摘要：曲轴飞轮组是柴油发动机中将活塞往复运动转化为旋转动力输出的核心机构，由曲轴、飞轮、轴承、皮带轮及扭转减震器等部件组成。曲轴承受连杆传来的气体作用力，将其转变为旋转力矩输出，并驱动配气机构及辅助装置工作，同时承受弯曲与扭转载荷，因此必须具备足够的强度、刚度和耐磨性。本文系统阐述曲轴与飞轮各自的功能分工——曲轴负责运动转换、平衡与功率输出，飞轮承担储能、稳速、减振及动力传递。详细解析曲轴的构造组成（主轴颈、连杆轴颈、曲拐、平衡重、止推面、内圆角等），明确锻造曲轴与铸造曲轴在外观识别、工艺成本及强度上的区别，以及热处理对其表面硬化的必要性。阐述曲轴对正要求、扭转振动及橡胶摩擦式减震器的工作原理。针对轴承系统，说明镶入式与插入式轴承的结构差异、定位凸起与油槽油孔设计、主轴承间隙的塑料规检查方法及止推轴承的轴向限位作用。最后介绍曲轴前后油封型式及维修套使用、飞轮的结构特点与正时标记功能，为曲轴飞轮组的检修与装配提供全面技术参考。
一、 曲轴飞轮组的作用与功能分工
曲轴飞轮组是发动机的重要组成部分，其核心作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变为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，它直接决定发动机的动力输出品质与运转平稳性。
1. 曲轴的功能
（1）运动转换作用：曲轴是将活塞的上下往复直线运动转化为曲柄旋转运动的核心装置。当活塞受燃气压力下行时，通过连杆与曲轴相连，推动曲轴旋转，并将转动力传递至飞轮及后续传动系统。
（2）平衡作用：曲轴设有平衡机构（平衡重），用以抵消因活塞惯性力、连杆重力及旋转离心力引起的振动，使发动机运转更加平稳，减少噪音与机械损耗。
（3）功率输出：曲轴作为发动机的动力输出元件，通过与飞轮的配合，将燃油燃烧爆发的压力能转化为机械能，输出到发电机或机械设备动力系统中。
2. 飞轮的功能
（1）储能作用：飞轮具有较大的转动惯量，能够将做功冲程中曲轴获得的部分动能储存起来，在辅助冲程（进气、压缩、排气）中释放，保证曲轴连续均匀旋转。
（2）保持匀速：飞轮的旋转惯量可以平衡柴油机的转速波动，尤其在爆炸与爆发之间，使发动机保持稳定的转速，避免因单缸爆发冲击造成转速骤升骤降。
（3）平衡振动：飞轮的大质量惯性可平衡发动机因单次爆发而产生的不平衡振动，从而降低整机噪音和振动水平，提高运行平稳性。
（4）传递动力：飞轮与曲轴后端凸缘紧密配合（如图2所示），通过飞轮上的齿圈与起动机啮合实现启动，同时通过飞轮端面安装的联轴器或挠性盘驱动发电机，将机械能转换为电能。
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图1 曲轴飞轮组结构平面图 |
图2 柴油机飞轮安装示意图 |
二、 曲轴的构造与设计要求
曲轴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扭力，拖动其他机械做功。进气、压缩和排气冲程均由曲轴带动连杆与活塞完成。曲轴受力复杂，特别是多缸机更为突出，因此要求其具备足够的强度和刚度。曲轴通常用中碳钢模锻或用高强度球墨铸铁铸造，其组成部分包括：
（1）曲拐：从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的距离，即曲柄半径，决定了活塞行程。
（2）主轴颈：曲轴与缸体相连接的部位，顺排在同一水平线上，安装在主轴承座内，通过主轴承螺栓紧固在缸体上，使曲轴在曲轴箱内旋转。主轴承分滑动轴承和滚动轴承两类，滑动轴承上设有油孔与主油道相通，以润滑主轴颈和轴承。
（3）连杆轴颈：曲轴与连杆相连接的部分，装在连杆大头的轴承内。连杆轴承多采用滑动轴承，轴颈上设有油孔与曲轴内部油道相通，以润滑连杆轴颈和轴承。为减小惯性力，部分曲轴的连杆轴颈制成空心结构。
（4）平衡重：在曲轴上铸造或锻造出的配重，用于平衡连杆大头、连杆轴颈、曲臂等产生的旋转惯性力（离心力）以及活塞连杆组往复直线运动产生的往复惯性力，以减轻柴油发电机的振动。
（5）前端轴：装有正时齿轮、风扇皮带轮、前油封、挡油圈及起动爪等附件。采用滑动主轴承的曲轴前端还设有轴向定位装置（止推垫圈），或采用主轴瓦“翻边”镀软合金来实现轴向定位（如图3a所示）。止推垫圈上浇有巴氏合金，与曲轴之间留有轴向间隙。
（6）后端凸缘：设有安装飞轮的螺孔和销钉，以及挡油凸环和回油螺纹，防止曲轴后端漏油。
（7）止推面：曲轴上加工出的平面，用于吸收轴向运动或推力。轴向运动由曲轴的总体运动或曲轴上带斜齿的正时齿轮产生（如图3b所示），通过止推面或止推轴承得以吸收。
（8）传动凸缘：飞轮或挠性连接板通过螺栓固定在传动凸缘上，发电机连接在挠性板上或由飞轮驱动。
（9）内圆角：曲轴主轴颈与曲臂、连杆轴颈与曲臂连接处的小圆角（半径），可有效减小应力集中，防止尖角处裂纹扩展（如图4所示）。
（10）突出部分：曲轴前端轴伸部分，用于驱动谐振平衡器、皮带轮、交流发电机等附件。
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图3 柴油机曲轴止推垫圈的安装图 |
图4 柴油机曲轴内圆角 |
三、 锻造曲轴与铸造曲轴的区别
曲轴可通过锻造或铸造两种工艺加工：
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锻造曲轴：将金属加热至锻造温度后，通过锻压成型。钢制锻造曲轴强度高、韧性好，但成本较高，适用于高强化柴油机。锻造曲轴具有一条偏离底面的分离线（分型线）。
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铸造曲轴：将金属加热至熔点后，将液态金属浇入砂型中凝固成型。铸造工艺成本较低，且随铸造技术进步，球墨铸铁曲轴的强度和疲劳寿命已显著提高，应用日益广泛。铸造曲轴具有一条细小的分型线（砂型结合线）。
锻造与铸造曲轴可通过分型线位置加以识别。曲轴在铸造或锻造完毕后必须进行热处理（表面淬火或渗碳），加热至约1600~1800°F后迅速在油、水或盐水中冷却（淬火），使曲轴外表面硬化，提高耐磨性，防止在轴承表面过早磨损。
四、 曲轴的对正、振动与减震
1. 曲轴对正
曲轴装配时必须与缸体上的主轴承孔精确地同轴，这称为对正。在镗削主轴承孔时，使用共轴孔机对主轴承盖紧固后的缸体进行一次性加工，确保各主轴承孔同心。若缸体长期使用后发生翘曲，会导致对正失准，造成曲轴某部位过度磨损。曲轴对正情况可用塞尺和直尺进行检查。
2. 曲轴的扭转振动
曲轴转动时，因各缸爆发压力交替作用，曲轴会发生扭曲和反弹，形成扭转振动。这种振动会导致功率输出部件故障。振动阻尼器（谐振平衡器） 用于补偿扭转振动，通常由惯性环和橡胶环构成，安装在曲轴前端。当曲轴扭转时，惯性环产生拖滞效应，橡胶环吸收振动能量，从而有效衰减振动。振动阻尼器上的惯性环重量是针对具体发动机量身定制的，使用不正确的阻尼器可能导致曲轴损坏，并通过正时标记错位可识别其不匹配。
五、 轴承系统结构与技术要求
1. 轴承盖与主轴承
曲轴通过主轴承和主轴承盖定位，主轴承盖数量通常比气缸数多一个，通过螺栓紧固在缸体上。大功率发动机常采用四个螺栓固定，以承受更大扭矩和载荷。
2. 镶入式轴承与插入式轴承
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镶入式轴承（图5a）：两片式摩擦轴承，具有略大于壳体的“跨距”，使轴承能快捷固定入位。钢背提供强度和支撑，轴承表面采用铜、铅、巴比合金、铝、锡等软金属，便于贴合曲轴轴颈并容纳微量灰尘。
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插入式轴承（图6a）：设有定位凸起，防止轴承在壳体内转动；轴承上加工有油槽和油孔（图6b），润滑油从曲轴中心经轴承孔传递至油槽，环抱曲轴实现完整润滑。
3. 主轴承间隙检查
曲轴轴颈与轴承之间须有适当间隙（主轴承间隙），使用塑料规检查：将塑料规置于曲轴和轴承之间，拧紧轴承盖至标准扭矩，塑料规被压扁，其最终宽度即对应轴承间隙值。
4. 止推轴承
曲轴运转过程中存在轴向移动，该移动主要由曲轴前端斜齿轮产生。止推轴承用于限制轴向窜动，其中一个主轴承设计为具有止推吸收性能（图6b左侧轴承），其止推面与曲轴上的加工面摩擦配合。多数发动机止推轴承位于后主轴承处，部分机型采用独立止推垫片。
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图5 发动机轴承结构图 |
图6 发动机插入式轴承结构图 |
六、 油道、油封与飞轮
1. 油道与润滑油路
润滑油经主油道供给缸体，传递至各主轴承，通过插入式轴承上的孔进入轴承凹槽，再经曲轴内部通道输送至连杆轴承，最终泄出喷溅至缸壁，润滑活塞和气缸套后滴回油底壳。维修时油道应装上保护塞，防止污染物进入（如图7）。
2. 曲轴油封
曲轴前后端采用油封将润滑油保持在发动机内部（图8a）。后油封常用唇式合成橡胶油封、石墨芯式油封或绳式油封；前端采用单片唇式油封（360°油封）绕在振动阻尼器上。当唇式油封在曲轴上磨出沟槽后，即使更换新油封仍可能渗漏。此时可采用维修套穿过平衡器表面损坏部位，使新油封密封于维修套的光滑表面上（图8b）。
3. 飞轮的结构特点
飞轮由铸铁制成，通常设计成半径较大、外缘较厚的盘形，以较小质量获得较大转动惯量。飞轮通过键（或销子）和螺钉与曲轴牢固结合，并需校准平衡，安装时应注意保持原有装配方位。飞轮外缘压有齿圈，与起动机驱动齿轮啮合供起动用；飞轮端面刻有第一缸压缩上止点的正时记号，用于校准喷油或点火时间。
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图7 柴油机缸体油道的保护塞 |
图8 发动机曲轴油封安装位置图 |
总结
曲轴飞轮组是柴油发动机动力转换与输出的核心，曲轴负责将活塞往复运动转化为旋转力矩，须具备足够的强度、刚度和耐磨性；飞轮通过储能和惯量保持转速均匀、平衡振动并传递动力。锻造曲轴强度优于铸造但成本更高，二者可通过分型线识别。扭转振动由橡胶摩擦式减震器吸收，惯性环需与发动机严格匹配。轴承系统采用插入式结构，通过塑料规检查间隙，止推轴承限制轴向窜动。曲轴前后油封若在轴上磨出沟槽，可使用维修套修复。规范的装配、对正检查和轴承间隙验证是确保曲轴飞轮组长期可靠运行的基本保障。
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