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 。
2013-3-2 42
（ 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 。
2013-3-2 43
2,变形规律
（ 1） 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,
使配缸间隙变小 。 因活塞温度高于气缸壁,
且铝合金的膨胀系数大于铸铁；
（ 2） 活塞自上而下膨胀量由大而小 。 因温
度上高下低, 壁厚上厚下薄；
（ 3） 裙部周向近似椭圆形变化, 长轴沿销
座孔轴线方向 。 因销座处金属量多而膨胀量
大, 以及侧压力作用的结果 。
2013-3-2 44
制造时
变形后
2013-3-2 45
3.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 0.5mm～ 1.0mm。
2013-3-2 46
（ 4） 裙部开绝热 — 膨胀槽（,T”形或形
槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。
（图 2— 24）
2013-3-2 47
（ 5） 采用双金属活塞：
即在活塞裙部或销座
内嵌铸入钢片, 以减
少裙部的膨胀量 。
1） 恒范钢片式：活塞
销座通过恒范钢片与
裙部相连, 而恒范钢
片 （ 含镍 33%～ 36%）
的膨胀系数仅为铝合
金的十分之一 。 这样,
使裙部膨胀量大为减
少 。 （ 图 2— 25）
2013-3-2 48
2） 自动调节式,
膨胀系数小的
低碳钢片贴在销座
铝层的内侧，依靠
钢片的牵制作用，
及钢片与铝壳之间
的双金属效应来减
小裙部侧压力方向
的膨胀量。
2013-3-2 49
3)筒形钢片式：浇铸时，
将钢筒夹在铝合金中
（图 2— 27），冷凝时
钢筒内外侧的铝合金
分别产生“收缩缝隙”
和拉应力。工作时因
要先消除“收缩缝隙”
和拉应力而膨胀量减
小。
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（ 五 ） 偏置销座 （ 图 2— 32）
1,定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一
面 （ 图示左侧 ） 偏移 1mm～ 2mm。
2,作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击 。
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3,原理：因销座偏置, 在接近上止点时, 作用
在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边, 使
活塞倾斜, 裙部下端提前换向 。 而活塞在越过
上止点, 侧压力反向时, 活塞才以左下端接触
处为支点, 顶部向左转 （ 不是平移 ）, 完成换
向 。
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可见偏置销座使活塞换向分成了
两步，第一步是在气体压力较小时进
行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第
二步虽气体压力大，但它是个渐变过
程。为此，两步过渡使换向冲击力大
为减弱。
