曲轴飞轮组Word文件下载.docx

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1.掌握曲轴飞轮组的组成\作用\工作过程

2.掌握曲轴的检修内容

重、难点

1.掌握曲轴飞轮组的工作过程

2.掌握曲轴的检修

主要内容

2.4曲轴飞轮组

一、组成：

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮、正时齿轮（或链条）等组成。

如图2-42所示是曲轴飞轮组的总体结构。

二、曲轴

1.曲轴的功用

是承受连杆传来的力，并将其转变为扭矩，然后通过飞轮输出，另外，还用来驱动发动机的配气机构及其他辅助装置（如发电机、风扇、水泵、转向油泵等）。

在发动机工作中，曲轴承受周期性变化的气体压力、旋转质量的离心力和往复惯性力以及它们的力矩的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，产生疲劳应力状态。

为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要求耐磨而且润滑良好，还必须有很高的动平衡要求。

2.曲轴的结构

曲轴一般由前端（自由端）、主轴颈、曲柄、平衡重、连杆轴颈（曲柄销）和后端（动力输出）组成。

由一个连杆轴颈、和它左右主轴颈组成一个曲拐。

曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式。

直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；

V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

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，都设置一个主轴颈的曲轴，称为全支承曲轴（图2-43a）；

否则称为非全支承曲轴（图2-43b）。

设气缸数为i，则全支承的主轴颈数为：

i十1。

主轴颈数少于此数者都称为非全支承的轴。

全支承曲轴的优点是可以提高曲轴的刚度，并且可减轻主轴承的载荷。

其缺点是曲轴长度较长使发动机机体长度增加。

直列式发动机的全支承曲轴，其主轴颈总数（包括曲轴前端和后端的主轴颈）比气缸数多一个；

V型发动机的全支承曲轴，其主轴颈总数比气缸数的一半多一个。

上海桑塔纳、一汽奥迪100型轿车均采用全支承曲轴。

柴油机也多采用全支承曲轴，这是因为其载荷较大的缘故。

3．曲轴的材料

曲轴一般都采用优质中碳钢（如45号钢）或中碳合金钢（如45Mn2、40Cr等）模锻。

为了提高曲轴的耐磨性，其主轴颈和连杆轴颈表面上均需高频淬火或氮化，例如，上海桑塔纳发动机曲轴采用优质50号中碳钢模锻而成。

有部分发动机采用了高强度的稀土球墨铸铁铸造曲轴，但这种曲轴必须采用全支承以保证刚度。

4．曲轴的构造

多缸发动机的曲轴一般做成整体式的（参看图2-42）。

连杆大头为整体式的某些小型汽油机或采用滚动轴承作为曲轴主轴承的发动机，必须采用组合式曲轴，即将曲轴的各部分分段加工，然后组合成整个曲轴，其主轴承可为滚动轴承，相应地气缸体必须是隧道式的（参看图2-3c）。

轿车发动机多为整体式曲轴。

有些曲轴的曲柄销和主轴颈做成空心的其目的是为减小质量和离心力，如图2-44所示。

主轴颈、曲柄销和轴瓦上都钻有径向油孔，这些油孔由斜向的油道相连6。

这样机油就可以进入主轴颈和曲柄销的工作表面进行润滑。

当曲柄销上的油孔与连杆大头上的油孔对准时，机油可以从中喷出，对配气机构和气缸壁进行飞溅润滑。

平衡重的作用是平衡连杆大头，连杆轴颈和曲柄等产生的离心惯性力及其力矩，有时也平衡活塞连杆组的往复惯性力及其力矩，以使发动机运转平稳。

并且还可减小曲轴轴承的负荷。

四缸以上的直列发动机，虽从整体来说，其惯性力及其力矩是平衡的，但曲轴局部却受弯矩作用，如图2—45a所示。

图中惯性力F1=F2=F3=F4，M1-2=M3-4，所以整体上曲轴受力和力矩是平衡的。

但从局部上看，1、2缸曲轴和3、4缸曲轴分别受弯矩M1-2和M3-4的作用，两个力矩给曲轴造成了弯曲负荷，会造成曲轴弯曲并加重轴承的负荷。

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上设置平衡重，分别在曲柄的背面设置平衡重使其产生的力矩与上述惯性力矩M1-2、M3-4相平衡（图2—45b）。

为平衡曲轴的离心力和离心力矩，有时还用来平衡一部分活塞连杆组的往复惯性力。

对于四缸、六缸、八缸和十二缸发动机，如图2-46所示，由于曲拐是对称布置的，往复惯性力和离心力是平衡的，从整体上看能相互抵消。

但曲轴的局部确受到弯矩的作用。

图2-46序号6所示，部分曲柄设置平衡重，如果曲轴支承刚度好，也可不设置平衡重,CA6102型发动机曲轴不设平衡重。

有的平衡重与曲轴制成一体,如图2-46所示。

有的单独制成后再用螺栓固定在曲轴上，称为装配式平衡重如图2-47所示。

曲轴不论有无平衡重，都要求进行动平衡试验，对不平衡的曲轴常在其偏重一侧钻孔，除去些质量。

曲轴前端是第一道主轴颈之前的部分，其上装有驱动配气凸轮轴的正时齿轮，或正时齿形皮带轮，或链轮，驱动风扇和水泵的皮带轮7以及推力片3等如图2－48所示。

为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端上有一个甩油盘，随着曲轴旋转，当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，被甩到齿轮室盖的壁面上，再沿壁面流下来，回到油底壳中。

即使还有少量机油落到甩油盘前面的曲轴段上，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。

即使还有少量机油落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。

为了减小扭振而装有减振器，在中、小型发动机的曲轴前端还装有起动爪，以便必要时用人力转动曲轴，使发动机起动。

曲轴后端是最后一道主轴颈之后的部分，有安装飞轮用的凸缘（图2-49）。

为防止机油向后漏出，在曲轴后端通常切出回油螺纹或其他封油装置。

回油螺纹可以是梯形的或矩形的，其螺旋方向应为右旋。

回油螺纹的工作原理如图2-50。

当曲轴旋转时，流到回油螺纹槽中的机油也被带动旋转。

因为机油本身有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻力Fr。

Fr可分解为平行于螺纹的分力Fr1和垂直于螺纹的分力Fr2。

机油在Fr1的作用下，顺着螺纹槽道被推送向前，流回油底壳。

4．曲轴轴向定位

为阻止车辆行驶时，离合器经常结合与分离和带锥齿轮驱动时施加于曲轴上的轴向力以及在上、下坡行驶或突然加速、减速出现的轴向力作用而有轴向窜动的趋势，曲轴轴向窜动将破坏曲柄连杆机构各零件的正确相对位置，曲轴必须有轴向定位，以保证曲柄连杆机构的正常工作，但也应允许曲轴受热后能自由膨胀。

曲轴作为转动件，必须与其固定件之间有一定的轴向间隙。

曲轴轴向定位是通过止推装置实现的，只能有一处设置轴向定位装置。

止推装置有翻边轴瓦、止推片、止推环和轴向止推滚珠轴承等多种形式如图2—51a、b、c、d。

翻边轴瓦（图2—51a）放在曲轴的某一主轴承内，靠翻边轴瓦两外侧表面的减摩合金层（与轴瓦内表面的合金层相同）减低与轴颈端面相对运动时的摩擦阻力并可挡住曲轴的左、右窜动。

翻边轴瓦工艺复杂，成本高，现巳很少采用。

止推片（图2—51b）是外侧有减摩合金层的半环状钢片，装在机体或主轴承盖的槽内为防止止推片的转动，止推片上有凸起卡在槽内，止推片用4片，也可用2片。

当止推装置放在曲轴第一主轴颈（曲轴自由端）上时，可采用两个带有减摩合金层的止推钢环的形式（图2—51c）。

因为它可从曲轴端部直接套入主轴颈上。

为防止止推转动，止推环上有止转销孔与主轴承盖上的止转销相配合。

安装止椎环时钢背应面向机体与轴承盖。

止推片与止推环广泛用于内燃机曲轴止推。

5．曲轴径向密封

曲轴径向密封环安放在曲轴的自由端（前端）和飞轮端（功率输出端）。

其作用是防止内燃机机体内的机油外溢和水（汽）与灰尘进入机体内。

典型的车用内燃机曲轴径向密封环如图2－52所示，由金属保持架1，橡胶密封体12和拉力弹簧圈11三部分组成。

橡胶密封体的几何形状及尺寸必须精心设计与制造。

它与曲轴轴颈的密封宽度，即密封唇，为0．1~0．2mm，空气侧密封角β约为25º

，油侧密封角α比外侧角约大20º

。

拉簧作用平面与密封剩余边的外偏距离，即弹簧杠杆臂，h＝0．05~1mm。

保护唇的作用是防止水（或汽）与灰尘进入机体内。

平时，它处于闭合状态。

当曲轴受热时，保护唇张开，使保护唇与密封唇之间不会出现负压。

橡胶密封体靠自身的弹力与拉簧的拉力将密封唇压在曲铀轴颈上，以保证—定的径向密封力。

当轴旋转时，机油通过密封处的环隙流向机体内,反之则不能。

密封环装反不但不能密封，反而往外泵油。

密封环除了密封作用外，它还能在接触处动态积存机油，起到冷却与自润滑作用。

常用的橡胶密封体有硅橡胶氟橡胶和密封性能更佳的聚四氟乙烯（PTFE）径向密封环。

6．多曲拐的布置

曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于缸数、气缸排列方式和发火次序。

在安排多缸发动机的发火次序时，应使连续作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开启）以免影响充气；

发火间隔应力求均匀，在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸应作功一次，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720º

／i时，即曲轴每转720º

／i时，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。

常用的多缸发动机曲拐布置和发火次序如下：

四冲程直列四缸发动机发火次序——发火间隔角应为720º

／4=180º

其曲拐布置如图2-53所示，四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—2—4—3或1—3--4—2，它们的工作循环如表2-1、2-2所示。

四冲程直列六缸发动机发火次序——发火间隔角应为720º

／6=120º

这种曲拐布置如图2-54所示，六个曲拐分别布置在三个平面内，各平面夹角为1200。

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，这种方案应用较普遍，国产汽车的六缸发动机的点火次序都用这种，其工作循环在表2-3列出，另一种发火次序是：

1--4--2--6—3—5。

四冲程V型八缸发动机发火次序——缸数i=8，所以发火间隔角应为720º

／8=90º

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型八缸机只有四个曲拐，其布置可以与四缸机一样，四个曲拐布置在同一平面内，也可以布置在两互相错开90~的平面内，如图2-55所示，这样可使发动机得到更好的平衡性。

发火次序为1—8—4--3—6--5—7—2，其工作循环如表2-4所示。

2.4.2曲轴扭转减振器

在发动机工作过程中，连杆作用在曲轴上的力呈周期性变化。

这样就会使质量较小的曲拐相对于质量较大的飞轮有扭转摆动（曲拐转速较飞轮转速忽快忽慢），这就是曲轴的扭转振动。

当这种扭转振动的自振率频与连杆传来的呈周期性变化的激振频率成整数倍关系时，曲轴便会产生共振。

这种现象既损失发动机的功率，也会破坏曲轴和装在上面的驱动齿轮、链轮、链条等附件，严重时甚致将曲轴扭断。

为消除这种现象，曲轴前端装有扭转减振器，如图2－56所示。

汽车发动机最常用的曲轴扭转减振器是摩擦式扭转减振器，其可分为橡胶式扭转减振器及硅油式扭转减振器两类。

在橡胶摩擦式扭转减振器中如图2－57所示，转动惯量较大的惯性盘5用一层橡胶垫和由薄钢片冲压制成的盘3相连。

盘3和惯性盘5都同橡胶垫4硫化粘接。

盘3的毂部用螺钉固定在装于曲轴前端的风扇皮带轮上。

当曲轴发生扭转振动时，曲轴前端的角振幅最大，而且通过皮带轮毂带动圆盘3一起振动。

惯性盘5则因转动惯量较大而实际上相当于一个小型的飞轮，其转动瞬时角速度也就比圆盘3均匀得多。

这样，惯性盘5就同盘3有了相对角振动，而使橡胶垫4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，把曲轴共振转速移向更高的转速区域内，从而避免在常用转速内出现共振。

上海桑塔纳轿车发动机的曲轴