现代工程机械发动机曲轴飞轮组简介

    曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和扭转减振器等构件组成（图2-33）。

    一、曲轴的功用是将连杆传来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出作功，并驱动配气机构等各辅助装置。

    由于曲轴工作中受到变化的气体压力惯性力作用，并传递转矩，受力情况复杂，使内部产生拉、压、弯、扭交变应力，并有扭转振动。因此要求曲轴具有较好的强度和刚度，轴颈表面应耐磨且润滑可靠，质量轻、平衡良好，运转平稳，避免在工作转速范围内出现扭转共振。曲轴材料多用优质中碳钢或合金钢锻造，也有用球墨铸铁铸造（如6130型或6135型柴油机曲轴），然后进行机械加工和热处理。

    （一）曲轴的型式

    曲轴可分为整体式和组合式两类。整体式曲轴（图2-34），采用整体制造，强度和刚度好，结构紧凑，质量轻，工作可靠，使用广泛；组合式曲轴又分为圆盘组合式、套合式和分段式三种。6135型柴油机采用圆盘组合式曲轴（图2-35）。它的每个曲拐单独制造。然后用螺栓（每段上各有3个是定位螺栓）连成完整曲轴，它的主轴颈兼作曲柄臂。这种曲轴系列产品制造简单，使用中当某段损坏进行单独更换，不致报废整轴，但结构复杂，加工精度要求高。

    （二）曲轴的结构

    曲轴的构造通常分为主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂前端和曲轴后端几部分。

    1.主轴颈

    主轴颈（图2-34之3）可使曲轴支承在曲轴箱上，按支承情况，曲轴可分为全支承和非全支承两种（图2-36）。工程机械用柴油机均为全支承的，亦即主轴颈数比连杆轴颈多一个。全支承可使曲轴抗弯曲刚度高，使主轴承载荷减轻。

    主轴颈的支承多采用滑动轴承，称为主轴瓦。主轴瓦的结构形状、材料及装配工艺均与连杆轴瓦类似。6135型柴油机上用的组合曲轴采用滚动轴承支承（图2-35之4），滚动轴承的内圈与轴颈是紧配合，轴承外圈与缸体上的轴承座孔是过渡配合，两侧用锁簧限制其轴向移动。滚动轴承支承的优点是工作阻力小、效率高、起动容易。缺点是制造成本高、工作时噪声大。

    2.连杆轴颈

    连杆轴颈也叫曲柄销，在直列式发动机上，连杆轴颈与气缸数相同，在V型发动机上，因为绝大多数是一个连杆轴颈上装左右两列各一个气缸的连杆，所以连杆轴颈为气缸数的一半。

    连杆轴颈是和连杆大头相连部分，为减小旋转惯性力。高速机的连杆轴颈一般作成中空的，连杆轴颈及采用轴瓦支承的主轴颈均采用压力润滑。中空的连杆轴颈一般用螺塞封绪成封闭腔，作为机油沉淀室（图2-37），由主轴颈来的润滑首先进入此室，经过离心沉淀，杂质被甩到腔壁上，清洁机油由腔中心处经短管输到连杆轴颈上。6135型柴油机的组合曲轴在沿整体轴线方向上有贯通油道，机油经曲轴前端的径向孔引入，再经各道连杆轴颈的沉淀室进入轴颈表面润滑；支承主轴颈的滚动轴承是靠飞溅润滑。

    主轴颈和连杆轴颈一般经过高频淬火或火焰淬火，以提高表面硬度和耐磨性。轴颈经过光磨加工，要求有较高的精度和较好的表面粗糙度，轴颈上的油孔经倒角和抛光，避免应力集中。主轴颈和连杆轴颈间有较大的重叠度，以提高疲劳强度。

    3.曲柄

    曲柄（图2-34之4）用来连接主轴颈和连杆轴颈。为提高弯扭刚度，一般做成椭圆形断面。曲柄与各轴颈的连接处有较大的过渡圆角，有的还对圆角进行冷滚压强化处理，防止应力集中，避免发生断轴事故。

    4.平衡重

    平衡重（图2-34之5）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，使发动机运转平稳，并可减小曲轴轴承的负荷。一般平衡重和曲轴锻造或铸造为一体。也可单独制造，并和曲轴连接成一体。

    5.前、后端

    曲轴前端用来安装曲轴正时齿轮、甩油盘、皮带轮、扭转减振器和起动爪等零件。

    曲轴后端用来安装飞轮，通常加工有回油螺纹，回油螺纹的旋向和曲轴转向相反，从而起到封油作用。

    加工后的曲轴均经过平衡试验，以补偿制造误差，提高运转平稳性，减小振动和噪声。

    （三）曲轴的轴向定位

    为了保证曲轴与活塞连杆组的正确装配位置，又允许曲轴受热膨胀时能自由伸长，对曲轴必须进行轴向定位，这种限位通常只需一处即可。如前述6135型柴油机在前端，NT855型柴油机在后面一道主轴颈的前后两侧，也有的柴油机有曲轴中间一道主轴颈的前后侧。轴向间隙一般在0.15~0.34mm之间。

    二、飞轮

    飞轮是一个轮缘较厚的圆盘零件，由铸铁或铸钢制造，安装在曲轴后端的接盘上。飞轮的功用是储存作功行程的部分能量，带动曲柄连杆机构越过止点，克服非作功行程的阻力和短暂的超负荷，另外飞轮又是发动机向外传递动力的主要机件。

    飞轮外圆上一般刻有上止点，供油始点等记号，便于检查调整供油或点火时间及气门间隙时参照。修理中安装飞轮时，不允许改变它与接盘的相对位置，安装面要保持干净、无损伤。另外在飞轮外圆上一般还镶有起动齿圈，供起动时与起动机主动齿轮咬合。

    飞轮与曲轴装配后也应进行动平衡试验，以防止由于质量不平衡面引起发动机振动和加速主轴承磨损，一经平衡试验，飞轮与曲轴的相对位置不可再变，一般都有装配定位记号。

   三、扭转减振器

    曲轴是一个扭转弹性系统，本身具有一定的自振频率。当加于曲轴的简谐干扰力的频率与曲轴的自振频率相等或为曲轴自振频率的整倍数时，就会出现很大振幅的扭转共振。共振时发动机的转速称为临界转速。

    现以直列式发动机的曲轴为例，曲轴系统有一定的质量（包括活塞、连杆组件）和一定的扭转刚度，因而在气体力和惯性力形成的简谐干扰力的作用下，会产生扭转振动。曲轴的自振频率随着气缸数的增加和曲轴的增长而降低。另外，缸数的增加，着火间隔角度变小，将使发动机在使用的转速范围内，扭振的频率和着火的频率很局面接近一致，从而易引起共振。这种共振现象的出现，会使曲轴扭转振幅迅速地增大，将导致下列后果：

    （1）曲轴的扭转变形导致又多承受一种附加应力，会使曲轴产生扭转疲劳而断裂。

    （2）当扭振的附加转矩超过装置中的离合器，齿轮传动等的平均转矩时，就会使离合器、齿轮等件间产生来回敲击现象，出现异响并加剧齿轮磨损。

    （3）使曲轴回转均匀度变差，破坏了配气正时和喷油正时，使功率下降。

    （4）消耗有效动力，使输出功率降低。

    （5）破坏了发动机原有平衡条件，会导致发动机产生剧烈的振动。

    为避免曲轴产生强烈的扭转共振，常在振幅最大的曲轴前端装有扭转减振器。

    目前，发动机曲轴的扭转减振器有橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油——橡胶扭转减振器等3种型式。

    （一）橡胶扭转减振器

    如图2-33所示，轮毂20固定在曲轴皮带轮上，随曲轴一起转动，在其上与托板间硫化橡胶层21使轮毂20与托板粘固在一起，用螺钉将惯性盘19紧固在托板上。所以后者也随曲轴一起转动。当曲轴发生扭振时，由于惯性盘的动惯量大，相当于一个小飞轮，其转动时角速度也就比轮毂20均匀得多，由于橡胶层21刚性小、弹性好，使二者间产生相对角振动，从而在橡胶层中产生很大的交变剪切变形。因橡胶是内摩擦很大的材料，所以交变变形中消耗了曲轴扭转振动很大一部分能量，使整个曲轴的扭转振幅减小，衰减了曲轴的扭转振动。

    橡胶减振器中的橡胶随着温度是有一定限度的，因此其工作能力受到橡胶因为内摩擦而发热的限制，也因此要求有良好空气冷却的工作条件。这种减振器有时与皮带轮组合在一起，有时与三角皮带轮作成一体，目的是为了得到较紧凑的结构。

    （二）硅油扭转减振器

    硅油减振器的基本结构，如图2-38所示，减振器壳体7与曲轴皮带轮连在一起，将装有胶木衬套10的惯性盘8装在壳体7里，然后将侧盖9装在壳体1上的止口里，并内外滚压壳体边缘，使其将侧盖9固定并密封，再将合乎规格的硅油通过注油孔注入减振器腔11中，最后用堵塞将油孔堵死。

    硅油是一种粘度很大、洁白的透明物质，受热粘度性能较稳定，不易变质，在使用过程中不要拆开，也不需进行维护。硅油渗透性很强，很容易产生渗漏现象，造成减振失败。

    硅油减振器的工作原理与橡胶减振器是一样的，只不过用硅油代替了橡胶，当发动机在临界转速下工作时，曲轴产生扭转振动，装在壳内的惯性盘8具有较大的转动惯量，壳体1相对于惯性盘2产生交变摆动，充满二者的硅油产生内摩擦阻力，消耗振动能量，减小振幅，使曲轴扭转振动得到衰减。

    （三）硅油橡胶减振器

    上述两种减振器，存在着质量大，性能差和硅油减振器易渗漏，不易密封等缺点。为克服上述缺点，当前开始采用接近于理想减少振性能的硅油橡胶减振器，如图2-39所示。

    该减振器是用螺栓装在曲轴皮带轮1上，用橡胶9将减振器飞轮12和圆盘11接合在一起，在盘11与飞轮12的空间充满硅油，当扭转振动发生时，在飞轮与圆盘11间产生相对运动，从而橡胶和硅油产生内摩擦，结果使振动减弱。

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