曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他3个行程中，又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后产生的热能转变为机械能。
曲柄连杆机构的主要零件可以分为3组：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
（1）机体组
包括汽缸体、汽缸套、汽缸盖、汽缸垫、曲轴箱等。
①汽缸体。汽缸体是汽缸的壳体，上曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体。农用车柴油机的汽缸体和上曲轴箱常制成一体，合称汽缸体，如图3-5所示。它是柴油机各机构和系统的装配基础件。汽缸体不但承受各种力的作用，而且还承受燃烧气体产生的热量。因此要求汽缸体应具有足够的强度、刚度，良好的耐热性、耐腐蚀性等。汽缸体包括汽缸、水套、凸轮轴座孔、机油泵安装孔、主轴承座、润滑油道、水套进水口等。
图3-5 单缸卧式柴油机的机体
1.气缸孔 2.水箱孔 3.平衡轴孔 4.曲轴孔 5.惰轮轴孔 6.通机油滤清器 7.凸轮轴孔
②汽缸套。汽缸为引导活塞作往复运动的圆筒形内腔。它与活塞、汽缸盖构成工作容积，其内壁承受燃气的高温、高压和活塞的侧压力、摩擦阻力等。为了提高汽缸的耐磨性，又不增加机体的成本，柴油机上广泛采用在汽缸体内镶入可拆卸的汽缸套的结构。汽缸套常用高磷铸铁铸造。它有湿式和干式两种，如图3-6所示。
图3-6 汽缸套
（a）湿式汽缸套 （b）干式汽缸套 1.密封圈 2.汽缸套 3.汽缸体 4.水套 5.汽缸垫 6.凸肩 7.上定位凸缘 8.下定位凸缘
③汽缸盖与汽缸垫。汽缸盖与汽缸垫一起共同密封汽缸的上平面，并与活塞顶共同形成燃烧室，汽缸盖上提供许多零件的安装位置，如图3-7所示。汽缸垫装在缸盖与缸体之间，以防止漏水、漏气、漏油。缸盖连同汽缸体靠缸盖螺栓紧固。为保证结合面密封良好，在拧紧缸盖螺栓时，必须使用力矩扳手，从中间开始向两端，对角交错，均匀用力，分2～3次拧紧到规定力矩。
图3-7 四缸柴油发动机汽缸盖
1.冷却水出水道 2.喷油器孔 3.进气道 4.冷却水孔 5.缸盖螺栓孔 6.排气门座孔 7.进气门座孔 8.冷却水出水道
（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，如图3-8所示。
图3-8 活塞连杆组
1.气环 2.油环 3.活塞 4.连杆 5.连杆轴瓦 6.连杆螺栓 7.连杆盖 8.连杆轴套 9.活塞销卡簧 10.活塞销
①活塞。活塞的功用是承受气体压力，并将其通过活塞销传给连杆驱动曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。活塞在高温、高压、润滑较差的条件下工作，因此要求活塞有足够的刚度和强度，导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损，重量轻。活塞一般都采用高强度铝合金制成，在一些低速柴油机上也采用高级铸铁或耐热钢。
活塞的基本构造可分为3部分：活塞顶部、活塞头部和活塞裙部，如图3-9所示。
图3-9 活塞构造
1.顶部 2.防漏部 3.裙部 4.销孔 5.销座 6.气环槽 7.油环槽
活塞顶部承受气体压力，其形状、位置、大小都和燃烧的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求。其顶部形状有4类：平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。
a.平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。
b.凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二冲程汽油机常采用凸顶活塞。
c.凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等，柴油机活塞顶部一般是这种类型。
活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称防漏部。柴油机压缩比高，一般有4道环槽，上部3道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有3道环槽，其中有两道气环槽和1道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从汽缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般离顶部较远。
活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给汽缸壁，再由冷却水散热。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用。
活塞裙部是从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向汽缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。
②活塞环。活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。
功用：气环用于保证汽缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给汽缸壁，由冷却水带走，其中密封作用是主要的。如果密封性不好，高温燃气将直接从汽缸表面流入曲轴箱。这样不但由于环面和汽缸壁面贴合不严而不能很好地散热，而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏。油环起布油和刮油的作用，下行时刮除汽缸壁上多余的机油，上行时在汽缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入汽缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与汽缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。
气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥形环、梯形环和桶面环，如图3-10所示。
图3-10 活塞环
a.矩形环断面为矩形，其结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时，会把汽缸壁面上的机油不断送入汽缸中。这种现象称为“气环的泵油作用”。为了消除或减少有害的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，广泛采用了非矩形断面的扭曲环。
b.扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。装入汽缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜作用下上浮，可以减小摩擦。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。目前被广泛地应用于第二道活塞环槽上，安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。
c.锥形环断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面（0.5°～1.5°），减小了环与汽缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损，安装时，不能装反，否则会引起机油上窜。
d.梯形环断面呈梯形，工作时，梯形环在压缩行程中和作功行程中随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但其加工困难，且精度要求高。
e.桶面环外圆为凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构。桶面环上下运动时，均能与汽缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与汽缸呈圆弧接触，故对汽缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封，但凸圆弧表面加工较困难。
油环有普通油环和组合油环两种，如图3-11所示。
图3-11 油环
（a）普通油环 （b）组合油环 1、3.刮油片 2.轴向衬环 4.径向衬环
a.普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。有些普通油环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜。
b.组合油环有三片双簧式、两片一簧式和整体油环加螺旋弹簧式等，具有刮油能力强，密封性能好等优点。
③活塞销。活塞销的功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。
活塞销在高温下周期性地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面粗糙度。
④连杆。连杆的功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。连杆组结构如图3-12所示。
图3-12 连杆组
（a）斜切口式 （b）平切口式 1.连杆螺栓 2.连杆轴瓦 3.连杆螺母 4.连杆小头衬套 5.连杆小头 6.杆身 7.连杆大端 8.连杆瓦盖 9.连杆螺栓 10.锁片 11.定位套
（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，如图3-13所示。
图3-13 曲轴
1.曲柄 2.连杆轴颈 3.主轴颈 4.定时齿轮轴颈 5.润滑油道 6.挡油螺纹 7.飞轮接盘 8、12.螺塞 9、13、16.开口销 10、14.油管 11、15.油腔
①曲轴。曲轴是发动机最重要的机件之一。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其他辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。
曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。1个主轴颈、1个连杆轴颈和1个曲柄组成了1个曲拐，曲轴的曲拐数目等于汽缸数（直列式发动机）；V型发动机曲轴的曲拐数等于汽缸数的一半。
主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机汽缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。
全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比汽缸数目多1个，即每一个连杆轴颈两边都有1个主轴颈。如四缸发动机全支承曲轴有5个主轴颈。这种支承的曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。
非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比汽缸数目少或与汽缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些承受载荷较小的汽油机可以采用这种曲轴形式。
由于发动机工作转速较高，作为高速旋转元件的曲轴必须进行动平衡处理，如四缸机采取曲柄对称布置的方式来平衡往复惯性力、离心力及其产生的力矩。而一缸机、三缸机无法采用曲柄对称布置，则采用在连杆轴颈相对侧增加平衡重的方式进行平衡。
②飞轮。飞轮的功用是在发动机作功行程时储存能量，在其他行程放出能量使发动机运转均匀，并能帮助发动机克服暂时超负荷，传递动力，启动时引入动力。飞轮在外圆端部压装有启动用的齿圈，外圆表面刻有上止点记号或加工有上止点对位孔。飞轮的后端面是离合器的摩擦表面，在内侧圆周上加工有定位孔和与曲轴接盘连接的螺栓孔。
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曲柄连杆机构
（1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳
（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
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。
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。
水冷式气缸体一般与上曲轴箱铸成一体。气缸体上部拍了出所有气缸，气缸周围的空腔相互连通构成水套。下半部分是用来支承曲轴的曲轴箱。
气缸体有直列、V形和水平对置三种形式，在汽车上常用直列和V形两种。气缸体下部的结构有一般式、龙门式、和隧道式三种形式风冷式气缸体和曲轴箱采用分体式结构，气缸体和曲轴箱分开铸造，然后再装配到一起。气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片来保证充分散热，缸体的材料一般用灰铸铁，为提高气缸的耐磨性，有时在铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。但是，实际上除了与活塞配合的气缸壁表面外，其他部分对耐磨性要求并不高。为了材料上的经济性，广泛采用缸体内镶入气缸套来形成气缸工作表面。这样，缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而缸体可用价格较低的普通铸铁或铝合金材料制造。气缸套有干式和湿式两种。
干式气缸套外表面不直接与冷水接触，其壁厚一般为1～3mm。缸套外表面与其装配的气缸体内表面采用过盈配合。
湿式缸套外表面直接与冷却水接触，冷却效果好。其壁厚比干式缸套厚，一般为5～9mm。
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。
一般水冷式发动机气缸盖内铸有冷却水套，缸盖下端面与缸体上端面向所对应的水套是相通的，利用水的循环来冷却燃烧室壁等高温部分；风冷式发动机气缸盖上铸有许多散热片，靠增大散热面积来降低燃烧室的温度。
发动机的气缸盖上应有进排气门座导管孔和进排气通道等。汽油机气缸盖还应有火花塞孔，而柴油机则设有安装喷油器的做孔。
气缸垫
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。
油底壳
油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力很小，一般采用薄
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