包头职业技术学院车辆工程系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)
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
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。
1 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。
（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
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。
2 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。
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
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。
3 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。
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
（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
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。
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
（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。
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。
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。
[4]刘哲，郭京臣. 汽车维修质量与检验.北京：北京理工大学出版社，2010。
课程设计任务书
目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)
1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、
曲柄连杆机构的故障诊断与排除 曲辆连杆机构的故障主要表现为异响。何谓异响?就汽车而言，异响是指汽车总成或机构在工作中产生的超过技术文件规定的不正常的响声。 曲柄连杆机构的异响一般是由于某些运动件自然磨损使其间隙过大，润滑不良，紧固不良或修理调整不当等原因引起。曲柄连杆机构异响常与发动机的转速、负荷、温度和缸位有关。 (一)曲轴主轴承晌 1.现象 (1)发动机一般稳定运转不响，转速突然变化时，发出低沉钝重连续“当当”的金属敲击声。 (2)发动机转速越高，响声越大。 (3)发动机有负荷时响声明显。. (4)单缸断火时响声无变化。 2.原因 (1)主轴承盖螺栓松动。 (2)主轴承与主轴颈配合间隙过大。 (3)发动机机油不良。 (4)主轴承合金层烧毁或脱落。 3.诊断与排除 用旋具抵触曲轴箱接近曲轴主轴承处听察，反复变更发动机转速，在突然加速或减速时，如有明显的沉重响声，则为主轴承响。第一道主轴承响，声音较清脆；第五道主轴承响，声音偏沉闷。 (1)发动机温度越高响声越明显，说明发动机机油粘度过低或老化，应更换发动机机油。 (2)发动机高速运转，汽车重载爬坡，机件有较大的振动；机油压力明显下降，说明主轴承与主轴颈配合间隙过大，或合金层脱落，应及时更换主轴承或修磨主轴颈。 (3)若怀疑是曲轴轴向窜动响，可踏下离合器踏板，如果响声减弱或消失，则为曲轴轴向窜动发响。此时应更换曲轴止推垫片或更换曲轴。 (4)若怀疑是飞轮固定不良发响，可在发现异响时，关闭点火开关，而当发动机即
将熄火时，再立即接通点火开关，若此时能听到一声撞击声，且每次重复上述操作均如此。即证明是飞轮固定不良发响，应紧固或更换飞轮固定螺栓予以排除。 (二)连杆轴承响 1.现象 (1)突然加速时，发动机有明显连续“堂堂堂”的类似木棒敲击铁桶的声音，该声响较主轴承响清脆。 (2)怠速时响声较小，中速时明显。 (3)单缸断火后，响声明显减弱或消失。 (4)汽车高速或爬坡时，响声加剧。 2.原因 (1)连杆轴承盖螺栓松动。 (2)连杆轴承径向间隙过大。 (3)连杆轴承合金层烧毁。 (4)发动机机油不良。 3.诊断与排除 (1)发动机初发动时，响声严重，待机油压力上升后，响声减弱或消失，表明个别连杆轴承间隙稍大或合金层剥落，应视情修磨连杆轴颈或更换连杆轴承。 (2)若发动机温度正常，由低速突然加至中高速时，发动机发出有节奏的“当当当”响声；转速再升高时，其响声减弱直至消失；单缸断火时响声消失，复火时响声恢复；稍关节气门，响声更明显，说明连杆轴承间隙过大。应修磨连杆轴颈或更换连杆轴承。 (3)发动机温度升高，响声增加，说明发动机机油不符合要求，应予更换。若同时在提高发动机转速时，其响声却减弱但显得杂乱，则说明连杆轴承合金层过热融化，应立即修复。 (三)活塞敲缸响 活塞敲缸响的原因是多方面的，因具体原因不同，敲缸响所表现的现象也不同。主要有以下几种： 1.发动机冷态时敲缸响
基于Workbench的仿真内燃机曲柄连 杆机构动力学分析 （机械与动力工程学院南京 211816） 摘要：本文以S195 内燃机为例，对单缸内燃机的曲柄连杆机构简化模型 进行了有限元分析。根据力学分析结果和强度要求设计内燃机曲柄连杆机构结构，并应用UG软件建立该机构三维数字化虚拟装配模型，结合有限元理论及其分析软件ANSYS Workbench，模拟分析了曲柄连杆机构装配体动力学分析，结果表明，数字化模型结合装配体有限元分析，可解决曲柄连杆机构结构强度评价问题，有助于缩短汽油机开发周期和减少成本。 关键词：曲柄连杆，有限元分析，Workbench，动力学仿真。 Dynamic analysis of the crank connecting rod mechanism based on Workbench simulation (Nanjing Technology of University, mechanical and power engineering, Yin Zhenhua, Nanjing, 211816) Abstract Based on the S195 diesel engine as an example, the crank connecting rod mechanism of single cylinder diesel engine was analyzed in finite element analysis. According to the mechanical analysis results and strength requirements, the structure of the engine crank connecting rod mechanism is designed, and the 3D digital virtual assembly model of the mechanism is established. Combined with the finite element theory and the analysis software ANSYS Workbench. The results show that the numerical model combined with the finite element analysis can solve the problem of structural strength evaluation of the crank link mechanism, which helps to shorten the development cycle and reduce the cost. Key words: crank connecting rod, finite element analysis, Workbench, dynamic simulation.
包头职业技术学院车辆工程系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)
基于SolidWorks的曲柄连杆机构动力学仿真研究 发表时间：2012-2-28 作者: 陈敏*刘晓叙来源: 万方数据 关键字: 发动机运动学动力学仿真 本文用SolidWorks软件建立了一个简化的单缸发动机模型，用COSMOS Motion对该模型进行了发动机运动学和动力学仿真，对运动学仿真的结果进行了验证。 设计往复活塞式发动机时，要进行发动机的运动学和动力学计算，发动机的运动学是计算发动机活塞的位移、速度和加速度。动力学计算主要包括主要运动件的载荷，为零件的强度计算提供依据。在过去的设计中，发动机的运动学和动力学引算一般是采用计算机编程的方式进行。 SolidWorks是目前应用较为广泛的三维设计软件，COSMOS Motion是以ADAMS软件的技术为内核的机构运动学和动力学仿真软件，是SolidWorks的一个插件，与SolidWorks可以进行无缝对接。我们运用该软件，对一个简化的单缸发动机模型进行了运动学与动力学仿真，其结果对往复活塞式发动机的运动学和动力学设计计算有参考意义，现将研究情况介绍如下： 1 发动机模型的基本情况 为了研究的需要，建立了一个简化的单缸发动机模型，主要的结构参数为：缸径125mm，行程160mm，连杆大、小头孔中心距210mm，λ=0.381。发动机的活塞、活塞销、连杆和曲轴用SolidWorks进行三维实体造型设计，然后进行装配，发动机装配后效果及坐标系见图1。 图1 发动机模型 2 发动机的运动学仿真 由于是对一个特定的模型作定量的运动学和动力学仿真，所以，从简单起见，在仿真参数中，将曲轴的转速设为60r/min，即1r/s。在COSMOS Motion中运行仿真后，可以得到活塞运行的位移、速度和加速度，见图2、图3、图4。
________班发动机考试题 一、 填空题 每空1分 共20分 1.曲柄连杆机构分为三个组：（ ）、（ ）、（ ）。 2.连杆的结构主要由（ ）、（ ）、（ ）组成。 3.缸套分为 （ ）和（ ）两种。 4.活塞由（ ）、（ ）和（ ）三部分组成。 5.活塞环气环的主要作用有（ ）和（ ）、活塞环油环的主要作用有 （ ）和（ ）。 6.气缸的排列方式一般有（ ）、（ ）、（ ）。 7.活塞与（ ）共同形成燃烧室，承受（ ）压力，并将此力通过活塞销传给 （ ）推动曲轴旋转。 8.活塞顶部分为：（ ）、（ ）、（ ）。 9.活塞环有哪三隙（ ）、（ ）、（ ）。 10.活塞销与活塞销孔及连杆小头孔的装配方式有（ ）和（ ）两种形式。 11.连杆是连接（ ）与（ ），并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的（ ）运动变成曲轴的（ ）运动。 12.曲轴的结构主要由（ ）（ ）（ ）（ ）等组成。 13.安装组合油环时，应首先将（ ）装入槽内，然后安装上、下两道刮片，并将两刮片的开口错开（ ）度。 14.一般曲轴的轴向间隙为（ ）磨损极限（ ）。 二、选择 每题3分 共30分 1、标准气缸压力一般为多少？ （ ） A 、6bar —9bar B 、7 bar —10bar C 、10 bar —13bar 2、测得气缸磨损量为0.15mm ，则缸体可加大到 ( ) A 、0.25mm B 、0.15mm C 、1mm 总分 一 二 三 四 学校 班级 姓名 --------------------装 -------------------〇---------------------- 订 -------------------〇----------------------- 线 -------------------〇 -----------------------------------
摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
发动机曲柄连杆机构动力学运动规律仿真研究 Dynamics simulation analysis of engine crank connecting rod mechanism 黄硕 东风商用车有限公司发动机厂 湖北省十堰市 442001 摘 要：本文从动力学角度研究了曲柄连杆机构的工作原理，，建立简易曲柄连杆机构的三维实体模型，利用机械系统动力学仿真分析软件HyperWorks，对dCi11发动机曲柄连杆机构进行仿真；并基于模态综合分析法研究柔性体的力学性能，对连杆进行了动态特性分析，得出连杆在自由模态情况下的模态振型；然后对该曲柄连杆机构进行运动学和动力学分析，得到连杆在一个工作循环过程中应力变化规律，从而确定了连杆的受力边界条件以及危险工况分析，为连杆优化设计和强度校核提供了依据，并为进一步分析和研究曲柄连杆机构特性提供了参考。 关键词：曲柄连杆机构 多体系统动力学 模态分析 结构优化 HyperWorks Abstract: This paper has studied the crank works from dynamics perspective. the mechanical system dynamics simulation software HyperWorks has simulated the crank of engine of car;And based on a comprehensive analysis of modal,Studied flexible body the mechanical properties and conducted a dynamic characteristics analysis to the connecting rod.Rod in the case of free modal shape has been came out.Then the crank has done kinematic and dynamic analysis, the connecting rod determined the linkage of the force boundary condition sin a work cycle variation of stress, and dangerous working conditions analysis, link optimization and strength check provides the basis for further analysis and study crank feature provides a reference. Keywords:Crank and Connecting Rod Mechanism, Multi-Body Dynamics, Model Analysis, Structural optimization, HyperWorks 1 课题研究意义 目前，随着工程技术的发展在研究曲柄连杆机构的运动学和动力学分析方法很多，而且已经较完善和成熟。其中机构运动学分析是研究两个或两个以上物体间的相对运动即位移、速度和加速度随时间变化的关系，动力学则是研究产生运动的力。通过对机构运动学和动力学分析，我们可以清楚了解曲柄连杆机构工作的运动性能、运动规律等，从而可以更好地对机构进行性能分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂的机构运动尽管能够给出解析式，却难以计算出供工程使用的计算结果，不得不用粗糙的图解法求得数据。随着计算机的发展，通过计算机辅助设计、校核和计算的系统，可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，并绘制受力分析曲线图，对进一步研究内燃机的平衡与振动等均有较为实用的应用价值。
曲轴连杆机构常见故障 1、曲柄连杆机构的异响 (1）活塞环漏气产生敲击响 1)故障诊断 活塞环之所以不能产生敲击响，是因为在发动机做功行程时，燃烧爆发气体急速下窜而冲进油底壳内，引起活塞环漏气的敲缸。并非是金属彼此之间的撞击声。 2）故障维修 ①对于因活塞环活环岸折断的则应该更换活塞环或更新活塞。 ②因环的弹力不足引起的漏气应分析是环的质量不佳还是因积炭积累的原因。 ③对因背隙过大或环与汽缸壁密封性不好，则应提高装配质量。 如敲击声严重，而活塞环折断、活塞环卡死引起的，应立即停止发动机转动。（2）曲轴轴承发出的响声 1）故障诊断 曲轴轴承发出的声响是曲轴主轴颈与轴承撞击而引起的。在主轴承烧熔或脱落时，加大油门时发动机本身会有很大抖动。 主轴承磨损、颈项间隙过大会出现粗重而发闷的“嘡、嘡”敲击声，发动机转速越快声音越想，反、负荷越大，声响随之增大，反之这则减小。 2）故障维修 发现异响应迅速检查。因轴承间隙大而响的，应调整轴承间隙，若不能调整的可换新的轴承后进行刮研。对曲轴轴颈圆柱度超过使用极限时，应对曲轴轴颈进行光磨，并重新选配轴承。 2、汽缸垫变形导致的漏水、漏气 （1）故障诊断 1）检查汽缸套高出汽缸体上平面的量是否超过极限性，查看有是否有漏水的痕迹。 2) 测量汽缸体上平面和汽缸盖下平面的平整度，超过极限值，造成汽缸盖受热后跟随汽缸体变形，导致漏水和漏气。 3) 启动发动机，用手摸汽缸体和汽缸盖的结合处，看是否感觉到有漏气的情况。（2）故障检测 汽缸盖平面发生翘曲变形，一般采用下面两种方法修复。 1）局部预热加压校正。 2）平面冼銷法。 3）螺栓孔附近凸起可用油石或细砂轮推磨或用细锉修平。
本科毕业设计（论文）通过答辩 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
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结构杆件的受力变形 高二（10）班黄钦仪魏萌 指导教师邹樑 摘要 这篇论文通过实验，向我们展示了结构杆件在刚性连接下的受力变形特点以及杆系的不同部位受力对其他部位的影响，并提出了在建筑构筑物时选材的几点建议，为我们设计杆件提供最基本的资料。 研究目的 研究杆件的变形有以下三个目的： 1、使我们了解设计杆件时，除了要满足强度条件以保证安全外，还要满足其刚度条件以保证其正常工作。也就是要求杆件在荷载作用下，弯曲变形不得超过允许范围。 2、是将来我们学习杆件的变形计算的基础。 3、通过实验的分析和对资料的整理，提高了我们分析问题和解决问题的能力。 问题提出 在工程实际中，承受荷载和传递荷载的结构的构件在荷载的作用下，引起周围构件对它们的反作用，同时，构件本身因受内力作用而将产生变形，并且存在发生破坏的可能性。 构件在怎样的受力情况下会产生怎样的变形，构件在受力变形下会不会影响构筑物的正常使用，以及柱子等细长杆件受压时会不会出现屈曲现象致使杆件不能承担荷载，并由此引起整个构筑物的倒坍等都是我们将研究的问题。
研究方法：1收集资料2实验观察3画图分析4访问专业人士 材料：橡胶（型号：HD2803）、胶水 研究结果：在设计房屋、桥梁的楼面时，板和梁是用得最多的结构形式，在横向荷载的作用下，梁将产生弯曲变形，用橡胶做成梁的模型，这种弯曲变形就看得很清楚。 在加载之前，先在杆件的侧面上，划上许多横向直线和纵向直线，然后加载。 1、首先，我们做了一个最简单的杆件受力变形实验。 在一根杆件的两端支两个支点，再在这根杆件上加载（如图） 在加载的过程中可以观察到，杆件受载后弯曲了，但那些纵向直线仍保持直线形式，不过相对旋转了一个角度。 设想梁是由无数纵向纤维所组成，由于弯曲而使截面转动，就使梁凹边纤维缩短，凸边纤维伸长，于是中间必有一层纤维是没有长度改变
% 曲柄摇杆机构运动分析 % (1)-计算连杆的输出角th3和摇杆的输出角th4 % 设定各杆的长度(单位:毫米) rs(1)=304.8; % 设定机架1长度 rs(2)=101.6; % 设定曲柄2长度 rs(3)=254.0; % 设定连杆3长度 rs(4)=177.8; % 设定摇杆4长度 dr=pi/180.0;% 角度与弧度的转换系数 % 设定初始推测的输入 % 机构的初始位置 th(1)=0.0; % 设定曲柄2初始位置角是0度(与机架1共线) th(2)=45*dr; % 连杆3的初始位置角是 45度 th(3)=135*dr; % 摇杆4的初始位置角是135度 % 摇杆4的初始位置角可以用三角形的正弦定理确定 th(3)=pi-asin(sin(th(2))*rs(3)/rs(4)); dth=5*dr; % 循环增量 % 曲柄输入角从0度变化到360度,步长为5度,计算th34 for i=1:72 [th3,th4]=ntrps(th,rs); % 调用牛顿—辛普森方程求解机构位置解非线性方程函数文件 % Store results in a matrix-th34,in degrees % 在矩阵th34中储存结果,以度为单位;(i,:)表示第i行所有列的元素;(:,i)表示第i 列所有行的元素 th34(i,:)=[th(1)/dr th3/dr th4/dr]; % 矩阵[曲柄转角连杆转角摇杆转角] th(1)=th(1)+dth; % 曲柄转角递增 th(2)=th3; % 连杆转角中间计算值 th(3)=th4; % 摇杆转角中间计算值 end % 求解曲柄摇杆机构中连杆的输出角th(3)和摇杆的输出角th(4)—函数文件 function [th3,th4]=ntrps(th,rs) % 使用基于牛顿—辛普森方程解答四杆机构位置的非线性问题 % 变量设置 % th(1)=theta_2 % 输入变量 % th(2)=theta_3_bar(starting guess) % 输出变量 % th(3)=theta_4_bar(starting guess) % 输出变量 % rs(1)=r_1，机架长度；rs(2)=r_2，曲柄长度；rs(3)=r_3，rs(4)=r_4，摇杆长度 th2=th(1); th3bar=th(2); th4bar=th(3); % 设定收敛条件 epsilon=1.0E-6; % 计算二维矢量的函数 % 四杆机构闭环矢量方程的矩阵形式
3.4 静定平面桁架 教学要求 掌握静定平面桁架结构的受力特点和结构特点，熟练掌握桁架结构的内力计算方法——结点法、截面法、联合法 3.4.1 桁架的特点和组成 静定平面桁架 桁架结构是指若干直杆在两端铰接组成的静定结构。这种结构形式在桥梁和房屋建筑中应用较为广泛，如南京长江大桥、钢木屋架等。 实际的桁架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的，实际受力情况复杂，要对它们进行精确的分析是困难的。但根据对桁架的实际工作情况和对桁架进行结构实验的结果表明，由于大多数的常用桁架是由比较细长的杆件所组成，而且承受的荷载大多数都是通过其它杆件传到结点上，这就使得桁架结点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小，接近于铰的作用，结构中所有的杆件在荷载作用下，主要承受轴向力，而弯矩和剪力很小，可以忽略不计。因此，为了简化计算，在取桁架的计算简图时，作如下三个方面的假定： （1）桁架的结点都是光滑的铰结点。 （2）各杆的轴线都是直线并通过铰的中心。 （3）荷载和支座反力都作用在铰结点上。 通常把符合上述假定条件的桁架称为理想桁架。 桁架的受力特点 桁架的杆件只在两端受力。因此，桁架中的所有杆件均为二力杆。在杆的截面上只有轴力。 桁架的分类 （1）简单桁架：由基础或一个基本铰接三角形开始，逐次增加二元体所组成的几何不变体。（图3-14a） （2）联合桁架：由几个简单桁架联合组成的几何不变的铰接体系。（图3-14b） （3）复杂桁架：不属于前两类的桁架。（图3-14c）
3.4.2 桁架内力计算的方法 桁架结构的内力计算方法主要为：结点法、截面法、联合法 结点法――适用于计算简单桁架。 截面法――适用于计算联合桁架、简单桁架中少数杆件的计算。 联合法――在解决一些复杂的桁架时，单独应用结点法或截面法往往不能够求解结构的内力，这时需要将这两种方法进行联合应用，从而进行解题。 解题的关键是从几何构造分析着手，利用结点单杆、截面单杆的特点，使问题可解。 在具体计算时，规定内力符号以杆件受拉为正，受压为负。结点隔离体上拉力的指向是离开结点，压力指向是指向结点。对于方向已知的内力应该按照实际方向画出，对于方向未知的内力，通常假设为拉力，如果计算结果为负值，则说明此内力为压力。 常见的以上几种情况可使计算简化： 1、不共线的两杆结点，当结点上无荷载作用时，两杆内力为零（图3-15a）。 F1=F2=0 2、由三杆构成的结点，当有两杆共线且结点上无荷载作用时（图3-15b），则不共线的第三杆内力必为零，共线的两杆内力相等，符号相同。 F1=F2 F3=0 3、由四根杆件构成的“K”型结点，其中两杆共线，另两杆在此直线的同侧且夹角相同（图3-15c），当结点上无荷载作用时，则不共线的两杆内力相等，符号相反。
一种气动发动机曲柄连杆机构的仿真性能研究 气动发动机是以高压空气作为“燃料”，来提供动力。由于高压空气能力密度较低，且气动发动机的能量利用率低，因此，改善其能量利用率，提高其机械效率至关重要。曲柄连杆机构是发动机动力传输的核心机构，对发动机的整体工作及汽车的动力传递起到至关重要的作用。通过研究一种新型气动发动机的曲柄连杆机构，利用MATLAB/Simulink对其运动特性进行仿真分析，分析其对气动发动机性能的影响，研究结果为今后进一步提高气动发动机的效率提供了指导方向。 标签：曲轴；连杆；气动发动机；运动学仿真；发动机性能 0引言 气动发动机以压缩空气作为工质，将高压空气直接输入气缸膨胀以推动活塞做功，实现了将高压空气的压力能转化为转动形式的机械能输出。与传统内燃机相比，气动发动机的做功原理比较简单，通过气体膨胀推动活塞做功，进而对外输出功率，实现了无燃烧、零污染物，是真正意义上的绿色动力汽车。气动发动机具有突出的特点和很好的应用前景，但其能量利用效率低是最为突出的和最需要迫切解决的问题。 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的关键部件，它将活塞的周期往复运动转变为曲轴的旋转运动，从而对外输出转矩，为汽车提供行驶所需的动力，对发动机的可靠性、动力性影响很大。一直以来，以曲柄连杆机构为基础的往复活塞式发动机的研究及进展对汽车行业乃至整个工业的发展起着较大的推动作用。当活塞在作往复运动时，其速度和加速度的数值及变化规律对曲柄连杆机构以及内燃机整体的工作有很大影响，研究曲柄连杆机构运动学的主要任务实际上就是研究活塞的运动规律。为了进一步提高循环热效率和燃烧效率以及机械效率，优化内燃机的性能，众多国内外的专家学者都对传统往复式活塞所用的曲柄连杆机构（图1）进行改进，试图通过对内燃机曲柄连杆机构的改进提高其性能。笔者对一种新的双连杆往复机构进行仿真研究，这种曲柄连杆机构的结构特点，使得其在运动过程中，活塞在上止点附近停留时间较长。本文对应用这种机构的气动发动机建立了数学模型，利用Matlab/simulink进行仿真，并与传统往复活塞式曲柄连杆机构进行对比，得出仿真结果。此外，对这种新型曲柄连杆机构的活塞运动规律以及有可能对气功发动机工作过程产生的影响作了简要分析。 1.1传统曲柄连杆机构数学模型及求解 根据图1所示，设OB=R为曲拐中心到曲轴旋转中心的距离（即曲柄），AB=L 为连杆长度，λ=R/L。活塞在上止点时（A1位置）曲轴转角为0，活塞在下止点时（A2位置）曲轴转角为180°。由此可推导出活塞的位移为：
第19卷第5期昌潍师专学报 2000年10月Vol.19 No.5Journal of Changwei Teachers College Oct.2000 曲柄连杆机构的惯性力分析 Ξ 丁素英 (潍坊高等专科学校,山东潍坊 261041) 摘 要:曲柄连杆机构是活塞式制冷压缩机中的主要运动部件,它的受力情况直接影响压缩机的寿命.本文从质 点动力学角度对曲柄连杆机构进行了惯性力的分析. 关键词:曲柄连杆机构;惯性力;旋转 中图分类号:O31113 文献标识码:A 文章编号:1008—4150(2000)05—0068—03 在活塞式制冷压缩机中,曲柄连杆机构的作用是将外界输入的功率传递给活塞组件.因此,曲柄连杆机构的惯性力也就来自三个方面,即活塞往复直线运动产生的惯性力;曲柄不平衡质量旋转产生的惯性力;连杆产生的惯性力.由于曲柄连杆机构的质量分布不均匀,对惯性力的分析就增加一定的困难.下面从质量转化的角度加以分析. 图1 1 曲柄连杆机构的运动方程 曲柄连杆机构如图1所示.图中点O 为曲柄的旋转中心,点B 为曲柄销中心,点A 为活塞销中心,点C 和点D 分别为活塞销在内、外止点的位置.OB 为曲柄,长度以r 表示,A B 为连杆,长度以L 表示.曲柄与汽缸轴线的夹角为α,连杆与汽缸轴线的夹角为β.从外止点算起,活塞向曲轴旋转中心的位移为正,曲轴顺时针旋转为正. 由图中的几何关系,可得出活塞的位移x 为: x =OD -OA =(L +r )-(r cos α+L cos β)由△EOB 和△EA B 可知,EB =L sin β=r sin α,令λ=r L ,则sin β=λsin α,cos β= 1-sin 2β= 1-λ2 sin 2α. 利用二项式定理展成无穷级数 cos β=1-x 2sin 2α2-x 4sin 4α8 -……在实际应用中,α很小,可略去λ4 sin 4α以上各项,即 cos β≈1-12 λ2sin 2 α 于是 x =(L + r )- r cos α+L 1-12 λ2sin 2α=r (1-cos α+ 12 λ2sin 2α)(米)(1) 将(1)式对时间求导可得活塞运动的速度 v =d x d t =d x d α?d αd t =r sin α+λ22sin2α? d α d t 上式中导数d αd t 是曲柄的瞬时角速度,一般情况下,角速度为一常数,即d α d t =ω. ? 86?Ξ收稿日期:2000—03—02