第二章 曲柄连杆机构（续）
第三节活塞连杆组
一、 组成
二、活塞
活塞的主要作用在于承受气体产生的压力，并将这一压力通过活塞销传递至连杆，进而驱动曲轴进行旋转。此外，活塞的顶部亦是燃烧室不可或缺的组成部分。活塞在执行任务时，需面临高温、高压、高速以及润滑条件不佳等严峻的工作环境。活塞与高温气体直接接触，瞬间温度可攀升至2500K以上，因而遭受严重热负荷，同时散热条件极差，导致活塞在工作时温度极高，顶部温度可达到600至700K，且温度分布极不均匀；活塞顶部需承受巨大的气体压力，尤其是在作功行程中，压力尤为显著，汽油机可达3至5MPa，而柴油机更是高达6至9MPa，这导致活塞承受冲击并面临侧压力的挑战；活塞在气缸内以8至12m/s的高速进行往复运动，且速度持续变化，从而产生了巨大的惯性力，使得活塞承受了额外的巨大载荷。活塞在如此恶劣的环境下运作，容易出现形变，磨损速度也会加快，同时还会引发额外的负荷和热应力，并且还要承受燃气带来的化学侵蚀。
要求：1) 要有足够的刚度和强度，传力可靠；
2) 导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损
3) 质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力
铝合金材质在多数情况下能够达到所需标准，所以活塞通常选用高强度的铝合金制造，然而，在部分低速柴油发动机中，则会选用更高级别的铸铁或是耐高温的钢材。
构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。
1、 活塞顶部
活塞顶部的结构承受着气体的压力，这一部分是燃烧室不可或缺的构成要素。活塞的形状、所处的位置以及尺寸都与燃烧室的具体设计紧密相关，其设计目的在于确保可燃混合气的形成与燃烧过程得以顺利进行。根据活塞顶部的形状，我们可以将其分为四大类型：包括平面顶部的活塞、凸起顶部的活塞、凹陷顶部的活塞以及具有特定形状的顶活塞。
平顶活塞的顶部呈现平面状，其结构简洁，生产过程简便，且热量接触面积有限，顶部所承受的应力分布相对均衡。此类活塞通常应用于汽油发动机，而在柴油发动机中则较少使用。
凸顶活塞的顶部设计为球形凸起，这一结构不仅增强了顶部的承受力，还起到了导向功能，有助于优化换气流程。因此，在二行程汽油机中，凸顶活塞得到了广泛的应用。
凹顶活塞的顶部设计为凹入形状，该凹坑的形态与位置必须确保能够促进可燃混合气的充分燃烧。具体来说，凹坑可以是双涡流型、球形或U形等多种样式。
1、 活塞头部
活塞头部的范围是从第一道活塞环槽至活塞销孔之上的区域。该部分拥有多道环槽，主要功能是安装活塞环，以此实现密封效果，也被称为防漏区。由于柴油机的压缩比较高，通常配备四道环槽，其中上部三道用于安装气环，而底部一道则用于安装油环。相比之下，汽油机通常只有三道环槽，包括两道气环槽和一道油环槽，在油环槽的底部钻有众多径向小孔，以便机油能够通过这些小孔从气缸壁上被油环刮下后，回流至油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。
活塞顶部的热量主要通过防漏部分，借助活塞环传递至气缸壁，随后由冷却水带走。总的来说，活塞头部的功能不仅包括安装活塞环，还具备密封和传热的双重作用。它与活塞环协同工作，确保气缸的密封性，避免可燃混合气泄漏至曲轴箱，并且将70至80%的热量通过活塞环传递给气缸壁。
2、 活塞裙部
活塞裙部，即从油环槽底部至活塞底端的那部分结构，其中包含了活塞销的安装孔。这一部分对活塞在气缸内来回运动起到了指引作用，同时还要承受来自侧面的压力。裙部的长度是由侧面压力的大小以及活塞的直径所决定的。所谓的侧面压力，是指在压缩和作功阶段，作用在活塞顶部的气体压力产生的水平分量，它会使活塞向气缸壁施加压力。行程压缩与作功行程中气体所受的侧压力方向相反，这是因为燃烧产生的压力远超压缩压力，导致作功行程的侧压力显著大于压缩行程的侧压力（参见图2-13）。活塞裙部的两侧，即承受侧压力的部分，被称为推力面，这些面与活塞销的轴线成垂直状态。
活塞裙部的结构特点
1） 预先做成椭圆形
为了确保裙部两侧能够承受气体压力并维持与气缸间的小间隙，活塞在工作过程中必须保持精确的圆柱形状。然而，活塞裙部的厚度分布不均，销座孔区域的金属较厚，其热膨胀性较强，因此在活塞销座轴线方向上的形变量超过了其他方向。此外，裙部还需承受来自气体侧的压力，这进一步使得活塞销轴向的变形量相较于垂直活塞销的方向更大。若活塞在冷态时裙部呈圆形，那么在运行过程中活塞将变为椭圆形，导致活塞与气缸的圆周间隙不均，进而可能使活塞在气缸内卡滞，进而影响发动机的正常运作。鉴于此，在活塞加工过程中，需预先将活塞裙部设计成椭圆形，其中椭圆的长轴与销座垂直，短轴则与销座方向一致。通过这种方式，活塞在运行时将更接近于正圆形。
1）预先做成阶梯形、锥形
活塞在高度方向上的温度分布极不均匀，其上部温度较高，而下部温度较低；相应的，活塞的膨胀量在顶部较大，在底部较小。为了确保活塞在工作过程中上下直径能够达到基本相等，形成圆柱状，我们需在制造活塞时预先设计成上窄下宽的阶梯状或锥形结构。
1） 活塞群部开槽
为了降低活塞裙部的温度，通常会在裙部设计横向的隔热凹槽，而为了抵消裙部因热膨胀而产生的形变，裙部还会设计纵向的膨胀凹槽。这些凹槽的形状通常是“T”型或“Π”型。横向的凹槽通常位于最底部的环槽下方，或者在裙部上边缘的销座两侧（有时也位于油环槽中），其目的是减少热量从头部传递到裙部，因此得名隔热槽。竖槽赋予活塞裙部一定的伸缩性，确保在安装活塞时与气缸之间留有最小的间隙，同时在高温状态下还能起到缓冲作用，防止活塞在气缸内卡住，因此称之为膨胀槽。裙部一旦开有竖槽，其开槽一侧的刚性会减弱，在装配时应当将这一侧放置在承受较小侧压力的工作行程一侧。由于柴油机活塞承受的力较大，通常裙部不会开设竖槽。
某些活塞为降低自身重量，会在裙部进行开孔处理，或是切除裙部两侧不受侧压力的部分，这样做旨在减少惯性力，降低销座附近的热变形量。由此，活塞可形成拖板式或短活塞结构。拖板式裙部具有优良弹性和较小的质量，且活塞与气缸间的配合间隙较小，因此特别适合用于高速发动机。
为了降低铝合金活塞裙部的热膨胀程度，部分汽油机活塞在裙部或销座中置入钢片。这种恒范钢片式活塞的结构特性在于，由于所采用的恒范钢是一种含镍量在33%至36%之间的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的十分之一。此外，销座通过恒范钢片与裙部相连接，有效限制了裙部的热膨胀变形。
某些汽油机的活塞销孔中心线与活塞中心线平面存在偏移，这种偏移在作功行程中，向承受主侧压力的一侧达到1至2毫米（如图2-19所示）。这种设计使得活塞能够在压缩行程转变为作功行程时，从气缸一面平滑过渡到另一面，从而有效降低敲击气缸的噪音。在安装过程中，必须确保活塞销偏置的方向正确，若反向安装，则会导致换向敲击力增强，进而可能损坏活塞裙部。
二、活塞环
活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。
1、 气环
气环的作用在于确保气缸与活塞之间的严密封闭，以避免气体泄漏，同时将活塞顶部吸收的大量热量传递至气缸壁，再由冷却水将其带走。在这其中，密封功能占据主导地位，因为密封是热量传递的基础。若密封效果不佳，高温燃气便会直接从气缸表面流入曲轴箱。此情况不仅因为环面与气缸壁面之间未能紧密接触，导致散热效果不佳，而且外圆表面吸收了过多的热量，进而使得活塞与气环发生烧损。
活塞环在极端恶劣的工作环境中运作，面临高温、高压、高速以及极差的润滑条件，特别是最外层的活塞环，其工作难度尤为显著。因此，活塞环的寿命在发动机所有部件中通常是相对较短的。活塞环在气缸中运作时，承受着高温高压燃气的强烈作用，导致其温度异常高（尤其是第一道活塞环，其温度甚至可攀升至600K）。同时，活塞环与活塞同步在气缸内进行高速运动。此外，在高温环境下，机油有可能发生变质，进而恶化活塞环的润滑条件，使得润滑效果难以保证，从而导致活塞环磨损加剧。鉴于气缸壁的锥形和椭圆形特征，活塞环在活塞的往复运动过程中，会沿着径向发生扩张与收缩的动态变化，这种变化导致活塞环承受周期性的应力，从而容易发生断裂。因此，活塞环需要具备良好的弹性、较高的强度和耐磨性。目前，广泛使用的活塞环材料是合金铸铁，这种材料是在优质灰铸铁中添加了少量的铜、铬、钼等合金元素。其中，第一道活塞环表面进行镀铬处理，而其他活塞环则通常采用镀锡或磷化处理。
气环的密封原理
气环上设有切口，并具备良好的弹性特性，其自由状态下的外径超过了气缸的直径。当与活塞一同放入气缸中，气环的外表面紧贴缸壁，构成了首个密封层。封闭的气体无法穿越环周与气缸之间的空隙，进而流入环与环槽之间的空隙。这一过程一方面将气环压向环槽的端面，形成第二个密封层；另一方面，作用在气环背面的气体压力显著增强了首个密封层的密封效果（如图2-21所示）。通常，气环的密封效果与其数量密切相关，汽油机通常配置两道气环，而柴油机则通常采用三道气环。
气环的断面形状
矩形环的横截面呈矩形形状，其构造简洁，制作过程简便，生产起来轻松，应用范围极广。然而，当矩形环伴随活塞进行往复运动时，会持续将气缸壁上的机油推入气缸内部。这一现象被称作“气环的泵油效应”。
活塞下降过程中，受到环与气缸壁之间的摩擦力和环自身惯性的作用，环被紧压在环槽的上端面，此时气缸壁上的油会被刮到下边隙和内边隙中；而当活塞上升时，环则会被推至环槽的下端面。第一道环背隙中的机油流入燃烧室，进入燃烧室的机油会在其中积聚形成积炭，这会导致机油消耗量上升。此外，上涌的机油还可能在环槽中积聚成炭，导致环在环槽中卡住，失去密封功能，划伤气缸壁，甚至可能造成环的断裂。由此可见，泵油作用对发动机极为不利，必须采取措施予以消除。为了有效消除或降低泵油带来的负面影响，除了在气环下方安装油环之外，还普遍使用了非矩形截面的扭曲环。
扭曲环，即在矩形环的内侧圆周上沿或外侧圆周下沿去除部分材料，形成非对称的截面。这种环在内部圆周上切割出凹槽或倒角时被称为内切环，而在外部圆周上切割凹槽或倒角时则称为外切环。当扭曲环被安装进气缸中，由于其截面的非对称性，会引发不平衡力的作用，导致活塞环发生扭曲变形。在活塞上升过程中，扭曲环能在残留的油膜上浮动，从而有效降低摩擦和磨损。活塞在下降过程中展现出良好的刮油功能，有效防止机油过热燃烧。此外，扭曲环在环槽中的上下移动距离缩短，有助于减少泵油带来的不良影响。目前，这种设计已普遍应用于第二道活塞环槽，安装时需特别留意断面的形状和方向，确保内切口向上，外切口向下，切勿反向安装。
锥面环的横截面为锥形，其外圆工作面经过精细加工，形成了一个微小的锥面（角度在0.5°至1.5°之间），这样的设计减少了环与气缸壁之间的接触面积，从而提升了表面的接触压力，这对磨合和密封都大有裨益。当活塞向下移动时，这种结构便于刮除油污；而当活塞向上移动时，得益于锥面的“油楔”效应，活塞能够在油膜上轻松“滑行”，有效降低磨损。在安装过程中，必须确保锥面环的安装方向正确，若安装错误，可能会导致机油逆流。
梯形环的断面为梯形形状，在作业过程中，其压缩行程与作功行程会根据活塞所受侧压力的方向不同而持续变动位置，这一过程能够将积炭从环槽中排出，防止环因粘附在槽中而断裂。因此，这一特性有助于延长环的使用期限。然而，其主要的不足之处在于加工难度较大，且对精度有较高要求。
桶面环的外围呈现凸起的圆弧形状，这种结构形式在近年逐渐崭露头角。桶面环在上下移动的过程中，始终能与气缸的内壁构成楔形间隙，便于机油渗透至摩擦区域，从而降低磨损程度。因其与气缸表面以圆弧相接触，桶面环在适应气缸表面和活塞偏移方面表现出色，这对于密封性能的提升大有裨益。然而，凸圆弧表面的加工过程相对较为复杂。
1、 油环
油环有普通油环和组合油环两种。
普通油环，亦称整体式油环，其结构特点在于环的外圆柱面中心设有凹槽，槽内设有小孔或切槽。活塞下行过程中，此油环能够将缸壁上多余的机油刮除，并使其通过小孔或切槽回流至曲轴箱；而当活塞上升时，刮除的机油依旧会通过回油孔返回曲轴箱。某些普通环的外侧上方设有斜边，这能让环在活塞上升过程中形成油膜，有助于均匀涂抹润滑油；同时，在活塞下降时，其刮油效果显著，有效降低了润滑油向上泄漏的情况。
组合式油环是由上下两片侧轨环和中间的扩胀器构成的，这些侧轨环是由经过镀铬处理的钢片制成。扩胀器的边缘略大于气缸的内圆周，这使得它可以牢固地安装侧轨环，使其紧贴气缸壁。这种油环因其接触压力较高，对气缸壁面的适应性极佳，并且拥有较大的回油通道，重量较轻，刮油效果显著。在右侧展示的组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环构成，它继承了上述组合环的所有优点。近些年，汽车发动机上广泛使用了组合型油环。然而，这种油环的不足之处在于其生产成本相对较高。
三、活塞销
活塞销的作用在于将活塞与连杆小头相连接，同时将活塞所承受的气体压力传递至连杆。
活塞销在高温环境中，需持续应对强烈的冲击负荷，同时自身还要进行摆动运动，并且工作环境润滑状况极差，所以它必须具备相当的强度和刚性，表面需要有良好的韧性，耐磨性也要出色，同时还要保持较轻的重量。活塞销通常设计为空心的圆柱形状，其材料选用低碳钢或低碳合金钢，表面经过渗碳淬火工艺处理以增强硬度，经过精细加工后再进行打磨，确保了其尺寸的精确性和表面的光滑度。
活塞销的内部结构分为三种不同的形态：一是呈圆柱状；二是由两段锥形与一段圆柱构成；三是完全由两段锥形组成。
圆柱形孔的构造相对简单，加工起来也不复杂，然而从承受力的角度来看，其中心区域的应力最为集中，而两端则相对较小。因此，这种结构的重量较重，往复惯性力也较大。为了减轻重量，降低往复惯性力，活塞销被设计成两段截锥形孔，这样的设计接近等强度梁，但孔的加工过程却相对复杂。而组合形孔的结构则介于两者之间。
活塞销与活塞销座孔以及连杆小头衬套孔的连接，主要采用两种不同的配合模式，分别是“全浮式”的安装方法和“半浮式”的安装方式。
采用“全浮式”安装方式，发动机运作时，活塞销、连杆小头及其销座均呈现相对运动，进而使得活塞销能够在连杆衬套与活塞销座之间自如地转动，从而实现磨损的均匀分布。为了阻止全浮式活塞销沿轴向滑动并刮伤气缸壁，我们在活塞销的两端安装了档圈，以此实现轴向的固定。鉴于活塞为铝制活塞，而活塞销则选用钢材制造，铝的热膨胀系数相较于钢要大得多。为确保在高温作业条件下活塞销与活塞销座孔能够实现平滑过渡配合，装配过程中需先将铝制活塞加热至特定温度，随后再将活塞销安装到位，此方法在业界得到较为普遍的应用。
“半浮式”安装方式具有以下特性：活塞中段与连杆的小端通过紧固螺栓进行连接，活塞销仅能在两端的销座内进行自由摆动，与连杆小端之间不存在相对运动。活塞销不会发生轴向移动，因此无需使用锁片。这种安装方式在小型汽车上得到了广泛的应用。
四、连杆
连杆的主要作用在于将活塞与曲轴连接起来。其小端与活塞通过活塞销进行连接，而大端则与曲轴的连杆轴颈相接。同时，连杆将活塞所承受的气体压力传递至曲轴，进而将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。
在工作过程中，连杆需承受来自活塞顶部气体的压力以及惯性力的共同作用，这些力的强度与方向呈现周期性波动。由此，连杆所承受的载荷包括压缩、拉伸以及弯曲等多种形式，具有交变特性。鉴于此，连杆的设计需确保其具备足够的强度、较大的刚度以及较轻的重量。连杆通常由中碳钢或合金钢通过模锻或辊锻工艺制成，随后经过机械加工和热处理工艺。连杆整体可划分为三个主要部分，分别是连杆小头1、连杆杆身2以及连杆大头3（含连杆盖）。其中，连杆小头与活塞销直接连接。
全浮式活塞销在作业过程中，小头孔与活塞销之间存在相对滑动，因此，通常会在连杆小头孔内嵌入具有减磨功能的青铜衬套。为了确保活塞销与衬套得到有效润滑，于小头及衬套上加工了油槽或油孔，以便收集发动机运行过程中溅射的润滑油，进而用于润滑。部分发动机的连杆小头则采用了压力润滑方式，在其杆身内部钻有纵向的压力油通道。半浮式活塞销与连杆小头紧密契合，因此在小头孔中无需安装衬套，亦无需润滑。
连杆杆身多采用“I”形截面设计，此结构不仅具备优良的弯曲抗力，而且重量较轻。此外，其设计包含大圆弧过渡，且截面尺寸上窄下宽。对于使用压力润滑的连杆，杆身中部设有连接大头和小头的油道。
连杆的大头部分与曲轴的连杆轴颈相连接，其结构形式主要有整体式和可拆卸的分开式两种。在常规应用中，分开式结构更为常见，而分开式又可细分为平分和斜分两种不同的设计方式。
平切口设计——其分面与连杆杆身轴线呈垂直状态，此类设计在汽油机中较为常见。这是因为，通常汽油机连杆的大头横向尺寸要小于气缸的直径，这使得通过气缸进行拆装变得更为便捷，因此，平切口连杆被广泛采用。
斜切口设计——其分面与连杆杆身轴线形成30至60度的角度。这种设计在柴油机中较为常见。这是因为柴油机的压缩比较高，承受的力也较大，导致曲轴的连杆轴颈较为粗大。相应地，连杆的大头尺寸常常超过了气缸的直径。为了确保连杆大头能够顺利通过气缸，并便于拆卸和安装，通常会选择采用斜切口，其中45度夹角的使用尤为普遍。
将连杆的大头部分中可拆卸的部分称作连杆盖，此盖与连杆进行精确配对加工，加工完成后，需在它们相同的一侧烙上配对标记，安装时必须确保不得互换或改变其方向。因此，在结构设计上，我们采取了特定的定位手段。对于平切口连杆盖与连杆的定位，通常采用连杆螺栓进行固定，通过利用螺栓中部的精密加工圆柱凸台或光滑圆柱部分与经过精细加工的螺栓孔相吻合，以此确保其精准定位。斜切口连杆的定位方式主要包括锯齿式、圆销式、套筒式以及止口式。
连杆盖与连杆大头通过连杆螺栓紧密连接，这些螺栓在作业过程中需承受剧烈的冲击，一旦断裂或松动，可能引发严重的事故。因此，连杆螺栓均选用高品质的合金钢材料，经过精细加工和特殊的热处理工艺制造。在安装连杆盖并拧紧连杆螺栓螺母时，应使用扭力板手分两次或三次，交替均匀地拧紧至指定的扭矩值，拧紧后还需确保其牢固锁定。若连杆螺栓出现损坏，绝不可用其他类型的螺栓进行替换。
连杆轴瓦（如图2-30所示）——此部件旨在降低摩擦阻力并减少曲轴连杆轴颈的磨损，其内部设置有瓦片式滑动轴承，通常简称为连杆轴瓦。该轴瓦由上、下两个半片组成，目前普遍使用的是薄壁钢背轴瓦，其内表面还浇注了一层耐磨合金。这层耐磨合金质地柔软，便于形成油膜，具有良好的磨合性能，摩擦阻力较小，且不易发生磨损。耐磨合金通常包括巴氏合金、铜铝合金以及高锡铝合金。连杆轴瓦的背面光滑度极高。在未装配状态下，轴瓦并非呈半圆形，但当它们被放入连杆的大头孔中，由于存在一定的过盈量，因此能够均匀地紧贴在大头孔壁上。这种结构不仅赋予了轴瓦良好的承载和导热性能，还能有效提升工作的可靠性，并延长其使用寿命。
连杆轴瓦上设有定位凸键，此键用于安装时准确嵌入连杆大头与连杆盖的定位槽，以此确保轴瓦不会发生前后移动或旋转。此外，部分轴瓦上还设有油孔，安装时需将油孔与连杆上相应的油孔对准。
V型发动机的两侧各有一个与两个气缸相连的连杆，这些连杆共同安装在曲轴的一个特定轴颈上，这个连杆被称为叉形连杆。
第四节曲轴飞轮组
曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成。
一、 曲轴
曲轴通常采用中碳钢或中碳合金钢进行模锻制造。为了增强其耐磨性和耐疲劳能力，轴颈部分会经过高频淬火或氮化处理，并且还要进行精细的磨削加工，从而满足对表面硬度及表面粗糙度的较高要求。
此部件与连杆结合，将作用于活塞的气体压力转化为旋转能量，并将该动力传递至底盘的传动系统。此外，它还负责驱动配气系统以及其他辅助设备，例如风扇、水泵、发电机等。
在作业过程中，曲轴需承受气体带来的压力、惯性力及其产生的惯性力矩，承受着巨大的力量且受力情况复杂，还需抵御交变负荷带来的冲击。与此同时，曲轴作为高速旋转部件，对其刚度和强度提出了较高的要求，以确保其能够有效承受冲击载荷，同时具备良好的耐磨性和润滑性能。
曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等部分构成。其中，一个主轴颈、一个连杆轴颈以及一个曲柄共同构成了一个曲拐。曲轴上的曲拐数量与气缸数量相等，对于直列式发动机而言；而V型发动机的曲拐数量则是气缸数量的一半。
2、曲轴的支承形式
主轴颈作为曲轴的支撑部位，被安置在曲轴箱内的主轴承座上。主轴承的数量不仅与发动机的气缸数量相关联，还受到曲轴支撑形式的影响。曲轴的支撑形式通常分为两种，即全面支撑的曲轴以及非全面支撑的曲轴。
全支承式曲轴设计：曲轴的主轴颈数量比气缸数量多出一环，意味着每根连杆轴颈两侧均配备有一个主轴颈。以六缸发动机为例，其全支承曲轴拥有七个主轴颈；而四缸发动机的全支承曲轴则包含五个主轴颈。这种设计不仅提升了曲轴的强度与刚性，还显著减轻了主轴承的负荷，降低了磨损程度。在柴油机以及众多汽油机中，这种全支承曲轴形式得到了广泛应用。
曲轴的主轴颈数量要么少于气缸数，要么与之持平。这样的支承形式被称为非全支承曲轴。尽管这种支承方式导致主轴承承受的载荷较重，但它却能够缩短曲轴的整体长度，进而使发动机的整体尺寸有所减小。对于部分汽油机而言，由于承受的载荷相对较小，它们可以选用这种类型的曲轴。
曲轴的连杆轴颈是连接曲轴与连杆的关键部位kaiyun.ccm，它通过曲柄与主轴颈相接，连接处采用圆弧过渡设计，旨在降低应力集中。在直列发动机中，连杆轴颈的数量与气缸数量相同。而对于V型发动机，其连杆轴颈的数量则与气缸数量的一半相等。
曲柄作为主轴颈与连杆轴颈的连接环节，其横截面呈椭圆形。为了抵消惯性力，曲柄部位铸有（或固定有）平衡重块。这些平衡重块的作用是抵消发动机产生的离心力矩的不平衡，同时，它们有时还能平衡一部分往复惯性力，确保曲轴运转的平稳性。
曲轴前端配备了正时齿轮，同时还包括驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等部件。为了有效防止机油沿着曲轴轴颈向外泄漏，特别在曲轴前端安装了甩油盘，并在齿轮室盖上设置了油封。至于曲轴的后端，则是用来安装飞轮的。在此处，后轴颈与飞轮凸缘之间特别设计有档油凸缘和回油螺纹，旨在阻止机油向后端泄漏。
3、发火次序（即各个气缸做功行程的交替次序）
曲轴的形态及曲拐的相对布局（即曲拐的排列方式）受气缸数量、气缸的排列方式以及发动机点火顺序的影响。在规划多缸发动机的点火顺序时，应确保连续进行工作的两个气缸之间的距离尽可能大，这样做有助于减轻主轴承的负荷，并且能够防止进气重叠的情况出现。确保作功的间隔保持一致，这意指在发动机完成一个工作周期时，每个气缸需完成一次点火并产生动力，同时各个气缸点火的时间差以曲轴转过的角度来衡量，这一角度被称为点火间隔角。对于四行程发动机而言，完成一个完整的工作周期需要曲轴转动两圈，对应的转角是720度，在这720度的转角范围内，发动机的每个气缸均需进行一次点火作功。点火间隔角度分布均匀，故四冲程引擎的点火间隔角度计算为720°除以气缸数量i，这意味着曲轴每旋转720°/i，便有一缸进入作功状态，从而确保发动机的平稳运行。
1) 四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置
四缸四行程引擎的点火周期为720度除以4等于180度，曲轴每旋转半周（即180度）便完成一次做功，四个气缸的做功过程轮流进行，于720度内全部完成，从而确保曲轴转速均匀，运转平稳且顺滑。每个气缸运作的流程与单缸机的运作流程一模一样，但需遵循特定的操作顺序，这被称作发动机的工作顺序，亦称发动机的发火顺序。由此可知，多缸发动机的工作顺序，即发火顺序，指的是各个气缸完成相同行程的先后顺序。在四缸发动机中，四个曲拐被均匀地布置在一个平面之中。四个缸位中，1号和4号缸位于上方，而2号和3号缸位于下方，它们相互之间呈180°错开。这样的布局下，发动机的点火顺序仅存在两种排列方式，分别是1-3-4-2或者1-2-4-3。具体的工作循环表，请参考附表。
2) 四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置
四行程直列六缸发动机的点火间隔角度是720°除以6，等于120°。六个曲轴拐点被均匀分布在三个不同的平面上。其中一种点火顺序为1-5-3-6-2-4，我国生产的六缸直列发动机普遍采用这种点火方式，具体的工作循环表格请参照所附表格。另外一种点火顺序则是1-4-2-6-3-5。
发动机工作循环表略
3）四行程V型八缸发动机的发火顺序
V型八缸发动机的点火周期为720度除以8，等于90度。在V型发动机的左右两列中，相对应的一对连杆共享一个曲拐，因此V型八缸发动机总共只有四个曲拐（参见图2-37）。这四个曲拐的布局可以与四缸发动机保持一致，即全部位于同一平面内，或者分别布置在两个相互错开90度的不同平面内，从而使得发动机的平衡性得到显著提升。发火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2。
二、飞轮
飞轮的主要作用在于储存作功行程所积累的能量，以此克服进气、压缩以及排气行程中的各种阻力，确保曲轴能够实现平稳旋转。飞轮外缘的齿圈与启动电机的驱动齿轮相配合，为发动机的启动提供动力；同时，汽车离合器也安装在飞轮上，通过飞轮后端面作为摩擦面，将动力传递至外部。
飞轮作为一种高速旋转的部件，需进行精确的平衡校正，确保其平衡性能优异，实现静态和动态平衡。该飞轮由一块沉重的铸铁圆盘构成，并通过螺栓固定在曲轴后端的接盘上，具备较高的转动惯量。在飞轮的轮缘上，还镶嵌有与飞轮紧密配合的齿圈，且齿圈与飞轮之间保持一定的过盈量。
在飞轮的边缘位置刻有标记（线条或孔洞），这些标记用于确定压缩上止点的位置（对于四缸发动机，是指1缸或4缸的压缩上止点；而对于六缸发动机，则是指1缸或6缸的压缩上止点）。当飞轮上的这些标记与外壳上的相应标记准确对齐时开yun体育app官网网页登录入口，即表示达到了压缩上止点。在奥迪100的飞轮上，可以看到一个“0”字样的标记。
在制造过程中，飞轮与曲轴均经过动平衡实验，为保持拆装后两者间的平衡状态，必须确保它们之间保持固定的相对位置。这一要求通常通过使用定位销和不对称布置的螺栓来实现。
三、曲轴扭转减震器
曲轴构成了一种具备扭转弹性的系统kaiyun全站网页版登录，并且自身具有特定的振动频率。在发动机运作期间，通过连杆传递至连杆轴颈的力，其强度与方向均呈现周期性的波动。因此，曲轴上各个曲拐的转速也随之出现快慢交替，并呈现出周期性的变化。曲轴后端安装的飞轮具有最大的转动惯量，其旋转可视为匀速，因此导致曲轴各曲拐的转速在飞轮转速快慢之间波动，这种现象被称为曲轴的扭转振动。振动剧烈时，甚至可能造成曲轴断裂。而扭转减振器的作用则是吸收曲轴扭转振动的能量，减轻扭转振动，防止出现强烈的共振及其带来的严重后果。通常情况下，低速发动机难以达到临界转速。然而，那些曲轴刚度较低、旋转质量较大、缸体数量较多且转速较高的发动机，因其自振频率较低，导致强迫振动的频率较高，很容易达到临界转速并引发剧烈的共振现象。因此，安装扭转减振器显得尤为关键。
