曲軸是由曲柄機構驅動的軸，曲柄機構由一系列曲柄和曲柄銷組成，發動機的連桿連接到曲柄銷上。它是一種能夠在往復運動和旋轉運動之間進行轉換的機械部件。在往復式發動機中，它將活塞的往復運動轉換為旋轉運動，而在往復式壓縮機中，它將旋轉運動轉換為往復運動。為了在兩種運動之間進行轉換，曲軸具有曲柄銷或曲柄銷，附加的軸承表面，其軸線與曲柄的軸線偏移，來自每個氣缸的連桿的大端連接到該表面。它通常連接到飛輪以減少四沖程循環的脈動特性，有時還連接到另一端的扭轉或振動阻尼器，以減少通常由最遠的氣缸沿曲軸長度引起的扭轉振動輸出端作用于金屬的扭轉彈性。

在公元前5世紀的西班牙凱爾特比利亞出現了一個偏心安裝的旋轉手磨手柄形式的曲柄，并最終傳播到整個羅馬帝國。在瑞士的奧古斯塔勞里卡出土了一個可追溯到公元2世紀的羅馬鐵曲柄。曲柄操作的羅馬磨坊可以追溯到2世紀后期。可追溯到3世紀的希拉波利斯工廠中出現了曲柄與連桿相結合的證據；它們還在羅馬敘利亞和以弗所的石鋸木廠中發現，其歷史可追溯至6世紀。希拉波利斯磨坊的山形墻顯示了一個水車，該水車由一個磨輪提供動力，通過一個齒輪系為兩個框架鋸提供動力，兩個框架鋸通過某種連桿和曲柄切割塊。另外兩個經考古證實的鋸木廠的曲柄和連桿機構在沒有齒輪系的情況下工作。德國的水力大理石鋸是由4世紀晚期詩人Ausonius提到的。大約在同一時間，來自安納托利亞的Nyssa的Gregory似乎也指出了這些磨坊類型。

加洛林手稿UtrechtPsalter中顯示了由曲柄手柄操作的旋轉磨石；大約830年的鋼筆畫可以追溯到晚期古董原件。用于轉動車輪的曲柄也在10至13世紀的各種作品中被描繪或描述。木匠支架中的復合曲柄的xxx次描繪出現在1420年至1430年間的北歐藝術品中。復合曲柄的迅速采用可以追溯到一位不知名的德國工程師撰寫的關于胡斯xxx期間軍事技術狀況的著作：首先，用于曲柄的連桿重新出現；第二，雙復合曲柄也開始配備連桿；第三，為這些曲柄使用飛輪以使它們越過“死點”。1463年，意大利工程師兼作家羅伯托·瓦爾圖里奧（RobertoValturio）xxx改進了這一概念，他設計了一艘有五組的船，其中平行曲柄全部通過一根連桿連接到一個單一的動力源，他的同胞也采用了這個想法意大利畫家弗朗切斯科·迪·喬治。到15世紀初，曲柄在歐洲已經很普遍，正如軍事工程師KonradKyeser（1366年至1405年之后）的作品中所見。Kyeser的Bellifortis中描述的裝置包括用于跨越攻城弩的曲柄起錨機、用于提水的曲柄鏈桶和安裝在鈴輪上的曲柄。Kyeser還為阿基米德的提水螺釘配備了曲柄手柄，這項創新隨后取代了通過踩踏來加工管道的古老做法。Pisanello畫了一個由水輪驅動的活塞泵，由兩個簡單的曲柄和兩個連桿操作。15世紀還出現了曲柄齒輪齒條裝置，稱為起重機，安裝在弩的槍托上，作為在跨越導彈武器時施加更大力量的一種手段。在紡織工業中，引入了用于卷繞紗線束的曲軸卷軸。

非手動曲柄出現在BanūMūsā兄弟在其9世紀的《巧妙裝置之書》中描述的幾種液壓裝置中。這些自動操作的曲柄出現在幾個設備中，其中兩個包含一個類似于曲軸的動作，預計Al-Jazari的發明在幾個世紀之前就已經在歐洲首次出現了五個多世紀。然而，BanuMusa所描述的自動曲柄不允許完全旋轉，但只需進行小修改即可將其轉換為曲軸。Artuqid蘇丹國的阿拉伯工程師Al-Jazari(1136–1206)在他的兩臺提水機中描述了旋轉機器中的曲柄和連桿系統。作者SallyGanchy在他的雙缸泵機構中發現了一個曲軸，包括曲柄和軸機構。

意大利醫生GuidodaVigevano（約1280?1349年）計劃進行新的十字軍東征，為由手動轉動的復合曲柄和齒輪驅動的槳船和戰車制作插圖，LynnTownsend將其確定為早期曲軸原型白色的。可追溯到1340年左右的LuttrellPsalter描述了一種由兩個曲柄旋轉的磨石，一個在其軸的兩端；帶有一個或兩個曲柄的齒輪手磨機出現在15世紀后期。大約在1480年左右，中世紀早期的旋轉磨石通過踏板和曲柄機構進行了改進。安裝在手推車上的曲柄最早出現在1589年的德國版畫中。1592年，列奧納多·達·芬奇(LeonardodaVinci)（1452-1519年）和一位名叫CornelisCorneliszoonvanUitgeest的荷蘭農民和風車所有者也描述了曲軸。他的風力鋸木廠使用曲軸將風車的圓周運動轉換為為鋸提供動力的前后運動。1597年，Corneliszoon的曲軸獲得了專利。

從16世紀開始，曲柄和連桿集成到機器設計中的證據在這一時期的技術論文中變得豐富：AgostinoRamelli的1588年的多樣化和人工機器描繪了18個例子，這個數字在Georg的TheatrumMachinarumNovum中上升AndreasB?ckler到45臺不同的機器。曲柄以前在20世紀初的某些機器上很常見。例如，在1930年代之前，幾乎所有的留聲機都是由帶有曲柄的發條電機驅動的。往復式活塞發動機使用曲柄將線性活塞運動轉換為旋轉運動。20世紀早期汽車的內燃機通常是用手搖曲柄啟動的，在電啟動器開始普遍使用之前。1918年的Reo所有者

• xxx：確保變速桿處于空檔位置。
• 第二：離合器踏板松開，離合器接合。盡可能向前推動制動踏板，在后輪上設置制動器。
• 第三：看到火花控制桿，即位于右側方向盤頂部的短桿，盡可能朝向駕駛員，而位于控制化油器的轉向柱頂部的長桿是從它的延遲位置向前推大約一英寸。
• 第四：將點火開關轉到標有B或M的位置
• 第五：將轉向柱上的化油器控制設置到標記為START的位置。確保化油器中有汽油。通過按下從碗前部突出的小銷釘來測試這一點，直到化油器溢出。如果它未能溢出，則表明燃料沒有正確輸送到化油器，并且無法預期電機啟動。請參閱第56頁上的說明以填充真空罐。
• 第六：確定化油器有燃油供應后，抓住起動曲柄把手，向內推使棘輪與曲柄軸銷嚙合，快速向上拉動使電機翻轉。切勿向下推，因為如果由于任何原因電機會反彈，則會危及操作員。

大型發動機通常是多缸的，以減少單個點火沖程的脈動，將多個活塞連接到復雜的曲軸上。許多小型發動機，例如輕便摩托車或園林機械中的發動機，都是單缸的，只使用一個活塞，簡化了曲軸設計。曲軸承受巨大的應力，可能相當于幾噸的力。曲軸通過主軸頸上的軸承連接到飛輪（用于消除沖擊并將能量轉換為扭矩）、發動機缸體，并通過它們各自的連桿連接到活塞。發動機在曲軸箱和活塞區域以摩擦、噪音和振動的形式損失多達75%的產生能量。剩余的損失發生在氣門機構（正時鏈、皮帶、皮帶輪、凸輪軸、凸輪、氣門、密封件等）加熱和漏氣中。

曲軸有一個繞其旋轉的線性軸，通常有幾個軸承軸頸騎在發動機缸體中的可更換軸承（主軸承）上。由于曲軸在多缸發動機中的每個氣缸都承受大量的側向載荷，因此它必須由多個這樣的軸承支撐，而不僅僅是在每一端一個。這是V8發動機興起的一個因素，曲軸較短，優于直列8發動機。當發動機設計者開始使用更高的壓縮比和更高的轉速時，后者的長曲軸遭受了不可接受的彎曲量。出于這個原因，高性能發動機通常比它們的低性能表親具有更多的主軸承。

曲柄軸距曲軸軸的距離決定了活塞沖程測量值，從而決定了發動機排量。增加發動機低速扭矩的一種常見方法是增加沖程，有時也稱為軸沖程。然而，這也增加了往復振動，限制了發動機的高速能力。作為補償，它改善了發動機的低速運行，因為通過較小氣門的較長進氣沖程會導致更大的湍流和進氣混合。大多數現代高速生產發動機被分類為超方形或短沖程，其中沖程小于氣缸孔的直徑。因此，在軸沖程速度和長度之間找到適當的平衡會帶來更好的結果。

這種配置，意味著活塞的數量和它們相對于彼此的位置導致了直型、V型或扁平發動機。然而，相同的基本發動機組有時可以與不同的曲軸一起使用，以改變點火順序。例如，90°V6發動機配置，如1960年代的GMV6，有時是通過使用具有3個曲軸的V8發動機的六個氣缸衍生而來的，由于發動機之間的間隙，產生的動力流具有固有的脈動。點火脈沖在短暫停和長暫停之間交替，因為90度發動機缸體不對應于曲軸的120度間距。然而，同一臺發動機可以通過使用曲軸來提供均勻間隔的動力脈沖，每個氣缸都有一個單獨的曲柄行程，間隔使得活塞實際上相距120°，就像在GM3800發動機中一樣。雖然大多數生產V8發動機使用間隔90°的四個曲柄行程，但高性能V8發動機通常使用間隔180°的平曲軸，基本上導致兩個直列四引擎在一個共同的曲軸箱上運行。可以聽到這種差異，因為平面曲軸導致發動機比交叉平面曲軸具有更平滑、更高音調的聲音（例如，IRLIndyCar系列與NASCARSprintCup系列相比，或法拉利355與雪佛蘭Corvette相比）。這種類型的曲軸也用于早期類型的V8發動機。請參閱有關交叉平面曲軸的主要文章。本質上導致兩個直列四引擎在一個共同的曲軸箱上運行。可以聽到這種差異，因為平面曲軸導致發動機比交叉平面曲軸具有更平滑、更高音調的聲音（例如，IRLIndyCar系列與NASCARSprintCup系列相比，或法拉利355與雪佛蘭Corvette相比）。這種類型的曲軸也用于早期類型的V8發動機。請參閱有關交叉平面曲軸的主要文章。本質上導致兩個直列四引擎在一個共同的曲軸箱上運行。可以聽到這種差異，因為平面曲軸導致發動機比交叉平面曲軸具有更平滑、更高音調的聲音（例如，IRLIndyCar系列與NASCARSprintCup系列相比，或法拉利355與雪佛蘭Corvette相比）。這種類型的曲軸也用于早期類型的V8發動機。請參閱有關交叉平面曲軸的主要文章。

對于某些發動機，需要為每個活塞和連桿的往復運動質量提供配重，以改善發動機平衡。這些通常作為曲軸的一部分鑄造，但有時是螺栓固定件。雖然配重給曲軸增加了相當大的重量，但它提供了一個

在某些發動機配置中，曲軸包含相鄰曲柄銷之間的直接連接，沒有通常的中間主軸承。這些鏈接稱為飛臂。這種布置有時用于V6和V8發動機，因為它使發動機能夠設計成具有與創建均勻點火間隔所需的不同的V角，同時使用的主軸承仍比單個通常所需的更少每個曲柄的活塞。這種布置以降低曲軸剛度為代價減少了重量和發動機長度。

一些早期的飛機發動機是旋轉發動機設計，曲軸固定在機身上，而氣缸則隨著螺旋槳旋轉。

徑向發動機是一種往復式內燃機配置，其中氣缸從中央曲軸向外指向，就像車輪的輻條一樣。從正面看，它類似于一顆程式化的星星，在某些語言中被稱為星際引擎（德語Sternmotor，法語Moteurenétoile）。在渦輪發動機成為主導之前，徑向配置在飛機發動機中非常普遍。

曲軸可以是整體的（單件制造）或由多件組裝而成。整體式曲軸是最常見的，但一些更小和更大的發動機使用組裝曲軸。

曲軸可以由鋼筋鍛造而成，通常通過滾鍛或用韌性鋼鑄造。如今，越來越多的制造商傾向于使用鍛造曲軸，因為它們重量更輕、尺寸更緊湊且固有阻尼更好。對于鍛造曲軸，主要使用釩微合金鋼，因為這些鋼可以在達到高強度后進行空氣冷卻，無需額外的熱處理，軸承表面的表面硬化除外。低合金含量也使材料比高合金鋼便宜。也使用碳鋼，但這些需要額外的熱處理才能達到所需的性能。如今，鑄鐵曲軸主要用于負載較低的廉價生產發動機（例如福特福克斯柴油發動機中的發動機）。曲軸也可以用鋼坯加工而成，鋼坯通常是高質量的真空重熔鋼棒。雖然纖維流動（在鑄造過程中產生的材料化學成分的局部不均勻性）不遵循曲軸的形狀（這是不希望的），但這通常不是問題，因為通常難以鍛造的高質量鋼可以用過的。由于必須用車床和銑床去除大量材料、高昂的材料成本以及需要額外的熱處理，這些曲軸的單位成本往往非常昂貴。然而，由于不需要昂貴的工具，這種生產方法允許小批量生產而無需高昂的前期成本。為了努力降低成本，也可以加工使用過的曲軸。良好的芯通常可以通過曲軸磨削工藝輕松修復。嚴重損壞的曲軸也可以在打磨之前通過使用埋弧焊機的焊接操作進行修復。為了適應磨削曲軸具有的較小的軸頸直徑，以及可能過大的推力尺寸，使用尺寸過小的發動機軸承以在操作期間提供精確的間隙。機加工或再制造曲軸經過精密加工以達到精確的公差，沒有奇怪尺寸的曲軸軸承或軸頸。推力表面經過微拋光，以提供精確的表面光潔度，以實現發動機平穩運行并減少推力軸承磨損。每本期刊都經過嚴格的精度檢查和測量。機加工后，油孔被倒角以改善潤滑，每個軸頸拋光至光滑的表面以延長軸承壽命。重新制造的曲軸經過徹底清潔，特別強調沖洗和刷掉油道以去除任何污染物。

軸承受各種力，但一般需要在兩個位置進行分析。首先，在xxx彎曲的位置可能會發生故障；這可能位于曲柄的中心或任一端。在這種情況下，故障是由于彎曲造成的，并且氣缸中的壓力xxx。其次，曲柄可能會因扭曲而失效，因此需要在xxx扭曲位置檢查連桿是否有剪切力。這個位置的壓力是xxx壓力，但只是xxx壓力的一小部分。

在發動機或壓縮機中的傳統活塞-曲柄布置中，活塞通過連桿連接到曲軸。當活塞在其沖程中移動時，連桿的角度會隨著活塞運動方向的變化而變化，并且由于連桿在其與活塞和曲軸的連接處可以自由旋轉，因此連桿不會傳遞扭矩，并且由連桿傳遞的力沿連桿的縱軸傳遞。活塞施加在連桿上的力導致連桿施加回活塞上的反作用力。當連桿與活塞的運動方向成一定角度時，連桿施加在活塞上的反作用力具有橫向分量。該側向力將活塞側向推靠在氣缸壁上。當活塞在氣缸內移動時，這種側向力會導致活塞和氣缸壁之間產生額外的摩擦。摩擦約占內燃機所有損失的20%，其中約50%是由于活塞氣缸摩擦造成的在成對的反向旋轉曲軸布置中，每個活塞連接到兩個曲軸，因此由于連桿的角度而產生的橫向力相互抵消。這減少了活塞與氣缸的摩擦，從而減少了燃料消耗。對稱布置減少了對配重的要求，減少了整體質量，使發動機更容易加速和減速。它還消除了發動機搖擺和扭矩效應。幾種反向旋轉曲軸裝置已獲得專利，例如US2010/0263621。反向旋轉曲軸裝置的一個早期例子是蘭徹斯特平板雙缸發動機。