曲轴飞轮组结构特征分析

曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、正时齿轮、曲轴扭转减振器、带轮等结构组成。图1-33所示为曲轴飞轮组件基本结构示意图。

1.曲轴结构特征分析

曲轴主要作用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩，然后通过飞轮传递到汽车底盘传动系；另外还用于驱动配气机构、水泵、发电机、空调压缩机、风扇等辅助装置的工作。

曲轴一般用优质中碳钢或中碳合金钢（如铬镍钢、铬铝钢等）模锻而成，轴颈表面经高频淬火或渗氮处理，并经精磨加工而成，以抵御周期变化的气体压力、往复惯性力、离心力及转矩和弯矩的共同作用。

曲轴由主轴颈、曲柄销（连杆轴颈）、曲柄臂、平衡重块等组成。

图1-33 曲轴飞轮组件基本结构示意图

1—起动爪 2—起动爪锁紧垫片 3—扭转减振器、带轮 4—挡油片 5—正时齿轮 6—第1、第6缸活塞上止点记号 7—圆柱销 8—飞轮 9—螺母 10—机油嘴 11—曲轴与飞轮连接螺栓 12—中间轴承上下轴瓦 13—主轴承上下轴瓦 14、15—半圆键 16—曲轴

如图1-34所示，支承方式有如下两种：

1）非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等，主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。

2）全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主颈。

图1-34 曲轴的支承方式

a）非全支承 b）全支承

图1-35 曲轴受力与平衡

a）受力 b）惯性平衡

四缸发动机的平衡如图1-35所示。在一些高档发动机上，还采用加装平衡轴的方法进行惯性的平衡，使发动机运转更加平稳。

曲轴前端：如图1-36所示，曲轴前端装有正时齿轮、驱动风扇和水泵的带轮及起动爪、甩油盘等。甩油盘外斜面向后，安装时应注意，否则会产生相反效果。在齿轮室盖上装有油封，防止机油外漏。

曲轴轴向定位：由于曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用，有的曲轴前端采用斜齿传动，使曲轴产生前后窜动，影响了曲柄连杆机构各零件的正确位置，增大了发动机磨损、异响和振动，故必须进行曲轴轴向定位。另外，曲轴工作时会受热膨胀，还必须留有膨胀的余地。

曲轴定位一般采用滑动推力轴承，安装在曲轴前端或中后部主轴承上。推力轴承有两种形式：翻边主轴瓦的翻边部分或具有减磨合金层的止推片，磨损后可更换。

图1-36 曲轴前端结构

1、2—滑动推力轴承 3—止推片 4—定时齿轮 5—甩油盘 6—油封 7—带轮 8—起动爪

曲轴的后端：安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。

曲轴油道：在轴颈上钻有油孔，并与斜油道相通，再与机体的主油道联通。

曲轴的形状取决于气缸数、气缸排列和发动机的点火顺序。多缸发动机的点火顺序应均匀分布在720°曲轴转角内，并且使连续做功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，避免可能发生的进气重叠现象。

四缸四冲程发动机曲柄布置及工作顺序：点火间隔角为720°/4=180°，4个曲柄布置在同一平面内，如图1-37所示。1、4缸与2、3缸互相错开180°，其点火顺序的排列有两种可能，即1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循环分别见表1-1和表1-2。

六缸四冲程发动机曲柄布置及工作顺序：点火间隔角为720°/6=120°，六个曲柄分别布置在三个平面内，如图1-38所示，有两种点火顺序，1-5-3-6-2-4和1-4-2-6-3-5，国产汽车都采用前一种，其工作循环见表1-3。

图1-37 四缸四冲程发动机曲柄布置

表1-1 四缸机工作循环（点火顺序1-3-4-2）

表1-2 四缸机工作循环（点火顺序1-2-4-3）

图1-38 六缸四冲程发动机曲柄布置

表1-3 六缸机工作循环（点火顺序1-5-3-6-2-4）(www.xing528.com)

八缸四冲程V型发动机曲柄布置及工作顺序：点火间隔角为720°/8=90°，发动机左右两列对应的一对连杆共用一个曲柄，所以V型八缸发动机只有四个曲柄，如图1-39所示。曲柄布置可以与四缸发动机相同，四个曲柄布置在同一平面内，也可以布置在两个互相错开90°的平面内，使发动机得到更好的平衡。点火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2。其工作循环见表1-4。

表1-4 八缸机工作循环（点火顺序1-8-4-3-6-5-7-2）

图1-39 八缸四冲程发动机曲柄布置

2.曲轴扭转减振器结构特征分析

扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重恶果。

曲轴是一种扭转弹性系统，其本身具有一定的自振频率。在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化的。安装在曲轴后端的飞轮，转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮的转动时快时慢，这种现象被称为曲轴的扭转振动。曲轴的扭转振动容易造成发动机的功率损失，引起曲轴扭曲变形，振动强烈时甚至会扭断曲轴。一般来说，低速发动机不易达到临界转速，但对于缸数多及转速高的发动机，由于其曲轴刚度小、旋转质量大、自振频率低、强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减振器就很有必要。

汽车发动机常用的扭转减振器为摩擦式扭转减振器，主要包括橡胶式扭转减振器和硅油式扭转减振器。

目前应用较多的是橡胶式曲轴扭转减振器，如图1-40所示。这种扭转减振器的带轮毂固定在曲轴前端，通过橡胶垫分别与带轮（前惯性盘）和后惯性盘连接。当曲轴转动发生扭转时，因后惯性盘及带轮惯性盘转动惯量大，角速度均匀，从而使橡胶体和橡胶垫产生很大的交变剪切变形，消耗了曲轴扭转能量，减轻了共振。图1-41所示为奥迪100（1.8L）四缸发动机的曲轴扭转减振器，这是一种典型的橡胶式扭转减振器。

图1-40 橡胶摩擦式曲轴扭转减振器

1—曲轴前端 2—带轮毂 3—减振器圆盘 4—橡胶垫 5—惯性盘 6—带轮盘

图1-41 一汽奥迪1.8L四缸发动机的曲轴扭转减振器

1—螺母 2—渡形垫片 3—带轮固定盘 4、6—带轮 5—调节垫片 7—双头螺柱 8—大螺栓 9—螺栓 10—带轮总成

3.曲轴轴承（轴瓦）结构特征分析

曲轴轴承（轴瓦）按其承载方向可以分为径向轴承和轴向（推力）轴承两种。

径向轴承的作用是支承曲轴，通常是剖分式的滑动轴承，如图1-42所示，轴承底座是在气缸体的曲轴箱部分直接加工出来的，再由轴承盖、螺栓共同将滑动轴承进行径向定位、紧固。

轴向（推力）轴承承受离合器传来的轴向力，用来限制曲轴的轴向窜动，保证曲轴连杆机构各零部件正确的相对位置。在曲轴受热膨胀时，要求其能够自由伸缩，因此曲轴只能有一处设置轴向定位装置。曲轴轴承还可以将径向轴承与推力轴承合而为一制成翻边轴承，如图1-43所示。

图1-42 曲轴滑动轴承

a）单层合金轴承 b）双层合金轴承 c）三层合金轴承

图1-43 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

4.飞轮结构特征分析

飞轮在曲轴连杆机构里面属于一个大而重，具有很大的转动惯量的部件。图1-44所示为飞轮及其附属装置结构示意图。

飞轮的作用主要有：储存做功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其他阻力；缓解曲轴在运动过程中受到的冲击，使曲轴能均匀地旋转；在发动机起动时，飞轮齿圈与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转起动；同时飞轮还可以利用本身惯性防止发动机熄火等。

飞轮外缘压有齿圈，与起动电动机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。

汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。

图1-44 飞轮与后端附属装置

1—中间支板 2—油封衬垫 3—后油封凸缘 4—后油封 5—飞轮 6—离合器从动盘 7—离合器压盘

在飞轮轮缘上标有记号（刻线或销孔）供寻找第1缸压缩上止点用。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。有的还有进排气相位记号、供油（柴油机）或点火（汽油机）记号供安装和故障排除用。

飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时应严格按相对位置安装。飞轮紧固螺钉承受作用力大，应按规定力矩和正确方法拧紧。