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1、柴油發(fā)動機 構造與維修,主編：徐西安 主講：趙建勇,北京理工大學出版社,先做人 后做事,趙建勇,2.4.1曲軸飛輪組的構成 曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪以及其他不同功用的零件和附件組成。其零件和附件的種類、數量取決于發(fā)動機的結構和性能要求。典型的實例如圖2-48所示。 2.4曲軸飛輪組,趙建勇,2.4曲軸飛輪組,圖2 - 48東風6100Q -1型發(fā)動機曲鈾飛輪組分解圖,1-起動爪;2-起動爪鎖緊華圈;3扭轉減振器;4-帶輪;5-擋油片;6-寧時齒輪;7-半圓鉚; 8-曲軸;9-主軸承下軸瓦;10-中問主軸瓦;11-莊椎片;12-螺柱;13-潤滑脂嘴; 14-螺母 ; 15-齒環(huán);1
2、6-圓柱銷;17-第一缸、第六缸活塞處在止點時記號(鋼球),2.4曲軸飛輪組,趙建勇,(1)曲軸 曲軸的功用是承受連桿傳來的力，并由此造成繞其本身軸線的力矩。在發(fā)動機工作中，曲軸受到旋轉質量的離心力、周期性變化的氣體壓力和往復慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉載荷。為了保證工作可靠，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要耐磨而且潤滑良好。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,如圖2 - 49所示，曲軸主要由3個部分組成:曲軸的前端(或稱自由端)軸;若干個曲柄銷和它左右兩端的曲柄，以及前后兩個主軸頸組成的曲拐;曲軸后端(或稱功率輸出端)凸緣。 曲軸的曲拐數取決于汽缸的數目和排列方式，即直列式
3、發(fā)動機曲軸的曲拐數等于汽缸數;而V型發(fā)動機曲軸的曲拐數則等于汽缸數的一半。 按照曲軸的主軸頸數，可以把曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸兩種。在相鄰的兩個曲拐之間，都設置一主軸頸的曲軸，稱之為全支承曲軸;否則稱為非全支承曲軸。因此，直列式發(fā)動機的全支承曲軸的主軸頸總數(包括曲軸前端的和后端的主軸頸)比汽缸數多一個;V型發(fā)動機的全支承曲軸的主軸頸總數比汽缸數的一半多一個。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-49曲軸,(a)解放CA6102型發(fā)動機曲軸;(b) 北京13.1492發(fā)動機曲軸 1-前端軸;2-主軸預;3-連桿軸頸；4-曲柄;5-平衡重;6-后端凸緣,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,全支承曲軸
4、的優(yōu)點是可以提高曲軸的剛度和彎曲強度，并且可減輕主軸承的載荷;缺點是曲軸的加工表面增多，主軸承增多，使機體加長。兩種支承形式的曲軸均可用于汽油機，但柴油機多采用全支承曲軸，這是因為其載荷較大的緣故。多缸發(fā)動機的曲軸一般做成整體式的。采用滾動軸承作為曲軸主軸承的整個曲軸，其相應的汽缸體必須是隧道式的。 曲軸要求用強度、沖擊韌度和耐磨性都比較好的材料制造，一般采用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛。為了提高曲軸的耐磨性，其主軸頸和曲柄銷表面上均需高頻淬火或滲氮，再經過精磨，以達到高的精度和較小的表面粗糙度值。在一些強化程度不高的發(fā)動機上，還采用高強度的稀土球墨鑄鐵鑄造曲軸。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,平
5、衡重用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力和離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力。對于四缸、六缸等多缸發(fā)動機，由于曲柄對稱布置，往復慣性力和離心力及其產生的力矩，從整體上看都能相互平衡，但曲軸的局部卻受到彎曲作用。從圖2 - 50 ( a)中可以看到，第一和第四曲柄銷的離心力F1和F4與第二和第三曲柄銷的離心力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與F3和F4形成的力偶矩M3-4也能互相平衡，但兩個力偶矩都給曲軸造成了彎曲載荷。曲軸若剛度不夠就會產生彎曲變形，引起主軸頸和軸承偏磨。為了減輕主軸承負荷，改善其工作條件，一般都在曲柄的相反方向設置平衡重，如圖2 - 50
6、 ( b)所示。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-50曲鈾平衡重作用示意,(a) 受力平衡;(b)設置平衡重,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,由圖可見，平衡重所造成的彎矩可以同M1-2和M3-4造成的彎矩平衡。有的發(fā)動機的平衡重與曲柄是一體的，有的則單獨制造并用螺釘安裝在曲軸上。一般四缸發(fā)動機設置4塊平衡重，六缸發(fā)動機可設置4塊、6塊、8塊平衡重，甚至在所有曲柄下均設有平衡重。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,曲軸前端(如圖2 -51所示)裝有驅動配氣凸輪軸的定時齒輪、驅動風扇和水泵的帶輪以及止推片等。為了防止機油沿曲軸頸外漏，在曲軸前端上有一個甩油盤，它隨著曲軸旋轉。被齒輪擠出和甩出來的機油落到盤上時，
7、由于離心力的作用，被甩到齒輪室的壁面上，再沿壁面流下來，回到油底殼中，即使還有少量機油落到甩油盤前面的曲軸軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住。甩油盤的外斜面應向后，如果裝錯，效果將適得其反。 此外，在中、小型發(fā)動機的曲軸前端還裝有起動爪(如圖2-51所示)，以便必要時用入力轉動曲軸，使發(fā)動機起動。,2.4曲軸飛輪組,圖2-51曲軸前端的結構,1,2-滑動推力軸爪;3-止推片;4-定時齒輪;5-甩油盤;6-油封;7-帶輪;8-起動爪,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,曲軸后端有安裝飛輪用的凸緣。為防止機油從曲軸后端漏出，通常在曲軸后端車出油螺紋或安裝其他封油裝置。 發(fā)動機工作時，曲軸經常受到離
8、合器施加于飛輪的軸向力作用而有軸向竄動的趨勢。曲軸竄動將破壞曲柄連桿機構各零件正確的相對位置，故必須用止推軸承(一般是滑動軸承)加以限制;而在曲軸受熱膨脹時，又應允許它能自由伸長，所以曲軸上只能有一處設置軸向定位裝置。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,滑動止推軸承的形式有兩種:翻邊軸瓦的翻邊部分;單制的具有減磨合金層的止推片(如圖2-52所示)。后者應用更為廣泛。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-52止推裝置,(a)翻邊軸瓦;(b) 上推環(huán);(c)下推片,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,曲軸的形狀、各曲拐的相對位置，取決于缸數、汽缸排列方式(單列或V型等)和發(fā)火次序。在安排多缸發(fā)動機的發(fā)火次序時，應注意使
9、連續(xù)做功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時避免可能發(fā)生的進氣重疊現象(即相鄰兩缸進氣門同時開啟)，以避免影響充氣;做功間隔應力求均勻，也就是說，在發(fā)動機完成一個循環(huán)的曲軸轉角內，每個汽缸都應發(fā)火做功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間(以曲軸轉角表示，稱為發(fā)火間隔角)應力求均勻。對缸數為i的四沖程發(fā)動機而言，發(fā)火間隔角為720/i，即曲軸每轉720/i 時，就應有一缸做功，以保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,四沖程直列四缸發(fā)動機的發(fā)火次序:發(fā)火間隔角應為720/4 = 180。其曲拐布置如圖2 -53所示，4個曲拐布置在同一平面內。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即1-3-4-2或
10、1 -2 -4-3，它們的工作循環(huán)分別如表2-2和表2-3所示。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2 - 53直列四缸發(fā)動機的曲拐布置,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,表2 -2發(fā)火次序為1-3-4-2的四缸發(fā)動機的工作循環(huán),2.4曲軸飛輪組,趙建勇,表2-3發(fā)火次序為1-2-4-3的四缸發(fā)動機的工作循環(huán),2.4曲軸飛輪組,趙建勇,四沖程直列六缸發(fā)動機的發(fā)火次序:因缸數i=6，所以發(fā)火間隔角應為720/6 =120。這種曲拐布置如圖2-54所示，6個曲拐分別布置在3個平面內，各平面夾角均為120曲拐的具體布置有兩種方案:第一種發(fā)火次序是:1-5-3-6-2-4，這種方案應用比較普遍，國產汽車的六缸發(fā)動機
11、的發(fā)火次序都用這種，其工作循環(huán)在表2 -4中列出;另一種發(fā)火次序是:1 -4 -2 -6 -3 -5。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-54直列六缸發(fā)動機的曲拐布置,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,表2-4發(fā)火次序為1-5-3-6-2-4的六缸發(fā)動機的工作循環(huán),2.4曲軸飛輪組,趙建勇,四沖程V型八缸發(fā)動機的發(fā)火次序:缸數i=8，所以發(fā)火間隔角應為720/8 =90。V型發(fā)動機左右兩列中相對應的一對連桿共用一個曲拐，所以V型八缸發(fā)動機只有4個曲拐，其布置可以與其四缸發(fā)動機一樣，4個曲拐布置在一個平面內，也可以布置在兩個互相垂直的平面內，發(fā)火次序一般為:1-8 -4-3-6-5-7-2(見表2-5)。
12、,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,表2-5發(fā)火次序為1-8-4-3-6-5-7-2的八缸發(fā)動機的工作循環(huán),2.4曲軸飛輪組,趙建勇,(2)飛輪 飛輪是一個轉動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在做功行程中傳輸給曲軸的功的一部分儲存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構越過上、下止點，保證曲軸的旋轉角速度和輸出轉矩盡可能均勻平穩(wěn)，并使發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷。此外，在結構上飛輪又往往用做汽車傳動系統(tǒng)中摩擦離合器的驅動件。 為了保證有足夠的轉動慣量，并盡可能減小飛輪的質量，應使飛輪的大部分質量都集中在輪緣上，因而輪緣通常做得寬而厚。 飛輪多采用灰鑄鐵制造，當輪緣的圓周速度超過50
13、 m/s時，要采用強度較高的球鐵或鑄鋼制造。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,飛輪外緣上壓有一個齒環(huán)，可與起動機的驅動齒輪嚙合，供起動發(fā)動機用。飛輪上通?？逃械谝桓装l(fā)火定時記號，以便校準發(fā)火時間。如圖2 - 55所示，解放CA6102型發(fā)動機的正時記號是“上止點/1-6，當這個記號與飛輪殼上的刻線對正時，即表示1-6缸的活塞處在上止點位置。 多缸發(fā)動機的飛輪應與曲軸一起進行平衡，否則在旋轉時因質量不平衡而產生的離心力，將引起發(fā)動機振動并加速主軸承的磨損。為了在拆裝時不破壞它們的平衡狀態(tài)，飛輪與曲軸之間應有嚴格的相對位置，通常用定位銷或不對稱布置螺栓予以保證。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-55
14、發(fā)動機發(fā)火定時識號,1-離合器外亮的記號; 2-觀察孔蓋板;3一飛輪上的記號,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,(3)曲軸扭轉減振器 曲軸是一個扭轉彈性系統(tǒng)，本身具有一定的自振頻率。在發(fā)動機工作過程中，經連桿傳給曲柄銷的作用力的大小和方向都是周期性變化的，這種周期性變化的激振力作用在曲拐上，引起曲拐回轉的瞬時角速度也呈周期性變化。由于固裝在曲軸上的飛輪轉動慣量大，其角速度基本上可看做是均勻的。這樣，曲拐便會忽而比飛輪轉得快，忽而又比飛輪轉得慢，形成相對于飛輪的扭轉擺轉，也就是曲軸的扭轉振動。當激力頻率與曲軸自振頻率成整數倍時，曲軸扭轉振動便因共振而加劇。這將使發(fā)動機功率受到損失，定時齒輪或鏈條磨
15、損增加，嚴重時甚至將曲軸扭斷。為了消減曲軸的扭轉振動，有的發(fā)動機在曲軸前端裝有扭轉減振器。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2 - 56所示為發(fā)動機曲軸上裝的橡膠摩擦式扭轉減振器。轉動慣量較大的慣性盤用一層橡膠墊和由薄鋼片沖壓制成的圓盤相連。圓盤和慣性盤都同橡膠墊板硫化黏結。圓盤的毅部用螺栓固裝于曲軸前端的風扇帶輪上。當曲軸發(fā)動機扭轉振動時，曲軸前端的角振幅最大，而且通過帶輪輪毅帶動圓盤一起振動。慣性盤則因轉動慣量較大而實際上相當于一個小型的飛輪，其轉動角速度也比圓盤均勻得多。這樣，慣性盤就同圓盤有了相對角振動，從而使橡膠墊產生正反方向交替變化的扭轉變形。這時，由于橡膠墊變形而產生的橡膠內部的分子
16、摩擦，消耗扭轉振動能量，整個曲軸的扭轉振幅將減小，從而避免在常用的轉速內出現共振。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-56橡膠摩擦式扭轉減振器,1-曲軸前端;2-帶輪輪毅;3-減振器圓盤; 4-橡膠華;5-慣性盤;6-帶輪,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,(4)主軸承 主軸承(俗稱大瓦)，裝于主軸承座孔中，將曲軸支承在發(fā)動機的機體上。主軸承的結構與連桿軸承相同，如圖2-57所示。為了向連桿軸承輸送機油，在主軸承上都開有周向油槽和通油孔。有些負荷不大的發(fā)動機，為了通用化起見，上、下兩半軸瓦上都制有油槽，有些發(fā)動機只在上軸瓦開有油槽和通油孔，而負荷較重的下軸瓦不開油槽。同時，在相應的主軸頸上開有徑向通孔，這樣，主軸承便能不間斷地向連桿軸承供給機油。注意:后一種主軸瓦的上、下片不能互換，否則主軸承的來油通道將被堵塞。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-57主鈾承的結構,1-凸肩;2-油槽;3-鋼質薄壁;4-基層;5-鎳涂層;6-磨耗層; 7-油孔;8-眷偽,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,謝謝觀賞！,趙建勇,
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