2.4 曲軸飛輪組

曲軸飛輪組，見圖2-40。主要由曲軸、飛輪、扭轉減振器以及一些零件和附件組成。

2.4.1 曲軸

1.曲軸的功用及工作條件

曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體壓力轉變為轉矩，用以驅動汽車的傳動系統和發動機的配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸在周期性變化的氣體壓力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉交變載荷。因此，曲軸應有足夠的抗彎曲、抗扭轉的疲勞強度和剛度；軸頸應有足夠大的承壓表面和耐磨性；曲軸的質量應盡量小；對各軸頸的潤滑應該充分。

2.曲軸材料

曲軸一般由45、40Cr、35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼模鍛而成，軸頸表面經高頻淬火或氮化處理，最后進行精加工。現代汽車發動機廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。球墨鑄鐵價格便宜，耐磨性能好，軸頸不需硬化處理，同時金屬消耗量少，機械加工量也少。為提高曲軸的疲勞強度，消除應力集中，軸頸表面應進行噴丸處理，圓角處要經滾壓處理。

3.曲軸構造

曲軸基本上由若干個單元曲拐構成，見圖2-41。一個曲柄銷，左右兩個曲柄臂和左右兩個主軸頸構成一個單元曲拐。單缸發動機的曲軸只有一個曲拐，多缸直列式發動機曲軸的曲拐數與汽缸數相同，V型發動機曲軸的曲拐數等于汽缸數的一半。將若干個單元曲拐按照一定的相位連接起來再加上曲軸前、后端便構成一根曲軸。多數發動機的曲軸，在其曲柄臂上裝有平衡重。

1-曲軸前端；2-主軸頸；3-曲柄臂；4-曲柄銷；5-平衡重；6-曲軸后端；7-單元曲拐

主軸頸是曲軸的支撐部分，通過主軸承支撐在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數目不僅與發動機汽缸數目有關，還取決于曲軸的支撐方式。曲軸的支撐方式一般有兩種，見圖2-42，一種是全支撐曲軸，另一種是非全支撐曲軸。

全支撐曲軸：曲軸的主軸頸數比汽缸數目多一個，即每一個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸。如六缸發動機全支撐曲軸有七個主軸頸，四缸發動機全支撐曲軸有五個主軸頸。這種支撐，曲軸的強度和剛度都比較好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。柴油機和大部分汽油機多采用這種形式。

非全支撐曲軸：曲軸的主軸頸數比汽缸數目少或與汽缸數目相等。這種支撐方式叫非全支撐曲軸，雖然這種支撐的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長度，使發動機的總體長度有所減小。有些汽油機承受載荷較小，可以采用這種曲軸形式。

曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，通過曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。直列發動機的連桿軸頸數目和汽缸數相等。V型發動機的連桿軸頸數等于汽缸數的一半。

曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有（或緊固有）平衡重塊。平衡重塊用來平衡發動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩。

曲軸前端裝有正時齒輪、驅動風扇和水泵的皮帶輪以及啟動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成擋油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。曲軸上有貫穿主軸頸、曲柄和連桿軸頸的油道，見圖2-43，以便潤滑主軸頸和連桿軸頸。

1-主軸頸；2-曲軸；3-連桿軸頸；4-圓角；5-積污腔；6-油管；7-開口銷；8-螺塞；9-油道；10-擋油盤；11-回油螺紋；12-曲軸后端

曲軸的形狀和曲拐相對位置（即曲拐的布置）取決于汽缸數、汽缸排列方式和發動機的發火順序。安排多缸發動機的發火順序應注意使連續做功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時避免可能發生的進氣重疊現象。做功間隔應力求均勻，也就是說發動機在完成一個工作循環的曲軸轉角內，每個汽缸都應點火做功一次，而且各缸點火的間隔時間以曲軸轉角表示，稱為發火間隔角。四沖程發動機完成一個工作循環曲軸轉兩圈，其轉角為720°，在曲軸轉角720°內發動機的每個汽缸應該點火做功一次，且點火間隔角應是均勻的，因此四沖程發動機的點火間隔角為720°/i，（i為汽缸數目），即曲軸每轉720°/i，就應有一缸做功，以保證發動機運轉平穩。V型發動機左右兩排汽缸盡量交替做功。

四沖程直列四缸發動機（圖2-44）的發火順序和曲拐布置見表2-1和表2-2。

表2-1 四沖程直列四缸發動機（工作順序1-3-4-2）

表2-2 四沖程直列四缸發動機（工作順序1-2-4-3）

四缸四沖程發動機的發火間隔角為720°/4＝180°，曲軸每轉半圈（180°）做功一次，四個缸的做功行程是交替進行的，并在720°內完成，因此，可使曲軸獲得均勻的轉速，工作平穩柔和。對于每一個汽缸來說，其工作過程和單缸機的工作過程完全相同，只不過是要求它按照一定的順序工作，即發動機的工作順序，也叫做發動機的點火順序。可見，多缸發動機的工作順序（點火順序）就是各缸完成同名行程的次序。四缸發動機四個曲拐布置在同一平面內。1、4缸在上，2、3缸在下，互相錯開180°，其點火順序的排列只有兩種可能，即為1-3-4-2或為1-2-4-3，兩種工作順序的發動機工作循環表分別見表2-1和表2-2。

四沖程直列六缸發動機（圖2-45）的點火順序和曲拐布置見表2-3。

四沖程直列六缸發動機點火間隔角為720°/6=120°，六個曲拐分別布置在三個平面內，一種點火順序是1-5-3-6-2-4，國產汽車的六缸直列發動機都用這種，其工作循環表見表2-3，另一種點火順序是1-4-2-6-3-5。

四行程V型八缸發動機（圖2-46）的點火順序見表2-4。

四行程V型八缸發動機的點火間隔角為720°/8=90°，V型發動機左右兩列中對應的一對連桿共用一個曲拐，所以V型八缸發動機只有四個曲拐。

表2-3 四沖程直列六缸發動機（工作順序1-5-3-6-2-4）

曲拐布置可以與四缸發動機相同，四個曲拐布置在同一平面內，也可以布置在兩個互相錯開90°的平面內，使發動機得到更好地平衡，點火順序為1-8-4-3-6-5-7-2。

表2-4 點火順序為1-8-4-3-6-5-7-2V型八缸四沖程發動機循環表

4.飛輪（圖2-47）

飛輪的主要功用是用來儲存做功行程的能量，用于克服進氣、壓縮和排氣行程的阻力和其他阻力，使曲軸能均勻地旋轉。飛輪外緣壓有的齒圈與啟動電機的驅動齒輪嚙合，供啟動發動機用；汽車離合器也裝在飛輪上，利用飛輪后端面作為驅動件的摩擦面，用來對外傳遞動力。

飛輪是高速旋轉件，因此，要進行精確地平衡校準，平衡性能要好，達到靜平衡和動平衡。飛輪是一個很重的鑄鐵圓盤，用螺栓固定在曲軸后端的接盤上，具有很大的轉動慣量。飛輪輪緣上鑲有齒圈，齒圈與飛輪緊配合，有一定的過盈量。

在飛輪輪緣上做有記號（刻線或銷孔）供找壓縮上止點用（四缸發動機為1缸或4缸壓縮上止點；六缸發動機為1缸或6缸壓縮上止點）。當飛輪上的記號與外殼上的記號對正時，正好是壓縮上止點。奧迪100發動機飛輪上有一“0”標記。

飛輪與曲軸在制造時一起進行過動平衡實驗，在拆裝時為了不破壞它們之間的平衡關系，飛輪與曲軸之間應有嚴格不變的相對位置。通常用定位銷和不對稱布置的螺栓來定位。

2.4.2 曲軸扭轉減振器

曲軸是一種扭轉彈性系統，其本身具有一定的自振頻率。在發動機工作過程中，經連桿傳給連桿軸頸的作用力的大小和方向都是周期性變化的，所以曲軸各個曲拐的旋轉速度也是忽快忽慢呈周期性變化。安裝在曲軸后端的飛輪轉動慣量很大，可以認為是勻速旋轉，由此造成曲軸各曲拐的轉動相對飛輪時快時慢，這種現象稱為曲軸的扭轉振動，當振動強烈時甚至會扭斷曲軸。扭轉減振器的功用就是吸收曲軸扭轉振動的能量，消減扭轉振動，避免發生強烈的共振及其引起的嚴重惡果。一般低速發動機不易達到臨界轉速。但曲軸剛度小、旋轉質量大、缸數多及轉速高的發動機，由于自振頻率低，強迫振動頻率高，容易達到臨界轉速而發生強烈的共振，因而加裝扭轉減振器就很有必要。汽車發動機多采用橡膠扭轉減振器、硅油扭轉減振器和硅油-橡膠扭轉減振器等。

1.橡膠扭轉減振器（圖2-48）

減振器殼體與曲軸連接，減振器殼體與扭轉振動慣性質量黏結在硫化橡膠層上。發動機工作時，減振器殼體與曲軸一起振動，由于慣性質量滯后于減振器殼體，因而在兩者之間產生相對運動，使橡膠層來回揉搓，振動能量被橡膠的內摩擦阻尼吸收，從而使曲軸的扭振得以消減。橡膠扭轉減振器結構簡單，工作可靠，制造容易，在汽車上廣為應用；但其阻尼作用小，橡膠容易老化，故在大功率發動機上較少應用。

2.硅油扭轉減振器（圖2-49）

由鋼板沖壓而成的減振器殼體與曲軸連接。側蓋與減振器殼體組成封閉腔，其中滑套著扭轉振動慣性質量。慣性質量與封閉腔之間留有一定的間隙，里面充滿高黏度硅油。當發動機工作時，減振器殼體與曲軸一起旋轉、振動，慣性質量則被硅油的黏性摩擦阻尼和襯套的摩擦力所帶動。由于慣性質量相當大，因此它近似作勻速轉動，于是在慣性質量與減振器殼體間產生相對運動。曲軸的振動能量被硅油的內摩擦阻尼吸收，使扭振消除或減輕。硅油扭轉減振器減振效果好，性能穩定，工作可靠，結構簡單，維修方便，所以在汽車發動機上的應用日益普遍；但它需要良好的密封和較大的慣性質量，致使減振器尺寸較大。

3.硅油-橡膠扭轉減振器（圖2-50）

硅油-橡膠扭轉減振器中的橡膠環主要作為彈性體，并用來密封硅油和支撐慣性質量。在封閉腔內注滿高黏度硅油。硅油-橡膠扭轉減振器集中了硅油扭轉減振器和橡膠扭轉減振器二者的優點，即體積小、質量輕和減振性能穩定等。