第二章-曲柄连杆机构4节-曲轴飞轮组

1、1、起动爪、起动爪2、起动爪锁紧垫圈、起动爪锁紧垫圈3、扭转减震器、扭转减震器4、带轮、带轮5、挡油片、挡油片6、定时齿轮、定时齿轮7、半圆键、半圆键8、曲轴、曲轴9、主轴承上下轴瓦、主轴承上下轴瓦10、中间轴瓦、中间轴瓦11、止推片、止推片12、螺柱、螺柱13、润滑脂嘴、润滑脂嘴14、螺母、螺母15、齿环、齿环16、圆柱销、圆柱销17、一、六气缸活塞处在上止点、一、六气缸活塞处在上止点时的记号（钢球）时的记号（钢球）图图2-44 桑塔纳桑塔纳2000时代超人轿车时代超人轿车AJR发动机曲轴飞轮组零件分解图发动机曲轴飞轮组零件分解图曲轴带轮曲轴带轮曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮曲轴链轮曲轴链

2、轮（驱动油泵）（驱动油泵）止推片止推片主轴承下轴瓦主轴承下轴瓦转速传感器转速传感器脉冲轮脉冲轮飞轮飞轮飞轮齿圈飞轮齿圈曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮正时齿形带正时齿形带水泵齿形带轮水泵齿形带轮张紧轮张紧轮1、作用、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；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。驱动配气机构和其他辅助装置。.2、工作条件、工作条件：3、要求、要求：（3）旋转惯性力系达到良好的平衡（）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离心力合力及其合力矩为零 时称为时称为完

3、全平衡完全平衡，亦称，亦称动平衡动平衡）。）。.4、材料及工艺、材料及工艺：（1）多采用）多采用优质中碳钢优质中碳钢或或中碳合金钢中碳合金钢如铬镍钢（如铬镍钢（18CrNi5）、）、铬铝钢（铬铝钢（34CrAl16）模锻模锻而成，其主轴颈和曲柄销工作表面而成，其主轴颈和曲柄销工作表面均需均需高频淬火高频淬火或或氮化氮化，再经过，再经过精磨精磨；其轴颈圆角过渡处不经；其轴颈圆角过渡处不经淬火，采用淬火，采用滚压强化滚压强化工艺，以提高疲劳强度。优点是工艺，以提高疲劳强度。优点是机械疲机械疲劳强度高劳强度高，轴颈直径可以较细轴颈直径可以较细，发动机结构紧凑发动机结构紧凑，但表面加，但表面加工质量要

4、求高，否则，工质量要求高，否则，容易引起应力集中容易引起应力集中。.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。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；）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；）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）过去，国产的许多发动机采用高强度的稀土球墨铸铁铸造稀土球墨铸铁铸造曲轴，优点是曲轴，优点是制造成本低制造成本低，铸铁比钢的耐磨性铸铁比钢的耐磨性、抗扭振性好抗扭振性好，但但发动机体积庞大发动

5、机体积庞大。5、曲轴的曲轴的基本组成基本组成：6、曲轴的结构特点、曲轴的结构特点： 3）曲轴后端）曲轴后端 6（功率输出端）。（功率输出端）。.7、曲轴的基本分类、曲轴的基本分类：3）V型型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。.图图2-45 整体式曲轴整体式曲轴可分为可分为整体式整体式曲轴和曲轴和组合式组合式曲轴。曲轴。.图图2-46组合式曲轴组合式曲轴（6135柴油机）柴油机）1）曲轴前端）曲轴前端3（自由端）；（自由端）；3-前端轴前端轴左、右左、右主轴颈主轴颈1.组成的组成的曲拐曲拐；.2-连杆轴颈（曲柄销）连杆轴颈（曲柄销）2）若干个由）若干个由曲柄

6、销曲柄销2、.左、右左、右曲柄曲柄5.（包括（包括平衡块平衡块4）、）、.1-主轴颈主轴颈4-平衡块平衡块5-曲柄曲柄6-后端凸缘后端凸缘1）曲轴的）曲轴的曲拐数曲拐数取决于取决于气缸的数目和排气缸的数目和排 列形式列形式；.2）直列式直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；5-定位螺栓定位螺栓1、3-滚动轴承滚动轴承2-连接螺栓连接螺栓4-曲柄曲柄为减轻质量和离心力（为保证刚度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，可兼做柄销和主轴颈做成空心的，可兼做润滑油道。润滑油道。. 第一道主轴颈之前的

7、部分第一道主轴颈之前的部分（图（图2-47）。装有驱动其他装置）。装有驱动其他装置的机件（正时齿轮的机件（正时齿轮4、.图图2-47 曲轴前端结构曲轴前端结构止推垫片止推垫片（驱动风（驱动风扇和水泵）扇和水泵）带轮带轮起动爪起动爪油封油封甩油盘甩油盘正时齿轮正时齿轮滑动推滑动推力轴承力轴承（1）整体式）整体式曲轴刚性好曲轴刚性好，现代汽车发动机多采用，现代汽车发动机多采用模锻模锻而成的而成的中碳钢中碳钢或或中碳合中碳合金钢金钢整体式曲轴，以追求汽车发动机整体式曲轴，以追求汽车发动机结构紧凑结构紧凑。.（2）组合式曲轴用于）组合式曲轴用于稀土球墨铸铁铸造稀土球墨铸铁铸造的曲轴，特点是的曲轴，特点

8、是制造成本低制造成本低，便于系列化便于系列化。. (a)全支承曲轴全支承曲轴:在相邻曲拐之间都设置一个主轴颈在相邻曲拐之间都设置一个主轴颈。.优点是优点是曲轴刚性好曲轴刚性好，不易弯曲不易弯曲，缺，缺点是点是缸心距加大缸心距加大，机体加长机体加长，制造制造成本增加成本增加。柴油机多用。柴油机多用全支承曲全支承曲轴。轴。.(b)非全支承曲轴非全支承曲轴:多用于中小功率的汽油机。多用于中小功率的汽油机。.(4)曲轴前端曲轴前端：扭转减振器等。扭转减振器等。带轮带轮7 ）.及起动爪及起动爪8、. 止推垫片止推垫片3、.甩油盘甩油盘5、. 油封油封6、. 回油螺纹的螺旋方向应为右旋，回油螺纹的螺旋方向

9、应为右旋，当曲轴旋转时，机油也被带动旋转，当曲轴旋转时，机油也被带动旋转，因为机油有粘性，所以受到机体后盖因为机油有粘性，所以受到机体后盖孔壁的摩擦阻力孔壁的摩擦阻力Fr。 图图2-49回油螺纹的回油螺纹的封油原理封油原理8-主轴承盖主轴承盖(5)曲轴后端曲轴后端： 最后一道主轴颈之后的部分。一般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。在其后端为安装飞轮的法兰盘。.曲轴前、后端的封油原理曲轴前、后端的封油原理： 常用的防漏装置有常用的防漏装置有甩油盘甩油盘、填料填料油封油封、自紧油封自紧油封和和回油螺纹回油螺纹等。一般等。一般发动机都采用复合式防漏装置，由甩发动机都采用复合式

10、防漏装置，由甩油盘与其它一至二种防漏装置组成。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，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。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可分解为平行于螺纹的分力Fr1和垂直于螺纹的分力和垂直于螺纹的分力Fr2。机油在。机油在Fr1的作用下，顺着螺纹槽道流回机的作用下，顺着螺纹槽道流回机油盘。油盘。图图2-48曲轴后端的曲轴后端的结构（结构（6100）1-轴承座（曲轴轴承座（曲轴箱体）箱体）.2-甩油盘甩油盘.3-回油螺纹回油螺纹.4-飞

11、轮飞轮.5-飞轮螺栓、螺母飞轮螺栓、螺母6-曲轴凸缘盘曲轴凸缘盘.7-填料油封填料油封. 轴向（推力）轴承用于轴向（推力）轴承用于限制曲轴的轴向窜动限制曲轴的轴向窜动（发动机工作时，曲轴常受到离（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。正确的相对位置。但曲轴受热膨胀时，又应允许其自由伸长但曲轴受热膨胀时，又应允许其自由伸长，故曲轴上的轴向定，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位装置必须有，但只能设于一处

12、，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。径向轴承和推力轴承合而为一，制成翻边滑动轴承。图图2-50 多层推力轴承多层推力轴承1-凸肩凸肩 2-油槽油槽 3-钢质薄壁钢质薄壁 4-基层基层 5-镍涂层镍涂层 6-磨耗层磨耗层 7-油孔油孔 8-卷边卷边(6)曲轴主轴承曲轴主轴承：曲轴轴承按其承载方向可分为曲轴轴承按其承载方向可分为径向轴承径向轴承和和轴向（推力）轴承轴向（推力）轴承。. 径向轴承用于径向轴承用于支承曲轴支承曲轴，一般用，一般用滑动轴承滑动轴承，即上、下两半轴瓦，少数大功率，即上、下两半轴瓦，少数大功率柴油机用柴油机用滚动轴承滚动轴承

13、（与球墨铸铁铸成的组合式曲轴对应）。（与球墨铸铁铸成的组合式曲轴对应）。. 平面曲拐平面曲拐，相邻曲拐两两相对（图，相邻曲拐两两相对（图2-51），发火顺序是），发火顺序是1或或12431，发火间隔角等于发火间隔角等于720/ 4=180。图图2-51 直列四缸发动机曲拐布置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：曲轴的形状和各曲拐的相对位置取决于于气缸数气缸数、气缸排列形式气缸排列形式和各缸的作功行程交替顺序（和各缸的作功行程交替顺序（发火顺序发火顺序）。）。.发火顺序的要求发火顺序的要求：(a)发动机每完成一个

14、循环，各缸都应发火一次，且发动机每完成一个循环，各缸都应发火一次，且各缸各缸作功间隔应均匀作功间隔应均匀，即发火间隔角应等于，即发火间隔角应等于720/ I;.(b)应使应使连续作功的两缸相距尽可能远连续作功的两缸相距尽可能远 ，避免相邻两缸发生进，避免相邻两缸发生进气重叠现象，同时降低主轴承负荷。气重叠现象，同时降低主轴承负荷。.直列四缸发动机直列四缸发动机：空间曲拐空间曲拐，各平面曲拐成，各平面曲拐成120夹角，夹角，发火间隔角是发火间隔角是720/ 6=120 （图（图2-52），发火顺序是），发火顺序是15 3 6 2 4 1或或1 4 2 6 3 5 1。图图2-52 直列六缸发动机

15、的曲拐布置直列六缸发动机的曲拐布置直列六缸发动机直列六缸发动机：表表2-3 直列六缸机工作循环表直列六缸机工作循环表（发火顺序：（发火顺序：1-5-3-6-2-4-1）空间曲拐空间曲拐，各平面曲拐成，各平面曲拐成90夹角，夹角，发火间隔角是发火间隔角是720/ 8=90 （图（图2-53），），发火顺序是发火顺序是184365721。图图2-53 V型八缸发动机的曲拐布置型八缸发动机的曲拐布置V型八缸发动机型八缸发动机：但曲轴的局部（即但曲轴的局部（即内部内部）却受到较大的弯曲力矩，过大会使）却受到较大的弯曲力矩，过大会使主轴承过载，振主轴承过载，振动加剧动加剧。因此，。因此，四缸机四缸机一般

16、在一般在曲柄的反方向上曲柄的反方向上设置平衡重，通常采用设置平衡重，通常采用四块平四块平衡重衡重，以免曲轴，以免曲轴转动惯量过大转动惯量过大，容易发生，容易发生共振共振，降低发动机，降低发动机最高工作转速最高工作转速。六缸机通常采用六缸机通常采用八块平衡重八块平衡重，方案较多。，方案较多。（ a ）受力分析）受力分析（b）平衡重布置）平衡重布置图图2-54 直列四缸机平衡重作用示意图直列四缸机平衡重作用示意图(8)曲轴平衡重布置曲轴平衡重布置： 平衡重一般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分平衡

17、往复惯性力。. 对于汽车发动机常用的对于汽车发动机常用的直列四缸机直列四缸机、六缸机六缸机，从整体上看，旋转惯性力系从整体上看，旋转惯性力系和一阶往复惯性力系已得到完全平衡和一阶往复惯性力系已得到完全平衡（由于（由于曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主轴颈成镜面对称轴颈成镜面对称，惯性力合力及其合力矩均为零）（六缸机二阶往复惯性力系，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），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），. 曲轴转动惯量愈大，自振频率愈低，愈易发生曲轴转动惯量愈大

18、，自振频率愈低，愈易发生共振共振，曲轴，曲轴扭转扭转振幅极大振幅极大，破坏配气相位的准确性破坏配气相位的准确性，产生，产生冲击噪声冲击噪声，甚至导致曲，甚至导致曲轴因扭转变形过大而轴因扭转变形过大而断裂断裂。. 曲轴是一种曲轴是一种扭转弹性系统扭转弹性系统，连杆作用于曲柄销上的力呈周期，连杆作用于曲柄销上的力呈周期性变化，使曲轴性变化，使曲轴转速忽快忽慢转速忽快忽慢，造成曲轴的，造成曲轴的扭转振动扭转振动。. 因此，对因此，对曲轴刚度较小曲轴刚度较小、转动惯量较大转动惯量较大、缸数多缸数多及及转速高转速高的的发动机，一般在曲轴前端装有发动机，一般在曲轴前端装有曲轴扭转减振器曲轴扭转减振器，此处

19、扭转振幅最，此处扭转振幅最大。大。惯性盘惯性盘5与圆盘与圆盘3有了相对角振动，橡胶有了相对角振动，橡胶垫垫4的扭转变形消耗了扭转振动能量，振的扭转变形消耗了扭转振动能量，振幅减小。幅减小。图图2-55 8V100型发动机型发动机橡胶式扭转减振器橡胶式扭转减振器6-带盘带盘1、摩擦式扭转减振器、摩擦式扭转减振器（汽车发动机）：（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：摩擦，从而使振幅逐渐减小。可分为：（a）橡胶式扭转减振器橡胶式扭转减振器（图（图2-55） 转动惯量较大的惯性盘转动惯量较

20、大的惯性盘5与薄钢片制与薄钢片制成的减振器圆盘成的减振器圆盘3都同橡胶垫都同橡胶垫4硫化粘结，硫化粘结，减振器圆盘减振器圆盘3毂部用螺栓固装于曲轴前端毂部用螺栓固装于曲轴前端的风扇带轮的风扇带轮6上，后者与曲轴前端螺栓固上，后者与曲轴前端螺栓固紧，因此，圆盘紧，因此，圆盘3与带轮、曲轴同步转动，与带轮、曲轴同步转动，1-曲轴前端曲轴前端2-带轮毂带轮毂3-减振器圆盘减振器圆盘4-橡胶垫橡胶垫5-惯性盘惯性盘 橡胶减振器的主要优点是结构简单、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，橡胶易因摩动的衰减作用不够

21、强，而且，橡胶易因摩擦生热而容易老化。擦生热而容易老化。. 两个惯性盘两个惯性盘1松套在风扇带轮松套在风扇带轮6的轮毂的轮毂上（之间有衬套），轴向上在带轮与平衡上（之间有衬套），轴向上在带轮与平衡重重4之间，之间，可轴向移动，但不能相对转动可轴向移动，但不能相对转动。2图图2-56干摩擦式扭转减振器干摩擦式扭转减振器 1-惯性盘惯性盘 2-弹簧弹簧 3-曲轴曲轴 4-平衡重平衡重 5-摩擦片摩擦片 6-带轮带轮（b）干摩擦式扭转减振器）干摩擦式扭转减振器（图（图2-56）: 这样，当曲轴带动带轮、平衡重发这样，当曲轴带动带轮、平衡重发生扭转振动时，由于生扭转振动时，由于惯性盘、带轮、平惯性盘、

22、带轮、平衡重与摩擦片之间的摩擦消耗了曲轴扭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。转振动的能量，振幅减小。 在带轮在带轮6与一惯性盘之间以及平衡重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与另一惯性盘之间各有一摩擦片5。装在。装在两个惯性盘之间的弹簧两个惯性盘之间的弹簧2使惯性盘压紧摩使惯性盘压紧摩擦片。擦片。（c）硅油）硅油-橡胶式扭转减振器橡胶式扭转减振器（图（图2-57）: 该减振器结构紧凑（质量和容积均较该减振器结构紧凑（质量和容积均较小）、减振性能良好。小）、减振性能良好。 减振体减振体2浮动地装在密封外客浮动地装在密封外客1中，两中，两者之间间隙很小（者之间间隙很小（0.50.7mm），其中充满），其中充满高粘度的有机硅油。当曲轴发生扭转振动高粘度的有机硅油。当曲轴发生扭转振动时，带着外壳时，带着外壳1一起振动，而转动惯量较大一起振动，而转动惯量较大的减振体的减振体2基本上是匀速转动，于是两者之基本上是匀速转动，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，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。对曲轴的扭振衰减作用减弱。图图2-57 150系列车用柴油机