案例42：内燃机主体机构分析 现代汽车发动机主要采用的是内燃机。本节主要分析四冲程汽油机基本结构和工作 原理，以及曲柄连杆机构、凸轮机构和齿轮传动在其中的应用。四冲程柴油机与四冲程 汽油机，从机构运动分析的角度来说，它们的基本结构和工作原理相同。 (一)四冲程汽油机基本结构和工作原理 图1所示为一台汽车所用的四冲程汽油机。 图1汽车所用的四冲程汽油机 图2所示为单缸四冲程汽油机。 图3为单缸四冲程汽油机机构运动简图 (二)曲柄滑块机构的应用 图4所示为四冲程汽油机基本结构简图，它是曲柄滑块机构应用实例之一。 其中活塞2与气缸1（即机架）组成一个移动副。活塞2与连杆3、连杆3与曲轴4、 曲轴4与机架构成三个转动副A、B和C。当活塞相对于气缸1（机架）作往复移动时， 通过连杆3，使曲轴4作旋转运动。转动副B在以C为圆心，BC为半径的圆周上运动。 转动副A跟随活塞在气缸（导轨）中移动，其行程S仅与曲柄的长度LBC有关，即S=2 LBC,而与连杆的长度无关。 1
案例 42：内燃机主体机构分析 现代汽车发动机主要采用的是内燃机。本节主要分析四冲程汽油机基本结构和工作 原理，以及曲柄连杆机构、凸轮机构和齿轮传动在其中的应用。四冲程柴油机与四冲程 汽油机，从机构运动分析的角度来说，它们的基本结构和工作原理相同。 （一）四冲程汽油机基本结构和工作原理 图 1 所示为一台汽车所用的四冲程汽油机。 图 1 汽车所用的四冲程汽油机 图 2 所示为单缸四冲程汽油机。 图 3 为单缸四冲程汽油机机构运动简图 （二）曲柄滑块机构的应用 图 4 所示为四冲程汽油机基本结构简图，它是曲柄滑块机构应用实例之一。 其中活塞 2 与气缸 1（即机架）组成一个移动副。活塞 2 与连杆 3、连杆 3 与曲轴 4、 曲轴 4 与机架构成三个转动副 A、B 和 C。当活塞相对于气缸 1（机架）作往复移动时， 通过连杆 3，使曲轴 4 作旋转运动。转动副 B 在以 C 为圆心，BC 为半径的圆周上运动。 转动副 A 跟随活塞在气缸（导轨）中移动，其行程 S 仅与曲柄的长度 LBC 有关，即 S=2 LBC，而与连杆的长度无关。 1
3 2 8 6 图2单缸四冲程汽油机 3 8 8 5 图3单缸四冲程汽油机机构运动简图 2
6 5 4 3 8 7 1 2 9 10 图 2 单缸四冲程汽油机 图 3 单缸四冲程汽油机机构运动简图 2
3 4 B Z☑ 图4四冲程汽油机基本结构简图 图5为曲轴、连杆和活塞组件照片。 图5曲柄滑块连杆机构
图 4 四冲程汽油机基本结构简图 图 5 为曲轴、连杆和活塞组件照片。 图 5 曲柄滑块连杆机构 3
图6为活塞连杆在发动机中的装配和工作过程。 活塞连杆组件 曲轴飞轮组件 图6 活塞连杆在发动机中的装配和工作过程 (三)凸轮机构的应用 图7所示为一内燃机的配气机构。构件3为气门导管（机架）。配气凸轮轴1做匀 速圆周运动，其上的进气凸轮轮廓驱动从动件进气门杆2打开进气门，开始进气：当进 气凸轮轴转到凸轮的基圆段时，该进气门在气门弹簧的作用力下回位，关闭进气门，进 气停止。排气门的开闭原理与进气门类似。 进气和排气凸轮的相对位置以及凸轮轮廓曲线形状对气门的运动规律，即位移、速 度、加速度有直接的影响，对气门开启和关闭时间及开启大小有很大的影响，从而对燃 料的燃烧完全与否、发动机的启动性能、热效率、噪声和环境卫生等都有影响，因此必 须精心设计和试验。 图8所示为一种内燃机的配气机构实物照片
图 6 为活塞连杆在发动机中的装配和工作过程。 图 6 活塞连杆在发动机中的装配和工作过程 （三）凸轮机构的应用 图 7 所示为一内燃机的配气机构。构件 3 为气门导管（机架）。配气凸轮轴 1 做匀 速圆周运动，其上的进气凸轮轮廓驱动从动件进气门杆 2 打开进气门，开始进气；当进 气凸轮轴转到凸轮的基圆段时，该进气门在气门弹簧的作用力下回位，关闭进气门，进 气停止。排气门的开闭原理与进气门类似。 进气和排气凸轮的相对位置以及凸轮轮廓曲线形状对气门的运动规律，即位移、速 度、加速度有直接的影响，对气门开启和关闭时间及开启大小有很大的影响，从而对燃 料的燃烧完全与否、发动机的启动性能、热效率、噪声和环境卫生等都有影响，因此必 须精心设计和试验。 图 8 所示为一种内燃机的配气机构实物照片。 4
@ 图7内燃机配气机构 图8一种内燃机的配气机构 (四)齿轮传动、链条传动和齿带传动的应用 进气门和排气门的开启和关闭时间与气缸的移动位置要紧密配合，才能保证发动机 正常工作，这是通过曲轴和配气凸轮轴之间的正确传动来实现的。对于四冲程内燃机来 说，曲轴转两转时配气凸轮轴应该转一转。曲轴和配气凸轮轴之间的传动方式可分为齿
图 7 内燃机配气机构 图 8 一种内燃机的配气机构 （四） 齿轮传动、链条传动和齿带传动的应用 进气门和排气门的开启和关闭时间与气缸的移动位置要紧密配合，才能保证发动机 正常工作，这是通过曲轴和配气凸轮轴之间的正确传动来实现的。对于四冲程内燃机来 说，曲轴转两转时配气凸轮轴应该转一转。曲轴和配气凸轮轴之间的传动方式可分为齿 5
轮传动、链条传动和齿带传动三种。 26 图9齿轮传动 图2和图9是齿轮传动的例子。一般从曲轴到配气凸轮轴之间的传动只需要一对正 时齿轮。为了保证配气相位的正确，装配时正时记号要对齐。为了啮合平稳、减少噪声， 正时齿轮多用斜齿轮。 人人A 图10链传动 6
轮传动、链条传动和齿带传动三种。 图 9 齿轮传动 图 2 和图 9 是齿轮传动的例子。一般从曲轴到配气凸轮轴之间的传动只需要一对正 时齿轮。为了保证配气相位的正确，装配时正时记号要对齐。为了啮合平稳、减少噪声， 正时齿轮多用斜齿轮。 图 10 链传动 6
图10是链传动的例子。其优点是传动距离可较大，容易布置：但是其结构质量及 噪声较大，可靠性和耐用度较差。 图11是链传动用的链轮和链条。 2005616 图11链传动用的链轮和链条 图12是齿带传动的例子。齿带的张力可以由张紧轮进行调整。这种传动方式可以 减少噪声、减少结构质量和减低成本。现代高速发动机广泛采用齿带传动。 图12齿带传动
图 10 是链传动的例子。其优点是传动距离可较大，容易布置；但是其结构质量及 噪声较大，可靠性和耐用度较差。 图 11 是链传动用的链轮和链条。 图 11 链传动用的链轮和链条 图 12 是齿带传动的例子。齿带的张力可以由张紧轮进行调整。这种传动方式可以 减少噪声、减少结构质量和减低成本。现代高速发动机广泛采用齿带传动。 图 12 齿带传动 7
图13是齿带传动用的带轮和齿带 205616 图13齿带传动用的带轮和齿带
图 13 是齿带传动用的带轮和齿带 图 13 齿带传动用的带轮和齿带 8