摘要：柴油發(fā)電機(jī)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(jī)件組成。其中，曲軸是曲軸飛輪組的主要機(jī)構(gòu)，它擔(dān)負(fù)著將活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼膱A周運(yùn)動(dòng)，且通常我們所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就是曲軸的轉(zhuǎn)速。曲軸承受著連桿傳來(lái)的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩通過(guò)曲軸輸出并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)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(qiáng)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(dòng)機(jī)的重要組成部分之一，其作用是將活塞連桿組傳來(lái)的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩對(duì)外輸出，并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置 (如發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇、機(jī)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(lái)的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩對(duì)外輸出，并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助裝置工作，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和高效運(yùn)作。

1、曲軸的功能

（1）轉(zhuǎn)換作用

      曲軸是將活塞的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿與曲軸相連，曲軸就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到其他部件。

（2）平衡作用

      曲軸還具有平衡機(jī)構(gòu)，可以抵消內(nèi)燃機(jī)因活塞慣性力、連桿重力和偏心力而產(chǎn)生的振動(dòng)和震動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，減少了噪音和振動(dòng)的產(chǎn)生。

（3）輸出功率

      曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出裝置，通過(guò)與飛輪的配合，將燃油爆發(fā)后的高壓氣體推動(dòng)活塞，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，輸出到汽車(chē)或機(jī)器設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)中。

2、飛輪的功能

（1）儲(chǔ)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(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而儲(chǔ)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(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持輸出動(dòng)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(dòng)機(jī)保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，使燃燒產(chǎn)生的動(dòng)力得以平穩(wěn)地輸出。

（3）平衡振動(dòng)

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

（4）傳遞動(dòng)力

      飛輪是曲軸上的附屬部件，與曲軸緊密配合，如圖2所示。可以通過(guò)裝配在飛輪牽引發(fā)電機(jī)，把從柴油機(jī)輸出的機(jī)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(dòng)機(jī)的重要機(jī)件之一。它承受著做功沖程由連桿傳遞來(lái)的活塞推力，并將這一推力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的扭力，拖動(dòng)其他機(jī)械做功。進(jìn)氣、壓縮和排氣沖程就是由曲軸帶動(dòng)連桿與活塞完成的。

      曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(shí)齒輪，以及前后油封。曲軸受力復(fù)雜，特別是多缸機(jī)的曲軸更為突出，所以要求它有足夠的強(qiáng)度和剛度。曲軸通常用中碳鋼模鍛或用高強(qiáng)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(gè)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(guò)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(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩類(lèi)?；瑒?dòng)軸承上有油孔和主油道相通，以潤(rùn)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(dòng)軸承，采用滑動(dòng)軸承的連桿軸頸上有油孔，此油孔與曲軸油道相通，以潤(rùn)滑連桿軸頸和軸承。為減小發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性力，有些發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)保持平衡。每個(gè)曲拐都有一個(gè)平衡重來(lái)平衡運(yùn)動(dòng)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同，平衡重可以是一個(gè)重塊，也可以是另一個(gè)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(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，以減輕柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。

（5）前端軸：

      曲軸的前端軸上裝有正時(shí)齒輪、風(fēng)扇皮帶輪、前油封和擋油圈及起動(dòng)爪等。有些靠飛輪上的風(fēng)扇鼓風(fēng)冷卻的機(jī)器，前端軸裝有飛輪。

      為了限制曲軸的軸向移動(dòng)，在采用滑動(dòng)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(lái)達(dá)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(dòng)時(shí)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(xiāo)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(lái)吸收軸向運(yùn)動(dòng)或推力。軸向運(yùn)動(dòng)是沿曲軸軸線方向的前后運(yùn)動(dòng)，是由曲軸的總體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，也可由曲軸上帶有斜齒的正時(shí)齒輪產(chǎn)生，如圖3（b）所示。這種類(lèi)型的齒輪稱(chēng)為斜齒圓柱齒輪。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲軸上加工的止推面或利用止推軸承得以吸收。

（8）傳動(dòng)凸緣：

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

（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(qiáng)度。應(yīng)力易于集中在尖角和鉆出的通道處，圓角有助于減小應(yīng)力，如圖4所示。

（10）突出部分：

      曲軸的軸端，用來(lái)驅(qū)動(dòng)附件，如諧振平衡器、帶輪、交流發(fā)電機(jī)等。

2、鍛造與鑄造的曲軸的區(qū)別

      曲軸可以通過(guò)鍛造加工，也可以通過(guò)鑄造加工。鍛造的鋼制曲軸要比鑄鐵曲軸強(qiáng)度大，但成本也高。鍛造是一種金屬加工過(guò)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(diǎn)，然后將液態(tài)金屬倒入砂型中的過(guò)程。由于鑄造工藝的改進(jìn)，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(guò)分離線或者分型線加以識(shí)別。鍛造的曲軸具有一個(gè)偏離底面的分離線。鑄造的曲軸具有一個(gè)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(jìn)行熱處理。也就是使其外表面變得更堅(jiān)硬一些，以使曲軸不會(huì)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(huì)使曲軸的外表面硬化。

3、曲軸的對(duì)正

      在將曲軸裝配到缸體中時(shí)，必須與缸體上的孔精確地成同一軸線，這就稱(chēng)作對(duì)正。當(dāng)在缸體上鏜曲軸主軸承孔時(shí)，使用共軸孔機(jī)。在進(jìn)行這個(gè)操作時(shí)，主軸承蓋要通過(guò)螺栓緊固在缸體上，然后用共軸孔機(jī)加工每一個(gè)主軸承部位，使其與其他主軸承共軸。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，缸體可能會(huì)翹曲。翹曲會(huì)導(dǎo)致對(duì)正不準(zhǔn)確。這種情況將會(huì)造成曲軸某些部位過(guò)度磨損。曲軸的對(duì)正情況可以用塞尺和直尺進(jìn)行檢查。

4、曲軸的振動(dòng)

     在正常工作情況下，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生扭曲，從而在曲軸內(nèi)部產(chǎn)生持續(xù)振動(dòng)。例如，當(dāng)一個(gè)汽缸處于壓縮沖程時(shí)，那部分曲軸就會(huì)逐漸慢下來(lái)。同時(shí)，其他的汽缸可能處在燃燒沖程而具有很大壓力。這就導(dǎo)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(dòng)。另外，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也可使功率輸出機(jī)件引起故障。

      振動(dòng)阻尼器用來(lái)補(bǔ)償扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。振動(dòng)阻尼器也稱(chēng)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(dòng)。這兩個(gè)環(huán)連接在一起，固定在曲軸的前端。在曲軸前后扭動(dòng)時(shí)，慣性環(huán)具有拖滯和減緩效應(yīng)。當(dāng)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，橡膠環(huán)和慣性環(huán)都吸收振動(dòng)。振動(dòng)阻尼器用來(lái)吸收扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，它安裝在曲軸的前端，有的發(fā)動(dòng)機(jī)在中間和外側(cè)帶輪之間都有一個(gè)橡膠環(huán)。許多振動(dòng)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(cè)信號(hào)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

     慣性環(huán)的重量是針對(duì)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)量身定做的。如果使用了不正確的振動(dòng)阻尼器，就很可能使曲軸產(chǎn)生振動(dòng)，最終會(huì)導(dǎo)致曲軸損壞。通過(guò)觀察正時(shí)標(biāo)記可識(shí)別出不正確的振動(dòng)阻尼器，錯(cuò)誤的振動(dòng)阻尼器上的正時(shí)標(biāo)記與缸體前面的正時(shí)標(biāo)記不能正確對(duì)齊。

5、軸承蓋

      曲軸是通過(guò)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(gè)。但根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同，也可能比汽缸數(shù)少。主軸承蓋通過(guò)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(dòng)。對(duì)于某些高性能的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，可能有四個(gè)螺栓，而不是兩個(gè)，這樣能夠?qū)⑤S承蓋固定在缸體上。由于這些發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)成兩片摩擦式軸承。主軸承具有被稱(chēng)作跨距的尺寸，比與之配套的殼體稍大一點(diǎn)，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(qiáng)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(shè)計(jì)有幾種金屬的普通軸承。

（2）插入式軸承

      插入式軸承有一個(gè)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(dòng)。插入式軸承上還加工有油槽和油孔。潤(rùn)滑油通過(guò)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(shè)計(jì)使曲軸軸頸得到完整潤(rùn)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(chēng)作主軸承間隙。主軸承間隙通過(guò)塑料規(guī)來(lái)檢查。塑料規(guī)是一種小而細(xì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，這樣使細(xì)塑料規(guī)變平。塑料規(guī)的最終寬度就是軸承間隙的測(cè)量值。

      曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中前后軸向移動(dòng)（與曲軸的軸線平行的運(yùn)動(dòng)）。這種移動(dòng)常常是由于曲軸前端的斜齒輪產(chǎn)生的。這種軸向移動(dòng)會(huì)使曲軸在缸體上嚴(yán)重磨損。止推軸承用來(lái)補(bǔ)償這種移動(dòng)。其中一個(gè)主軸承被設(shè)計(jì)成具有止推吸收性能。圖6（b）中的左側(cè)軸承就是一個(gè)止推軸承。止推軸承具有止推面，曲軸上的加工面通過(guò)該止推面與止推軸承摩擦。不過(guò)，在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)上，止推軸承都頂著后主軸承上的凸緣進(jìn)行工作，而其他發(fā)動(dòng)機(jī)則采用獨(dú)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(dāng)?shù)臐?rùn)滑，潤(rùn)滑油必須通過(guò)曲軸傳遞到軸承上。潤(rùn)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(rùn)滑油通過(guò)插入式軸承進(jìn)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(rùn)滑油被供給連桿軸承，最終在此泄出噴濺到缸壁上。最后，潤(rùn)滑油滴落回油底殼。一般在維修的時(shí)候油道應(yīng)裝上保護(hù)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(rùn)滑油保持在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)阻尼器上，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的前端。

      當(dāng)使用唇式油封時(shí)，油封的唇部經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可能會(huì)在曲軸上磨出一個(gè)槽。這樣會(huì)使?jié)櫥托孤?。即使安裝了新油封，潤(rùn)滑油也可能由于曲軸上的磨損而繼續(xù)滲漏。這對(duì)于諧振平衡器來(lái)說(shuō)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(rùn)滑油的滲漏，可能需要更換諧振平衡器，不過(guò)要使用維修套。如圖8（b）所示，維修套穿過(guò)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。