曲柄连杆机构是发动机实现能量转换的主要机构。它的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，以向工作机械输出机械能。

曲柄连杆机构的主要组成件可以分成三组：气缸体与曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。

1．气缸体与曲轴箱组：主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫、油底壳等机件。

2．活塞连杆组：主要包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等机件。

3．曲轴飞轮组：主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器等机件。

 

由于曲柄连杆机构是在高压下作变速运动，因此它在工作中的受力情况很复杂。曲柄连杆机构工作条件的特点是高温、高压、高速和化学腐蚀。曲柄连杆机构的受力有气体作用力、运动质量的惯性力、相对运动件接触表面的摩擦力以及外界阻力等，一般在受力分析时忽略摩擦力，主要讨论气体作用力和惯性力。

 

 

在每个工作循环中，气体作用力始终存在并不断变化。但由于进气、排气两行程中气体作用力较小，对机件影响不大，故主要研究作功和压缩两行程中气体作用力。参见图2-1。

 

在作功行程中，气体压力是推动活塞向下运动的力，这时，燃烧气体产生的高压直接作用在活塞顶部。如图2—1a所示，活塞所受总压力为Fp，它传到活塞销上可分解为Fpl和Fp2：。分力Fp1通过活塞传给连杆，并沿连杆方向作用在曲柄销上。Fp1还可分解为两个分力R和S。沿曲柄方向分力及使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力；与曲柄垂直的分力S除了使主轴颈和主轴承之间产生压紧力外，还对曲轴形成转矩T，推动曲轴旋转。Fp2把活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力，有使机体翻倒的趋势，故机体下部的两侧应支撑在车架上。

在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力。这时作用在活塞顶的气体总压力也可分解两个分力 (图2—2b)。

在任何工作行程，气体作用力的大小都是随着活塞的位移而变化的，再加上连杆左右摇摆，因而作用在活塞销和曲轴轴颈的表面以及二者的支撑表面上的压力和作用点不断变化，造成各处磨损的不均匀性。同样，气缸壁沿圆周方向的磨损也不均匀。

 

作往复运动的物体，当运动速度变化时，要产生往复惯性力。物体绕某一中心作旋转运动时，就会产生离心力。这两种力在曲柄连杆机构的运动中都是存在的，如图2—2所示。

往复惯性力是指活塞组件和连杆小头在气缸中作往复直线运动所产生的惯性力，其大小与机件的质量及加速度成正比，其方向总与加速度的方向相反。

活塞在气缸内的运动速度很高，而且数值在不断变化。当活塞从上止点向下止点运动时，其速度变化规律是：从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减小至零。也就是说，当活塞向下运动时，前半行程是加速运动，惯性力向上，如图2—2a所示。后半行程是减速运动，惯性力向下，如图2—2b所示。同理，当活塞向上时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。

活塞、活塞销和连杆小头的质量愈大，曲轴转速愈大，则往复惯性力也愈大。它使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈承受周期性的附加载荷，加快轴承的磨损；未被平衡的变化着的惯性力传到气缸体后，还会引起发动机的振动。

离心力是指偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线作圆周运动产生的旋转惯性力，简称离心力，其大小与曲柄半径、旋转部分的质量及曲轴转速有关，其方向沿曲柄半径向外。曲柄半径长、旋转部分质量大、曲轴转速高，则离心力大。离心力在垂直方向的分力与往复惯性力方向总是一致的，因而加剧了发动机的上、下振动。而水平方向的分力则使发动机产生水平方向振动。离心力使连杆大头的轴瓦和曲柄销、曲轴主轴颈及其轴承受到又一附加载荷，增加它们的变形和磨损。

 

任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间都存在摩擦力，其大小与对摩擦面形成的正压力和摩擦系数成正比，其方向与相对运动的方向相反。摩擦力是造成零件配合表面磨损的根源。

 

提示：上述各种力，作用在曲柄连杆机构和机体的各有关零件上，使它们受到压缩、拉伸、弯曲和扭转等不同形式的载荷。为了保证工作可靠，减少磨损，在结构上必须采取相应的措施。