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1、柴油發(fā)動機 構(gòu)造與維修,主編：徐西安 主講：趙建勇,北京理工大學(xué)出版社,先做人 后做事,趙建勇,2.4.1曲軸飛輪組的構(gòu)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(shù)量取決于發(fā)動機的結(jié)構(gòu)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(fēng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)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(shù)取決于汽缸的數(shù)目和排列方式，即直列式

3、發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于汽缸數(shù);而V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)則等于汽缸數(shù)的一半。 按照曲軸的主軸頸數(shù)，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(shè)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(shù)(包括曲軸前端的和后端的主軸頸)比汽缸數(shù)多一個;V型發(fā)動機的全支承曲軸的主軸頸總數(shù)比汽缸數(shù)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(yù);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(yīng)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(jīng)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(fù)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(fù)慣性力和離心力及其產(chǎn)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(chǎn)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(shè)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(shè)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(shè)置4塊平衡重，六缸發(fā)動機可設(shè)置4塊、6塊、8塊平衡重，甚至在所有曲柄下均設(shè)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(qū)動配氣凸輪軸的定時齒輪、驅(qū)動風(fēng)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(zhuǎn)。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(yīng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu),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(jīng)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(gòu)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(yīng)允許它能自由伸長，所以曲軸上只能有一處設(shè)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(yīng)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(shù)、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(yīng)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(xiàn)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(yīng)力求均勻，也就是說，在發(fā)動機完成一個循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個汽缸都應(yīng)發(fā)火做功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間(以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角)應(yīng)力求均勻。對缸數(shù)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(zhuǎn)720/i 時，就應(yīng)有一缸做功，以保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)。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(shù)i=6，所以發(fā)火間隔角應(yīng)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(nèi)，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(yīng)用比較普遍，國產(chǎn)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(shù)i=8，所以發(fā)火間隔角應(yīng)為720/8 =90。V型發(fā)動機左右兩列中相對應(yīng)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(nèi)，也可以布置在兩個互相垂直的平面內(nèi)，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(zhuǎn)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(gòu)越過上、下止點，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上飛輪又往往用做汽車傳動系統(tǒng)中摩擦離合器的驅(qū)動件。 為了保證有足夠的轉(zhuǎn)動慣量，并盡可能減小飛輪的質(zhì)量，應(yīng)使飛輪的大部分質(zhì)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(dāng)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(qū)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(zhǔn)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(dāng)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(yīng)與曲軸一起進行平衡，否則在旋轉(zhuǎn)時因質(zhì)量不平衡而產(chǎn)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(yīng)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(zhuǎn)減振器 曲軸是一個扭轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)得快，忽而又比飛輪轉(zhuǎn)得慢，形成相對于飛輪的扭轉(zhuǎn)擺轉(zhuǎn)，也就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)激力頻率與曲軸自振頻率成整數(shù)倍時，曲軸扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)振動，有的發(fā)動機在曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)減振器。轉(zhuǎn)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(jié)。圓盤的毅部用螺栓固裝于曲軸前端的風(fēng)扇帶輪上。當(dāng)曲軸發(fā)動機扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動慣量較大而實際上相當(dāng)于一個小型的飛輪，其轉(zhuǎn)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(chǎn)生正反方向交替變化的扭轉(zhuǎn)變形。這時，由于橡膠墊變形而產(chǎn)生的橡膠內(nèi)部的分子

16、摩擦，消耗扭轉(zhuǎn)振動能量，整個曲軸的扭轉(zhuǎn)振幅將減小，從而避免在常用的轉(zhuǎn)速內(nèi)出現(xiàn)共振。,2.4曲軸飛輪組,趙建勇,圖2-56橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu),1-凸肩;2-油槽;3-鋼質(zhì)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,