如何拆卸曲轴飞轮组

一、情境描述

一辆北京现代悦动轿车，当发动机稳定运转时，一般无声响，当发动机转速突然变化时，发出沉闷连续的“镗、镗”金属敲击声，严重时发动机会产生很大振动。

二、相关知识

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、正时齿轮（正时带轮或正时链轮）、带轮及曲轴扭转减震器等组成，如图2.63所示。

图2.63　曲轴飞轮组

1—起动爪；2—扭转减震器；3—带轮；4—正时齿轮；5—齿圈；6—飞轮；7—曲轴

曲轴飞轮

1.曲轴的功用及工作条件

曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应充分。

2．曲轴的材料

曲轴一般由45钢、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。球墨铸铁价格便宜，耐磨性能好，轴颈无须硬化处理，同时金属消耗量少，机械加工量也少。为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，圆角处要经滚压处理。

3．曲轴的构造

曲轴一般由若干个单元曲拐构成，如图2.64所示。一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。单缸发动机的曲轴只有一个曲拐，多缸直列式发动机曲轴的曲拐数与气缸数相同，V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。将若干个单元曲拐按照一定的相位连接起来再加上曲轴前、后端便构成一根曲轴。多数发动机的曲轴，在其曲柄臂上装有平衡重。按单元曲拐连接方法的不同，曲轴可分为整体式和组合式两类。

图2.64　曲轴结构

曲轴

（1）前端轴指曲轴第一道主轴颈之前的部分，它用以安装正时齿轮（或正时齿形带轮、或链轮）、带轮等。在曲轴前端有油封装置，并装有扭转减震器。

（2）主轴颈是曲轴的支承部分。按曲轴主轴颈的数目不同，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。在每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈的曲轴称为全支承曲轴，否则为非全支承，如图2.65和图2.66所示。

图2.65　全支承曲轴

全、非支承曲轴

图2.66　非全支承曲轴

（3）连杆轴颈也叫曲柄销，是曲轴和连杆相连的部分。在直列式发动机上，连杆轴颈数与气缸数相同。在V型发动机上，1个连杆轴颈上安装2个连杆，故连杆轴颈数为气缸数的一半。

（4）曲柄是连接主轴颈和连杆轴颈的部分。

（5）曲轴平衡重用来平衡旋转惯性力及其力矩，以减轻主轴承负荷、发动机振动和噪声。

（6）平衡机构。在曲轴的曲柄上设置的平衡重只能平衡旋转惯性力及其力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡则需要采用专门的平衡机构，以提高乘坐的舒适性，降低发动机的噪声。

（7）曲轴后端是最后一道主轴颈之后的部分，有安装飞轮用的凸缘，也安装有油封装置。

4.曲轴的轴向定位

曲轴上只能有一处设置轴向定位装置，该装置可设在曲轴的前端、中间或后端。曲轴的轴向定位是通过止推装置实现的。止推装置有翻边轴瓦、止推环和止推片等多种形式。

5.曲拐的布置

各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐布置就只取决于发动机工作顺序。在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点：

（1）应该使接连做功的两个气缸相距尽可能远，以减小主轴承载荷及避免在进气行程中发生抢气现象。

（2）各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称为发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火做功一次。对于气缸数为i的四冲程发动机，其发火间隔角应为720˚/i，即曲轴每转720˚/i，就有一缸发火做功，以保证发动机运转平稳。

（3）V型发动机左右两列气缸应交替发火。

四冲程直列四缸发动机的发火间隔角为720˚/4＝180˚，4个曲拐在同一平面内，发动机工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循环如图2.67、表2.24和表2.25所示。

图2.67　直列四缸发动机

表2.24　工作顺序1-3-4-2

表2.25　工作顺序1-2-4-3

四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置：四行程直列六缸发动机发火间隔角为720˚/6=120˚，6个曲拐分别布置在三个平面内，工作顺序为1-5-3-6-2-4，其工作循环如图2.68和表2.26所示。

图2.68　直列六缸发动机

表2.26　工作顺序1-5-3-6-2-4

四冲程V型六缸发动机的发火间隔角仍为120˚，3个曲拐互成120˚，工作顺序为R1-L3-R3-L2-R2-L1。面对发动机的冷却风扇，右列气缸用R表示，由前向后气缸号分别为R1、R2、R3；左列气缸用L表示，气缸号分别为L1、L2和L3。其工作循环如图2.69和表2.27所示。

图2.69　V型六缸发动机

表2.27　工作顺序R1-L3-R3-L2-R2-L1

6.曲轴扭转减震器

功用：曲轴在周期性变化的转矩作用下会产生扭转振动。当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。共振时扭转振幅增大，并导致齿轮或链轮磨损加剧、功率下降，甚至使曲轴断裂。为消除或降低曲轴的扭转振动，一般在曲轴扭转振幅最大的前端装有扭转减震器。(www.xing528.com)

种类：现代汽车上常用的扭转减震器为摩擦式扭转减震器，其可分为橡胶扭转减震器、硅油扭转减震器以及硅油—橡胶扭转减震器等三大类。

7.曲轴前、后端密封

曲轴前端借助甩油盘和橡胶油封实现密封。发动机工作时，落在甩油盘上的机油在离心力的作用下被甩到定时传动室盖的内壁上，再沿壁面流回油底壳，即使有少量机油落到甩油盘前面的曲轴上，也会被装在定时传动室盖上的自紧式橡胶油封挡住。

曲轴后端的密封装置。由于近年来橡胶油封的耐油、耐热和耐老化性能的提高，在现代汽车发动机上曲轴后端的密封越来越多地采用与曲轴前端一样的自紧式橡胶油封。自紧式油封由金属保持架、氟橡胶密封环和拉紧弹簧构成。

8.飞轮

对于四行程发动机来说，每四个活塞行程做功一次，即只有做功行程做功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮，如图2.70所示。

图2.70　飞轮

飞轮

飞轮是转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在做功行程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太多。

除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。

飞轮记号：在飞轮轮缘上作有记号（刻线或销孔）供寻找压缩上止点用（四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点）。当飞轮上的记号与外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点，例如奥迪100飞轮上有数字“0”标记。

飞轮安装：飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置，通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。

三、任务实施

（一）任务实施环境

1.现场设备、工量具等准备（见表2.28）

表2.28　现场设备、工量具等准备

2.实训注意事项

（1）检查并核对主轴承盖标记。

（2）拆卸轴承盖，由两头向中间的顺序，分两次拧松。第三次可以用快速扳手转动螺栓。

（3）取出曲轴，垂直放置于工作台上的飞轮上，不能发生磕碰。

（4）安装飞轮时，齿圈上的标记与1缸连杆轴颈在同一个方向上。

（二）任务实施步骤（参考活塞环拆卸）

（1）M/T：拆卸飞轮。

（2）A/T：拆卸驱动盘。

（3）安装发动机到发动机的机架上以便分解。

（4）拆卸正时皮带（参考正时系统）。

（5）拆卸气缸盖（参考气缸盖总成）。

（6）拆卸油量标尺总成（A）。

（7）拆卸爆震传感器。

（8）拆卸油压传感器（A）。

（9）拆卸水泵。

（10）拆卸油底壳。

（11）拆卸机油滤网。拧下2个螺栓（C），拆卸集滤器（A）和衬垫（B）。

（12）拆卸连杆盖，检查油膜间隙。

（13）拆卸活塞和连杆总成。使用缸口铰刀，刮除气缸顶部所有的积炭。从气缸底部向气缸体顶部推活塞、连杆总成和上轴承。

（14）拆卸前壳。

（15）拆卸后油封壳。拧下5个螺栓（B），拆卸后油封壳（A）。

（16）拆卸曲轴轴承盖。

（17）将曲轴（A）从发动机中提出来，注意不要损坏轴颈。

备注：安装根据上述步骤的逆顺序即可。

四、拓展知识

平衡轴

平衡轴的作用：让发动机工作起来更加平稳、顺畅。

平衡轴技术是一项结构简单并且非常实用的发动机技术，它可以有效减缓整车振动，提高驾驶的舒适性，平衡轴结构如图2.71所示。也许有的消费者会问，为什么要在部分发动机里设计这个结构？要搞明白这一问题首先我们需要弄清一件事——“发动机振动原理”。

图2.71　平衡轴

当发动机处在工作状态时，活塞的运动速度非常快，而且速度很不均匀。当活塞位于上、下止点位置时，其速度为零，但在上、下止点中间位置时，其速度则达到最高。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动，因此必然会在活塞、活塞销和连杆上产生较大的惯性力。虽然连杆上的配重可以有效地平衡这些惯性力，但却只有一部分运动质量参与直线运动，另一部分参与了旋转。因而除了上、下止点位置外，其他惯性力并不能完全达到平衡状态，此时的发动机便产生了振动。

为了消除这种振动，设计者采用了很多方法，例如采用轻质的活塞减少运动件的质量、提高曲轴的刚度、采用60℃夹角的V型发动机，等等。增加平衡轴（如图2.66中间位置所示部件）也是这些办法中的一种，简单来说，平衡轴其实就是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴，利用偏心重块所产生的反向振动力，使发动机获得良好的平衡效果，降低发动机振动。

平衡轴可分为单平衡轴和双平衡轴两种。单平衡轴就是采用单一平衡轴，利用齿轮传动方式进行工作，通过曲轴旋转带动固连的平衡轴驱动齿轮、平衡轴从动齿轮以及平衡轴。单平衡轴可以平衡占整个振动比例相当大的一阶振动，使发动机的振动得到明显改善。由于单平衡轴结构简单、占用空间小，因而在单缸和小排量发动机中应用较为广泛。而双平衡轴则采用的是链传动方式带动两根平衡轴转动，其中一根平衡轴与发动机的转速相同，可以消除发动机的一阶振动；另一根平衡轴的转速是发动机转速的2倍，可以消除发动机的二阶振动，从而达到更加理想的减振效果。由于双平衡轴的结构较为复杂、成本高、占用发动机的空间又相对较大，因此一般在大排量汽车上较为常用。另外，还有一种双平衡轴布置方式，就是两个平衡轴与气缸中心线成角度对称布置，旋转方向相反，转速与曲轴转速相同，用以平衡发动机的一阶往复惯性力，如图2.72所示。

图2.72　平衡轴消除振动

注意：活塞每上下运动一次，将使发动机产生一上一下两次振动，所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上，常使用多个谐波振动来描述发动机的振动，其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动，频率是发动机转速2倍的叫二阶振动，依次类推，还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高，振幅就越小，二阶以上可以忽略不计。其一阶振动占整个振动的70%以上，是振动的主要来源。

综上所述，平衡轴就是用来平衡和减少发动机的振动，从而达到降低发动机噪声、延长使用寿命和提升驾乘者舒适性的目的。不过，并不是所有发动机都需要平衡轴，像V型和水平对置发动机，其振动平衡性已经很好，就没有必要再设计平衡轴了；另外还要看厂家对不同品牌及车型的具体布置情况，某些理论上需要平衡轴的发动机同样见不到它的身影。

五、任务总结

掌握曲轴飞轮组各零件的作用，认识曲轴飞轮组的结构，能够正确拆装曲轴飞轮组，并能正确安装。