曲柄连杆机构复习题（共8篇）
曲柄连杆机构复习题 篇1
曲柄连杆机构复习题
一、填空题
1、曲柄连杆机构是由机体组、活塞连杆组和（）三部分组成的。
2、曲柄连杆机构是在（）、（）、（）以及有化学腐蚀的条件下工作的。
3、活塞销座孔轴线偏置的方向是：面对发动机朝（）。
4、活塞环有气环和（）两种。
5、活塞环的装配间隙包括（）（）（）种。
6、活塞销的连接方式有（）（）两种。
7、曲柄连杆机构的作用是：提供（）场所，并将燃料燃烧后产生的作用在活塞上的（）转变成曲轴旋转运动，对外输出动力。
8、曲轴飞轮组的零件有（）、（）、（）。
9、汽缸盖是用来封闭（），并与（）共同构成燃烧室。
10、汽缸的磨损是不均匀的，一般磨损呈上（）下（）的锥形，在圆周方向上呈不规则的（）。
11、汽缸体上部有一个或数个引导活塞在其中进行往复运动的圆柱形空腔，称为（）。
12、安装汽缸盖时，紧固螺栓应按由（）的顺序，（）分多次逐步地以规定的扭矩拧紧。
13、汽缸采用修理尺寸法维修时，修理级别一般分为（）级，每级加大（）mm。
二、判断题
1、在维修作业中，同一台发动机的各缸活塞可以互换。（）
2、四冲程直列六缸发动机作功间隙角为360°／6＝60°。（）
3、采用全支承方式的V6发动机曲轴共有七道主轴颈。（）
4、连杆的作用是连接活塞与曲轴，并将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。（）
5、活塞环的泵油作用，可以加强对气缸上部的润滑，因此是有益的。（）
6、活塞裙部膨胀槽一般开在受侧压力大的一面。（）
7、各种形式曲轴的曲拐数都与汽缸数相同。（）
8、由于各个气缸的磨损量不均匀，因此镗削后的气缸修理尺寸应不同。（）
9、活塞与气缸壁间隙过大易出现“拉缸”。（）
10、不论是干式缸套，还是湿式缸套，在压入汽缸体之后，都应使汽缸套顶面与汽缸体上平面平齐。（）
11、偏置销座的活塞，其销座的偏移方向应朝向作功冲程时活塞受侧压大的一侧。（）
12、校正连杆一般是先校正弯曲后校正扭曲。（）
13、采用全浮式连接的活塞销，无论在装配式，还是在发动机工作时，活塞销均能在活塞销座中自由转动。（）
三、选择题
1、V形发动机两列气缸中心线的夹角（）。A、γ＞180°
B、γ＝180°
C、γ＜180°
2、改用“凸顶”活塞后，发动机的压缩比（）。A、增大
B、减少 C、不变
3、活塞在高温下，沿轴向产生（）的膨胀变形。A、上下相等 B、上大下 小C、上小下大
4、通常直列六缸发动机的工作顺序是（）。
A、1—5—3—6—2—4； B、1—3—5—2—4—6；
C、1—5—2—6—3—4
5、发动机气缸磨损的检验，主要测量其（）。
A、直线度和同轴度 B、平行度和平面度 C、垂直度和圆跳动 D、圆度和圆柱度
6、为了减轻磨损，通常对（）进行镀铬。
A、第一道环
B、所有气环
C、油环
D、气环和油环
7、活塞的最大磨损部位是（）。A、头部B、裙部C、环槽 D、顶部
8、扭曲环的安装方向是（）.A、外切口向上、内切口向下
B、外切口向上、内切口向上 C、外切口向下、内切口向上
D、外切口向下、内切口向下
9、四缸四冲程发动机的工作顺序是（）。
A、1—2—3—4
B、4—3—2—1 C、1—3—4—2
D、1—3—2—4
10、用量缸表测量汽缸直径时，读数的时刻是（）。
A、最大数值时B、最小数值时C、中间数值时 D、任意时刻
11、与座孔的曲率半径比，轴瓦的曲率半径（）。A、大些B、小些C、相等 D、可大可小
12、在活塞连杆组件中，（）的作用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。
A、活塞B、活塞环C、活塞销 D、连杆
13、检查活塞连杆组时，用（）量出活塞裙部直径。A、千分尺B、活游标卡尺C、塞尺 D、百分表
14、活塞顶上标有一定的记号，装配时记号必须朝上发动机的（）。A、前方B、后方C、不同发动机有不同的规定 D、左方
15、四缸四冲程发动机的做功间隔角为（）曲轴转角。A、180度 B、120度 C、360度
D、720度
四、问答题
1、简述活塞连杆组的组装工艺。
2、曲柄连杆机构的作用及组成各是什么？
3、选配活塞时应注意什么？
曲柄连杆机构复习题 篇2
一、活塞销响
1. 故障现象
活塞销响是一种尖锐而清脆、有节奏的金属敲击声, 在相同转速下比活塞敲缸响连续且尖细;随着柴油机转速变化响声发生变化, 加速时响声更大;当柴油机温度升高, 响声甚至更明显;单缸断火时响声减弱或消失;略将点火时间提前, 响声则更大。
2. 故障判断与排除
(1) 柴油机低温怠速时发出“嗒、嗒”的连续响声, 响声部位在柴油机上部, 柴油机中、低速时响声消失。某单缸断火时响声消失, 复火时响声恢复, 即为该缸故障。此故障一般是活塞销与连杆衬套配合间隙稍大, 暂可继续使用。
(2) 柴油机温度正常, 中、低速运转时均发出有节奏清脆且明显的“嗒、嗒”声, 单缸断火时响声消失, 复火时响声恢复, 即为该缸活塞销与连杆衬套配合间隙过大, 应更换活塞销或连杆衬套。
(3) 柴油机在低温、高温或低速、高速时均发出带震动性、有节奏、沉重的“嗒、嗒”响声;断火试验时响声转为“咯、咯”的哑声, 即可断定为活塞销与连杆衬套严重松旷。应立即拆检, 必要时更换活塞销或连杆衬套。
(4) 柴油机只在某一转速时发出“贴、贴、贴”明显有节奏的响声, 断火试验时, 响声减弱却杂乱, 即为活塞销与其座孔间隙过大。应拆检并视情况更换活塞销和活塞。
二、曲轴断裂
曲轴的主要作用是把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩, 然后通过飞轮传递到底盘传动系。曲轴是发动机非常重要的零件。在柴油机工作时, 曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力及其力矩的共同作用。这种作用不但是周期性变化的, 而且带有冲击性。所以, 应加强曲轴的维护保养, 减少损伤。
1. 故障现象
柴油机运转时, 突然从曲轴箱内发出沉重的裂开响声或金属敲击声, 柴油机的转速迅速降低, 运转不平稳, 排气管冒黑烟, 曲轴上的飞轮及皮带产生摇摆, 曲轴完全断开后, 柴油机立即停止工作。
2. 预防曲轴断裂的措施
(1) 在维修柴油机时, 要按要求对曲轴进行认真检查。检查曲轴有无裂纹、弯曲、扭曲和轴颈尺寸是否发生变化。通过检查、测量如发现曲轴有上述问题时, 要对曲轴重新进行技术鉴定, 必要时, 对曲轴进行修理或更换。
(2) 测量机体主轴承孔的同轴度误差, 应符合技术要求。
(3) 在修磨曲轴时, 定位基准要正确;轴颈的内圆角要符合要求 (一般为1~3 mm) ;轴颈的最大缩小量不得超过2 mm。
(4) 安装曲轴时, 各主轴瓦的中心线应在同一轴线上, 各轴瓦的间隙应符合规定要求;轴与轴瓦的配合间隙磨损到极限间隙时, 必须修理或更换轴瓦;曲轴或平衡轴的轴向间隙也应符合标准要求, 否则应调整。
(5) 要注意润滑系统的工作状况。经常检查、调整、保持润滑系统油路畅通, 润滑油充足, 使润滑良好, 以免造成轴瓦与轴颈发生干摩擦。润滑油在达到工作时间后要及时更换。
(6) 柴油机使用中不要超负荷工作, 要正确控制油门, 特别是不要在重负荷时起步过猛, 否则会造成曲轴的变形弯曲。
三、烧瓦、抱轴
1. 故障现象
柴油机在工作时, 转速突然急剧下降, 排气管冒黑烟, 机油压力指示器浮标下降并伴有明显的敲缸声, 说明轴与轴瓦有轻微黏着。若继续运转, 轴瓦与轴颈抱死, 柴油机就会自行熄火, 即使扳下减压手柄也不动。烧瓦一般发生在三个部位处, 即前主轴颈、后主轴颈与连杆颈。
2. 故障排除
(1) 发生烧瓦后要及时更换轴瓦, 并修整轴颈。若轴颈损坏不大, 只有拉毛现象, 可用00号砂布包在轴颈上进行磨光;若轴颈损坏严重, 应进行修理或更换。
(2) 正确使用。更换轴瓦后, 应按照规定要求进行磨合;保持柴油机合适的负荷, 不能长期超负荷运转;坚持启动后先预热再起步等。
(3) 正确装配。装配连杆轴瓦时, 为保证良好的配合, 首先将连杆轴瓦装配到曲轴轴颈上, 一边拧紧连杆螺栓, 一边转动连杆, 直到感到有阻力时为止;往复转动连杆, 使轴瓦与轴颈磨合;再拆下连杆, 观察瓦片的接触印痕, 若不符合要求, 则用三角刮刀刮修轴瓦后再装配, 继续转动磨合。直到轴瓦与轴颈的接触面积达到75%以上, 而且配合间隙符合要求时为止。
曲柄连杆机构复习题 篇3
关键词：汽缸套；活塞环；连杆
中图分类号：S232.8文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-02-0123-1
1 正确检修
1.1 汽缸套的检修
汽缸套的磨损原因主要是，工作表面使用后，从上至下磨损成锥形。在汽缸套的横截面，则磨成不规则椭圆形。主要原因是由于活塞和活塞环的不断磨擦，加上高温气体的腐蚀，空气中灰尘与润滑油中的杂质的渗入，活塞侧压力的作用和加工装配质量低，都会加速汽缸套的磨损，直到配合间隙超过允许值。
技术检查包括，除观察汽缸套工作表面是否光亮外，还需用量缸表测量，检查其磨损量、锥度和椭圆度。测量时，一般在垂直于汽缸壁的3个不同典型截面内进行。第一截面在活塞位于上止点时，一道气环所对应的位置，是磨损量最大的位置。第二截面在汽缸套中部。第三截面在活塞位于下止点时，最下一道环对应的位置。
在每一截面测两个方位，一是平行于曲轴方向的直径。通过测量结果，计算出最大磨损量、锥度和椭圆度。
汽缸间隙，活塞群部和汽缸壁之间的间隙称汽缸间隙。此间隙过大或过小都会影响活塞的正常运行。测量汽缸间隙通常用量缸表和外径千分尺分别测出汽缸和活塞裙部的直径，然后计算出间隙。也可以将活塞倒放入汽缸内用厚薄规测量，此时活塞不装活塞环位于上止点，插入或拉出厚薄规感到有阻力，即为合格。
1.2 活塞环的检修
活塞环开口间隙，将活塞环平放入汽缸中，开口处两端面间的间隙称开口间隙。其作用是保证活塞环受热后有膨胀的余地，以免卡死。此间隙过大会产生漏气，过小则会加剧活塞环和缸套的磨损，严重时受热膨胀产生卡死。
活塞环边间隙，活塞环与环槽平面间的间隙称边间隙。它的作用是保证活塞环能在环槽内自由活动。此间隙过大会把机油泵入燃烧室形成积碳，此间隙过小，活塞环易卡死在环槽中，失去环的作用。
1.3 活塞和连杆的的检修及组装
连杆的检修，连杆易出现弯曲和扭曲，即连杆大、小端孔的中心线不平行或不在同一平面内。一般弯曲度在0.06mm，扭曲度在0.12mm，超出时应校正。
活塞销和连杆衬套的配合，为了保证活塞销和连杆小端的正常滑动，活塞销与连杆衬套必须具有一定的间隙。
1.4 连杆瓦和连杆轴颈的检修
柴油机使用一段时间后，轴颈和轴瓦都会产生磨损，其配合表面会出现划痕或锥度和椭圆，在机油不足或油路堵塞时会产生烧瓦、抱轴等现象，破坏了原配合间隙。
连杆轴瓦的刮配，更换新轴瓦时，用手工刮削的方法达到相应的配合间隙。具体方法是，将曲轴放在支架上或和飞轮连接在一起再把曲轴立起，选配好相应尺寸的轴瓦，按要求装好拧紧连杆螺栓，以感到转动连杆稍有阻力为止，然后转动连杆数圈，松开螺栓，取下轴瓦，检查轴瓦表面接触痕迹，用三角刮刀将痕迹刮去。按上述过程重复数次，直到接触印痕达75%以上，且分布均匀，同时配合间隙合适，即为乱配合格。
1.5 主轴颈和主轴瓦的检修
主轴颈和主轴瓦的磨损与连杆轴颈和连杆轴瓦的磨损情况相同，应同时进行检修。
1.6 曲轴轴向间隙的检查和调整
曲轴是依靠两端主轴承的端面作为轴向定位的。为了使曲轴在工作时受热膨胀留有余地，曲轴在轴向必须有一点移动量，即轴向间隙。一般在0.10-0.30毫米，间隙的大小靠增减主轴承盖与汽缸体之间的垫片来调整。
2 常见故障与排除方法
（1） 缸套、活塞、活塞环磨损过快，汽缸中吸入不清洁的空气，空气中的杂质加速了缸套、活塞、活塞环等零件的磨损，破坏了它们之间的配合间隙。造成启动时压缩无力，启动困难。柴油机工作时排气冒蓝烟、黑烟、严重时有敲击声。应更换缸套、活塞、活塞环，并查出进入不清洁空气的原因，予以排除。
（2） 烧缸垫，由于汽缸盖、汽缸体接触面不平或缸盖螺母松动，拧紧力矩不够等，造成漏气，高温气体经过缸垫，引起烧蚀。应查明烧缸垫的原因，予以排除，然后换上新缸垫，按技术要求装好。此外还应定期检查缸盖螺母。
（3） 拉缸，缸套与活塞裙部配合间隙过小，活塞受热膨胀后与缸套卡死或摩擦。活塞销卡簧折断或脱落，活塞环或活塞环槽间壁损坏，损坏碎片刮伤缸套或活塞表面。积碳大块脱落，进入缸套与活塞表面引起刮伤。柴油机严重缺水，活塞顶局部融化，融化物进入缸套与活塞之间，将两表面拉出纵向沟痕，以上现象都称拉缸，应更换损坏的零件，并保证正确的汽缸间隙。
（4）烧瓦抱轴，轴承间隙过小，机油不能足够进入轴承内，达不到良好润滑。再一个是轴承间隙过大，机油不能存留在轴承内，也达不到良好润滑。润滑不良使轴瓦温度急剧上升，使减磨合金层融化，引起烧瓦。严重时轴颈与轴瓦抱死，使曲轴停转，即抱轴，应磨轴换瓦，并保证要求的轴承间隙。
作者简介：吴亚清（1962-），女，中专,就职于东丰县农机校，从事教师工作。
曲柄连杆机构的常见故障分析 篇4
毕业综合技能训练工作报告
曲柄连杆机构的常见故障分析
论文撰写人 徐超 系 部 车辆工程系 班 级 12级312131班 学 号 31213110 指导教师 马志民
发任务书日期 2014年 11月 25日
摘 要
曲柄连杆机构是发动机将热能转换为机械能的主要机构，是发动机的心脏。发动机运转中,曲柄连杆机构的活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴和机体受到巨大的冲击力,易产生变形、裂纹或断裂,造成发动机不能启动、异响等。如果该机构发生故障，将使发动机工作状况变坏，动力性下降，机油及燃油消耗量增大。因此，曲柄连杆机构出现故障一定要及时排除。论文对曲柄连杆机构的功用和组成进行阐述，重点描述了机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等主要机件的具体作用，并分析了曲柄连杆机构在拆卸、装配过程的各种注意事项，进一步研究了曲柄连杆机构故障的现象、产生原因及故障检修方法，并结合具体的故障实例对不同型号汽车进行故障诊断分析与故障排除，实现理论与实践相结合，加深曲柄连杆机构的故障诊断认识。
关键词：曲柄连杆机构 故障现象 故障原因 故障检修
目 录
前 言.......................................................................1 1 曲柄连杆机构的功用和组成...................................................3 1.1曲柄连杆机构的功用.....................................................3 1.2曲柄连杆机构的组成.....................................................3 1.2.1机体组.............................................................3 1.2.2活塞连杆组.........................................................4 1.2.3曲轴飞轮组.........................................................5 2 曲柄连杆机构的拆卸与装配...................................................6 2.1曲柄连杆机构的拆卸.....................................................6 2.1.1分解发动机机体组总成...............................................6 2.1.2活塞连杆组的拆卸...................................................6 2.1.3曲轴飞轮组的拆卸...................................................7 2.2曲柄连杆机构的装配.....................................................7 2.2.1安装曲轴与飞轮.....................................................7 2.2.2安装活塞连杆组件...................................................7 2.2.3气缸体曲轴箱组安装.................................................8 3 曲柄连杆机构的常见故障分析.................................................8 3.1机体组常见故障分析.....................................................8 3.2活塞连杆组常见故障分析................................................11 3.3曲柄连杆机构的故障实例分析............................................12 3.3.1故障实例一........................................................12 3.3.2故障实例二........................................................12 结 论......................................................................13 致 谢......................................................................14 参考文献....................................................................15
包头职业技术学院2012届毕业论文
前 言
在汽车的发动机发展史中，曲柄连杆机构始终是发动机的基础，随着科学技术的不断发展，发动机使用的日益广泛，对发动机曲柄连杆机构的要求也就越来越高。发动机的曲柄连杆机构的工况是相对比较恶劣的，它要承受高温，高压，高速以及化学腐蚀作用。曲柄连杆机构的综合性能直接决定了发动机的性能。
由于曲柄连杆机构是发动机的基础，有着其他机构不可代替的作用和特点。在做功行程中，利用燃烧气体所带来的压力推动活塞向下运动，经活塞销，连杆使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动产生转矩，为汽车提供动力和驱动发动机其他结构正常工作。在进气，压缩，排气行程是依靠曲轴，飞轮的转动惯性和其他缸的动力并经连杆和活塞销一起向上推动活塞进行上下的往复运动，为下一次做功创造条件。与此同时，气缸盖与封闭气缸顶部，与活塞顶部，汽缸壁形成了燃烧室。另外，气缸内的水套和油套也是冷却系统和润滑系统的组成部分。气缸体作为发动机的装配基础零部件，不仅影响发动机的使用，还影响其他机件的工况。因此做好对曲柄连杆机构的维护与保养对延长其使用寿命，改善发动机的动力性和经济性有至关重要的作用。
论文首先明确了曲柄连杆机构的功用，并重点分析了曲柄连杆机构的组成部分，即机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分，分别对机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组各部分包涵的具体机件进行详细论述，指出不同
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机件的具体位置与重要作用。其次由于曲柄连杆机构拆卸、装配过程的好坏，直接影响发动机的输出功率，论文重点研究曲柄连杆机构在拆卸和装配过程中需要注意的各项事宜，最后基于故障特性对曲柄连杆机构的故障现象、产生原因及故障检修方法进行深入研究，并进一步结合企业实践对不同车型的故障进行分析，指出故障现象，提出故障诊断意见及具体的故障排除方法，为曲柄连杆机构故障分析提供实践依据。
包头职业技术学院2012届毕业论文 曲柄连杆机构的功用和组成
1.1曲柄连杆机构的功用
曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。在作功冲程，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他冲程，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。1.2曲柄连杆机构的组成
曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。（1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱及油底壳、（2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆（3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴 1.2.1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。
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（1）气缸体
气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，是发动机中最重要的一个部件。气缸体有水冷式缸体和风冷式气缸体。气缸体有直列、V形和水平对置三种形式
（2）气缸盖
气缸盖的主要作用是封闭气缸上部，与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室
气缸盖与气缸体之间装有气缸衬垫，其作用是保证气缸盖与气缸体间的密封，防止燃烧室漏气、水套漏水
（3）油底壳
油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。1.2.2活塞连杆组
活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。（1）活塞
活塞的作用是与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室，并承受气缸中气体压力，通过活塞销将作用力传给连杆，以推动曲轴旋转
（2）活塞环
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活塞环是用于嵌入活塞槽沟内部的金属环，其主要作用是密封作用，导热功能，控油功能，支撑功能。工作条件是处于高温，高压，高速，极难润滑。活塞分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体。机油环则用来刮除气缸上多余的机油，是具有弹性的开口环，分为气环和油环，平均寿命在6万公里左右。
（3）连杆
连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。1.2.3曲轴飞轮组
曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。（1）曲轴
曲轴是发动机最重要的机件之一。其作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出，并驱动发动机的配气机构及其他辅助装置工作。
（2）飞轮
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，外缘上压有一个齿圈，与起动机的驱动齿轮啮合，供起动机发动机时使用。飞轮上通常还刻有第一缸点火正时记号，以便校准点火时刻。
包头职业技术学院2012届毕业论文 曲柄连杆机构的拆卸与装配
2.1曲柄连杆机构的拆卸
按发动机附件、气缸盖、油底壳、活塞连杆组和曲轴飞轮组的顺序，进行发动机解体。
2.1.1分解发动机机体组总成
首先拆下发电机，旋松撑紧壁紧固螺栓、调整螺母紧固螺栓，拧动调整螺母，使发电机靠近发动机侧，取下V 型皮带，从发动机前端卸下发电机与发动机的联接螺栓，取下发电机。然后取下进气歧管和排气歧管。之后拆卸正时皮带、拆卸分电器、水泵、气缸盖，在拆下气缸座时，应先卸下气门室罩盖，按由四周向中心顺序旋松缸盖螺栓，以防缸盖变形。拆下缸盖螺栓，用橡皮锤锤松缸盖，取下缸盖。最后拆卸机油泵、活塞和曲轴。当取下正时齿轮、曲轴前后的油封端盖，旋松并取下曲轴主轴承盖，抬出曲轴，取出上轴瓦止推轴承。不要跌落轴瓦，将轴承盖按顺序摆放好。2.1.2活塞连杆组的拆卸
首先用活塞环拆卸专业工具依次拆下活塞环。然后用尖嘴钳取出活塞销卡簧，用拇指压出活塞销，或用专用冲头将其冲出，取出连杆轴承。最后要按相反顺序复装活塞连杆组，对活塞做好标记，以免装错。
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2.1.3曲轴飞轮组的拆卸
首先按对角顺序旋松飞轮固定螺栓，取下螺栓，用手锤沿四周轻轻敲击飞轮，待松动后取下飞轮。拧松并取下曲轴油封端盖紧固螺栓，用手锤轻轻敲击油封端盖，待松动后取下油封端盖。拆卸主轴承盖及止推轴承，抬出曲轴。安装时按相反顺序逐步进行。在新油封唇部涂润滑脂，然后用专用油封安装工具和锤子敲入油封，直至其端面与油封边缘齐平。2.2曲柄连杆机构的装配 2.2.1安装曲轴与飞轮
首先将清洗干净的气缸体倒置于安装支架上，正确安放好各道主轴承瓦和止推垫片，注意将有油槽的一片轴瓦装在缸体轴承座孔中。然后将曲轴放入缸体轴承座中，依标记号合上各道主轴承盖，按规定转矩依次拧紧各轴承盖螺栓；安装止推片后应轴向撬动曲轴检查其轴向间隙；每紧固一道主轴承盖后应转动曲轴数周，检查其径向间隙，轴承过紧间隙不合要求时应查明原因，及时予以排除。安装曲轴前、后端油封凸缘、凸缘衬垫及油封等。将飞轮安装于曲轴后端轴凸缘盘上，安装时注意原定位标记，然后紧固螺母。螺母紧固时应对角交叉进行，并按扭紧力矩拧紧。最后将曲轴前端正时齿轮、挡油片等装上。2.2.2安装活塞连杆组件
将活塞销和连杆小头孔内（已装好铜套）涂上一层薄机油，然后将活塞
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放入90℃以上热水内加热，取出活塞，迅速用专用工具将销压入销座和连杆小头孔内，使连杆活塞连接。如果有活塞销卡环，用尖嘴钳将其装上。（安装时应注意活塞与连杆的安装标记）用活塞环装卸钳依次装上活塞油环和各道密封环，安装时注意扭曲环方向不可装反。将各道环端隙按一定角度钳开（三道气环按120°钳开，第一道环的端隙应避开活塞销座及侧压力较大一侧）。用活塞环箍将活塞环箍紧，用木锤手柄轻敲活塞顶部，使其进入气缸，推至连杆大端与曲轴连杆轴颈连接。装上连杆盖，按规定扭矩拧紧连杆螺栓螺母。
2.2.3气缸体曲轴箱组安装
放倒发动机，装上油底壳衬垫及油底壳。拧紧油底壳螺栓时应由中间向两端交叉进行。竖直发动机，安装气缸垫和气缸盖。缸盖螺栓应由中间向两端交叉均匀分2～3 次拧至规定力矩。安装凸轮轴及摇臂机构，安装气缸盖罩等。将所拆其它非曲柄连杆机构部件安装到发动机上。最后检查有无遗漏未装部件，检查整理好工具。曲柄连杆机构的常见故障分析
3.1机体组常见故障分析
（1）对于汽缸壁，早期异常磨损，活塞，活塞环外圆面及气缸壁内表面有明显的轴向划痕，进气道内存在明显油泥故障属于密封不良或者行驶路况恶劣，大量灰尘进入燃烧室导致的。
包头职业技术学院2012届毕业论文
故障现象：气缸压力不足
故障原因：活塞环过度使用，使密封性变差，活塞与气缸磨损较大，使活塞在气缸内摇摆，影响活塞环与汽缸壁的良好贴合密封；气门与气门导管间隙过小，使气门上下运动受阻，导致气门密封不严。另外还有一些人工因素：测试气缸压力时，操作不当，没有良好的密封。
故障检修：用气缸压力表测量之前，应使发动机处于正常温度下，冷却液温度在正常范围之内。节气门全开，也就是油门踏板踩到底，拆卸掉火花塞，将选好口径的压力表拧进火花塞孔中，利用起动机带动曲轴运动，读出气缸压力表的数值，一般情况下，若在正常值范围内，压力表的指针一般会弹起三下，最终不动。
故障现象：气缸体与气缸盖的损伤。
故障原因：汽车维修后，维修师傅的螺栓拧紧力矩过大。
故障检修：气缸盖螺栓的拆装一般是对称的，拆的时候是两段向中间松开，装配的时候是中间向两段对称拧紧。故障现象：气缸垫烧坏
故障原因：气缸垫烧坏就失去密封作用，产生窜气，漏气现象，最常见的就是烧机油
故障检修：缸体与气缸盖接合面不平，需要加以铲刮修理
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（2）对于活塞环断裂，同时活塞顶部积碳过多，并有烧灼现象，为发动机长时间高速，超负荷使用，造成活塞环与燃油燃烧产生的高速，高爆发冲击频率发生共振和碎裂。
（3）活塞环偏向磨损，其他部位属于正常磨损，发动机功率下降等现象，请检查连杆是否弯曲，曲轴间隙是否过大等。
机械故障主要发生在曲柄连杆机构和配气机构，大部分以异响的形式表现出来。
故障现象：当发动机转速发生变化时，有闷闷的声音。发动机的转速升高，声音变大
故障原因：主轴瓦异响
故障检修：①利用单缸断火法进行试验，响声没有变化，然后进行相邻两缸的断火试验，如果在某两缸断火后，声音明显降低，就由此判断这两缸之间的主轴瓦发出异响。②将机油放尽，然后拆下油底壳进行检查，若在机油中或者油底壳底部检查有轴承合金层碎屑，则说明轴承合金脱落，同时更换新的主轴瓦。检查主轴承盖螺栓是否松动，如有松动，应拧紧。检查主轴瓦径向和轴向间隙，如果过大，应该更换新主轴瓦。故障现象：涡轮增压器两端渗油，曲轴箱强制通风系统通风不畅。故障原因：曲轴箱强制通风系统出现通风不畅，则曲轴箱的油气压力过高，则涡轮增压器里的机油回油不畅，长时间的话，机油沉积在涡轮增压
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中间体，长时间就会使涡轮增压器两端渗油。
故障检修：①检查PCV系统中的空气滤清器是否存在堵塞。②检查气缸盖和机体之间的气缸垫是否存在漏气处。3.2活塞连杆组常见故障分析
（1）故障现象：气缸套与活塞受到机械刮伤，甚至活塞被卡至气缸内，发动机突然熄火，曲轴不能转动。活塞的密封性过低，可燃气窜入活塞裙部进行燃烧，将活塞壁上的油膜燃烧，出现干摩擦。活塞的活塞销卡环脱落也可造成拉缸现象。故障原因：拉缸
故障检修：如果轻微拉伤，可用细纱布打磨气缸和活塞表面再用，如果严重拉伤，需要镗缸或者更换气缸套与活塞，活塞环。
（2）故障现象：活塞和气缸壁的接触面由一侧导向另一侧，发出撞击声音。
故障原因：气缸敲缸
故障检修：将润滑油从火花塞孔中滴入，过一会，用手摇动曲轴，使润滑油进入活塞和气缸中，再将各个火花塞装上，进行着车，若声音明显减小，过一会，声音又增大，则说明是活塞的配缸间隙问题，建议更换活塞或者活塞环，必要时应膛气缸。
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3.3曲柄连杆机构的故障实例分析 3.3.1故障实例一 车型：奥迪A6L2.4轿车
故障现象：汽车行驶37626KM。发动机发出异响.响声越来越大，异响较快。
检查方法：断火后，检查各缸情况，对某缸断火异响减弱，异响听似活塞敲缸，分解发动机发现气缸拉伤，活塞顶烧灼，群部拉伤。
故障原因：该车行驶途中，加注劣质燃油，汽车辛烷值过低，并且高速行驶，发动机负荷大，温度过高，气缸内产生爆燃。车主不懂的爆燃的危害，所以造成活塞烧顶拉缸。
排除方法：镗磨气缸，更换加大活塞，发动机装复后工作正常.3.3.2故障实例二 车型：宝马530I轿车
故障现象：发动机冷启动困难，启动后抖动严重，发动机温度升高后怠速运转稳定。
故障诊断：（1）检查发动机冷却液温度传感器及其线路正常（2）检查燃油系统压力，在标准范围之内
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（3）检查气缸压力。第一二缸压力低于标准值，拆检气缸垫。排除方法：修模汽缸垫，更换气缸垫，故障排除，发动机工作正常。
结 论
曲柄连杆机构是发动机的重要组成部分，其性能的好坏直接影响了发动机的使用效率。本文是结合曲柄连杆机构的常用故障分析，通过理论研究和社会实践完成的，主要内容及结论如下：
1.研究总结了曲柄连杆机构的功用和主要组成部分，并对主要机件的特点及作用进行了简要的分析。
2.重点研究了曲柄连杆机构在拆卸、装配过程中各种注意事项以及具体的操作事宜。
3.对机体组、活塞连杆组的常见故障进行深入研究，指出故障现象，并对故障进行诊断分析，进一步有针对性地提出故障检修与排除方法。
4.结合企业实践，针对不同车型的故障问题进行分析，厘清故障现象，提出故障诊断方案以及故障排放方法，达到理论与实践相结合的目的。
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致 谢
在本文完成之际，首先我对马志民老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢。在毕业设计这段时间，马老师以渊博的知识，宽厚的胸怀，无私的敬业精神以及严谨的治学态度和开拓进取精神激励我，言传身教培养我独立思考，深入探究，解决实际问题的能力，使我受益匪浅。本文研究过程中，马老师提供了关键的技术指导，指明了研究方向。老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的过程中，特别在开题方面和其他方面的撰写和修改给了我悉心的指导。特此向马老师表示衷心的感谢和敬意。
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参考文献
[1]崔选盟.汽车故障诊断技术.北京：人民交通出版社，2009。[2]沈树盛.汽车维修企业管理.北京：人民交通出版社，2005。[3]王明亮.汽车维护与检验.上海：同济出版社，2010。
曲柄连杆机构复习题 篇5
教师：赵增义
单 位：山东省民族中等专业学校
时 间：2012年12月
《曲柄摇杆机构运动特性》教案
一、教案背景
1，面向学生： □中学
□小学
2，学科：机械基础 2，课时：1 3，学生课前准备：
一、课前预习了解
二、完成课后习题
二、教学课题
知识目标：
1、掌握急回特性产生的条件及应用。
2、掌握死点产生的条件及应用。
能力目标：
1、培养学生观察、分析及综合归纳能力。
2、培养学生主动探究、协作学习的能力。
三、教材分析
整个第十八章讲的是平面连杆机构，它作为常用机构中应用最广的一类，为学习其他机构提供了分析方法，也是学生今后使用、改造各类机械的理论基础。
本节课中对急回特性和死点位置两个问题进行讲解，这一部分内容含概的知识点多，理论性较强，是前两节内容的深化和提升，又是后面学习铰链四杆机构演化的基础和铺垫，并对生产实践起着重要指导意义。所以这部分内容是第十八章乃至整本书的重点。
四、教学方法
1、在本节内容的讲授中，根据这一课知识的特点和学生的实际，主要采用启发诱导，探索发现的教学方法，配合以多媒体演示等教学手段，增强了师生间的互动性，使教学更直观、形象。
2、教师的教是为了不教而教，这要求我们教师在授课中不仅要让学生听懂、学会，还要指导他们的学习方法，不能让学生离开老师这根拐棍就不会走路了，必须学会自主学习。在本节内容的讲授中要引导学生积极思考，善于提问，形成主动探究和协作学习的良好学习习惯。
五、教学过程
1、复习提问
在这个环节设置了3个问题，分别复习了铰链四杆机构的组成、分类、三种类型的运动特点，以及曲柄存在的条件。三种基本类型的运动过程一定再演示一遍，加深学生的印象，一方面因为这是上次课的重点，另外它还是今天新课内容的铺垫。
2、导入新课
先播放一个短片，让学生带着这样一个问题去看，“影片中刨刀的往复运动速度是否相同？”学生很快可以看出，刨刀的运动速度不一样，当它进行切削加工时速度较慢，而不做功的回程速度较快，这时会告诉学生刨刀的这种运动特性称为急回特性。那么这急回特性是如何产生的呢?它产生的条件是什么，它在生产中又有什么意义呢？带着这些问题进入新课。
3、探索研究
新课的第一个问题是要找出急回产生的原因，这是本节中的第一个难点，为了突破这个难点，把它的探究过程分为以下四步：
第一步：演示曲柄摇杆机构，提出问题。学生根据前面的复习内容，不难看出，曲柄做等速回转时，会使从动的摇杆获得变速摆动，也就是它的空回行程比工作行程速度要快，从而得到这样一个结论：在曲柄摇杆机构中存在有急回特性。
第二步：继续演示机构，提出共线的问题。学生很快会发现在曲柄回转这一周的过程中会和连杆出现两次共线，而且两者共线时，摇杆刚好处于一左一右两个极限位置，这时我会给出极位夹角的概念，并在图中明确的表示出来，这个重点概念的给出为后面的推导做好了铺垫。
第三步：通过分别分析摇杆的工作行程和空回行程，师生共同填表，采集相关数据，角度，时间，速度等。
第四步：根据表格数据和图例，推导出急回产生的原因。
让学生进行分组讨论，活跃一下课堂气氛，学生说出的答案，可能不一定相同，根据情况做适当的引导，最终师生共同得出结论： 极位夹角θ大于0时存在急加特性。补充行程速比系数k,说明k与θ的关系
再次演示牛头刨床的主运动，让学生找出急回特性在生产中的实际意义。经过前面一系列的分析，学生不难发现刀具不做功的空回行程速度较快，那所用时间就短，缩短了非工作时间，一定会提高工作效率。通过这个过程使学生把课本中的理论知识很快的和生产实践结合起来，培养了学生善观察、懂分析、理论联系实际的良好学习习惯。
新课中第二个问题死点位置的导入也需要设置一个情境。给学生观看缝纫机踏板机构的工作过程，并提出这样一个问题“如果对踏板机构操作不够熟练常会出现什么现象？学生结合生活经验很快会给出我答案：那就是踏板很容易卡死不能动，这时会告诉学生，踏板被卡死不动的这个位置在机械中称为死点位置，从而引入对该问题的探究。死点产生的原因是本节中的第二个难点，采用以下几个步骤进行化解。
首先结合踏板机构提出问题：“这踏板机构属于我们学过的哪种基本类型”由于前面有相关的复习，学生立刻会想到它是以摇杆为主动件的曲柄摇杆机构。
第二步，根据曲柄摇杆机构继续提出问题：曲柄被摇杆带动回转一周过程中会被卡几次？这被卡住的死点位置又有什么特殊性？在这里我一方面演示机构的运动，一方面拿出课前准备好的几个曲柄摇杆机构的简易模型，让学生分组分别感受一下它的实际运动情况。学生很快可以得到曲柄回转一周会被卡两次，而这两个位置刚好是曲柄和连杆的共线位置，那为什么在共线位就会被卡死呢，带着这个问题进入第三步，学生分组讨论。
师生共同得出结论，当摇杆为主动件，只要曲柄和连杆共线，从动曲柄所受力矩为零，无论驱动力矩有多大都不会推动曲柄回转而出现死点。
最后还要明确死点在实践中的应用。一提到应用，学生一般都会想到死点的出现会使机构不能正常运转需要克服，会引导学生从死点产生的原因出发并结合踏板机构和机车车轮的实例找出三种克服的办法。其实死点还有它有用的一面，由于学生缺乏生活经验往往想不到，在这里我会给出飞机起落架和钻床夹紧机构两个实例，通过对这两组图的分析，让学生了解死点在实践中有益的一面。通过对死点有害、有益两方面得分析，引导学生要一分为二地看待问题。
4小结巩固
两种特性的产生条件及实践应用
针对中职学生特点，尽量当堂掌握。让学生记几分钟后，现场提问。
5、布置作业
通过课后习题的方式进一步强化重点
6、思考题
除了今天学到的曲柄摇杆机构，另外两种基本类型是否也存在有急回特性和死点位置？这样使学生的探究活动由课内延伸到课外，有利于学生活学活用所学知识，从而做到举一反三。
六、教学反思
对本节课的知识目标，急回特性产生的条件及应用和死点产生的条件及应用。同学们大多能当堂就记住，根据以往经验，记的也比较牢固，不容忘记。但两个能力目标，实现的不是很好，学生观察、分析及综合归纳能力有待提高，学生主动探究、协作学习的能力的培养更是一项长期的任务。
七、教师个人介绍
省份：
山东
学校： 山东省民族中专
姓名：
赵增义
职称： 中一
电话：***
曲柄连杆机构复习题 篇6
1引言
曲柄滑块机构是机械设计中常用的一种机构。按行程速比系数K设计平面曲柄滑块机构的问题一般归纳为:已知滑块行程H、行程速比系数K,通常有辅助条件,如给定偏距e(或给定曲柄长度r2,或给定连杆长度r3),来设计曲柄滑块机构(即确定未知长度尺寸),最后校验最小传动角γmin。对该问题的求解,传统采用简单、直观的图解法,但设计精度较低。利用Matlab解析法可迅速精确地设计曲柄滑块机构。
机构运动分析是根据给定的原动件运动规律,求出机构中其它构件的运动。通过分析可以确定某些构件运动所需的空间,校验其运动是否干涉;速度分析可以确定机构从动件的速度是否合乎要求;加速度分析为惯性力计算提供加速度数据。运动分析是综合分析和力分析的基础。使用Matlab中的Simulink,可对动态系统进行建模、分析和仿真。从而在形成实际系统前,能进行适时的修正,以减少总体设计时间,实现高效开发的目的。
2优化设计
2.1设计实例及方程
例如:要求设计滑块的行程H=100mm,K=1.25,γmin≥40°的曲柄滑块机构。
式中:r1为滑块位移;r2为曲柄长度;r3为连杆长度;r4为偏距。
根据图1建立矢量方程:
r2+r3=r1+r4
速度方程的矩阵形式:
1r3sinθ30-r3cosθ3·r1ω3=-ω2r2sinθ2ω2r2cosθ2
加速度方程的矩阵形式:
1r3sinθ30-r3cosθ3¨r2α3=-α2r2sinθ2-r2ω22cosθ2-r3ω23cosθ3α2r2cosθ2-r2ω22sinθ2-r3ω23sinθ3
根据行程,极位夹角,行程速比系数,最小传动角的定义可推出以下方程:
θ=K-1K+1×180°θ=arcsinr4r3-r2-arcsinr4r3+r2H=(r2+r3)2-r24-(r3-r2)2-r24γmin=arcosr2+r4r3
式中:K为行程速比系数;H为行程;θ为极位夹角;γmin为最小传动角。
2.2优化设计结果
利用已知条件在MATLAB下编制以下程序:
functionF=slider(x)
D2R=pi/180;
h=100;
k=1.25;
gama=4;
F=[asin(x(3)/(x(2)-x(1)))-asin(x(3)/(x(2)+x(1)))-pi*(k-1)/(k+1);acos((x(1)+x(3))/x(2))-D2R*gama;sqrt((x(1)+x(2))^2-x(3)^2)-sqrt((x(1)-x(2))^2-x(3)^2)-h];
在窗口中利用函数fslove求解得:
r2=48.494,r3=85.263,r4=16.821
对设计结构进行验证:可得到H=100.00mm,K=1.25,γmin=40.00°此结果与设计要求完全符合,可见用MATLAB进行偏置式曲柄滑块机构的优化设计简单、高效、精确。
3运动分析
当曲柄以1800r/min匀速旋转时,对所设计偏置式曲柄滑块机构进行运动分析。由于曲柄的转速很高所以在0.07s内,曲柄就可以转动2周。在Simulink下建立模拟仿真框图对偏置式曲柄滑块机构进行模拟仿真。
滑块的位移图反映了滑块所经历的各个位置,可看出所设计的.机构是否与其它机构有干涉。由速度图可看出滑块的机构特性,并验证机构是否符合要求。加速度图则为以后惯性力的分析奠定了基础。
4结论
柴油机曲柄连杆机构动力学分析 篇7
关键词：柴油机,铝基粉锻连杆,曲柄连杆机构,动力学分析
1 引言
曲柄连杆机构是发动机的主要运动和传力机构, 对发动机性能具有重要影响。对曲柄连杆机构组件的要求是:高性能、轻量化和低成本[1]。因此, 在材料选择上, 要尽量选取强度高、质量轻、易加工、价格低的材料;在产品设计中, 要进行机构动力学分析、组件结构强度刚度分析和优化设计。
与采用传统的碳钢等连杆材料和加工工艺相比, 采用粉末烧结锻造工艺生产连杆, 材料利用率高, 节能环保, 连杆力学性能好, 生产成本低, 经济效益显著, 因此粉锻连杆在发动机中的应用越来越多[2]。
本文应用ADAMS软件建立了采用铝基粉锻连杆的某柴油机曲柄连杆机构动力学模型, 并对其运动进行了仿真, 得到了机构主要运动学动力学参数的变化规律, 为粉锻连杆的结构分析和优化设计提供了基础。
2 曲柄连杆机构动力学分析模型
本文研究的曲柄连杆机构所属发动机为4冲程水冷直列4缸柴油机。在发动机运行过程中, 连杆受到很大的燃烧气体产生的压缩载荷和自身惯性载荷的作用, 产生较大的变形[3], 故对连杆进行柔体建模, 对其他构件进行刚体建模。
建模过程如下: (1) 在Pro/E中建立机构各组件实体模型并进行装配, 得到曲柄连杆机构装配体。 (2) 将完成装配的曲柄连杆机构保存为Parasolid格式文件, 然后导入ADAMS/View中, 进行零件材料属性设定、运动副设置等前处理操作, 形成机构的刚体模型。 (3) 在ADAMS/View中加载ADAMS/Auto Flex, 对连杆划分网格、进行模态分析, 生成连杆柔性体文件, 建立连杆柔性体。 (4) 在ADAMS/View中读入连杆的模态中性文件, 用柔性连杆替代原刚性连杆。
最终得到的曲柄连杆机构动力学分析模型如图1所示。
3 曲柄连杆机构动力学分析工况及载荷
3.1 工况的选择
在柴油机工作中, 曲柄连杆机构受力比较恶劣的工况是最大转矩工况和最高转速工况[4]。在最大转矩工况, 燃烧气体的压力大, 曲柄连杆机构受到最大的压缩载荷作用;在最高转速工况, 曲柄连杆机构各组件产生的惯性力最大。因此, 选择发动机最大转矩工况和最高转速工况作为对曲柄连杆机构进行动力学分析的工况。
3.2 载荷的确定
对曲柄连杆机构进行运动仿真需要定义驱动和施加外力。定义驱动是在曲轴与地面构成的转动副上添加曲轴转速;施加外力则是将燃烧气体的压力分别施加在不同活塞的顶部。本文所用4缸柴油机的点火顺序为1-3-4-2, 最大转矩为485N·m, 最大转矩转速为2400r/min, 最高转速为4200r/min。在最大转矩工况下, 4个气缸内燃烧气体的压力变化曲线如图2所示。
4 曲柄连杆机构运动学动力学分析
4.1 活塞运动分析
在最大转矩工况下, 活塞的位移、速度和加速度随时间的变化曲线如图3所示。
活塞的位移、速度和加速度随时间呈周期性变化, 在发动机的一个工作循环中变化2次。活塞速度在对应于上止点后72°曲轴转角位置附近最大, 最大值为16.8m/s;而活塞加速度在此位置为0, 在上、下止点处最大, 并且在上止点处的值高于在下止点处的值, 其最大值为5250m/s2。
在最高转速工况下, 活塞的位移、速度和加速度随时间的变化规律与最大转矩工况的类似, 但随着发动机转速的增加, 活塞的最大速度和最大加速度值增大, 其值分别为29.5m/s和16500m/s2。
4.2 连杆小头受力分析
在最大转矩工况下, 连杆小头受力的变化曲线如图4所示。
连杆小头受力主要为沿杆身方向的压缩载荷, 其它方向的载荷分量相对较小。连杆小头受到的最大作用力对应于作功行程最大爆发压力出现的时刻。连杆小头受到的最大压力为84950N。
在最高转速工况下, 连杆小头主要受到沿杆身方向的拉伸和压缩载荷作用, 这些载荷主要是由活塞往复运动的惯性力所引起。活塞在上、下止点附近的惯性力较大, 并且其在上止点处的惯性力大于其在下止点处的惯性力。在上止点处, 因活塞惯性力而产生的对连杆小头的最大拉力为18875N。
5 结语
本文建立了采用铝基粉锻连杆的柴油机曲柄连杆机构刚柔混合动力学分析模型, 依据典型工况柴油机各缸燃烧气体压力的变化曲线, 进行了机构运动仿真, 得到了活塞运动和连杆小头受力的变化规律。以此为基础, 可以进一步研究采用粉锻连杆对发动机性能的影响, 以及对连杆进行结构强度刚度分析和优化设计, 从而提高曲柄连杆机构的性能和发动机的整体性能。
参考文献
[1]袁兆成.内燃机设计[M].北京:机械工业出版社, 2008:118-127.
[2]李鹏.国外汽车发动机连杆材料最新应用[J].汽车工艺与材料, 2010 (1) :42-45.
[3]赵丕欢, 等.基于虚拟样机技术的柴油机曲柄连杆机构动力学仿真研究[J].柴油机设计与制造, 2008, 15 (4) :20-23.
四连杆机构运动与仿真 周云鹏 篇8
毕业论文（设计）
题 目： 四连杆机构运动与仿真 系 部： 电气工程学院 专业班级： 14机电15班 指导教师： 田军 姓 名： 周云鹏
目录
摘要..............................................................4 第1章 连杆机构...................................................5
1.1 四杆机构的基本形式.........................................5 1.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件...............................6 1.3 铰链四杆机构的演化..........................................7 第2章 四杆机构的基本特性........................................10
2.1 四杆机构的极位............................................10 2.2 四杆机构从动件的急回特性..................................10 2.3 连杆机构的传力特性........................................10 2.4 死点位置..................................................11 第3章 四连杆的三维造型..........................................12
3.1 机架的三维造型............................................12 3.2 连架杆1的三维造型........................................14 3.3 连架杆2的三维造型........................................17 3.4 连杆的三维造型............................................17 第4章 四连杆的虚拟装配..........................................19
4.1 进入装配模块..............................................19 4.2 添加组件机架..............................................19 4.3 装配连架杆1...............................................20 4.4 装配连架杆2...............................................22 4.5 装配连杆..................................................22 第5章 四连杆机构的运动仿真.....................................26
5.1 新建仿真..................................................26 5.2 新建连杆..................................................27 5.3 创建运动副................................................28 第6章 四连杆的运动仿真分析.....................................31
6.1 运动副图表分析............................................31 6.2 死点位置..................................................34
结 论...........................................................36 致 谢...........................................................37 参考文献.........................................................38
摘要
四连杆机构是由低副（转动副）联接而成的机构，其主要特点是：由于低副为面接触，压强低、磨损量少，而且构成运动副的表面是圆柱面或，制造方便，容易获得较高精度；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛应用。
本课题详细的介绍了四杆机构的基本形式、铰链四杆机构中曲柄存在的条件、铰链四杆机构的演化、四杆机构的基本特性，以及使用UG对四连杆机构进
行三维造型、虚拟装配及运动仿真的方法。
关键字： 四连杆 装配 仿真
第1章 连杆机构
1.1 四杆机构的基本形式
铰链四杆机构
所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的
构件称为摇杆。在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能，两构件的相对回转角为360 º的转动副称为整转副。整转副的存在是曲柄存在的必要条件，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆中若一个为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。
图 1-1 铰链四杆机构
(2)双曲柄机构
铰链四杆机构的两个连架杆若都是曲柄，则为双曲柄机构。在双曲柄机构中，常见的还有正平行四边形机构（又称正平行双曲柄机构）和反平行四边形机构（又称反平行双曲柄机构）。双曲柄机构的功能是：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向等多种转动。
图1-2平行四边形机构 图 1-3 双摇杆机构
双摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。双摇杆机构的功能是：将一种摆动转换为另一种摆动。
图 1-4 双摇杆机构 图1-5 鹤式起重机
1.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件
在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能。两构件的相对回转角为360º的转动副为整转副。整转副的存在条件是曲柄存在的必要条件，而铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄，为此，需要明确整转副和曲柄存在的条件。
（1）整转副存在的条件——长度条件
铰链四杆机构中有四个转动副，其能否做整周转动，取决于四构件的相对长度。在铰链四杆机构中，若最长构件长度lmax与最短构件长度lmin之和小于或等于其余两构件长度之和（其余两构件长度分别为l1、l2）,则该机构中必存在整转副，且最短构件两端的转动副为整转副。即整转副存在的长度条件为
lmax+lmin<=l1+l2 反之，若lmax+lmin>l1+l2，则机构中没有整转副。（2）曲柄存在的条件
最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和。连架杆与机架两构件中必有一个是四构件中的最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别方法
在铰链四杆机构中最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和时：
a．取最短构件相邻的构件作为机架，则该构件为曲柄摇杆机构； b．若取最短构件作为机架，则该机构为双曲柄机构；
c．若取对短构件对面的构件作为机架，则该机构为双摇杆机构。②当对短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和时，则不论取那个构件作为机架，机构均为双摇杆机构。1.3 铰链四杆机构的演化
在实际应用中还广泛采用者滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的，含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄滑块机构，导杆机构，摇块机构和定块机构几种形式。
（1）曲柄滑块机构
在如图所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕轴A转动时，铰链C将往复摆动。设将摇杆3做成滑块形式，并使其沿原话导轨往复移动，显然其运动性质并未发生改变；但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构。于是铰链四杆机构将变为常见的曲柄滑块机构。
曲柄转动中心至滑块导路的距离e，称为偏距，若e=0则将其称为对心曲柄滑块机构；若e≠0则将其称为偏心曲柄滑块机构。
设构件AB的长度为l1,构件BC的长度为l2，则保证杆AB杆成为曲柄的条件是：l1+e≤l2。
曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的运动转换，广泛应用于内燃机、空气压缩机、冲床和自动送料机等机械设备中。
曲柄滑块机构中，若取不同构件作为机架，则该机构将演化为定块机构、摇块机构或导杆机构等。
图 1-6 四连杆机构的演化
（a）曲柄摇杆机构；（b）曲柄滑块机构；（c）导杆机构
（2）定块机构
在图所示曲柄滑块机构中，如果将滑块作为机架，则曲柄滑块机构便演化为定块机构。
（3）摇块机构，如图所示曲柄滑块机构中若取2为固定构件，则可得摇块机构，这种机构广泛用于液压驱动装置中。
（4）导杆机构
如图所示曲柄滑块机构中，若取构件1作为机架，则曲柄滑块机构便演化为导杆机构。机构中构件4称为导杆，滑块3相对导杆滑动，并和导杆一起绕A点转动，一般取连杆2为原动件。当l1＜l2时，构件2和构件4都能做整周转动，此机构称为转动导杆机构。
当l1＞l2时，构件2能做整周转动，构件4只能在某一角度内摆动，则该机构成为摆动导杆机构。
连杆机构机传动特点
1.连杆机构中的运动副一般均为低副，因为低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷，而且几何形状简单便于加工制造。
2.在连杆机构中，但原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可使从动件得到不同的运动规律。
3.在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹是不同形状的曲线（特称为连杆曲线），而且随着各构件相对长度关系的改变，这些连杆曲线的形状也将改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。
4．连杆机构还可以方便的用来达到增力、扩大行程和实现较远距离的传动等目的。
第2章 四杆机构的基本特性
2.1 四杆机构的极位
曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件作整周连续转动时，从动件做往复摆动或往复移动的左右两个极限位置称为极位。2.2 四杆机构从动件的急回特性
如图示,四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。
图 2-1 曲柄摇杆机构的急回特性
急回特性用行程速比系数K表示极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。θ越大，K越大，急回特性越明显。急回特性能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。2.3 连杆机构的传力特性
传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ（γ=90 º-α）作为机构的传力特性参数，故称为传动角。
在四杆机构运动过程中，压力角和传动角是变化的，为使机构具有良好的传力特性应使压力角越小越好，传动角越大越好。
通常规定： αmax ≤ [α] —— 许用压力角
或 γmin ≤ [γ] —— 许用传动角
最小传动角γmin 出现的位置： 曲柄与机架的两个共线位置，如图示同理，曲柄滑块机构最小传动角出现在曲柄与导路垂直位置。
图 2-2 连杆机构的传力特性
2.4 死点位置
当机构在运动过程中，出现传动角为零时（或压力角为90°），由于Pt = 0，则无论P力多大，均不能驱动从动件运动。这种“顶死”的现象称为机构的死点位置。死点出现在两类机构中:(1)曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和曲柄导杆机构中，作往复运动的构件为主动件时，曲柄与连杆共线位置会出现死点。
(2)平行四边形机构中,当主动曲柄与机架共线时，连杆也与输出曲柄与机架重合，从动件曲柄上传动角等于零，它将可能朝两个方向转动，也称为死点位置。
第3章 四连杆的三维造型
3.1 机架的三维造型
打开UG5.0，新建文件。点击新建按钮，系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称jijia；单击确定，进入建模环境。
图 3-1 新建对话框
单击长方体按钮输入长度10，宽度288，高度20。
图3-2 特征工具栏
图3-3 长方体对话框
图3-4 新建长方体
选择边倒圆按钮，输入半径10，在长方体两边倒圆。
图 3-5 特征操作工具栏
图 3-6 边倒圆对话框
图 3-7边倒圆后的长方体
选择圆柱体按钮，在长方体两边建立两个圆柱凸台，输入高度5，圆的直径20
图 3-8 圆柱对话框
图 3-9 在两端加圆柱体凸台
选择圆柱体按钮，在凸台上建立两个圆形孔。
图 3-10 机架
3.2 连架杆1的三维造型
新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
图 3-11 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度200，高度20，单击确定按钮。
图 3-12 长方体对话框
单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
图 3-13 边倒圆后的长方体
在一端建立凸台，高度20，直径10。如图4-14
图 3-14在一端建立凸台
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 3-15建立凸台
图3-16 连架杆1 3.3 连架杆2的三维造型
1、新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
2、单击长方体按钮，输入长度10，宽度112，高度20，单击确定按钮。
3、单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
4、在一端建立凸台，高度20，直径10。
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 3-17 连架杆2 3.4 连杆的三维造型
新建文件，系统弹出文件新建对话框，在名称文本框中输入名称liangan，单击确定，进入建模环境。
图 3-18 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度208，高度20，单击确定。
图 3-19 长方体对话框
选择边倒圆按钮，在两边倒圆，输入半径10。
图 3-20 边倒圆后的长方体
在两边建立两个直径10的孔。
图 3-21 连杆
第4章 四连杆的虚拟装配
4.1 进入装配模块
1．启动UG NX，新建一个文件。2．单击【标准】工具栏中的配】命令，进入装配模块。4.2 添加组件机架
在菜单栏中选择【装配】【组件】【添加组件】命令，或者单击装配工具栏中的按钮，弹出【添加组件】对话框，如图所示。单击
按钮，弹出【部
按钮，按钮，在弹出的下拉菜单中选择【装件名】对话框，根据组件的存放路径选择组件机架jijia.prt，单击返回到【添加组件】对话框设置定位为“绝对原点”，单击定位于原点，结果如图所示。
按钮，将实体
图 4-1 添加组件对话框
图4-2 添加机架
4.3 装配连架杆1 以“配对”的定位方式打开连架杆1组件lianjiagan1.prt，单击钮进入配对条件对话框。
按
图4-3 配对条件对话框
单击配对按钮面，单击确定按钮。
单击按钮选择图5-6所示的红色的面，再选中如图5-7所示的红色的面，最后得到如图5-8所示
选择如图5-4所示红色的面，再选中如图5-5所示红色的单击确定按钮
图 4-4装配关系
图 4-5装配关系
图 4-6装配关系
图 4-7装配关系
图 4-8 装配连架杆1
4.4 装配连架杆2 同装配连架杆1，以“配对”方式打开连架杆2组件lianjiagan2.prt，单击按钮，装配结果如图5-9所示。
图 4-9 装配连架杆2 4.5 装配连杆
同装配连架杆（1）/(2)一样以“配对”方式打开连杆组件liangan.prt，单击按钮，进入配对条件对话框如图所示，单击配对类型里面的配对按钮，选择如图5-11所示的红色的面，再选中如图5-12所示的红色的面，单击按钮，再单击中心
按钮，选择如图5-13所示的红色的面，再选中如
按钮，再单击
按钮，选择如图5-15所按钮，再单击
按图5-14所示的红色的面，单击示红色的面，再选中如图5-16所示红色的面单击钮，得到最终装配图如图5-17所示。
图 4-10 “配对条件”对话框
图 4-11装配关系
图 4-12装配关系
图 4-13装配关系
图 4-14装配关系
图 4-15装配关系
图 4-16装配关系
图 4-17 完成的装配图
第5章 四连杆机构的运动仿真
四连杆机构的运动分析，就是对机构上的某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析，根据原动件的运动规律，求解出从动件的运动规律。四连杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。
通过UG NX软件，对四连杆机构进行三维建模，通过预先给定尺，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及速度和加速度变化的规律曲线，用图形和动画来模拟机构的实际运动过程，这是传统的分析方法所不能比拟的。
运动仿真是基于时间的一种运动形式，即在指定的时间段中运动，UG的仿真分析过程分3个阶段进行：前处理(创建连杆、运动副和定义运动驱动)；求解(生成内部数据文件)；后处理(分析处理数据，并转化成电影文件、图表和报表文件)。5.1 新建仿真
打开运动导航器，在文件名上右击新建仿真，选择动力学，单击确定按钮
图 5-1 运动导航器
图 5-2 环境对话框
5.2 新建连杆
单击按钮，打开新建连杆对话框，如图所示
图 5-3连杆对话框
选中连杆1，点击杆loo2，再选中连杆3点击建连杆loo4，最后单击取消。
打开运动导航器
在运动导航器里面可以看到新建的四个连杆，在连杆4上面右击选择固定连杆，把连杆4设置成固定的。如图所示
创建连杆loo1，再选中连杆2点击
创建连杆loo3，再选中连杆4点击
创建连
创
图 5-4 运动导航器中显示的连杆 图 5-5 固定连杆loo4 5.3 创建运动副
考虑到连杆与连杆之间考旋转副连接均作，将建立4个运动副，其中有2个运动副固定，为了使4个连杆的运动有连贯性，必须在创建运动副时，在各连杆之间建立联系，使各部件运动结成一个整体。
单击打开创建运动副对话框，如图所示，选择连杆1，创建旋转副指定
按钮创建旋转副。驱动类型为恒定初速度为10单击
图 5-6 运动副对话框 图 5-7 设置驱动类型
选择连杆2，在咬合连杆上打上勾，让其咬合连杆1，如图所示。单击按钮创建第二个运动副。
图5-8 创建运动副对话框
选中连杆3，在咬合连杆上打上勾，让你咬合连杆2。单击建第三个运动副。
选中连杆3，在连杆3和连杆4咬合的中心建立旋转副，如图所示。单击按钮，创建第四个运动副。
按钮，创
图 5-9 运动副对话框 图 5-10 解算方案对话框
单击按按钮进行解算，设置时间为100，步数为100，勾选步数下的通过进行解算，点击确定进行解算。
经过解算，可对四杆机构进行运动仿真显示及其相关的后处理，通过动画可以观察机构的运动过程，并可以随时暂停、倒退，选择动画中的轨迹选项，可以观察机构的运动过程，还可以生成指定标记点的位移、速度、加速度等规律曲线。
第6章 四连杆的运动仿真分析
我们知道，连杆上转动副为周转副的条件是：最短杆长度+最长杆长度之和≤其余两杆长度之和：组成该周转副的两杆中必有一杆位最短杆。
分析：由预先给定的连杆长度数据，连杆1长度+机架长度≤其余两杆长度之和；所以转动副连杆1和机架之间的转动副为周转副，连杆1为曲柄，所以该机构应该为曲柄摇杆机构。点击运动仿真可以看到连杆正如分析的一样周转起来，确实是个曲柄。6.1 运动副图表分析
曲柄（连杆1）为原动件，在其转动一周后，有两次与连杆2共线，如图所示。
这时摇杆（连杆3）分别处于两个被称为极位的位置，当曲柄以等角速转动一周时，摇杆将在两个极位之间摆动，而且较明显地看到从一个极位到另一个极位要用的时间长，这就是摇杆的急回特性。
摆杆角速度变化
为了用UG定量地说明摇杆的急回特性，可以用UG中的Graphing功能，选定连杆2与连杆3构成的旋转副，Y轴属性请求选择速度，分量选择角度幅值，即表示角速度，接着点击确定输出图标，即可得出如图7-3所示图标。从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。
图 6-1摆杆角速度变化曲线
运动副1的分析
因为机架是固定不动的，所以运动副1的角速度应该为0，如图所示
图 6-2 机架的角速度的变化曲线
运动副2的分析
运动副2设置的是恒定角速度为10度/秒，由图7-5所示可以看出其角速度为10度/秒
图 6-3 曲柄的角速度变化曲线
运动副3的分析
图 6-4 连杆的角速度变化曲线
运动副5的分析
图 6-5 摆杆角速度变化曲线
从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。6.2 死点位置
当摇杆为主动件进行运动分析时，在如图所示的两个位置会出现不能使曲柄转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为死点。在一些运动中我们应尽量避免这种现象的出现，为了使机构能顺利地通过死点而正常运转，可以采取组合机构或者采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。
图 6-6 曲柄与连杆重合
图 6-7 曲柄与连杆共线
结 论
本课题介绍了四连杆的设计及运动仿真，给出了用UG建模的步骤和仿真分析的结果。
四连杆机构虽是个简单的机构，但在生活中却很常见，所以我们要熟悉其原理，特性。基本形式，以便在合适的场合使用它。
总体来说，最重要的是在本课题的设计过程中我学到了很多知识，从中受益匪浅。了解了UG软件的基本建模方法，对四连杆机构有了更深入的理解和掌握。这些对我今后的学习和工作都会有很大帮助的。
致 谢
首先感谢老师，在老师的指导、帮助下，我才能顺利完成毕业设计。还要同班的兄弟们在我的毕业设计中对于目录的插入给我很大的帮助，衷心感谢他们。
感谢在毕业设计中帮助过我的所有同学和师兄师姐们。
参考文献
[1]濮良贵 纪名刚 机械设计 北京：高等教育出版社 2008.[2]孙恒 陈作模 机械原理 北京：高等教育出版社.2007 [3]胡仁喜 康士廷 刘昌丽 UG NX5.0中文版从入门到精通 北京：机械工业出版社 2005 [4]于兴之 朱敬超 机械设计基础 武汉：武汉理工大学出版社2008 [5]屈福康 李勇峰 蔡凯武 模具CAD/CAM(UG)北京：清华大学出版社 2009 [6]江洪 康瑛石 吴冬俊 UG NX 5.0基础 北京：机械工业出版社2010 [7]刘家平机械制图 北京：中国人民大学出版社2008 [8]罗忠辉 黄世庆 机械设计与制造 北京：中国人民大学出版社2005
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