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1、柴油发动机 构造与维修,主编：徐西安主讲：赵建勇,北京理工大学出版社,先做人 后做事,赵建勇,曲轴飞轮组的构成 曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮以及其他不同功用的零件和附件组成。其零件和附件的种类、数量取决于发动机的结构和性能要求。典型的实例如图2-48所示。2.4曲轴飞轮组,赵建勇,2.4曲轴飞轮组,图2-48东风6100Q-1型发动机曲铀飞轮组分解图,1-起动爪;2-起动爪锁紧华圈;3扭转减振器;4-带轮;5-挡油片;6-宁时齿轮;7-半圆铆;8-曲轴;9-主轴承下轴瓦;10-中问主轴瓦;11-庄椎片;12-螺柱;13-润滑脂嘴;14-螺母;15-齿环;16-圆柱销;17-第一缸、第六缸活塞处在
2、止点时记号(钢球),2.4曲轴飞轮组,赵建勇,(1)曲轴 曲轴的功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为了保证工作可靠，要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,如图2-49所示，曲轴主要由3个部分组成:曲轴的前端(或称自由端)轴;若干个曲柄销和它左右两端的曲柄，以及前后两个主轴颈组成的曲拐;曲轴后端(或称功率输出端)凸缘。曲轴的曲拐数取决于汽缸的数目和排列方式，即直列式发动机曲轴的曲拐数等于汽缸数;而V型发动机曲轴的曲拐
3、数则等于汽缸数的一半。按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。在相邻的两个曲拐之间，都设置一主轴颈的曲轴，称之为全支承曲轴;否则称为非全支承曲轴。因此，直列式发动机的全支承曲轴的主轴颈总数(包括曲轴前端的和后端的主轴颈)比汽缸数多一个;V型发动机的全支承曲轴的主轴颈总数比汽缸数的一半多一个。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-49曲轴,(a)解放CA6102型发动机曲轴;(b)北京13.1492发动机曲轴1-前端轴;2-主轴预;3-连杆轴颈；4-曲柄;5-平衡重;6-后端凸缘,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,全支承曲轴的优点是可以提高曲轴的刚度和弯曲强度，并且可减轻主轴承的载荷
4、;缺点是曲轴的加工表面增多，主轴承增多，使机体加长。两种支承形式的曲轴均可用于汽油机，但柴油机多采用全支承曲轴，这是因为其载荷较大的缘故。多缸发动机的曲轴一般做成整体式的。采用滚动轴承作为曲轴主轴承的整个曲轴，其相应的汽缸体必须是隧道式的。曲轴要求用强度、冲击韧度和耐磨性都比较好的材料制造，一般采用中碳钢或中碳合金钢模锻。为了提高曲轴的耐磨性，其主轴颈和曲柄销表面上均需高频淬火或渗氮，再经过精磨，以达到高的精度和较小的表面粗糙度值。在一些强化程度不高的发动机上，还采用高强度的稀土球墨铸铁铸造曲轴。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，有时还用来平衡一部分往复
5、惯性力。对于四缸、六缸等多缸发动机，由于曲柄对称布置，往复惯性力和离心力及其产生的力矩，从整体上看都能相互平衡，但曲轴的局部却受到弯曲作用。从图2-50(a)中可以看到，第一和第四曲柄销的离心力F1和F4与第二和第三曲柄销的离心力F2和F3因大小相等、方向相反而互相平衡;F1和F2形成的力偶矩M1-2与F3和F4形成的力偶矩M3-4也能互相平衡，但两个力偶矩都给曲轴造成了弯曲载荷。曲轴若刚度不够就会产生弯曲变形，引起主轴颈和轴承偏磨。为了减轻主轴承负荷，改善其工作条件，一般都在曲柄的相反方向设置平衡重，如图2-50(b)所示。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-50曲铀平衡重作用示意,(a)受力
6、平衡;(b)设置平衡重,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,由图可见，平衡重所造成的弯矩可以同M1-2和M3-4造成的弯矩平衡。有的发动机的平衡重与曲柄是一体的，有的则单独制造并用螺钉安装在曲轴上。一般四缸发动机设置4块平衡重，六缸发动机可设置4块、6块、8块平衡重，甚至在所有曲柄下均设有平衡重。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,曲轴前端(如图2-51所示)装有驱动配气凸轮轴的定时齿轮、驱动风扇和水泵的带轮以及止推片等。为了防止机油沿曲轴颈外漏，在曲轴前端上有一个甩油盘，它随着曲轴旋转。被齿轮挤出和甩出来的机油落到盘上时，由于离心力的作用，被甩到齿轮室的壁面上，再沿壁面流下来，回到油底壳中，即使还有少量机油落
7、到甩油盘前面的曲轴轴段上，也被压配在齿轮室盖上的油封挡住。甩油盘的外斜面应向后，如果装错，效果将适得其反。此外，在中、小型发动机的曲轴前端还装有起动爪(如图2-51所示)，以便必要时用入力转动曲轴，使发动机起动。,2.4曲轴飞轮组,图2-51曲轴前端的结构,1,2-滑动推力轴爪;3-止推片;4-定时齿轮;5-甩油盘;6-油封;7-带轮;8-起动爪,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,曲轴后端有安装飞轮用的凸缘。为防止机油从曲轴后端漏出，通常在曲轴后端车出油螺纹或安装其他封油装置。发动机工作时，曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势。曲轴窜动将破坏曲柄连杆机构各零件正确的相对位置，故必
8、须用止推轴承(一般是滑动轴承)加以限制;而在曲轴受热膨胀时，又应允许它能自由伸长，所以曲轴上只能有一处设置轴向定位装置。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,滑动止推轴承的形式有两种:翻边轴瓦的翻边部分;单制的具有减磨合金层的止推片(如图2-52所示)。后者应用更为广泛。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-52止推装置,(a)翻边轴瓦;(b)上推环;(c)下推片,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,曲轴的形状、各曲拐的相对位置，取决于缸数、汽缸排列方式(单列或V型等)和发火次序。在安排多缸发动机的发火次序时，应注意使连续做功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象(即相邻两缸进气门同时
9、开启)，以避免影响充气;做功间隔应力求均匀，也就是说，在发动机完成一个循环的曲轴转角内，每个汽缸都应发火做功一次，而且各缸发火的间隔时间(以曲轴转角表示，称为发火间隔角)应力求均匀。对缸数为i的四冲程发动机而言，发火间隔角为720/i，即曲轴每转720/i 时，就应有一缸做功，以保证发动机运转平稳。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,四冲程直列四缸发动机的发火次序:发火间隔角应为720/4=180。其曲拐布置如图2-53所示，4个曲拐布置在同一平面内。发火次序有两种可能的排列法，即1-3-4-2或1-2-4-3，它们的工作循环分别如表2-2和表2-3所示。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-53直列四缸
10、发动机的曲拐布置,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,表2-2发火次序为1-3-4-2的四缸发动机的工作循环,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,表2-3发火次序为1-2-4-3的四缸发动机的工作循环,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,四冲程直列六缸发动机的发火次序:因缸数i=6，所以发火间隔角应为720/6=120。这种曲拐布置如图2-54所示，6个曲拐分别布置在3个平面内，各平面夹角均为120曲拐的具体布置有两种方案:第一种发火次序是:1-5-3-6-2-4，这种方案应用比较普遍，国产汽车的六缸发动机的发火次序都用这种，其工作循环在表2-4中列出;另一种发火次序是:1-4-2-6-3-5。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,
11、图2-54直列六缸发动机的曲拐布置,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,表2-4发火次序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机的工作循环,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,四冲程V型八缸发动机的发火次序:缸数i=8，所以发火间隔角应为720/8=90。V型发动机左右两列中相对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V型八缸发动机只有4个曲拐，其布置可以与其四缸发动机一样，4个曲拐布置在一个平面内，也可以布置在两个互相垂直的平面内，发火次序一般为:1-8-4-3-6-5-7-2(见表2-5)。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,表2-5发火次序为1-8-4-3-6-5-7-2的八缸发动机的工作循环,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,(2)飞
12、轮 飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要功用是将在做功行程中传输给曲轴的功的一部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀平稳，并使发动机有可能克服短时间的超载荷。此外，在结构上飞轮又往往用做汽车传动系统中摩擦离合器的驱动件。为了保证有足够的转动惯量，并尽可能减小飞轮的质量，应使飞轮的大部分质量都集中在轮缘上，因而轮缘通常做得宽而厚。飞轮多采用灰铸铁制造，当轮缘的圆周速度超过50 m/s时，要采用强度较高的球铁或铸钢制造。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,飞轮外缘上压有一个齿环，可与起动机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。飞轮上通常刻
13、有第一缸发火定时记号，以便校准发火时间。如图2-55所示，解放CA6102型发动机的正时记号是“上止点/1-6，当这个记号与飞轮壳上的刻线对正时，即表示1-6缸的活塞处在上止点位置。多缸发动机的飞轮应与曲轴一起进行平衡，否则在旋转时因质量不平衡而产生的离心力，将引起发动机振动并加速主轴承的磨损。为了在拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲轴之间应有严格的相对位置，通常用定位销或不对称布置螺栓予以保证。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-55发动机发火定时识号,1-离合器外亮的记号;2-观察孔盖板;3一飞轮上的记号,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,(3)曲轴扭转减振器 曲轴是一个扭转弹性系统，本身具有一定
14、的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给曲柄销的作用力的大小和方向都是周期性变化的，这种周期性变化的激振力作用在曲拐上，引起曲拐回转的瞬时角速度也呈周期性变化。由于固装在曲轴上的飞轮转动惯量大，其角速度基本上可看做是均匀的。这样，曲拐便会忽而比飞轮转得快，忽而又比飞轮转得慢，形成相对于飞轮的扭转摆转，也就是曲轴的扭转振动。当激力频率与曲轴自振频率成整数倍时，曲轴扭转振动便因共振而加剧。这将使发动机功率受到损失，定时齿轮或链条磨损增加，严重时甚至将曲轴扭断。为了消减曲轴的扭转振动，有的发动机在曲轴前端装有扭转减振器。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-56所示为发动机曲轴上装的橡胶摩擦式扭转减振
15、器。转动惯量较大的惯性盘用一层橡胶垫和由薄钢片冲压制成的圆盘相连。圆盘和惯性盘都同橡胶垫板硫化黏结。圆盘的毅部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮上。当曲轴发动机扭转振动时，曲轴前端的角振幅最大，而且通过带轮轮毅带动圆盘一起振动。惯性盘则因转动惯量较大而实际上相当于一个小型的飞轮，其转动角速度也比圆盘均匀得多。这样，惯性盘就同圆盘有了相对角振动，从而使橡胶垫产生正反方向交替变化的扭转变形。这时，由于橡胶垫变形而产生的橡胶内部的分子摩擦，消耗扭转振动能量，整个曲轴的扭转振幅将减小，从而避免在常用的转速内出现共振。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-56橡胶摩擦式扭转减振器,1-曲轴前端;2-带轮轮毅;3
16、-减振器圆盘;4-橡胶华;5-惯性盘;6-带轮,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,(4)主轴承 主轴承(俗称大瓦)，装于主轴承座孔中，将曲轴支承在发动机的机体上。主轴承的结构与连杆轴承相同，如图2-57所示。为了向连杆轴承输送机油，在主轴承上都开有周向油槽和通油孔。有些负荷不大的发动机，为了通用化起见，上、下两半轴瓦上都制有油槽，有些发动机只在上轴瓦开有油槽和通油孔，而负荷较重的下轴瓦不开油槽。同时，在相应的主轴颈上开有径向通孔，这样，主轴承便能不间断地向连杆轴承供给机油。注意:后一种主轴瓦的上、下片不能互换，否则主轴承的来油通道将被堵塞。,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,图2-57主铀承的结构,1-凸肩;2-油槽;3-钢质薄壁;4-基层;5-镍涂层;6-磨耗层;7-油孔;8-眷伪,2.4曲轴飞轮组,赵建勇,谢谢观赏！,赵建勇,
