摘要：柴油發(fā)電機的曲軸飛輪組由皮帶輪、扭轉減震器、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，它擔負著(zhù)將活塞的上下往復運動(dòng)轉變?yōu)樽陨淼膱A周運動(dòng)，且通常我們所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機轉速就是曲軸的轉速。曲軸承受著(zhù)連桿傳來(lái)的力，并將其轉變?yōu)檗D矩通過(guò)曲軸輸出并驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機上其他附件工作。它受到旋轉質(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(dòng)機的重要組成部分之一，其作用是將活塞連桿組傳來(lái)的氣體作用力轉變成曲軸的旋轉力矩對外輸出，并驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機的配氣機構及其他輔助裝置 (如發(fā)電機、風(fēng)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(lái)的氣體作用力轉變成曲軸的旋轉力矩對外輸出，并驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機的配氣機構及其他輔助裝置工作，以確保發(fā)動(dòng)機的平穩運轉和高效運作。

1、曲軸的功能

（1）轉換作用

      曲軸是將活塞的上下往復直線(xiàn)運動(dòng)轉化為曲柄的旋轉運動(dòng)的裝置。當活塞從上止點(diǎn)向下運動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿與曲軸相連，曲軸就會(huì )產(chǎn)生旋轉運動(dòng)，并將轉動(dòng)力傳遞到其他部件。

（2）平衡作用

      曲軸還具有平衡機構，可以抵消內燃機因活塞慣性力、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)機運轉更加平穩，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)機的轉動(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)而轉化為機械能，輸出到汽車(chē)或機器設備的動(dòng)力系統中。

2、飛輪的功能

（1）儲能作用

      飛輪作為與曲軸配合的旋轉部件，能夠將柴油機的旋轉動(dòng)能轉化為轉動(dòng)慣量，從而儲存能量并平穩地釋放該能量。

（2）保持勻速

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

（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)機的噪音和振動(dòng)，提高機器的運行平穩性。

（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?？梢酝ㄟ^(guò)裝配在飛輪牽引發(fā)電機，把從柴油機輸出的機械能轉換成電能。

二、曲軸飛輪組的結構與要求

1、曲軸的構造

      曲軸是發(fā)動(dòng)機的重要機件之一。它承受著(zhù)做功沖程由連桿傳遞來(lái)的活塞推力，并將這一推力轉變?yōu)榍S的扭力，拖動(dòng)其他機械做功。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運動(dòng)變?yōu)樾D運動(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(gè)連桿軸頸和它兩端的曲臂構成曲拐。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(xiàn)到連桿軸頸中心線(xiàn)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(xiàn)上。主軸頸裝在主軸承座內，通過(guò)主軸承螺栓把曲軸緊固在缸體上，使曲軸在曲軸箱內旋轉。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。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，以潤滑連桿軸頸和軸承。為減小發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)的慣性力，有些發(fā)動(dòng)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(lái)保持平衡。每個(gè)曲拐都有一個(gè)平衡重來(lái)平衡運動(dòng)。根據發(fā)動(dòng)機的不同，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)生旋轉慣性力（離心力）和活塞連桿組作往復直線(xiàn)運動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的往復慣性力，以減輕柴油發(fā)電機的振動(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)吸收軸向運動(dòng)或推力。軸向運動(dòng)是沿曲軸軸線(xiàn)方向的前后運動(dòng)，是由曲軸的總體運動(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(zhù)發(fā)動(dòng)機轉速的增加和降低，作用在斜齒圓柱齒輪上的載荷使曲軸沿其軸線(xiàn)方向前后運動(dòng)。這種運動(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)電機連接在撓性板上或者由飛輪驅動(dòng)。

（9）內圓角：

       小的圓角部位（半徑）有利于增加曲軸內圓角附近的強度。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(lái)驅動(dòng)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(xiàn)或者分型線(xiàn)加以識別。鍛造的曲軸具有一個(gè)偏離底面的分離線(xiàn)。鑄造的曲軸具有一個(gè)小的分型線(xiàn)，這就是砂型的結合線(xiàn)。

      鍛造的曲軸具有偏離底面的分離線(xiàn)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(xiàn)，這就稱(chēng)作對正。當在缸體上鏜曲軸主軸承孔時(shí)，使用共軸孔機。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 )導致對正不準確。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，當曲軸轉動(dòng)時(shí)會(huì )發(fā)生扭曲，從而在曲軸內部產(chǎn)生持續振動(dòng)。例如，當一個(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。這就導致曲軸在每轉一圈都有部分扭曲和反彈，其結果就是扭轉振動(dòng)。另外，扭轉振動(dòng)也可使功率輸出機件引起故障。

      振動(dòng)阻尼器用來(lái)補償扭轉振動(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)構成。慣性環(huán)有助于降低內部振動(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。當曲軸發(fā)生扭轉振動(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)吸收扭轉振動(dòng)，它安裝在曲軸的前端，有的發(fā)動(dòng)機在中間和外側帶輪之間都有一個(gè)橡膠環(huán)。許多振動(dòng)阻尼器上還有不連續的鋼片，以產(chǎn)生曲軸轉速的監測信號，用于發(fā)動(dòng)機的計算機控制系統。

     慣性環(huán)的重量是針對具體的發(fā)動(dòng)機量身定做的。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 )導致曲軸損壞。通過(guò)觀(guān)察正時(shí)標記可識別出不正確的振動(dòng)阻尼器，錯誤的振動(dòng)阻尼器上的正時(shí)標記與缸體前面的正時(shí)標記不能正確對齊。

5、軸承蓋

      曲軸是通過(guò)主軸承和主軸承蓋定位的。主軸承蓋的數量通常比汽缸數多一個(gè)。但根據發(fā)動(dòng)機的不同，也可能比汽缸數少。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，并使其能夠轉動(dòng)。對于某些高性能的汽油發(fā)動(dòng)機和柴油發(fā)動(dòng)機，可能有四個(gè)螺栓，而不是兩個(gè)，這樣能夠將軸承蓋固定在缸體上。由于這些發(fā)動(dòng)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．軸承的結構

（1）鑲入式軸承

      鑲入式軸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(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?？缇嗍怪鬏S承能夠快捷地固定入位。軸承的一半置于缸體內，另一半則置于軸承蓋內。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(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的位置以使軸承不轉動(dòng)。插入式軸承上還加工有油槽和油孔。潤滑油通過(guò)軸承上的孔從曲軸中心傳遞出去并在油槽內環(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(chēng)作主軸承間隙。主軸承間隙通過(guò)塑料規來(lái)檢查。塑料規是一種小而細的能夠確定直徑的塑料繩。將一短段塑料規置于曲軸和軸承之間，然后將軸承和軸承蓋擰緊至標準規格，這樣使細塑料規變平。塑料規的最終寬度就是軸承間隙的測量值。

      曲軸在運轉過(guò)程中前后軸向移動(dòng)（與曲軸的軸線(xiàn)平行的運動(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 )使曲軸在缸體上嚴重磨損。止推軸承用來(lái)補償這種移動(dòng)。其中一個(gè)主軸承被設計成具有止推吸收性能。圖6（b）中的左側軸承就是一個(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)，在大多數發(fā)動(dòng)機上，止推軸承都頂著(zhù)后主軸承上的凸緣進(jìn)行工作，而其他發(fā)動(dòng)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的潤滑，潤滑油必須通過(guò)曲軸傳遞到軸承上。潤滑系統中的壓力油經(jīng)主油道供給缸體然后再傳遞到各主軸承上，潤滑油通過(guò)插入式軸承進(jìn)入到軸承上的凹槽內，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(shí)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(dòng)機內，如圖8（a）所示。曲軸的后油封置于后主軸承蓋和缸體內。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構，而其他一些則使用單片式插入結構。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)機的前端。

      當使用唇式油封時(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 )使潤滑油泄漏。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滲漏。這對于諧振平衡器來(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在新油封就繞在維修套表面上了。