曲柄连杆机构的工作条件和受力分析详解

1.曲柄连杆机构的工作条件

曲柄连杆机构是在高温（气缸内最高温度可达2500 K，甚至更高）、高压（最高压力可达5～9 MPa）、高速（最高转速可达4000～6000 r/min）及有化学腐蚀的条件下工作。

2.曲柄连杆机构的受力分析

（1）气体作用力。发动机在工作循环的四个行程中，气体压力始终存在。由于进气和排气两个行程气体压力较小，可忽略不计，故在此只分析压缩和做功两个行程的气体作用力。

在压缩行程中，气体压力阻碍活塞上行。这时作用在活塞顶的气体总压力F可分解为F1和F2，如图3-1-3所示。F2企图阻止曲轴旋转；F1则将活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力。活塞越靠近上止点，此侧压力F1越大。

图3-1-3　压缩行程气体作用力

在做功行程中，气体压力推动活塞向下运动。这时作用在活塞顶的气体总压力F可分解为F3和F4，如图3-1-4所示。F4推动曲轴旋转，F3则将活塞压向气缸另一个侧壁。活塞越靠近下止点，侧压力F3越小。

图3-1-4　做功行程气体作用力

由上述分析可知，气体压力使活塞紧压气缸左侧壁或右侧壁，从而造成气缸磨损的不均匀。一般磨损呈上大下小的锥形，在圆周方向上呈不规则的椭圆形，如图3-1-5所示。

图3-1-5　气缸磨损规律

（2）往复惯性力和离心力。做往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。物体绕某一中心做旋转运动时，就产生离心力。曲柄连杆机构中活塞做往复直线运动、曲轴做旋转运动，故这两种力都存在，如图3-1-6所示。

图3-1-6　往复惯性力和离心力

当活塞从上止点向下止点运动时，速度从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减少到零。也就是说，活塞前半行程是加速运动，惯性力向上；后半行程是减速运动，惯性力向下。当活塞从下止点向上止点运动时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。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。

旋转机件的圆周运动产生离心力，方向背离曲轴中心向外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈、曲轴主轴承和主轴颈受到一个附加载荷，增加了它们的变形和磨损，也会引起发动机震动进而传到机体外。

（3）摩擦力。曲柄连杆机构中相互接触的表面做相对运动时都存在磨损，其大小与正压力和摩擦系数成正比，其方向总是与相对运动的方向相反。如图3-1-7所示为一个磨损了的活塞。

图3-1-7　被磨损的活塞

【任务实施】

拆装发动机正时部分(www.xing528.com)

一、任务目的

（1）认识发动机正时机构各部分零部件名称。

（2）能对发动机正时机构进行正确的拆装。

（3）能积极主动参与任务，能与小组成员团结协作，能执行实训室“6S”规定。

二、任务准备

（1）知识准备：

老师先要讲述发动机正时部分的结构及拆装步骤（项目四才有这部分知识）。

（2）设备准备：

汽车发动机、汽车发动机拆装工具、演示课件（或操作视频）。

三、任务步骤

（1）老师演示或播放视频：汽车发动机正时部分的结构及拆装步骤。

（2）学生练习汽车发动机正时部分的拆装（或老师演示时同步练习）。

拆装汽车发动机正时部分，主要内容包括正时链条（或正时带）、正时齿轮等的拆装。

四、任务评价

任务评价内容及标准见表3-1-1。

表3-1-1　任务评价内容及标准