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摘要：柴油发电机的曲轴飞轮组由皮带轮、扭转减震器、曲轴、轴承和飞轮等机件组成。其中，曲轴是曲轴飞轮组的主要机构，它担负着将活塞的上下往复运动转变为自身的圆周运动，且通常我们所说的发动机转速就是曲轴的转速。曲轴承受着连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。它受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

一、曲轴飞轮组的作用

      曲轴飞轮组是发动机的重要组成部分之一，其作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出，并驱动发动机的配气机构及其他辅助装置 (如发电机、风扇、机油泵、喷油泵等) 工作。曲轴飞轮组通常由曲轴、飞轮、轴承等组成，如图1所示。 曲轴飞轮组的作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出，并驱动发动机的配气机构及其他辅助装置工作，以确保发动机的平稳运转和高效运作。

1、曲轴的功能

（1）转换作用

      曲轴是将活塞的上下往复直线运动转化为曲柄的旋转运动的装置。当活塞从上止点向下运动时，通过连杆与曲轴相连，曲轴就会产生旋转运动，并将转动力传递到其他部件。

（2）平衡作用

      曲轴还具有平衡机构，可以抵消内燃机因活塞惯性力、连杆重力和偏心力而产生的振动和震动，使发动机运转更加平稳，减少了噪音和振动的产生。

（3）输出功率

      曲轴作为发动机的转动力输出装置，通过与飞轮的配合，将燃油爆发后的高压气体推动活塞，进而转化为机械能，输出到汽车或机器设备的动力系统中。

2、飞轮的功能

（1）储能作用

      飞轮作为与曲轴配合的旋转部件，能够将柴油机的旋转动能转化为转动惯量，从而储存能量并平稳地释放该能量。

（2）保持匀速

      飞轮的旋转惯量可以平衡柴油机的转动，保持输出动力的连续、稳定和均匀。在爆炸与爆发之间，飞轮可以使发动机保持稳定的转速，使燃烧产生的动力得以平稳地输出。

（3）平衡振动

      飞轮具有较大的质量和惯性，可以平衡发动机因一次爆发而产生的不平衡振动，从而降低发动机的噪音和振动，提高机器的运行平稳性。

（4）传递动力

      飞轮是曲轴上的附属部件，与曲轴紧密配合，如图2所示。可以通过装配在飞轮牵引发电机，把从柴油机输出的机械能转换成电能。

二、曲轴飞轮组的结构与要求

1、曲轴的构造

      曲轴是发动机的重要机件之一。它承受着做功冲程由连杆传递来的活塞推力，并将这一推力转变为曲轴的扭力，拖动其他机械做功。进气、压缩和排气冲程就是由曲轴带动连杆与活塞完成的。

      曲轴的作用是将活塞的往复运动变为旋转运动。它由螺栓固定在缸体的底部。曲轴总成包括曲轴、轴承、飞轮、谐振阻尼器、正时齿轮，以及前后油封。曲轴受力复杂，特别是多缸机的曲轴更为突出，所以要求它有足够的强度和刚度。曲轴通常用中碳钢模锻或用高强度的球墨铸铁铸造。曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲臂、前端轴、后端凸缘和平衡重等部分组成，一个连杆轴颈和它两端的曲臂构成曲拐。曲轴的组成部分包括如下部分：

（1）曲拐：

      从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的距离。

（2）主轴颈：

      曲轴与缸体相连接的部位。主轴颈由多道组成，顺排在一条水平线上。主轴颈装在主轴承座内，通过主轴承螺栓把曲轴紧固在缸体上，使曲轴在曲轴箱内旋转。主轴承有滑动轴承和滚动轴承两类。滑动轴承上有油孔和主油道相通，以润滑主轴颈和主轴承。

（3）连杆轴颈：

      曲轴与连杆相连接的部分。连杆轴颈装在连杆大头的轴承内。连杆轴承多采用滑动轴承，采用滑动轴承的连杆轴颈上有油孔，此油孔与曲轴油道相通，以润滑连杆轴颈和轴承。为减小发动机运转时的惯性力，有些发动机曲轴的连杆轴颈制成空心的。

（4）平衡重：

      在曲轴上铸造或锻造出的配重，用来保持平衡。每个曲拐都有一个平衡重来平衡运动。根据发动机的不同，平衡重可以是一个重块，也可以是另一个连杆轴颈。平衡重的功能是平衡连杆大头、连杆轴颈、曲臂等产生旋转惯性力（离心力）和活塞连杆组作往复直线运动时所产生的往复惯性力，以减轻柴油发电机的振动。

（5）前端轴：

      曲轴的前端轴上装有正时齿轮、风扇皮带轮、前油封和挡油圈及起动爪等。有些靠飞轮上的风扇鼓风冷却的机器，前端轴装有飞轮。

      为了限制曲轴的轴向移动，在采用滑动主轴承的曲轴前端，还配有轴向定位装置，叫止推垫圈。也有采用主轴瓦“翻边”镀软合金的办法来达到轴向定位的。图3（a）为止推垫圈的安装方法。止推垫圈上浇有巴氏合金，以减少曲轴轴向移动时止推垫圈的摩擦。止推垫圈与曲轴之间留有轴向间隙。

（6）后端凸缘：

      曲轴的后端，有安装飞轮的凸缘，凸缘上有固定飞轮的螺孔和销钉。另外，还有挡油凸环及回油螺纹，以防曲轴后端漏油。

（7）止推面：

      在曲轴上加工出的平面，用来吸收轴向运动或推力。轴向运动是沿曲轴轴线方向的前后运动，是由曲轴的总体运动产生的，也可由曲轴上带有斜齿的正时齿轮产生，如图3（b）所示。这种类型的齿轮称为斜齿圆柱齿轮。随着发动机转速的增加和降低，作用在斜齿圆柱齿轮上的载荷使曲轴沿其轴线方向前后运动。这种运动通过曲轴上加工的止推面或利用止推轴承得以吸收。

（8）传动凸缘：

      轮或挠性连接板通过螺栓拧在传动凸缘上，发电机连接在挠性板上或者由飞轮驱动。

（9）内圆角：

       小的圆角部位（半径）有利于增加曲轴内圆角附近的强度。应力易于集中在尖角和钻出的通道处，圆角有助于减小应力，如图4所示。

（10）突出部分：

      曲轴的轴端，用来驱动附件，如谐振平衡器、带轮、交流发电机等。

2、锻造与铸造的曲轴的区别

      曲轴可以通过锻造加工，也可以通过铸造加工。锻造的钢制曲轴要比铸铁曲轴强度大，但成本也高。锻造是一种金属加工过程，就是将金属加热到一定的温度，然后将压或锻压成特定的形状。

      铸造是将金属加热到其熔点，然后将液态金属倒入砂型中的过程。由于铸造工艺的改进，现在，更多的曲轴都是铸造而成的。铸造和锻造的曲轴可通过分离线或者分型线加以识别。锻造的曲轴具有一个偏离底面的分离线。铸造的曲轴具有一个小的分型线，这就是砂型的结合线。

      锻造的曲轴具有偏离底面的分离线曲轴在铸造或锻造完毕后，一定要进行热处理。也就是使其外表面变得更坚硬一些，以使曲轴不会在轴承表面上磨损。热处理就是将曲轴的外部加热到1600～1800E，然后在油中、水中或者盐水中快速冷却。这种快速冷却将会使曲轴的外表面硬化。

3、曲轴的对正

      在将曲轴装配到缸体中时，必须与缸体上的孔精确地成同一轴线，这就称作对正。当在缸体上镗曲轴主轴承孔时，使用共轴孔机。在进行这个操作时，主轴承盖要通过螺栓紧固在缸体上，然后用共轴孔机加工每一个主轴承部位，使其与其他主轴承共轴。经过一段时间，缸体可能会翘曲。翘曲会导致对正不准确。这种情况将会造成曲轴某些部位过度磨损。曲轴的对正情况可以用塞尺和直尺进行检查。

4、曲轴的振动

     在正常工作情况下，当曲轴转动时会发生扭曲，从而在曲轴内部产生持续振动。例如，当一个汽缸处于压缩冲程时，那部分曲轴就会逐渐慢下来。同时，其他的汽缸可能处在燃烧冲程而具有很大压力。这就导致曲轴在每转一圈都有部分扭曲和反弹，其结果就是扭转振动。另外，扭转振动也可使功率输出机件引起故障。

      振动阻尼器用来补偿扭转振动。振动阻尼器也称作谐振平衡器。它是由惯性环和橡胶环构成。惯性环有助于降低内部振动。这两个环连接在一起，固定在曲轴的前端。在曲轴前后扭动时，惯性环具有拖滞和减缓效应。当曲轴发生扭转振动时，橡胶环和惯性环都吸收振动。振动阻尼器用来吸收扭转振动，它安装在曲轴的前端，有的发动机在中间和外侧带轮之间都有一个橡胶环。许多振动阻尼器上还有不连续的钢片，以产生曲轴转速的监测信号，用于发动机的计算机控制系统。

     惯性环的重量是针对具体的发动机量身定做的。如果使用了不正确的振动阻尼器，就很可能使曲轴产生振动，最终会导致曲轴损坏。通过观察正时标记可识别出不正确的振动阻尼器，错误的振动阻尼器上的正时标记与缸体前面的正时标记不能正确对齐。

5、轴承盖

      曲轴是通过主轴承和主轴承盖定位的。主轴承盖的数量通常比汽缸数多一个。但根据发动机的不同，也可能比汽缸数少。主轴承盖通过螺栓拧在缸体上。图6所示为主轴承盖和螺栓。

      在装配之后，主轴承将曲轴牢固地固定住，并使其能够转动。对于某些高性能的汽油发动机和柴油发动机，可能有四个螺栓，而不是两个，这样能够将轴承盖固定在缸体上。由于这些发动机在曲轴上产生较大的扭矩和载荷，所以需要额外的支撑。

6．轴承的结构

（1）镶入式轴承

      镶入式轴承置于主轴承盖和曲轴之间。这些轴承被设计成两片摩擦式轴承。主轴承具有被称作跨距的尺寸，比与之配套的壳体稍大一点，如图5（a）所示。跨距使主轴承能够快捷地固定入位。轴承的一半置于缸体内，另一半则置于轴承盖内。所有轴承都具有钢背，这就给轴承提供了强度和支撑。轴承表面还使用几种软金属，如铜、铅、巴比合金、铝和锡等，使一定量的灰尘混入其中。这也有助于轴承贴在曲轴轴颈上。如图5（b）所示，表示了设计有几种金属的普通轴承。

（2）插入式轴承

      插入式轴承有一个定位凸起，如图6（a）所示，该凸起将轴承固定在缸体和轴承盖内的位置以使轴承不转动。插入式轴承上还加工有油槽和油孔。润滑油通过轴承上的孔从曲轴中心传递出去并在油槽内环绕曲轴。这种设计使曲轴轴颈得到完整润滑，如图6（b）所示。

      在曲轴轴颈和插入式轴承之间还必须有间隙，该间隙称作主轴承间隙。主轴承间隙通过塑料规来检查。塑料规是一种小而细的能够确定直径的塑料绳。将一短段塑料规置于曲轴和轴承之间，然后将轴承和轴承盖拧紧至标准规格，这样使细塑料规变平。塑料规的最终宽度就是轴承间隙的测量值。

      曲轴在运转过程中前后轴向移动（与曲轴的轴线平行的运动）。这种移动常常是由于曲轴前端的斜齿轮产生的。这种轴向移动会使曲轴在缸体上严重磨损。止推轴承用来补偿这种移动。其中一个主轴承被设计成具有止推吸收性能。图6（b）中的左侧轴承就是一个止推轴承。止推轴承具有止推面，曲轴上的加工面通过该止推面与止推轴承摩擦。不过，在大多数发动机上，止推轴承都顶着后主轴承上的凸缘进行工作，而其他发动机则采用独立的止推垫片而非凸缘式。

7、油道

      为了使曲轴能够得到适当的润滑，润滑油必须通过曲轴传递到轴承上。润滑系统中的压力油经主油道供给缸体然后再传递到各主轴承上，润滑油通过插入式轴承进入到轴承上的凹槽内，主轴承上还钻有从曲轴到连杆轴承的通道。然后润滑油被供给连杆轴承，最终在此泄出喷溅到缸壁上。最后，润滑油滴落回油底壳。一般在维修的时候油道应装上保护塞，以免污染油道，如图7所示。

8、曲轴油封

      曲轴的前后端采用油封将润滑油保持在发动机内，如图8（a）所示。曲轴的后油封置于后主轴承盖和缸体内。油封有若干种样式。唇式合成橡胶油封和石墨芯式油封或绳式油封用于曲轴的后端。某些油封使用两片式结构，而其他一些则使用单片式插入结构。单片唇式油封或者360油封绕在振动阻尼器上，用于发动机的前端。

      当使用唇式油封时，油封的唇部经过一段时间可能会在曲轴上磨出一个槽。这样会使润滑油泄漏。即使安装了新油封，润滑油也可能由于曲轴上的磨损而继续渗漏。这对于谐振平衡器来说经常发生。前端油封一般绕在谐振平衡器上。为了减少润滑油的渗漏，可能需要更换谐振平衡器，不过要使用维修套。如图8（b）所示，维修套穿过谐振平衡器上的表面损坏部分。现在新油封就绕在维修套表面上了。