发动机曲柄连杆机构工作原理（发动机的基本结构）

我们都知道曲柄连杆机构是由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成的。而我们前面也详细的讲过了机体组，这一章就来讲讲活塞连杆组的结构。

活塞连杆组处在发动机的中心位置，是发动机的动力源，活塞连杆组主要把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，把作用在活塞组上的燃气压力传递给曲轴，从而使曲轴旋转并输出动力。

活塞连杆组的组成主要有活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承盖、连杆轴瓦、连杆螺栓等组成。

⒈活塞

活塞对发动机来说是一个重要的动力部件，活塞顶部跟气缸盖、气缸壁共同形成了燃烧室，同时将承受的燃气压力变为动力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。活塞一般是用铝合金或者是灰铸铁制造的。

活塞在工作时，工作条件非常的恶劣，需要承受高温高压，以及在高速、润滑不良、散热困难的条件下工作；顶部工作时温度高达600～700K，并且分布不均匀；高速、线速度达到10m／s，要承受很大的惯性力，活塞顶部承受最高可达3～5MPa的压力。这就要求活塞需要有足够大的刚度和强度、耐高温和高压、有合理的形状和壁厚、热膨胀系数小、导热性能好、受热面小、散热好、具有较好的减摩性和热强度。

活塞由活塞顶部、活塞头部、活塞裙部组成。上面还有活塞环槽、卡环槽、活塞销孔、油孔等。

活塞顶部是燃烧室的组成部分，主要承受气体压力。活塞顶部有三种形式：平顶、凸顶和凹顶。

平顶结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，汽油机多用平顶，上图为平顶。凸顶有利于改善换气过程、顶部强度高、凸起呈现球状、起导向作用。凹顶可以改善混合气的形成和燃烧情况、提高压缩比、防止碰气门。

活塞头部是指活塞环槽以上的部分，主要作用是承受气体的压力，并且将力通过活塞销座、活塞销传给连杆；安装活塞环、同时与活塞环一道实现气缸的密封；将活塞顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁；防止可燃混合气漏到曲轴箱内。

活塞裙部是指从油环槽下端面起到活塞最下端的部分，包括销座孔。它的作用是为活塞在气缸内作往复运动导向和承受侧压力。

⒉活塞环

活塞环主要是在高温、高压、高速和润滑非常困难的条件下工作的，活塞环也是发动机上使用寿命最短的零部件了。所以要求活塞环的弹性要好、强度高、耐磨损、耐热、导热性能好和冲击韧性好等。目前活塞环主要采用优质铸铁、球墨铸铁和合金铸铁等材料制造。

活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止高温高压燃气传入到曲轴箱，同时还将活塞顶部的热量传导到气缸壁，再由冷却液或者是空气带走，它主要就是传热和密封作用；气环开有切口的弹性片状圆柱，在自由状态下气环的外径会略大于气缸的直径，当气环装入到气缸后，外表面会紧贴在气缸壁上，其切口具有一定的间隙，形成了第一道密封面，气环密封效果一般与气环数量相关，汽油机一般会有2道气环，柴油机一般会有3道气环。油环的作用来刮除气缸体上多余的机油，并在气缸体上涂上一层均匀的油膜，主要就是布油和刮油，这样就可以防止机油的串入，还能减小活塞与气缸之间的摩擦阻力，一般发动机上会有1～2道油环。

⒊活塞销

活塞销的作用是连接活塞和连杆小头；将活塞承受的气体作用力传给连杆，使连杆小头带动活塞一起运动。活塞销在高温和润滑条件差的条件下工作，还要承受很大的周期性冲击载荷，因而要求活塞销要有足够的刚度和强度，表面耐磨、质量轻。为了减轻重量，活塞销一般会用优质合金制造，并做成空心。

活塞销有两种连接方式：全浮式和半浮式。全浮式是指发动机工作时，活塞销与销座、活塞销和连杆小头之间都是间隙配合，能够相互转动，其两端采用卡环定位。半浮式是指活塞销与座孔，或者是活塞销和连杆小头，一边固定一边浮动，这种方式不需要卡环。

⒋连杆组

连杆组作用：活塞与曲轴连接的部件；将活塞上的力传递给曲轴；在曲轴上产生转矩；将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动。连杆组包括连杆、连杆盖、连杆轴承和连杆螺栓等组成。

连杆由连杆小头、杆身、连杆大头组成。连杆小头通过活塞销连接活塞，有些连杆小头内有耐磨青铜衬套；杆身制成“工”字形断面；连杆大头通过连杆轴承连接曲轴，连杆大头一般做成剖分式，被分开的部分称为连杆盖，主要是为了方便安装。

连杆螺栓经常要承受交变载荷的作用，所以一般采用韧性高的优质合金钢、优质炭素钢锻制成型。

连杆轴承也叫连杆轴瓦，俗称为小瓦，主要安装在连杆大头内，用来保护连杆轴颈和连杆大头孔。连杆轴承要有足够的强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性。

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这章活塞连杆组就讲到这里，下一章介绍的是曲轴飞轮组。

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