摘要：柴油發(fā)電機的曲軸飛輪組由皮帶輪、扭轉(zhuǎn)減震器、曲軸、軸承和飛輪等機件組成。其中，曲軸是曲軸飛輪組的主要機構(gòu)，它擔負著將活塞的上下往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼膱A周運動，且通常我們所說的發(fā)動機轉(zhuǎn)速就是曲軸的轉(zhuǎn)速。曲軸承受著連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩通過曲軸輸出并驅(qū)動發(fā)動機上其他附件工作。它受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期變化的氣體慣性力和往復慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲扭轉(zhuǎn)載荷的作用。因此要求曲軸有足夠的強度和剛度，軸頸表面需耐磨、工作均勻、平衡性好。

一、曲軸飛輪組的作用

      曲軸飛輪組是發(fā)動機的重要組成部分之一，其作用是將活塞連桿組傳來的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩對外輸出，并驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他輔助裝置 (如發(fā)電機、風扇、機油泵、噴油泵等) 工作。曲軸飛輪組通常由曲軸、飛輪、軸承等組成，如圖1所示。 曲軸飛輪組的作用是將活塞連桿組傳來的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩對外輸出，并驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他輔助裝置工作，以確保發(fā)動機的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)和高效運作。

1、曲軸的功能

（1）轉(zhuǎn)換作用

      曲軸是將活塞的上下往復直線運動轉(zhuǎn)化為曲柄的旋轉(zhuǎn)運動的裝置。當活塞從上止點向下運動時，通過連桿與曲軸相連，曲軸就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，并將轉(zhuǎn)動力傳遞到其他部件。

（2）平衡作用

      曲軸還具有平衡機構(gòu)，可以抵消內(nèi)燃機因活塞慣性力、連桿重力和偏心力而產(chǎn)生的振動和震動，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，減少了噪音和振動的產(chǎn)生。

（3）輸出功率

      曲軸作為發(fā)動機的轉(zhuǎn)動力輸出裝置，通過與飛輪的配合，將燃油爆發(fā)后的高壓氣體推動活塞，進而轉(zhuǎn)化為機械能，輸出到汽車或機器設備的動力系統(tǒng)中。

2、飛輪的功能

（1）儲能作用

      飛輪作為與曲軸配合的旋轉(zhuǎn)部件，能夠?qū)⒉裼蜋C的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動慣量，從而儲存能量并平穩(wěn)地釋放該能量。

（2）保持勻速

      飛輪的旋轉(zhuǎn)慣量可以平衡柴油機的轉(zhuǎn)動，保持輸出動力的連續(xù)、穩(wěn)定和均勻。在爆炸與爆發(fā)之間，飛輪可以使發(fā)動機保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，使燃燒產(chǎn)生的動力得以平穩(wěn)地輸出。

（3）平衡振動

      飛輪具有較大的質(zhì)量和慣性，可以平衡發(fā)動機因一次爆發(fā)而產(chǎn)生的不平衡振動，從而降低發(fā)動機的噪音和振動，提高機器的運行平穩(wěn)性。

（4）傳遞動力

      飛輪是曲軸上的附屬部件，與曲軸緊密配合，如圖2所示?？梢酝ㄟ^裝配在飛輪牽引發(fā)電機，把從柴油機輸出的機械能轉(zhuǎn)換成電能。

二、曲軸飛輪組的結(jié)構(gòu)與要求

1、曲軸的構(gòu)造

      曲軸是發(fā)動機的重要機件之一。它承受著做功沖程由連桿傳遞來的活塞推力，并將這一推力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的扭力，拖動其他機械做功。進氣、壓縮和排氣沖程就是由曲軸帶動連桿與活塞完成的。

      曲軸的作用是將活塞的往復運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。它由螺栓固定在缸體的底部。曲軸總成包括曲軸、軸承、飛輪、諧振阻尼器、正時齒輪，以及前后油封。曲軸受力復雜，特別是多缸機的曲軸更為突出，所以要求它有足夠的強度和剛度。曲軸通常用中碳鋼模鍛或用高強度的球墨鑄鐵鑄造。曲軸由主軸頸、連桿軸頸、曲臂、前端軸、后端凸緣和平衡重等部分組成，一個連桿軸頸和它兩端的曲臂構(gòu)成曲拐。曲軸的組成部分包括如下部分：

（1）曲拐：

      從曲軸主軸頸中心線到連桿軸頸中心線的距離。

（2）主軸頸：

      曲軸與缸體相連接的部位。主軸頸由多道組成，順排在一條水平線上。主軸頸裝在主軸承座內(nèi)，通過主軸承螺栓把曲軸緊固在缸體上，使曲軸在曲軸箱內(nèi)旋轉(zhuǎn)。主軸承有滑動軸承和滾動軸承兩類?；瑒虞S承上有油孔和主油道相通，以潤滑主軸頸和主軸承。

（3）連桿軸頸：

      曲軸與連桿相連接的部分。連桿軸頸裝在連桿大頭的軸承內(nèi)。連桿軸承多采用滑動軸承，采用滑動軸承的連桿軸頸上有油孔，此油孔與曲軸油道相通，以潤滑連桿軸頸和軸承。為減小發(fā)動機運轉(zhuǎn)時的慣性力，有些發(fā)動機曲軸的連桿軸頸制成空心的。

（4）平衡重：

      在曲軸上鑄造或鍛造出的配重，用來保持平衡。每個曲拐都有一個平衡重來平衡運動。根據(jù)發(fā)動機的不同，平衡重可以是一個重塊，也可以是另一個連桿軸頸。平衡重的功能是平衡連桿大頭、連桿軸頸、曲臂等產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力（離心力）和活塞連桿組作往復直線運動時所產(chǎn)生的往復慣性力，以減輕柴油發(fā)電機的振動。

（5）前端軸：

      曲軸的前端軸上裝有正時齒輪、風扇皮帶輪、前油封和擋油圈及起動爪等。有些靠飛輪上的風扇鼓風冷卻的機器，前端軸裝有飛輪。

      為了限制曲軸的軸向移動，在采用滑動主軸承的曲軸前端，還配有軸向定位裝置，叫止推墊圈。也有采用主軸瓦“翻邊”鍍軟合金的辦法來達到軸向定位的。圖3（a）為止推墊圈的安裝方法。止推墊圈上澆有巴氏合金，以減少曲軸軸向移動時止推墊圈的摩擦。止推墊圈與曲軸之間留有軸向間隙。

（6）后端凸緣：

      曲軸的后端，有安裝飛輪的凸緣，凸緣上有固定飛輪的螺孔和銷釘。另外，還有擋油凸環(huán)及回油螺紋，以防曲軸后端漏油。

（7）止推面：

      在曲軸上加工出的平面，用來吸收軸向運動或推力。軸向運動是沿曲軸軸線方向的前后運動，是由曲軸的總體運動產(chǎn)生的，也可由曲軸上帶有斜齒的正時齒輪產(chǎn)生，如圖3（b）所示。這種類型的齒輪稱為斜齒圓柱齒輪。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加和降低，作用在斜齒圓柱齒輪上的載荷使曲軸沿其軸線方向前后運動。這種運動通過曲軸上加工的止推面或利用止推軸承得以吸收。

（8）傳動凸緣：

      輪或撓性連接板通過螺栓擰在傳動凸緣上，發(fā)電機連接在撓性板上或者由飛輪驅(qū)動。

（9）內(nèi)圓角：

       小的圓角部位（半徑）有利于增加曲軸內(nèi)圓角附近的強度。應力易于集中在尖角和鉆出的通道處，圓角有助于減小應力，如圖4所示。

（10）突出部分：

      曲軸的軸端，用來驅(qū)動附件，如諧振平衡器、帶輪、交流發(fā)電機等。

2、鍛造與鑄造的曲軸的區(qū)別

      曲軸可以通過鍛造加工，也可以通過鑄造加工。鍛造的鋼制曲軸要比鑄鐵曲軸強度大，但成本也高。鍛造是一種金屬加工過程，就是將金屬加熱到一定的溫度，然后將壓或鍛壓成特定的形狀。

      鑄造是將金屬加熱到其熔點，然后將液態(tài)金屬倒入砂型中的過程。由于鑄造工藝的改進，現(xiàn)在，更多的曲軸都是鑄造而成的。鑄造和鍛造的曲軸可通過分離線或者分型線加以識別。鍛造的曲軸具有一個偏離底面的分離線。鑄造的曲軸具有一個小的分型線，這就是砂型的結(jié)合線。

      鍛造的曲軸具有偏離底面的分離線曲軸在鑄造或鍛造完畢后，一定要進行熱處理。也就是使其外表面變得更堅硬一些，以使曲軸不會在軸承表面上磨損。熱處理就是將曲軸的外部加熱到1600～1800E，然后在油中、水中或者鹽水中快速冷卻。這種快速冷卻將會使曲軸的外表面硬化。

3、曲軸的對正

      在將曲軸裝配到缸體中時，必須與缸體上的孔精確地成同一軸線，這就稱作對正。當在缸體上鏜曲軸主軸承孔時，使用共軸孔機。在進行這個操作時，主軸承蓋要通過螺栓緊固在缸體上，然后用共軸孔機加工每一個主軸承部位，使其與其他主軸承共軸。經(jīng)過一段時間，缸體可能會翹曲。翹曲會導致對正不準確。這種情況將會造成曲軸某些部位過度磨損。曲軸的對正情況可以用塞尺和直尺進行檢查。

4、曲軸的振動

     在正常工作情況下，當曲軸轉(zhuǎn)動時會發(fā)生扭曲，從而在曲軸內(nèi)部產(chǎn)生持續(xù)振動。例如，當一個汽缸處于壓縮沖程時，那部分曲軸就會逐漸慢下來。同時，其他的汽缸可能處在燃燒沖程而具有很大壓力。這就導致曲軸在每轉(zhuǎn)一圈都有部分扭曲和反彈，其結(jié)果就是扭轉(zhuǎn)振動。另外，扭轉(zhuǎn)振動也可使功率輸出機件引起故障。

      振動阻尼器用來補償扭轉(zhuǎn)振動。振動阻尼器也稱作諧振平衡器。它是由慣性環(huán)和橡膠環(huán)構(gòu)成。慣性環(huán)有助于降低內(nèi)部振動。這兩個環(huán)連接在一起，固定在曲軸的前端。在曲軸前后扭動時，慣性環(huán)具有拖滯和減緩效應。當曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，橡膠環(huán)和慣性環(huán)都吸收振動。振動阻尼器用來吸收扭轉(zhuǎn)振動，它安裝在曲軸的前端，有的發(fā)動機在中間和外側(cè)帶輪之間都有一個橡膠環(huán)。許多振動阻尼器上還有不連續(xù)的鋼片，以產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)速的監(jiān)測信號，用于發(fā)動機的計算機控制系統(tǒng)。

     慣性環(huán)的重量是針對具體的發(fā)動機量身定做的。如果使用了不正確的振動阻尼器，就很可能使曲軸產(chǎn)生振動，最終會導致曲軸損壞。通過觀察正時標記可識別出不正確的振動阻尼器，錯誤的振動阻尼器上的正時標記與缸體前面的正時標記不能正確對齊。

5、軸承蓋

      曲軸是通過主軸承和主軸承蓋定位的。主軸承蓋的數(shù)量通常比汽缸數(shù)多一個。但根據(jù)發(fā)動機的不同，也可能比汽缸數(shù)少。主軸承蓋通過螺栓擰在缸體上。圖6所示為主軸承蓋和螺栓。

      在裝配之后，主軸承將曲軸牢固地固定住，并使其能夠轉(zhuǎn)動。對于某些高性能的汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機，可能有四個螺栓，而不是兩個，這樣能夠?qū)⑤S承蓋固定在缸體上。由于這些發(fā)動機在曲軸上產(chǎn)生較大的扭矩和載荷，所以需要額外的支撐。

6．軸承的結(jié)構(gòu)

（1）鑲?cè)胧捷S承

      鑲?cè)胧捷S承置于主軸承蓋和曲軸之間。這些軸承被設計成兩片摩擦式軸承。主軸承具有被稱作跨距的尺寸，比與之配套的殼體稍大一點，如圖5（a）所示。跨距使主軸承能夠快捷地固定入位。軸承的一半置于缸體內(nèi)，另一半則置于軸承蓋內(nèi)。所有軸承都具有鋼背，這就給軸承提供了強度和支撐。軸承表面還使用幾種軟金屬，如銅、鉛、巴比合金、鋁和錫等，使一定量的灰塵混入其中。這也有助于軸承貼在曲軸軸頸上。如圖5（b）所示，表示了設計有幾種金屬的普通軸承。

（2）插入式軸承

      插入式軸承有一個定位凸起，如圖6（a）所示，該凸起將軸承固定在缸體和軸承蓋內(nèi)的位置以使軸承不轉(zhuǎn)動。插入式軸承上還加工有油槽和油孔。潤滑油通過軸承上的孔從曲軸中心傳遞出去并在油槽內(nèi)環(huán)繞曲軸。這種設計使曲軸軸頸得到完整潤滑，如圖6（b）所示。

      在曲軸軸頸和插入式軸承之間還必須有間隙，該間隙稱作主軸承間隙。主軸承間隙通過塑料規(guī)來檢查。塑料規(guī)是一種小而細的能夠確定直徑的塑料繩。將一短段塑料規(guī)置于曲軸和軸承之間，然后將軸承和軸承蓋擰緊至標準規(guī)格，這樣使細塑料規(guī)變平。塑料規(guī)的最終寬度就是軸承間隙的測量值。

      曲軸在運轉(zhuǎn)過程中前后軸向移動（與曲軸的軸線平行的運動）。這種移動常常是由于曲軸前端的斜齒輪產(chǎn)生的。這種軸向移動會使曲軸在缸體上嚴重磨損。止推軸承用來補償這種移動。其中一個主軸承被設計成具有止推吸收性能。圖6（b）中的左側(cè)軸承就是一個止推軸承。止推軸承具有止推面，曲軸上的加工面通過該止推面與止推軸承摩擦。不過，在大多數(shù)發(fā)動機上，止推軸承都頂著后主軸承上的凸緣進行工作，而其他發(fā)動機則采用獨立的止推墊片而非凸緣式。

7、油道

      為了使曲軸能夠得到適當?shù)臐櫥?，潤滑油必須通過曲軸傳遞到軸承上。潤滑系統(tǒng)中的壓力油經(jīng)主油道供給缸體然后再傳遞到各主軸承上，潤滑油通過插入式軸承進入到軸承上的凹槽內(nèi)，主軸承上還鉆有從曲軸到連桿軸承的通道。然后潤滑油被供給連桿軸承，最終在此泄出噴濺到缸壁上。最后，潤滑油滴落回油底殼。一般在維修的時候油道應裝上保護塞，以免污染油道，如圖7所示。

8、曲軸油封

      曲軸的前后端采用油封將潤滑油保持在發(fā)動機內(nèi)，如圖8（a）所示。曲軸的后油封置于后主軸承蓋和缸體內(nèi)。油封有若干種樣式。唇式合成橡膠油封和石墨芯式油封或繩式油封用于曲軸的后端。某些油封使用兩片式結(jié)構(gòu)，而其他一些則使用單片式插入結(jié)構(gòu)。單片唇式油封或者360油封繞在振動阻尼器上，用于發(fā)動機的前端。

      當使用唇式油封時，油封的唇部經(jīng)過一段時間可能會在曲軸上磨出一個槽。這樣會使?jié)櫥托孤?。即使安裝了新油封，潤滑油也可能由于曲軸上的磨損而繼續(xù)滲漏。這對于諧振平衡器來說經(jīng)常發(fā)生。前端油封一般繞在諧振平衡器上。為了減少潤滑油的滲漏，可能需要更換諧振平衡器，不過要使用維修套。如圖8（b）所示，維修套穿過諧振平衡器上的表面損壞部分?，F(xiàn)在新油封就繞在維修套表面上了。