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客户赵先生驾驶一辆2018款别克威朗轿车，早晨起动车辆时，发动机舱会发出刺耳的响声，随后响声会慢慢减弱。维修技师检查后发现响声来自发动机气缸体内部，可能是活塞敲缸引起。为了确定故障原因，需对曲柄连杆机构做进一步检查。作为汽车维修技师，请仔细查看服务顾问提供的汽车问诊表，并针对故障进行后续处理。
接车问诊表
曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在做功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他3个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构，通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
综上所述，曲柄连杆机构的功用有以下几点：
1）将气体的压力变为曲轴的转矩。
2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。
3）把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，并输出机械能。
曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成，如图2-1-1所示。
图2-1-1 曲柄连杆机构的组成
机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体，其内外安装着发动机的主要零部件和附件，其剖面示意如图2-1-2所示。
图2-1-2 机体组剖面示意图
活塞连杆组是发动机的传动件，其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，对外输出转矩。如图2-1-3所示，活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆和连杆轴承等。
图2-1-3 活塞连杆组的结构
曲轴飞轮组的功用是将活塞连杆组传来的压力转变成曲轴飞轮组的旋转力，为汽车的行驶和其他需要动力的机构输送转矩。同时，曲轴飞轮组还能储存能量，用以克服非做功行程的阻力，使发动机运转平稳。如图2-1-4所示，曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮、曲轴带轮和曲轴正时齿轮等。
图2-1-4 曲轴飞轮组的结构
曲柄连杆机构是在高温（气缸内最高温度可达2500K以上）、高压（最高压力可达5～9MPa）、高速（最高转速可达4000～6000r/min）及有化学腐蚀的条件下工作的，其工作条件相当恶劣，主要承受气体作用力、往复惯性力、离心力及摩擦力。
发动机在工作循环的4个行程中，气体压力始终存在。由于进气和排气两个行程气体压力较小，可忽略不计，故在此只分析压缩和做功两个行程的气体作用力。
在压缩行程中，气体压力阻碍活塞上行。这时，作用在活塞顶的气体总压力 F 可分解为 F 1 和 F 2 ，如图2-1-5所示。 F 1 企图阻止曲轴旋转， F 2 则将活塞压向气缸壁，形成活塞与缸壁间的侧压力。
在做功行程中，气体压力推动活塞向下运动。这时，作用在活塞顶的气体总压力 F 可分解为 F 3 和 F 4 ，如图2-1-6所示。 F 3 推动曲轴旋转， F 4 则将活塞压向气缸另一个侧壁，形成活塞与缸壁间的侧压力。
图2-1-5 压缩行程气体作用力
图2-1-6 做功行程气体作用力
由上述分析可知，气体压力使活塞紧压气缸左侧壁或右侧璧，这将造成气缸磨损不均匀。
做往复运动的物体，当运动速度变化时，将产生往复惯性力。物体绕某一中心做旋转运动时，就产生离心力。曲柄连杆机构中活塞做往复直线运动、曲轴做旋转运动，故这两种力都存在，如图2-1-7所示。
图2-1-7 往复惯性力和离心力
当活塞从上止点向下止点运动时，速度从零开始，逐渐增大，临近中间达最大值，然后又逐渐减少到零。也就是说，活塞前半行程是加速运动，惯性力向上；后半行程是减速运动，惯性力向下。当活塞从下止点向上止点运动时，前半行程惯性力向下，后半行程惯性力向上。在上下止点，活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。
旋转机件的圆周运动产生离心力，方向背离曲轴中心向外，离心力使连杆大头的轴承和轴颈、曲轴主轴承和主轴颈受到一个附加载荷，增加了它们的变形和磨损，也引起发动机振动而传到机体外。
曲柄连杆机构中相互接触的表面做相对运动时都存在磨损，其大小与正压力和摩擦因数成正比，其方向总是与相对运动的方向相反。如图2-1-8所示为一个磨损的活塞。
图2-1-8 磨损的活塞
人类早期进行金属冶炼使用的鼓风器都是用皮囊做的，古代人称之为“橐”。古代冶铁时常常是一座冶铁炉要用多个橐，这些橐被放在一起，排成一排，就叫作“排囊”或“排橐”。
东汉建武七年，即公元三十一年，当时的南阳太守杜诗发明了一种冶铁用的水力鼓风装置，后世人称之为“水排”。
《后汉书·杜诗传》中记载：“造作水排，铸为农器，用力少，见功多，百姓便之”。据史料记载，古代“马排”（由马来驱动）用马一百匹冶铁一百二十斤；而改用“水排”后，同样的时间内，可以冶铁三百六十斤，对比之下，劳动效率提升三倍，可见“水排”为当时社会生产所带来的重大价值。然而，这种机械装置的具体结构在当时缺乏相关记载，直到元朝的农学家王祯在其所著的《王祯农书》中才对“水排”进行了详细的介绍。
王祯经过多方查证，对卧式水轮驱动的水排和立式水轮驱动的水排进行了较为详细的描述，并针对双卧式水轮驱动的水排绘制了专门的插图。卧式水排是三国时期马排的改进版，即将提供原动力的马匹换成了卧式水轮。这些大小不一的轮子靠绳带连接传动，在小轮上方有一偏心曲柄，利用曲柄连杆机构将轮子的旋转运动转换为推拉皮囊的直线往复运动。这便是世界上最早利用曲柄连杆机构的机械装置。
1.曲柄连杆机构主要由（ ）组成。
A.机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组
B.机体、活塞、曲轴
C.机体组、活塞连杆组
D.机体、活塞连杆组、曲轴飞轮组
2.机体组由（ ）等组成。
A.活塞、气缸垫、气缸体、曲轴箱
B.气缸盖、气缸垫、连杆、曲轴箱、油底壳
C.气缸盖、气缸垫、飞轮、曲轴箱、气缸套
D.气缸盖、气缸垫、气缸体、曲轴箱、气缸套、油底壳
3.活塞连杆组由（ ）等组成。
A.活塞、活塞环、活塞销、连杆
B.气缸盖、气缸垫、活塞、活塞环
C.活塞、活塞环、气缸垫
D.活塞环、活塞销、连杆
4.曲轴飞轮组由（ ）等组成。
A.活塞、活塞环、曲轴、飞轮
B.曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴
C.活塞、曲轴、飞轮
D.曲轴、飞轮
5.曲柄连杆机构是在（ ）的条件下工作的。
A.高压、高速
B.低温、高压、高速、化学腐蚀
C.高温、高压、高速、化学腐蚀
D.高温、高速、化学腐蚀
1.曲柄连杆机构是发动机的重要组成部件，是往复活塞式发动机将机械能转换为热能的主要机构。（ ）
2.曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。（ ）
3.发动机活塞的往复运动是匀速运动。（ ）
4.气缸内最高温度可达2500K以上。（ ）
5.曲柄连杆机构主要承受气体作用力、往复惯性力、离心力及摩擦力。（ ）