曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功用是將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，通過(guò)連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組(主要包括汽缸體、曲軸箱、油底殼、汽缸套、汽缸蓋和汽缸墊等不動(dòng)件)、活塞連桿組(主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)和連桿等運(yùn)動(dòng)件)和曲軸飛輪組(主要包括曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器和平衡軸等機(jī)構(gòu))三部分組成。
　　2.1.2 受力分析
　　曲柄連桿機(jī)構(gòu)是在高溫、高壓、高速以及有化學(xué)腐蝕的條件下工作的。發(fā)動(dòng)機(jī)做功時(shí)，汽缸內(nèi)的最高溫度可達(dá)2500K以上，最高壓力可達(dá)5～9MPa，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3000～6000r/min時(shí)，則活塞每秒鐘要經(jīng)過(guò)100～200個(gè)行程，其線速度是很大的。此外，汽缸、汽缸蓋、活塞等部件還將受到化學(xué)腐蝕。
　　由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)是在高壓下作變速運(yùn)動(dòng)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要承受氣體壓力、往復(fù)慣性力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的離心力以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)件接觸表面的摩擦力。
　　(1)氣體壓力
　　在每個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)行程中，氣體壓力始終存在。進(jìn)氣、排氣兩行程中氣體壓力較小，對(duì)機(jī)件影響不大，做功和壓縮行程中的氣體壓力影響較大。
　　在做功行程中，氣體壓力是推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的力。這時(shí)，燃燒氣體壓力直接作用在活塞的頂部(圖2-1(a))。當(dāng)活塞所受總力Fp傳到活塞銷(xiāo)上，可分解為Fp1和Fp2，分力Fp1通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿，并沿連桿方向作用在曲柄銷(xiāo)上;Fp1又可分為兩個(gè)分力FR和FS，分力FR沿曲柄方向使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力;分力FS對(duì)曲軸形成轉(zhuǎn)矩T，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn);分力Fp2把活塞壓向汽缸壁，形成活塞與缸壁間的側(cè)壓力，有使機(jī)體翻倒的趨勢(shì)，故機(jī)體下部的兩側(cè)應(yīng)支撐在車(chē)架上。
　　在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運(yùn)動(dòng)的阻力。這時(shí)作用在活塞頂?shù)臍怏w總壓力F′p也可以分解為兩個(gè)分力F′p1和F′p2(圖2-1(b))，F(xiàn)′p1又分解為F′R、F′S。F′R使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力，F(xiàn)′S對(duì)曲軸造成一個(gè)旋轉(zhuǎn)阻力矩T′，企圖阻止曲軸旋轉(zhuǎn);F′p2、F′p1因連桿的左右搖擺運(yùn)動(dòng)，在活塞銷(xiāo)和曲軸軸頸的表面以及兩者的支撐表面上的壓力和作用點(diǎn)不斷變化，造成各處磨損不均勻。同樣，汽缸壁沿圓周方向的磨損也不均勻。
　　
　　圖2-1 氣體壓力作用情況示意圖
　　(2)往復(fù)慣性力與離心力
　　當(dāng)活塞和連桿小頭在汽缸中作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度很高，而且數(shù)值在不斷變化。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度變化規(guī)律是：從零開(kāi)始，逐
　　漸增大，臨近中間達(dá)到最大值，然后又逐漸減小至零。也就是說(shuō)，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，前半行程是加速運(yùn)動(dòng)，慣性力向上，以Fj表示(圖2-2(a));后半行程是減速運(yùn)動(dòng)，慣性力向下，以F′j表示(圖2-2(b))。
　　同理，當(dāng)活塞向上時(shí)，前半行程慣性力向下，后半行程慣性力向上?；钊?、活塞銷(xiāo)和連桿小頭的質(zhì)量越大，曲軸轉(zhuǎn)速越高，則往復(fù)慣性力也越大。它使曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各零件和所有軸頸受周期性的附加載荷，加快軸承的磨損;未被平衡的變化著的慣性力傳到汽缸體后，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
　　在工作循環(huán)的任何行程中，氣體作用力的大小都是隨著活塞的位移而變化的，偏離曲軸軸線的曲柄、曲柄銷(xiāo)和連桿大頭繞曲軸軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力，即離心力，其方向沿曲柄半徑向外，其大小與曲柄半徑、旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量及曲軸轉(zhuǎn)速有關(guān)。曲柄半徑長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量大，曲軸轉(zhuǎn)速高，則離心力大。如圖2-2所示，離心力Fc在垂直方向的分力Fcy與往復(fù)慣性力Fj方向總是一致的，因而加劇了發(fā)動(dòng)機(jī)的上、下振動(dòng);而水平方向分力Fcx則使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。離心力使連桿大頭的軸瓦和曲柄銷(xiāo)、曲軸主軸頸及其軸承受到又一附加載荷，增加了它們的變形和磨損。
　　
　
　　圖2-2 往復(fù)慣性力和離心力作用情況示意圖
　　(3)摩擦力
　　在任何一對(duì)互相壓緊并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面之間，必定存在摩擦力，其最大值決定于上述各種力對(duì)摩擦面形成的正壓力和摩擦系數(shù)。
　　上述各種力作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)體的各有關(guān)零件上，使它們受到壓縮、拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等不同形式的載荷。為了保證工作可靠，減少磨損，在結(jié)構(gòu)上必須采取相應(yīng)的措施。

                

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