曲軸的功用、工作條件及制造方法

曲軸的功用是將氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ剌敵?，以?qū)動(dòng)與其相連的動(dòng)力裝置。此外，它還要驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)本身的配氣機(jī)構(gòu)及各種附件，如噴油泵、水泵和冷卻風(fēng)扇等。

曲軸在工作時(shí)，由于承受很高的氣體力、往復(fù)慣性力、離心力及其力矩的作用，因此曲軸內(nèi)部產(chǎn)生沖擊性的交變應(yīng)力（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)），并易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而引起曲軸的疲勞破壞。另外由于各軸頸在很高的壓力下作高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使軸頸與軸承磨損嚴(yán)重，所以，對曲軸的要求是：耐疲勞、耐沖擊；有足夠的強(qiáng)度和剛度；軸頸表面的耐磨性好并經(jīng)常保持良好的潤滑狀態(tài)多靜平衡與動(dòng)平衡要好；有的增壓內(nèi)燃機(jī)，由于進(jìn)氣管中無真空度，所以進(jìn)氣門處得不到機(jī)油的潤滑，而排氣門處由于有廢氣中的油煙可起到潤滑作用，所以進(jìn)氣門座有座圈，而排氣門座則沒有。在使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；安裝固定可靠并加以軸向定位或限制軸向位移。

曲軸毛坯制造采用鑄造和鍛造兩種方法。鍛造曲軸主要用于強(qiáng)化程度高的內(nèi)燃機(jī)，這類曲軸一般采用強(qiáng)度極限和屈服極限較高的合金鋼（如40Cr、35CrMo等）或中碳鋼（如45號鋼）制造：造曲軸廣泛應(yīng)用于中小功率內(nèi)燃機(jī)，通常采用高強(qiáng)度球墨鑄鐵鑄造，其優(yōu)占：過方，成本低；②推力軸承軸向定位凸輪軸的一道軸承為推力軸承，裝在軸承座孔內(nèi)并用螺釘固定在機(jī)體上，其端面與凸輪軸的凸緣隔圈之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隙。能夠鑄出合理的結(jié)構(gòu)形狀；對扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的阻尼作用優(yōu)于鋼材。

曲軸的分類

①白軸按各組成部分的連接情況，可分為組合式曲軸和整體式曲軸兩種。

即將曲軸分成若干部分，分別制造與加工，然后組裝成一個(gè)整體：其優(yōu)點(diǎn)是加工方便，便于產(chǎn)品系列化。缺點(diǎn)是拆裝不方便，組裝質(zhì)量不易保證，重量大，成本高，采用滾動(dòng)軸承，噪聲大，難以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速。

整體式曲軸，即曲軸的各組成部分鑄（或鍛）造在一根曲軸毛坯上。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單緊湊、強(qiáng)度及剛度好、重量輕、成本低。

②按照曲軸主軸頸數(shù)目，可分為全支承曲軸和非全支承曲軸。

全支承曲軸即是在任兩個(gè)相鄰曲拐之間都設(shè)有主軸頸的曲軸。其主軸頸總數(shù)比連桿軸數(shù)多一個(gè)。這種曲軸的優(yōu)點(diǎn)是曲軸的剛度大，主軸承負(fù)荷輕。其缺點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)軸向尺寸加長。非全支承曲軸的主軸頸總數(shù)等于或少于連桿軸頸數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。缺點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度較差，主軸承負(fù)荷較重。05mm的薄銅皮2~3片（注意不要將它墊在軸瓦兩端的接合處），這樣可以減少軸瓦的修刮量，縮短其修刮時(shí)間。柴油機(jī)因負(fù)荷較重，一般多采用全支承曲軸。非全支承曲軸多用于負(fù)荷較輕的內(nèi)燃機(jī)。

曲軸的構(gòu)造

曲軸主要由主軸頸、連桿軸頸（曲柄銷）、曲柄臂、平衡重（并非所有曲軸都有）、前端（自由端）和后端（功率輸出端）等組成。

①主軸頸與連桿軸頸內(nèi)燃機(jī)的主軸頸與連桿軸頸都是尺寸精度較高和粗糙度較低的圓柱體，它們以較大的圓弧半徑與曲柄臂相連接。主軸頸是用來支承曲軸的，曲軸繞主軸頸中心高速旋轉(zhuǎn)。主軸頸多為實(shí)心的，而球墨鑄鐵的曲軸主軸頸與連桿軸頸大多是空心的，其優(yōu)點(diǎn)是可以減少旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，從而減少其離心力；同時(shí)可作為潤滑油離心濾清的空腔。主軸頸與連桿軸頸采用壓力潤滑，潤滑油通過曲柄臂中的斜油道被壓送至連桿軸頸空腔內(nèi)，在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，將機(jī)油中密度大的金屬磨屑及其他雜質(zhì)甩向空腔的外壁，內(nèi)側(cè)干凈的機(jī)油通過油管流到連桿軸頸及軸承摩擦表面。為了提高氣門座表面的耐磨性，有時(shí)采用耐熱鋼、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制成單獨(dú)的零件，然后壓入相應(yīng)的孔中。

②曲柄臂（簡稱曲柄）曲柄臂的作用是連接主軸頸與連桿軸頸，通常制成橢圓形或圓形，其厚度與寬度應(yīng)使曲軸有足夠的剛度和強(qiáng)度。

③平衡重平衡重通常設(shè)在與連桿軸頸相對的一側(cè)曲柄臂上，其形狀多為扇形。平衡重的作用是平衡連桿軸頸及曲柄臂的重量、離心力及其力矩，以減輕主軸承的載荷，增加運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。

④曲軸的前端曲軸的前端制成有臺肩的圓柱形。其上分別裝有正時(shí)齒輪、擋油圈、油封、帶輪和止推片等零件。有些中小功率內(nèi)燃機(jī)曲軸前端設(shè)有啟動(dòng)爪，另有一些高速內(nèi)燃機(jī)曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器，還有些工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)的曲軸前端設(shè)有動(dòng)力輸出裝置。

⑤曲軸的后端一般曲軸的后端設(shè)有油封、回油螺槽、后凸緣等結(jié)構(gòu)。曲軸后端的尾部伸出機(jī)體外，以便將內(nèi)燃機(jī)的功率輸送給配套機(jī)具的傳動(dòng)裝置。后端多裝有飛輪，通過花鍵或凸緣與其相配，然后用螺栓固緊。山于飛輪尺寸大而重，因此對螺栓的緊固有一定的要求。

（4）曲軸的形狀和發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序

曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置（即曲拐的布置）與沖程數(shù)、汽缸數(shù)、汽缸排列方式和各汽缸做功行程發(fā)生的順序（稱為發(fā)火次序或工作順序）有關(guān)。曲軸的形狀要同時(shí)滿足慣性力的平衡和發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)性的要求。

就四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，曲軸每轉(zhuǎn)兩圈（即一個(gè)工作循環(huán)），每缸都應(yīng)發(fā)火做功一次。各缸的發(fā)火間隔時(shí)間（以°CA表示）應(yīng)力求均勻。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)有個(gè)汽缸，則發(fā)火間隔應(yīng)為720°/i°CA，即曲軸每轉(zhuǎn)720°/i時(shí)，就應(yīng)有一個(gè)缸做功，這樣才能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)。為保證內(nèi)燃機(jī)噴訕（或點(diǎn)火）準(zhǔn)時(shí)可靠，凸輪軸和曲軸必須保持一定的正時(shí)關(guān)系?，F(xiàn)就常用的4缸、6缸和V型8缸發(fā)動(dòng)機(jī)說明如下。

①四沖程直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)因缸數(shù)i=4，所以發(fā)火間隔應(yīng)為720°/4一180°CA。其曲柄銷布置4個(gè)曲柄銷布置在同一平面內(nèi)，1、4缸的曲柄銷朝上時(shí)，2、3缸的朝下，1、4缸與2、3缸相隔180°。

曲枘銷的另種布置形式是將述一種方式的2、5缸分別與3、4缸互換。這種方式的著火次序是，只有少數(shù)進(jìn)內(nèi)燃機(jī)采用這種著火次序。

按發(fā)火次序看，前后兩個(gè)汽缸的做功行程有60°是重疊的，這種現(xiàn)象是容易理解的。因?yàn)楦髌组g做功行程的間隔是120°，而每個(gè)汽缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后兩個(gè)汽缸的做功行程有60°的重疊角。在這個(gè)60°中，兩個(gè)汽缸都在做功，個(gè)汽缸做功未完，后一個(gè)汽缸做功已經(jīng)開始。將噴油泵從柴油機(jī)上拆下后再重新裝回時(shí)，可先將噴油泵固定在柴油機(jī)機(jī)體上的噴油泵托架上，再慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使柴油機(jī)一缸的活塞位于壓縮行程上止點(diǎn)前相當(dāng)于規(guī)定的供油提前角的位置，然后使噴油泵凸輪軸上與噴油泵殼體上相應(yīng)記號對準(zhǔn)。這種做功行程重疊的現(xiàn)象對發(fā)動(dòng)機(jī)工作的平穩(wěn)性是非常有利的。

③四沖程v型8缸機(jī)大多將汽缸排列成雙列v形（兩列汽缸的中心線夾角常取90°）。因其汽缸數(shù)i=8，所以，各缸發(fā)火間隔應(yīng)為720°/8=90°CA。通常，這種發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩列汽缸中相對的一對連桿共裝在一個(gè)曲柄銷上，所以v型8缸機(jī)只有4個(gè)曲柄銷。一般情況下，將4個(gè)曲柄銷布置在兩個(gè)互成90°的平面內(nèi)。噴油器的作用是將燃料霧化成細(xì)粒，并使它們適當(dāng)?shù)胤植荚谌紵抑校纬闪己玫目扇蓟旌蠚?。v型8缸機(jī)常用的發(fā)火次序?yàn)?-5-4-2-6-3-7-8。

主軸瓦的修配

主軸瓦（曲軸軸承）的修配的基本工藝與軸頸接觸面積的要求，以及松緊度與接觸面積之間關(guān)系的處理等'同連桿瓦（連桿軸承）基本一致。但連桿軸承是單個(gè)配合，而曲軸軸承是幾道曲軸軸承支持著一根曲軸'這就要求修配后的各道曲軸軸承中心線必須一致，因此首先應(yīng)進(jìn)行水平線的校正，而后再研合各軸承。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，輸油泵從柴油箱吸出柴油，經(jīng)油水分離器除去柴油中的水分，再經(jīng)柴油濾清器濾除柴油中的雜質(zhì)，然后送入噴油泵，在噴油泵內(nèi)柴油經(jīng)過增壓和計(jì)量之后，經(jīng)高壓油管輸往噴油器，最后通過噴油器將柴油噴入燃燒室。

1）水平線的校正在修刮前，首先檢查當(dāng)軸瓦裝入座孔時(shí)，各道軸瓦是否在一條水平線上。

檢查方法：在曲軸軸頸上涂上一層紅油，并把曲軸放在裝有軸瓦的汽缸體上，裝上軸瓦蓋適當(dāng)擰緊螺栓（用約60cm長的撬棍能以臂力撬動(dòng)曲軸為宜），撬動(dòng)曲軸數(shù)圈，然后取下瓦蓋，抬下曲軸，查看各道軸瓦的接觸情況。

若各道軸瓦接觸面積相差很大或個(gè)別軸瓦根本不接觸，一般應(yīng)另行選配軸瓦。若各道軸瓦雖然不一致，但相差不多，可把下瓦接觸重的部分刮去，直至達(dá)到接觸面積為75％以上為止，此時(shí)，下軸瓦的水平線即校好（曲軸箱有三種常見結(jié)構(gòu)形式：底座式、隧道式和懸掛式。在校正水平線時(shí)，者校下瓦，后者校上瓦）。①焊修前的準(zhǔn)備先將曲軸放在堿水中煮洗清潔，除去油污，再用鑿刀沿著裂紋表面鑿成“U”形槽。在校正水平線的過程中，因各道軸瓦的水平線是很不相同的，并且它們之間相互影響，因此，要經(jīng)常而準(zhǔn)確地觀察與分析各道軸瓦的變化情況及其原因，并注意以下兩占

①在水平線未校正好前，不要刮削上瓦，否則可能會(huì)造成當(dāng)水平線尚未校好時(shí)，扭力已達(dá)到規(guī)定值，而上瓦接觸仍很差，松緊度也過松等不良現(xiàn)象。

②當(dāng)水平線校好后，除下瓦的個(gè)別較重部分適當(dāng)刮去外，不用刮削下瓦的方法來達(dá)到松緊度適當(dāng)?shù)哪康?，否則，可能使校好的水平線又遭到破壞。

2）刮配各道軸瓦水平線校好后，抬上曲軸，并按記號裝上主軸瓦蓋，以一定次序逐道擰緊螺栓，每擰緊一道，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸數(shù)圈，松開該道螺栓，再擰緊另一道，全部這樣做完后，取下主軸瓦蓋，根據(jù)接觸面情況修刮軸瓦合金。

修刮方法同連桿瓦的修刮方法。

擰瓦蓋的順序：3道軸瓦：2、1、3

4道軸瓦：2、3、1、4

5道軸瓦：3、2、4、1、5

7道軸瓦：4、2、6、3、7、1、5

增壓方法

按照驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量來源的不同，基本的增壓方法可分為三類：機(jī)械增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和復(fù)合增壓系統(tǒng)三類。除了利用上述三種方法來提高汽缸的空氣壓力外，還有利用進(jìn)排氣管內(nèi)的氣體動(dòng)力效應(yīng)來提高汽缸充氣效率的慣性增壓系統(tǒng)以及利用進(jìn)排氣的壓力交換來提高汽缸空氣壓力的氣波增壓器。④供油開始和結(jié)束要求迅速干脆，防止供油停止后噴油器滴油或出現(xiàn)不正常噴射，影響噴油器的使用壽命。

（1）機(jī)械增壓系統(tǒng)

增壓器（壓氣機(jī)）由柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的增壓方式稱為機(jī)械增壓系統(tǒng)。它由柴油機(jī)的曲軸通過齒輪、皮帶或鏈條等傳動(dòng)裝置帶動(dòng)增壓器旋轉(zhuǎn)。增壓器通常采用離心式壓氣機(jī)或羅茨壓氣機(jī)?？諝饨?jīng)壓縮提高其壓力后，再送入汽缸。

由于機(jī)械增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)所消耗的功率是由曲軸提供的，當(dāng)增壓壓力較高時(shí)，所耗的驅(qū)動(dòng)功率也會(huì)很大，使整機(jī)的機(jī)械效率下降。因此，機(jī)械增壓系統(tǒng)通常只適用于增壓壓力不超過160~170kPa的低增壓小功率柴油機(jī)。

廢氣渦輪增壓是利用柴油機(jī)排出的廢氣能量來驅(qū)動(dòng)增壓器，將空氣壓縮后再送入汽缸的一種增壓方法。柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓后，可提高輸出功率30％~100％以上，同時(shí)還可減少單位功率的質(zhì)量，縮小外形尺寸，節(jié)省原材料，降低燃油消耗率，增大柴油機(jī)扭矩，提高載荷能力以及減少排氣對大氣的污染等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。尤其在高原地區(qū)，因氣壓低、空氣稀薄，導(dǎo)致輸出功率下降，一般當(dāng)海拔高度每升高1000m，功率將下降8％~10％。氣門座圈如壓入鋁合金汽缸蓋中時(shí)，其配合表面常制成溝槽，當(dāng)氣門座圈壓入后，少量鋁金屬會(huì)擠入溝槽中，在對氣門座孔擴(kuò)口時(shí)也會(huì)促使鋁合金擠入，以提高座圈在座孔中的緊固程度，防止松脫。若裝設(shè)渦輪增壓器后，可以恢復(fù)原輸出功率，其經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。