1、起动爪
第四节 曲轴飞轮组
2、起动爪锁紧垫圈 3、扭转减震器 4、带轮 5、挡油片 6、定时齿轮
7、半圆键 8、曲轴 9、主轴承上下轴瓦 10、中间轴瓦 11、止推片
12、螺柱
13、润滑脂嘴
14、螺母
15、齿环 16、圆柱销
17、一、六气缸活塞处在上止点
时的记号(钢球)
图 2-44 桑塔纳 2000时代超人轿车
AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图
曲轴带轮
曲轴正时
齿形带轮
曲轴链轮
(驱动油泵)
止推片
主轴承下轴瓦
转速传感器
脉冲轮
飞轮
飞轮齿圈
曲轴正时
齿形带轮
凸轮轴正时
齿形带轮
正时齿形带
水泵齿形带轮 张紧轮
1、作用, 将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴转矩输出给汽车传动系;
驱动配气机构和其他辅助装置。,.,
2、工作条件,
3、要求,
( 3)旋转惯性力系达到良好的平衡( 离心力合力及其合力矩为零
时称为 完全平衡,亦称 动平衡 )。,.,
4、材料及工艺, ( 1)多采用 优质中碳钢 或 中碳合金钢 如铬镍钢( 18CrNi5)、
铬铝钢( 34CrAl16) 模锻 而成,其主轴颈和曲柄销工作表面
均需 高频淬火 或 氮化,再经过 精磨 ;其轴颈圆角过渡处不经
淬火,采用 滚压强化 工艺,以提高疲劳强度。优点是 机械疲
劳强度高, 轴颈直径可以较细, 发动机结构紧凑,但表面加
工质量要求高,否则,容易引起应力集中 。,.,
一、曲轴
承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、离心力以及由此产
生的扭矩、弯矩的共同作用。,.,
( 1)足够的刚度、疲劳强度和冲击韧性;,.,
( 2)各工作表面润滑良好、耐磨;,.,
( 2)过去,国产的许多发动机采用高强度的 稀土球墨铸铁铸造
曲轴,优点是 制造成本低, 铸铁比钢的耐磨性, 抗扭振性好,
但 发动机体积庞大 。
5,曲轴的 基本组成,
6、曲轴的结构特点,
3)曲轴后端 6(功率输出端)。,.,
7、曲轴的基本分类,
3) V型 发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。,.,图 2-45 整体式曲轴
可分为 整体式 曲轴和 组合式 曲轴。,.,
图 2-46
组合式曲轴
( 6135柴油机)
1)曲轴前端 3(自由端); …
3-前端轴
左、右 主轴颈 1...组成的 曲拐 ;,.,
2-连杆轴颈(曲柄销)
2)若干个由 曲柄销 2,..,
左、右 曲柄 5...(包括 平衡块 4),..,
1-主轴颈
4-平衡块 5-曲柄
6-后端凸缘
1)曲轴的 曲拐数 取决于 气缸的数目和排
列形式 ;,.,
2) 直列式 发动机曲轴的曲拐数等于气缸数;
5-定位螺栓
1,3-滚动轴承 2-连接螺栓
4-曲柄
为减轻质量和离心力(为保证刚度
要求,轴颈直径较粗),有时将曲
柄销和主轴颈做成空心的,可兼做
润滑油道。,.,
第一道主轴颈之前的部分
(图 2-47)。装有驱动其他装置
的机件(正时齿轮 4,..,
图 2-47 曲轴前端结构
止推垫片
(驱动风
扇和水泵)
带轮
起动爪
油封
甩油盘
正时齿轮
滑动推
力轴承
( 1)整体式 曲轴刚性好,现代汽车发动机多采用 模锻 而成的 中碳钢 或 中碳合
金钢 整体式曲轴,以追求汽车发动机 结构紧凑 。,.,
( 2)组合式曲轴用于 稀土球墨铸铁铸造 的曲轴,特点是 制造成本低, 便于系列化 。
(a)全支承曲轴,
在相邻曲拐之间都设置一个主轴颈 。,.,
优点是 曲轴刚性好, 不易弯曲,缺
点是 缸心距加大, 机体加长, 制造
成本增加 。柴油机多用 全支承曲
轴。,.,
(b)非全支承曲轴,
多用于中小功率的汽油机。,.,
(4)曲轴前端,
扭转减振器等。
带轮 7 ),.,
及起动爪 8,..,止推垫片 3,..,
甩油盘 5,..,油封 6,..,
回油螺纹的螺旋方向应为右旋,
当曲轴旋转时,机油也被带动旋转,
因为机油有粘性,所以受到机体后盖
孔壁的摩擦阻力 Fr。 … 图 2-49 回油螺纹的
封油原理
8-主轴承盖
(5)曲轴后端,
最后一道主轴颈之后的部分。一般
在其后端为安装飞轮的法兰盘。,.,
曲轴前、后端的封油原理,
常用的防漏装置有 甩油盘, 填料
油封, 自紧油封 和 回油螺纹 等。一般
发动机都采用复合式防漏装置,由甩
油盘与其它一至二种防漏装置组成。,.,
曲轴前端甩油盘的外斜面应朝外,
当被齿轮挤出和甩出的润滑油落到甩
油盘上时,沿壁面流回油底壳中。 …
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,顺着螺纹槽道流回机
油盘。
图 2-48
曲轴后端的
结构( 6100)
1-轴承座(曲
轴箱体),.,
2-甩油盘,.,
3-回油螺纹,.,
4-飞轮,.,
5-飞轮螺栓、螺母
6-曲轴凸缘盘,.,
7-填料油封,.,
轴向(推力)轴承用于 限制曲轴的轴向窜动 (发动机工作时,曲轴常受到离
合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势),保证曲柄连杆机构各零件
正确的相对位置。 但曲轴受热膨胀时,又应允许其自由伸长,故曲轴上的轴向定
位装置必须有,但只能设于一处,通常设在中间主轴承处。现代汽车发动机常将
径向轴承和推力轴承合而为一,制成翻边滑动轴承。
图 2-50 多层推力轴承
1-凸肩 2-油槽 3-钢质薄壁
4-基层 5-镍涂层 6-磨耗层
7-油孔 8-卷边
(6)曲轴主轴承, 曲轴轴承按其承载方向可分为 径向轴承 和 轴向(推力)轴承 。,.,
径向轴承用于 支承曲轴,一般用 滑动轴承,即上、下两半轴瓦,少数大功率
柴油机用 滚动轴承 (与球墨铸铁铸成的组合式曲轴对应)。,.,
平面曲拐,相邻曲拐两两相对(图 2-51),发火顺序是 1????????或
1?2?4?3?1,发火间隔角等于 720o/ 4=180o。
图 2-51 直列四缸发动机曲拐布置
(7)多缸发动机曲拐布置和发火顺序,曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决
于 气缸数, 气缸排列形式 和各缸的作功行程交替顺序( 发火顺序 )。,.,
发火顺序的要求, (a)发动机每完成一个循环,各缸都应发火一次,且 各缸
作功间隔应均匀,即发火间隔角应等于 720o/ I;..,
(b)应使 连续作功的两缸相距尽可能远,避免相邻两缸发生进
气重叠现象,同时降低主轴承负荷。,.,直列四缸发动机,
空间曲拐,各平面曲拐成 120° 夹角,发火间隔角是 720/
6=120 ° (图 2-52),发火顺序是 1?5 ? 3 ? 6 ? 2 ? 4
? 1或 1 ? 4 ? 2 ? 6 ? 3 ? 5 ?1。
图 2-52 直列六缸发动机的曲拐布置
直列六缸发动机,
表 2-3 直列六缸机工作循环表
(发火顺序,1-5-3-6-2-4-1)
空间曲拐,各平面曲拐成 90° 夹角,发火间隔角是 720/ 8=90 ° (图 2-53),
发火顺序是 1?8?4?3?6?5?7?2?1。
图 2-53 V型八缸发动机的曲拐布置
V型八缸发动机,
但曲轴的局部(即 内部 )却受到较大的弯曲力矩,过大会使 主轴承过载,振
动加剧 。因此,四缸机 一般在 曲柄的反方向上 设置平衡重,通常采用 四块平
衡重,以免曲轴 转动惯量过大,容易发生 共振,降低发动机 最高工作转速 。
六缸机通常采用 八块平衡重,方案较多。
( a





(b






图 2-54 直列四缸机平衡重作用示意图
(8)曲轴平衡重布置,
平衡重一般 用于平衡发动机不平衡的离心力及离心力矩,有时也被用于部
分平衡往复惯性力 。,.,
对于汽车发动机常用的 直列四缸机, 六缸机, 从整体上看,旋转惯性力系
和一阶往复惯性力系已得到完全平衡 (由于 曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主
轴颈成镜面对称,惯性力合力及其合力矩均为零)(六缸机二阶往复惯性力系
也已得到完全平衡,但四缸机的二阶往复惯性力系惯性力合力不为零),..,
二、曲轴扭转减振器
曲轴转动惯量愈大,自振频率愈低,愈易发生 共振,曲轴 扭转
振幅极大, 破坏配气相位的准确性,产生 冲击噪声,甚至导致曲
轴因扭转变形过大而 断裂 。,.,
曲轴是一种 扭转弹性系统,连杆作用于曲柄销上的力呈周期
性变化,使曲轴 转速忽快忽慢,造成曲轴的 扭转振动 。,.,
因此,对 曲轴刚度较小, 转动惯量较大, 缸数多 及 转速高 的
发动机,一般在曲轴前端装有 曲轴扭转减振器,此处扭转振幅最
大。
惯性盘 5与圆盘 3有了相对角振动,橡胶
垫 4的扭转变形消耗了扭转振动能量,振
幅减小。
图 2-55 8V100型发动机 橡胶式扭转减振器
6-带盘
1、摩擦式扭转减振器 (汽车发动机),
其工作原理是使曲轴扭转振动能量逐渐消耗于减振器内的
摩擦,从而使振幅逐渐减小。可分为,
( a) 橡胶式扭转减振器 (图 2-55)
转动惯量较大的惯性盘 5与薄钢片制
成的减振器圆盘 3都同橡胶垫 4硫化粘结,
减振器圆盘 3毂部用螺栓固装于曲轴前端
的风扇带轮 6上,后者与曲轴前端螺栓固
紧,因此,圆盘 3与带轮、曲轴同步转动,
1-曲轴前端 2-带轮毂 3-减振器圆盘
4-橡胶垫 5-惯性盘
橡胶减振器的主要优点是结构简单、
质量小、工作可靠,但橡胶对曲轴扭转振
动的衰减作用不够强,而且,橡胶易因摩
擦生热而容易老化。,.,
两个惯性盘 1松套在风扇带轮 6的轮毂
上(之间有衬套),轴向上在带轮与平衡
重 4之间,可轴向移动,但不能相对转动 。
2
图 2-56干摩擦式扭转减振器
1-惯性盘 2-弹簧 3-曲轴
4-平衡重 5-摩擦片 6-带轮
( b)干摩擦式扭转减振器 (图 2-56),
这样,当曲轴带动带轮、平衡重发
生扭转振动时,由于 惯性盘、带轮、平
衡重与摩擦片之间的摩擦消耗了曲轴扭
转振动的能量,振幅减小。
在带轮 6与一惯性盘之间以及平衡重 4
与另一惯性盘之间各有一摩擦片 5。装在
两个惯性盘之间的弹簧 2使惯性盘压紧摩
擦片。
( c)硅油 -橡胶式扭转减振器 (图 2-57),
该减振器结构紧凑(质量和容积均较
小)、减振性能良好。
减振体 2浮动地装在密封外客 1中,两
者之间间隙很小( 0.5~0.7mm),其中充满
高粘度的有机硅油。当曲轴发生扭转振动
时,带着外壳 1一起振动,而转动惯量较大
的减振体 2基本上是匀速转动,于是两者之
间发生相对滑动,使硅油受剪切,摩擦生
热而消耗振动的能量,从而减小了扭转振
幅。显然,摩擦使硅温度升高,粘度下降,
对曲轴的扭振衰减作用减弱。
图 2-57 150系列车用柴油机
粘液摩擦式扭转减振器
1-密封外壳 2-减振体 3-衬套
4-侧盖 5-注油螺塞孔
三、飞轮
1、作用,( 1) 储存动能,克服阻力使发动机的工作循环周而复始,使曲轴转
速均匀,并使发动机具有短时间超载的能力;
( 2) 驱动其它辅助装置;
( 3) 传递扭矩给汽车传动系,是离合器的驱动件;
( 4) 飞轮上正时刻度记号作为配气机构、供油系统(柴油机)、点
火系统(汽油机) 正时调整角度用 。
2、要求, 质量尽可能小的前提下具有足够
的转动惯量,因而轮缘通常做得宽而厚 。
3、材料、工艺、结构特点,
( 1)一般用 灰铸铁,当轮缘速度超过 50
米 /秒时要采用 球铁或铸钢 。
( 2)飞轮外缘上的 齿圈是热压配的,齿
圈磨损失效后可以更换,但拆装齿圈时应
注意加热后进行。
( 3)多缸发动机的 飞轮应与曲轴一起进
行动平衡校准 。为了拆装时不破坏它们的
平衡状态,飞 轮与曲轴之间的连接螺栓应
不对称布置 。 图 2-58 发动机发火定时记号 1-离合器外壳的记号 2-观察孔盖板
3-飞轮上的记号