曲柄连杆机构

曲柄连杆机构（通用8篇）

曲柄连杆机构 篇1

曲柄连杆机构

一、填空题

1.曲柄连杆机构的工作条件是、、和。

2.机体的作用是，安装 并承受。

3.气缸体的结构形式有、、三种。CA6102汽油机和YC6105QC柴油机均采用。

4.EQ1092型汽车发动机采用的是 燃烧室，CA1092型汽车采用的是 燃烧室，一汽奥迪100型汽车发动机采用的是 燃烧室。

5.活塞与气缸壁之间应保持一定的配合间隙，间隙过大将会产生、和 ；间隙过小又会产生、。

6.活塞受、和 三个力，为了保证其正常工作，活塞的形状是比较特殊的，轴线方向呈 形；径向方向呈 形。

7.四缸四冲程发动机的作功顺序一般是 或 ；六缸四冲程发动机作功顺序一般是 或。

8.曲柄连杆机构的主要零件可分为、和 三个组。9.机体组包括、、、等；活塞连杆组包括、、、等；曲轴飞轮组包括、等。

10.活塞销与销座及连杆小头的配合有 及 二种形式。11.油环的结构形式有 和 二种。

12.气环的截面形状主要有、、、几种。13.气缸套有 和 两种。

二、解释术语

1.燃烧室

2.湿式缸套

3.扭曲环

4.活塞销偏置

5.“伞浮式”活塞销

6.全支承曲轴

7.曲轴平衡重

三、判断题（正确打√、错误打×）

1.汽油机常用干式缸套，而柴油机常用湿式缸套。（）2.安装气缸垫时，光滑面应朝向气缸体；若气缸体为铸铁材料，缸盖为铝合金材料，光滑的一面应朝向缸盖。（）3.活塞顶是燃烧室的一部分，活塞头部主要用来安装活塞环，活塞裙部可起导向的作用。

（）

4.活塞在气缸内作匀速运动。（）5.活塞径向呈椭圆形，椭圆的长轴与活塞销轴线同向。（）6.气环的密封原理除了自身的弹力外，主要还是靠少量高压气体作用在环背产生的背压而起的作用。（）7.对于四冲程发动机，无论其是几缸，其作功间隔均为180°曲轴转角。（）8.在CA6102发动机曲轴前端和第四道主轴承上设有曲轴轴向定位装置。（）9.当飞轮上的点火正时记号与飞轮壳上的正时记号刻线对准时，第一缸活塞无疑正好处于压缩行程上止点位置。（）10.多缸发动机的曲轴均采用全支承。（）11.多缸发动机曲轴曲柄上均设置有平衡重块。（）

四、选择题

1.CA6102型汽车发动机采用的是（）。

A、干式缸套 B、湿式缸套 C、无缸套结构 2.曲轴上的平衡重一般设在（）。

A、曲轴前端 B、曲轴后端 C、曲柄上 3.曲轴后端的回油螺纹的旋向应该是（）。

A、与曲轴转动方向相同 B、与曲轴转动方向相反 4.CA1092汽车发动机支承采用的是（）。

A、前一后二支承 B、前二后一支承 C、前二后二支承 5.YC6105QC柴油机其连杆与连杆盖的定位采用（）。

A、连杆螺栓本身 B、定位套筒 C、止口 D、锯齿定位 6.外圆切槽的扭曲环安装时切槽（）。A、向上 B、向下

7.曲轴轴向定位点采用的是（）。

A、一点定位 B、二点定位 C、三点定位

五、问答题

1.简答活塞连杆组的作用。

2.简答曲轴飞轮组的作用。

3.简答气环与油环的作用。

4.CA1092汽车发动机曲轴前端装有扭转减振器，简述其作用是什么。

5.活塞环的断面形状为什么很少做成矩形的？

6.安装气环时应注意些什么？

7.曲轴由哪几部分组成？

8.对活塞有何要求？现代发动机活塞都采用什么材料？

9.气缸盖的作用是什么？安装时有什么要求？

10.填写出下图各序号的零件名称。

曲柄连杆机构 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 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。

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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。

2009连杆机构作业答案 篇5

2、试设计图所示的脚踏轧棉机上的曲柄摇杆机构。要求踏板CD在水平位置上下各摆10°，lCD＝500 mm，lAD＝1000 mm，用几何作图法求曲柄lAB和连杆lBC的长度。（注）作图过程需说明，但应保留作图线。

3、如图所示铰链四杆机构中，已知b＝50 mm，c＝35 mm，d＝30 mm，d为机架。(1)若为曲柄摇杆机构，a为曲柄，试求a的最大值；(2)若为双曲柄机构，试求a的最小值；(3)若为双摇杆机构，试求a的值域? 解：(1)a＋50≤35＋30＝65，0＜a≤15

a＝15 mm(2)d＋a≤b＋c，30＋a≤50＋35＝85，a≤55 d＋b≤a＋c，80＝30＋50≤a＋35，45≤a

d＋c≤a＋b，65＝30＋35≤a＋50，15≤a，45≤a≤55 a＝45 mm(3)a≤b＋c＋d≤50＋35＋30＝115，15＜a＜45；55＜a＜11 15＜a＜45 mm；55＜a＜115 mm)

4、试用图解法设计第1题的曲柄滑块机构。已知滑块的急回系数K＝1.5，滑块的行程H＝55 mm，偏距e＝20 mm，试确定曲柄长a和连杆长b。（要求画出图形、保留作图辅助线并写出设计步骤）

活塞连杆机构的外文和翻译 篇6

Abstract This paper deals with modeling and simulation of the dynamics of two commonly used mechanisms,(1)the Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system,and(2)the Universal Joint system, using the Bond Graph Approach.This alternative method of for mulation of system dynamics, using Bond Graphs, offers a rich set of features that include, pictorial representation of the dynamics of translation and rotation for each link of the mechanism in the inertial frame, representation and handling of constraints at joints, depiction of causality,obtaining dynamic reaction forces and moments at various locations in the mechanism, algorithmic derivation of system equations in the first order state-space or cause and effect form, coding for simulation directly from the Bond Graph without deriving system equations,and so on.Keywords: Bond Graph, Modeling, Simulation, Mechanisms.Modeling Dynamics of two commonly used mechanisms,(1)the Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system,and(2)the Universal Joint system, are modeled and simulated using the Bond Graph Approach.This alternative method of formulation of system dynamics, using Bond Graphs, offers a rich set of features [1, 2].These include, pictorial representation of the dynamics of translation and rotation for each link of the mechanism in the inertial frame, depiction of cause and effect relationship,representation and handling of constraints at joints, obtaining the dynamic reaction forces and moments at various locations in the mechanism, derivation of system equations in the first order state-space or cause and effect form, coding for simulation directly from the Bond Graph without deriving system equations.Usually the links of mechanisms are modeled as rigid bodies.In this work, we develop and apply a multibond graph model representing both translation and rotation of a rigid body for each link.The links are then coupled at joints based on the nature of constraint [3-5].Both translational and rotational couplings for joints are developed and integrated with the dynamics of the connecting links.A problem of differential causality at link joints arises while modeling.This is rectified using additional stiffness and damping elements.It makes the model more realistic, bringing in effects of compliance and dissipation at joints, within definable tolerance limits.Multibond Graph models for the Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system, and, the Universal Joint system [6], are developed using the BondGraph Approach.Reference frames are fixed on each rigid link of the mechanisms using the Denavit-Hartenberg convention [7].The translational effect is concentrated at the center of mass for each rigid link.Rotational effect is considered in the inertial frame itself,by considering the inertia tensor for each link about its respective center of mass, and expressed in the inertial frame.The multibond graph is then causaled and coding in MATLAB, for simulation, is carried out directly from the Bond Graph.A sketch of the crankshaft mechanism is shown in Fig.1, and its multibond graph model is shown in Fig.2.A sketch of the Universal joint system is shown in Fig.3, and its multibond graph model is shown in Fig.4.Results obtained from simulation of the dynamics of these mechanisms are then presented.1.1 CrankshaftPiston-Cylinder Mechanism Fig.1 shows the sketch of the “Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system.”

Fig.1: Crankshaft-Connecting Rod-Piston-Cylinder Mechanism.The individual components are considered as rigid links,connected at joints.The first moving link is the crank,the second link is the connecting rod and the third link is the piston.A frame is fixed on each link.Thus frame 1 is fixed on link 1, frame 2 on link 2, and frame 3 on link 3.A fixed inertial frame 0, whose origin coincides with frame 1, is chosen.However, it will neither rotate nor translate.C1, C2 and C3 are centres of mass of respective links.The frames are fixed on respective links using the Denavit-Hartenberg convention [4].Dynamics of the system of Fig.1 is modeled in the multibond graph shown in Fig.2.The model depicts rotation as well as translation for each link in the system.The left side of the bond graph shows the rotational part and right part shows the translational part.We restrict any motion between the origin of inertial frame O and point on the link 1 that is O1 by applying source of flow Sf as zero.Similarly we restrict any relative motion at point A, distinguished by A1 on link 1 and A2 on link 2, by applying source of flow Sf as zero.The piston which is link 3, is constrained to translate only along the X0 direction.Translation along Y0 and Z0 direction is constrained by applying source of flow Sf as zero for these components.Differential causality is eliminated by making the K(1,1)element of the stiffness matrix [K] between link 2 and link 3 as zero.Additional stiffness and damping elements used for eliminating differential causality make the model more realistic, bringing in effects of compliance and dissipation at joints, within definable tolerance limits.These viscoelastic elements are represented in the bond graph by using C and R elements.We have a source of effort Se at link 3, which is the pressure force acting on the piston, although this force is also acting only in X direction.Fig.2: Multibond graph model for the Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system of Fig.1.1.2 Universal Joint Mechanism The Fig.3 shows the sketch of the “ Universal Joint” mechanism.Fig.3: Universal Joint Mechanism.It has three rigid links, two are yokes which are attached to rotating shafts and the middle one is the cross connecting the two yokes.The inertial frame is numbered 0,and it is fixed.Frame 1 is on link 1, frame 2 on the cross which is link 2, and frame 3 on the right yoke which is link 3.Origin of the inertial frame coincides with that of frame 1 of link 1.The links 1 and 2 are connected with each other at two coincident end points points AB1 on link 1 and B2 on link 2.Similarly links 2 and 3 are connected at two points DE2 on link 2 and E3 on link 3.Link 1 rotates about Z axis with respect to the inertial frame.The frame 2 is located at the centre of mass of the link 2.Link 2 rotates with respect to the link 1 in direction Z2 as shown in Fig.3.Frame 3 also coincides with frame 2 but it is located on the link 2.The frame 3 on link 3 rotates with respect to the link 2, about Z3, as shown in Fig.3.The bond graph for this system is shown in Fig.4.Fig.4: Multibond graph for the Universal Joint system of Fig.The issue of differential causality arises for this mechanism also.It is eliminated using additional stiffness and damping elements.As discussed earlier, this makes the model more realistic, bringing in effects of compliance and dissipation at joints, within definable tolerance limits.The relative motion between the links at joints, along certain directions, is restrained by applying the source of flow Sf as zero.The constraint relaxation is tuned by changing the values of stiffness and damping at corresponding joints.Here we restrict the motion of the link 3 in two directions Y and Z, and allow motion in X direction by resolving the source of flow in three parts and by putting Sf as zero in Y and Z directions only.For the simulation, an excitation torque is applied to link 1 about the Z direction 2 Simulation The results of computer simulation for the crankshaft mechanism of Fig.1 are discussed first.The initial position of the crankshaft is at 1 θ = 60o with the X0 axis.It is then released under the effect of gravity.The force of gravity also acts on the connecting rod.No force due to gas pressure is considered for the simulation as it is not the main issue under focus for this paper.The upper row in Fig.5 shows the displacement of the centre of mass C1, as observed and expressed in Frame 0.It moves in a circular arc about the Z0 axis.The first figure in the lower row of Fig.5 shows the oscillation of the crankshaft about the Z0 axis through change in orientation of the unit vectors of Frame 1.The second figure in the second row shows the oscillation of the centre of mass C1 with time.This could perhaps be ascribed to the nonlinearity imposed due to coupling with the connecting rod.Simulation results for the Universal joint system are presented in Fig.8.A constant torque is applied to the driving shaft about its axis.The driven shaft makes an angle of 5° with the axis of the driving shaft.The First row shows the response of the driving shaft which is the first link.The component of angular momentum of the driving shaft about its axis increases linearly, which is as expected.The first two figures of the second row show the change in orientation of the cross, which is link 2.Angular motion about all three axes is clearly visible.The driven shaft follows the motion of the driver shaft as is clear from the third row in Fig.8.Conclusions The Bond Graph approach is used to model dynamics of two commonly used mechanisms,(1)the Crankshaft – Connecting rod – Piston – Cylinder system, and(2)the Universal Joint system.Pictorial representation of the dynamics of translation and rotation for each link of the mechanism in the inertial frame, representation and handling of constraints at joints, depiction of cause and effect relationships, coding for simulation directly from the Bond Graph without deriving system equations, have been explained in this work.MATLAB based simulations have been presented and interpreted for both the systems.曲轴连杆活塞机构及使用键合图法的万向联轴器的

动力学仿真建模

摘要

本文论述了与常用的两种机制的动力学仿真模型，（1）曲轴连杆活塞–缸系统，及（2）万向接头系统，使用的键合图方法。这种替代方法的系统动力学仿真，采用键合图，提供了丰富的功能集，包括，对惯性系的机构的各个环节的平移和旋转的动态图形表示，表示和约束节点处理，描述的因果关系，在不同的位置获取动态反应的机理力和力矩，算法的系统方程的推导在第一阶状态空间或因果形式编码进行了仿真，直接从键合图没有导出系统方程，等等。

关键词：键合图，建模，仿真，机制。建模

常用的两种机制的动态，（1）曲轴连杆活塞–––缸系统，及（2）万向接头系统，进行了建模和模拟使用的键合图方法。这个系统的动力学方程的替代方法，采用键合图，提供了丰富的功能集[ 1，2 ]。这些措施包括，对惯性系的机构的各个环节的平移和旋转的动态图形表示，因果关系，描述表示和约束缝隙处理，在不同的位置获取机制动态反应力和力矩，系统方程的推导在第一阶段状态对空间或原因形式及影响编码进行了仿真，没有直接从键合图导出系统方程。通常机制的链接被建模为刚性体。

在这项工作中，我们开发和应用一个多元图模型的每一个环节都要翻译和刚体的转动。环节进行耦合基于约束[3-5]自然关节。平移和旋转接头的开发和集成的动态连接。在建模的时候连接接头是一个问题。这能纠正使用附加的刚度和阻尼元件。它使模型更逼真，使合规和耗散在关节的影响，定义在公差范围内。多元图模型的曲轴连杆活塞–––缸系统，和万向接头系统[ 6 ]，采用键合图方法。每一刚性连接的机制参考框架固定在采用Denavit-Hartenberg公约[ 7 ]。翻译的影响主要集中在质量中心的每个刚性连接。旋转效应是惯性框架本身考虑，通过考虑每个环节对各自质心惯性张量，并在惯性坐标系的表达。然后使 多元图的编码在MATLAB中，仿真，进行直接从键合图。一种曲轴机构示意图如图所示，其多元图模型如图2所示。一种万向接头系统示意图如图3所示，其多元图模型如图4所示。从这些机制的动力学仿真得到的结果。

1.1曲轴-连杆-活塞缸机构 图1显示了“曲轴连杆活塞–––缸系统示意。”

单个组件被视为刚性连接，连接的接头。第一个移动连接曲柄，第二连杆是连杆、第三连杆是活塞。一架固定在每一个环节。因此，框架1固定链接1，框架2和框架3上连接2，连接3。一个固定的惯性坐标系0，其起源与1帧被选择。然而，它既不旋转也没有翻译。C1，C2和C3是各环节质量中心。该框架固定在各自的链接采用Denavit-Hartenberg公约[ 4 ]。

图1的系统动力学是在图2所示的多元图模型。该模型描述了旋转以及在系统中的每个环节的翻译。键合图的左边显示的转动部分和右侧部分显示平移部分。我们限制任何运动的惯性帧O点起源之间的链路上的流量是1，O1 SF应用源为零。同样，我们限制在任何点的相对运动，由A1和A2链接1链接2，通过流量SF应用源为零。活塞是链接3，是约束沿X0方向。这些组件沿Y0和Z0方向翻译是受流SF应用源为零。微分因果关系是使K消除（1,1）的刚度矩阵[k]之间的联系2和链接3元为零。

附加的刚度和阻尼元件用于消除微分因果关系，使模型更逼真，使合规和耗散在关节的影响，定义的公差范围内。这些粘弹性元件中的键合图用C和R元素。

我们有一个硒在链接3源，这是作用在活塞的压力，尽管这力量也只有在x方向。

图2：为曲轴连杆活塞–––缸液压系统图1多元图模型。

1.2万向节机构

图3显示了素描的“万向节”机制。

它有三个刚性连接，两个线圈被连接到两个轭，旋转轴与中间一个是交叉连接。惯性帧编号为0，它是固定的。1帧是1帧2连接，在十字架上，连接2和3帧，右边的轭是链接3。惯性坐标系的原点重合的链接1 1机架。链接1和2在两个重合点相互连接的链接1和A2链接2B1和B2链接1链接2。同样的联系2和3连接在两个点DE2和E3链接2链接3。

链接1绕Z轴相对于惯性帧。框架2位于2链路质量中心。链接2相对于方向Z2，如图3所示的链接1转动。3帧也恰逢框架2但它位于链接2。框架3连杆3相对于链接2，关于Z3转动，如图3所示。这个系统的键合图如图4所示。

图4：为万向节多元图系统图

该机构还有微分因果关系出现的问题。它是使用额外的刚度和阻尼元件消除。如前面所讨论的，这使模型更逼真，使合规和耗散在关节的影响，定义在公差范围内。在节点的链接之间的相对运动，沿着一定的方向，运用流SF源为零的约束。约束松弛是通过改变刚度值和相应的关节阻尼调整。在这里，我们限制的链接3在两个方向上运动的Y和Z，并允许通过解决三个部分流源在x方向的运动，将SF为零，Y和Z方向。对于仿真，励磁转矩施加链接1关于Z方向

2模拟

首先对图1的曲轴机构的计算机仿真结果进行了讨论。曲轴的初始位置是在1θ= 60o与X0轴。然后，在重力的作用下释放。重力也作用于连杆。由于气体压力没有力考虑为仿真不是主要问题，本文的焦点。观察图5中的上行显示的质量中心位移C1在0帧的表达。它移动到Z0轴圆弧。在图5的下行的第一个图显示了曲轴的振动通过对1帧的单位矢量方向变化。在第二排第二个数字表明C1中心随时间振荡。这也许可以归因于非线性造成的耦合与连杆。

为万向接头系统的仿真结果如表8所示。恒转矩被施加到驱动轴的轴。使驱动轴与驱动轴的轴线成 5° 角度。第一行显示驱动轴的第一环节的响应。角动量的驱动轴的轴线呈线性增加的成分，这是预料之中的。第二行的前两个数字显示的横方向的变化，这是链接2。所有三个轴的角运动是清晰可见的。驱动轴的驱动轴的运动：从图8中的第三行是明确的。

3结论

键合图的方法是使用两个常用机构动力学模型，（1）曲轴连杆活塞–––缸系统，及（2）万向接头系统。对惯性系的机构各环节的平移和旋转的动态图形表示，表示和约束节点处理，因果关系的描述编码进行了仿真，直接从键合图没有导出系统方程，一直在这工作了。基于MATLAB的仿真结果进行介绍和解释的系统。

出处：

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.

曲柄连杆机构 篇8

【摘 要】建立了RRPSR机构分析模型，运用矢量回转法确定了空间连杆机构任一动点的轨迹方程，通过将轨迹方程对时间进行微分和再微分，找到动点的速度和加速度。建立了空间连杆机构的连杆曲面方程，为空间连杆机构的推广使用提供理论基础。

【关键字】空间机构 运动分析 应用

【中图分类号】O311 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0009-01

所谓空间连杆机构是指各构件间的相对运动包含有空间运动的连杆机构。空间连杆机构在生产生活中有大量的应用实例，因此，对此机构进行运动分析和应用探讨是十分重要的。应用矢量回转法，能够分析动点的运动特性，建立空间连杆机构的动点轨迹方程，并进行图形表达。

1对空间连杆机构中任一动点的运动分析

1.1建立动点的运动轨迹方程

设空间连杆机构中任一动点为Q，基于RRPSR机构分析模型（如图1）。图1 RRPSR机构分析模型

设转动副为A、B、E，移动副为C，球面副为D。建立静坐标系E？ijk，取杆5为机架，杆1为主动件。所以，杆3上任一动点Q的运动轨迹方程为：

rQ=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+seg

其中：

l1、l2、l5分别为各杆长度；

e1、e2、e3、e5分别为沿杆长方向的单位矢量；

ea、eb、ec 分别为沿副长方向的单位矢量；

sa、sb、sc、s 分别为运动副副长；

a为公垂线长度；

b为CF的长度；

单位矢量eg由e3绕ef转γ角后得到，即eg=R（ef，γ）e3；

单位矢量ef是由ec绕e3转β角后所得，即ef=R（e3，β）ec。

1.2对动点Q的轨迹、速度及加速度分析

由动点Q的轨迹方程对时间进行两次微分后，既得到点Q的加速度方程。同时，由于主动件是匀速转动，角速度ω恒定，即转角θ1=ωt，取ω=1，则有 s=vt=vθ1。所以，直接对转角θ1进行两次微分即能得到加速度。

对于图1 RRPSR机构，假设动点Q的相对运动为匀速，取相对速度v=25/π mm/s，根据轨迹方程，可得到轨迹如下图。

曲线S2为Q点运动曲线。对动点轨迹数值微分得到Q点的绝对速度和加速度。

2空间连杆机构曲面分析

2.1连杆结构中任意直线的轨迹曲面分析

在图1RRPSR机构中，取变量为h，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、h，则连杆机构中任意直线m运动轨迹方程为：

Rm=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+heg

2.2连杆结构中任意曲线的轨迹曲面分析

在图1RRPSR机构中，把直线m换成平面曲线n，取n为直径是d的圆，取变量？，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、？，则连杆机构中曲线n运动轨迹方程为：

Rn=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+（a+dcos2 ？）ef+dcos ？sin ？ eg

3 空间连杆机构的应用探讨

与平面机构相比较而言，空间连杆机构的构件数较少，结构相对简单、紧凑，传动准确可靠，尤其是表现在实现构件的空间运动方面，运动形式较平面机构更加多元化。因此，在轻工、制鞋、制革、针织、缝纫、钻探等机械中广泛使用空间连杆机构；在各种控制装置以及各种机械设备，诸如农机设备、化工设备、仪器仪表、交通工具等均有很多的应用实例；在高科技产品、机器人、机械手等应用中，空间连杆机构也是占据着主导地位。

但是，空间连杆机构的运动复杂，具有较多的运动副形式，并且难以想象构思和用直观的方法进行设计，这为空间连杆机构的发展和推广带来了较多影响，因此机构的运动分析及计算设计必须和机构的结构设计要结合起来。

4结束语

对于空间连杆机构的运动规律，在研究中还可加强空间连杆机构的可视化分析，利用MATLAB与ADAMS软件强大的功能，可以更直观的了解数据信息，更有效的探索运动规律。研究的目的在于应用，设计人员要按照不同的需要，合理的选择参数来满足设计要求，以便更好地推广应用。

【参考文献】

[1]祝毓琥，刘行远.空间连杆机构的分析与综合[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]肖丽萍，魏文军，宋建农，靳桂萍.空间机构连杆的运动分析[J].农机化研究，2006.

[3]谢可兵，茅及愚.空间连杆机构的研究和应用[J].新技术新工艺，2003.