|
零件装配与结构组成 |
图解柴油机曲轴飞轮组工作原理及结构名称 |
摘要：曲轴飞轮组的功用是将活塞连杆组传来的力转变成扭矩，从轴上输出机械功，同时驱动柴油机各机构及辅助系统，克服非做功冲程的阻力，还可储存和释放能量，使柴油机运转平稳。它主要由皮带轮、正时齿轮、飞轮、曲轴、扭转减震器等组成。曲轴飞轮组在发动机传动系统中起到重要的作用，通过合理的构造和设计，能够提供平稳、稳定的转动能量，保证整机的正常运行。因此，它的存在使柴油发电机组具备更好的性能和可靠性。
一、曲轴飞轮组的作用
曲轴飞轮组是机械传动系统中的重要部件之一，由曲轴和飞轮两部分组成，如图1所示。它的主要作用是平衡发动机自身的旋转惯量，提供稳定的转动能量，并调整机械传动过程中的不平衡力。
1、平衡旋转惯量
曲轴飞轮组通过合理的组合设计，能够减小发动机内部的振动和冲击，提高整机的平稳性和稳定性。
2、调整不平衡力
曲轴飞轮组可以调整机械传动过程中的不平衡力，提高机械系统的平衡性，减少额外的振动和噪音。
3、稳定动力输出
曲轴能够提供稳定的转动能量，使发动机在高速运转时仍能保持平衡，不会由于转速变化而影响动力输出。曲轴安装示意图如图2所示。
4、辅助启动功能
飞轮作为发动机启动的辅助部件，可以储存能量，并通过启动系统将其传递给发动机，提高启动的可靠性和效率。
|
图1 柴油机曲轴飞轮组结构组成示意图 |
图2 柴油发电机曲轴安装示意图 |
二、 曲轴结构组成和作用
1、曲轴的功用、工作条件及制造方法
（1）作用
曲轴的功用是将气体压力转变为扭矩输出，以驱动与其相连的动力装置。此外，它还要驱动柴油机本身的配气机构及各种附件，如喷油泵、水泵和冷却风扇等。
（2）工作条件
曲轴在工作时，由于承受很高的气体力、往复惯性力、离心力及其力矩的作用，因此曲轴内部产生冲击性的交变应力（拉伸、压缩、弯曲、扭转），并易产生扭转振动，从而引起曲轴的疲劳破坏。另外由于各轴颈在很高的压力下做高速转动，使轴颈与轴承磨损严重，所以，对曲轴的要求是：耐疲劳，耐冲击；有足够的强度和刚度；轴颈表面的耐磨性好并经常保持良好的润滑状态；静平衡与动平衡要好；在使用转速范围内不能产生扭转振动。安装固定可靠并加以轴向定位或限制轴向位移。
（3）制造
曲轴毛坯制造采用铸造和锻造两种方法。锻造曲轴主要用于强化程度高的柴油机，这类曲轴一般采用强度极限和屈服极限较高的合金钢（如40Cr、35CrMo等）或中碳钢（如45钢）制造。铸造曲轴广泛应用于中小功率柴油机，通常采用高强度球墨铸铁铸造，其优点是：制造方便，成本低；能够铸出合理的结构形状；对扭转振动的阻尼作用优于钢材。
2、曲轴的分类
（1）曲轴按各组成部分的连接情况，可分为组合式曲轴和整体式曲轴两种。
① 组合式曲轴将曲轴分成若干部分，分别制造与加工，然后组装成一个整体。其优点是加工方便，便于产品系列化。缺点是拆装不方便，组装质量不易保证，重量大，成本高，采用滚动轴承，噪声大，难以适应高转速。
② 整体式曲轴如图3所示，即曲轴的各组成部分铸（或锻）造在一根曲轴毛坯上。其优点是结构简单紧凑，强度及刚度好，重量轻，成本低。
（2） 按照曲轴主轴颈数目，可分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。
① 全支承曲轴即是在任两个相邻曲拐之间都设有主轴颈的曲轴，其主轴颈总数比连杆轴颈数多一个。这种曲轴的优点是曲轴的刚度大，主轴承负荷轻。其缺点是柴油机轴向尺寸加长。
② 非全支承曲轴的主轴颈总数等于或少于连杆轴颈数，其优点是尺寸小，结构简单、紧凑。缺点是刚度和强度较差，主轴承负荷较重。柴油机因负荷较重，一般多采用全支承曲轴。非全支承曲轴多用于负荷较轻的柴油机。
3、曲轴的构造
曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈（曲柄销）、曲柄臂、平衡重（并非所有曲轴都有）、前端（自由端）和后端（功率输出端）等组成。
① 主轴颈与连杆轴颈
柴油机的主轴颈与连杆轴颈都是尺寸精度较高和粗糙度较低的圆柱体，它们以较大的圆弧半径与曲柄臂相连接。主轴颈是用来支承曲轴的，曲轴绕主轴颈中心高速旋转。主轴颈多为实心的，而球墨铸铁的曲轴主轴颈与连杆轴颈大多是空心的，其优点是可以减少旋转重量，从而减少其离心力；同时可作为润滑油离心滤清的空腔。主轴颈与连杆轴颈采用压力润滑，润滑油通过曲柄臂中的斜油道被压送至连杆轴颈空腔内，在旋转离心力的作用下，将机油中密度大的金属磨屑及其他杂质甩向空腔的外壁，内侧干净的机油通过油管流到连杆轴颈及轴承摩擦表面。
② 曲柄臂（简称曲柄）
曲柄臂的作用是连接主轴颈与连杆轴颈，通常制成椭圆形或圆形，其厚度与宽度应使曲轴有足够的刚度和强度。
③ 平衡重
如图4所示，平衡重通常设在与连杆轴颈相对的一侧曲柄臂上，其形状多为扇形。平衡重的作用是平衡连杆轴颈及曲柄臂的重量、离心力及其力矩，以减轻主轴承的载荷，增加运转的平稳性。
|
图3 柴油发电机组整体式曲轴 |
图4 柴油发电机组曲轴曲柄上的平衡重 |
④ 曲轴前端
曲轴前端制成有台肩的圆柱形，如图5所示。其上分别装有正时齿轮7、挡油圈6、油封5、带轮2和止推片8等零件。有些中小功率柴油机曲轴前端设有启动爪1，另有一些高速柴油机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用柴油机的曲轴前端设有动力输出装置。
⑤ 曲轴后端
如图6所示，一般曲轴后端设有油封6、回油螺槽7、后凸缘8等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将柴油机的功率输送给配套机具的传动装置。后端多装有飞轮，通过花键或凸缘与其相配，然后用螺栓固紧。由于飞轮尺寸大而重，因此对螺栓的紧固有一定的要求。
|
图5 柴油发电机组曲轴曲轴前端 |
图6 柴油发电机组曲轴曲轴后端 |
4、曲轴的形状和发火次序
曲轴的形状及曲柄销间的相互位置（即曲拐的布置）与冲程数、气缸数、气缸排列方式和各气缸做功行程发生的顺序（称为发火次序或工作顺序）有关。曲轴的形状要同时满足惯性力的平衡和发动机工作平稳性的要求。就四冲程发动机而言，曲轴每转两圈（即一个工作循环），每缸都应发火做功一次。各缸的发火间隔时间（以CA表示）应力求均匀。设发动机有i个气缸，则发火间隔应为720°/i℃A，即曲轴每转720°/i时，就应有一个缸做功，这样才能使发动机工作平稳。现就常用的4缸、6缸和V形8缸发动机说明如下。
① 四冲程直列4缸
发动机因缸数i＝4，所以发火间隔应为720°/4＝180℃A。4个曲柄销布置在同一平面内，1、4缸的曲柄销朝上时，2、3缸的朝下，1、4缸与2、3缸相隔180°。这种发动机可能采用的一种发火次序如表1所示。如表1所示的发火次序为1-3-4-2，我们习惯上以第1缸为准，1缸做功后接着是第3缸做功，依此类推。这种发动机的各缸就是按照1-3-4-2的顺序循环，周而复始地工作着。
表1 4缸机工作循环（发火次序1-3-4-2）
|
CA
|
1缸
|
2缸
|
3缸
|
4缸
|
|
0~180
|
进气
|
压缩
|
排气
|
做功
|
|
180~360
|
压缩
|
做功
|
进气
|
排气
|
|
360~540
|
做功
|
排气
|
压缩
|
进气
|
|
540~720
|
排气
|
进气
|
做功
|
压缩
|
如果将上述的2、3缸工作过程互换，则可得到表2所示的另一种发火次序。这种互换之所以可能，是因为2、3缸的曲柄销（连杆轴颈）以及活塞的位置是相同的。这样就得到另一种发火次序：1-2-4-3。
表2 4缸机工作循环（发火次序1-2-4-3）
|
CA
|
1缸
|
2缸
|
3缸
|
4缸
|
|
0~180
|
进气
|
排气
|
压缩
|
做功
|
|
180~360
|
压缩
|
进气
|
做功
|
排气
|
|
360~540
|
做功
|
压缩
|
排气
|
进气
|
|
540~720
|
排气
|
做功
|
进气
|
压缩
|
因此，图7所示的4缸机可能采用两种发火次序：1-3-4-2和1-2-4-3。不过，对某一特定的发动机而言，由于发火次序还与其配气机构等因素有关，其发火次序是确定的，不能随意变更。使用一台发动机时，必须了解其发火次序。1-3-4-2和1-2-4-3两种发火次序在工作平稳性和主轴承负荷方面，没有什么区别。但大多数发动机采用前一种，只有少数发动机采用后一种发火次序。
② 四冲程直列6缸
发动机的发火间隔应为720°/6＝120°CA，其曲轴形状如图6所示。6个曲柄销分别布置在3个平面内（每平面内2个曲柄销），各平面间互成120°。曲柄销的具体布置可有两种方式。第一种方式如图8所示，当1、6缸的曲柄销朝上时，则2、5缸的曲柄销朝左，3、4缸的朝右，其发火次序是1-5-3-6-2-4，如表3所示。我国绝大多数6缸机都采用这种曲轴和发火次序。
表3 6缸机工作循环（发火次序1-5-3-6-2-4）
|
CA
|
1缸
|
2缸
|
3缸
|
4缸
|
5缸
|
6缸
|
|
|
0~180
|
0~60
|
进气
|
压缩
|
做功
|
进气
|
排气
|
做功
|
|
60~120
|
排气
|
压缩
|
|||||
|
120~180
|
做功
|
进气
|
|||||
|
180~360
|
180~240
|
压缩
|
排气
|
||||
|
240~300
|
进气
|
做功
|
|||||
|
300~360
|
排气
|
压缩
|
|||||
|
360~540
|
360~420
|
做功
|
进气
|
||||
|
420~480
|
压缩
|
排气
|
|||||
|
480~540
|
进气
|
做功
|
|||||
|
540~720
|
540~600
|
排气
|
压缩
|
||||
|
600~660
|
做功
|
进气
|
|||||
|
660~720
|
压缩
|
||||||
|
排气
|
|||||||
当然，上述两种6缸机的曲轴还可能采用其他的发火次序，但是，在实际的发动机上没有应用，所以在这里就不再讲述。曲柄销的另一种布置形式是将上述第一种方式的2、5缸分别与3、4缸互换。这种方式的着火次序是1-4-2-6-3-5，只有少数进口柴油机采用这种着火次序。
由表3可以看出，按发火次序看，前后两个气缸的做功行程有60°是重叠的，这种现象是容易理解的。因为各气缸间做功行程的间隔是120°，而每个气缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后两个气缸的做功行程有60°的重叠角。在这个60°中，两个气缸都在做功，前一个气缸做功未完，后一个气缸做功已经开始。这种做功行程重叠的现象对发动机工作的平稳性是非常有利的。
|
图7 柴油发电机组直列4缸的曲拐布置 |
图8 柴油发电机组直列6缸的曲拐布置. |
③ 四冲程V形8缸机。
四冲程8缸机大多将气缸排列成双列V形（两列气缸的中心线夹角常取90°），曲柄布置如图9所示。因其气缸数i＝8，所以，各缸发火间隔应为720°/8＝90°CA。通常，这种发动机左右两列气缸中相对的一对连杆共装在一个曲柄销上，所以V形8缸机只有4个曲柄销。一般情况下，将4个曲柄销布置在两个互成90°的平面内（如图10所示）。V形8缸机常用的发火次序为1-5-4-2-6-3-7-8，工作循环进行的情况如表4所示。
表4 V形8缸机的工作循环
|
CA
|
1缸
|
2缸
|
3缸
|
4缸
|
5缸
|
6缸
|
7缸
|
8缸
|
|
|
0~180
|
0~90
|
进气
|
做功
|
压缩
|
排气
|
排气
|
做功
|
压缩
|
进气
|
|
90~180
|
排气
|
做功
|
进气
|
压缩
|
|||||
|
180~360
|
180~270
|
压缩
|
进气
|
排气
|
做功
|
||||
|
270~360
|
进气
|
排气
|
压缩
|
做功
|
|||||
|
360~540
|
360~450
|
做功
|
压缩
|
进气
|
排气
|
||||
|
450~540
|
压缩
|
进气
|
做功
|
排气
|
|||||
|
540~720
|
540~630
|
排气
|
做功
|
压缩
|
进气
|
||||
|
630~720
|
做功
|
压缩
|
排气
|
进气
|
|||||
曲柄布置原则是各汽缸的作功间隔角应该相等，以利于发动机运转平稳。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个汽缸都应作功一次，对于V型发动机，则左右两列汽缸应交替作功。对于汽缸数为i的四冲程发动机而言，作功间隔角为720°/i。即曲轴每转720°/i就应有一个缸作功，以保证发动机运转平稳。
|
图9 V型排列八缸发动机的曲拐布置简图 |
图10 柴油发电机组V形8缸机的工作循环过程 |
三、飞轮的结构组成和作用
1、作用
柴油机飞轮的主要功用是存储做功冲程产生的能量，克服辅助冲程（进气、压缩和排气冲程）的阻力，以保持曲轴旋转的均匀性，使柴油机运转平稳。其次，飞轮还具有克服柴油机短期超载的能力。有时它还可兼作动力输出的带轮等。
2、结构
柴油发动机的飞轮多用灰铸铁制造，当轮边的圆周速度超过50m／s时，则选用强度较高的球墨铸铁或铸钢。飞轮的结构形状（如图11所示）是一个大圆盘，轮边尺寸宽而厚，这在重量一定的条件下，可获得较大的转动惯量。多缸柴油机的转矩输出较均匀，对飞轮的转动惯量要求较小，因此飞轮的尺寸小些。相反，单缸机飞轮相应做得大些。通常在飞轮的外圆上装有启动齿圈，并在外圆上刻有记号或钻有小孔，用以指示某一缸（通常为第1缸）在上止点的位置，供检查气门间隙、供油提前角和配气定时使用。由于飞轮上刻有记号，飞轮与曲轴的位置，在安装时不能随意错动。
3、飞轮的检测
首先检查飞轮外齿圈，其次飞轮工作平面的平面度误差不得大于0.10mm，测量方法如图12所示。飞轮厚度极限减薄量为1mm，与曲轴装配后的端面圆跳动误差不得大于0.15mm。
|
图11 柴油机飞轮外观三维图 |
图12 发动机飞轮平面度测量（百分表） |
总结：
曲轴飞轮组作为柴油机传动系统中的重要部件，承担着平衡旋转惯量、调整不平衡力、提供稳定动力输出和辅助启动等多重作用。它的应用广泛，并且随着科技的进步，曲轴飞轮组也在不断创新和优化，以满足不同领域的需求。通过对曲轴飞轮组的深入了解，我们可以更好地理解其重要性和作用，为机械传动系统的设计和应用提供帮助和指导。不断推动曲轴飞轮组技术的发展，将为柴油发电机行业的发展做出更大的贡献。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：发动机气门组主要包括什么部件组成
- 下一篇：活塞销的形状类型、安装及裂纹检查方法
