曲軸飛輪組.doc

無錫南洋職業(yè)技術(shù)學院發(fā)動機模塊教案任課教師張俊授課日期2008年9月10、12日授課班級汽修072教學方式一體化課 題第二章 曲柄連桿機構(gòu)2.1 曲柄連桿機構(gòu)曲軸飛輪組教學目的與要求1.掌握曲軸飛輪組的組成作用工作過程2.掌握曲軸的檢修內(nèi)容重、難點1. 掌握曲軸飛輪組的工作過程2. 掌握曲軸的檢修主要內(nèi)容2.4曲軸飛輪組一、組成：曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器、皮帶輪、正時齒輪(或鏈條)等組成。如圖2-42所示是曲軸飛輪組的總體結(jié)構(gòu)。二、曲 軸1.曲軸的功用是承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，然后通過飛輪輸出，另外，還用來驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他輔助裝置(如發(fā)電機、風扇、水泵、轉(zhuǎn)向油泵等)。在發(fā)動機工作中，曲軸承受周期性變化的氣體壓力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力和往復(fù)慣性力以及它們的力矩的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力狀態(tài)。為了保證工作可靠，因此要求曲軸具有足夠的剛度和強度，各工作表面要求耐磨而且潤滑良好，還必須有很高的動平衡要求。2.曲軸的結(jié)構(gòu)曲軸一般由前端(自由端)、主軸頸、曲柄、平衡重、連桿軸頸(曲柄銷)和后端(動力輸出)組成。由一個連桿軸頸、和它左右主軸頸組成一個曲拐。曲軸的曲拐數(shù)取決于氣缸的數(shù)目和排列方式。直列式發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)；V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。按照曲軸的主軸頸數(shù)；可以把曲軸分為全支承曲軸和非全支承曲軸兩種。在相鄰的兩個曲拐之間，都設(shè)置一個主軸頸的曲軸，稱為全支承曲軸(圖2-43a)；否則稱為非全支承曲軸(圖2-43b)。設(shè)氣缸數(shù)為i，則全支承的主軸頸數(shù)為：i十1。主軸頸數(shù)少于此數(shù)者都稱為非全支承的軸。全支承曲軸的優(yōu)點是可以提高曲軸的剛度，并且可減輕主軸承的載荷。其缺點是曲軸長度較長使發(fā)動機機體長度增加。直列式發(fā)動機的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù)(包括曲軸前端和后端的主軸頸)比氣缸數(shù)多一個；V型發(fā)動機的全支承曲軸，其主軸頸總數(shù)比氣缸數(shù)的一半多一個。上海桑塔納、一汽奧迪100型轎車均采用全支承曲軸。柴油機也多采用全支承曲軸，這是因為其載荷較大的緣故。3曲軸的材料曲軸一般都采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼(如45號鋼)或中碳合金鋼(如45Mn2、40Cr等)模鍛。為了提高曲軸的耐磨性，其主軸頸和連桿軸頸表面上均需高頻淬火或氮化，例如，上海桑塔納發(fā)動機曲軸采用優(yōu)質(zhì)50號中碳鋼模鍛而成。有部分發(fā)動機采用了高強度的稀土球墨鑄鐵鑄造曲軸，但這種曲軸必須采用全支承以保證剛度。4曲軸的構(gòu)造多缸發(fā)動機的曲軸一般做成整體式的(參看圖2-42)。連桿大頭為整體式的某些小型汽油機或采用滾動軸承作為曲軸主軸承的發(fā)動機，必須采用組合式曲軸，即將曲軸的各部分分段加工，然后組合成整個曲軸，其主軸承可為滾動軸承，相應(yīng)地氣缸體必須是隧道式的(參看圖2-3c)。轎車發(fā)動機多為整體式曲軸。有些曲軸的曲柄銷和主軸頸做成空心的其目的是為減小質(zhì)量和離心力，如圖 2-44所示。主軸頸、曲柄銷和軸瓦上都鉆有徑向油孔，這些油孔由斜向的油道相連6。這樣機油就可以進入主軸頸和曲柄銷的工作表面進行潤滑。當曲柄銷上的油孔與連桿大頭上的油孔對準時，機油可以從中噴出，對配氣機構(gòu)和氣缸壁進行飛濺潤滑。平衡重的作用是平衡連桿大頭，連桿軸頸和曲柄等產(chǎn)生的離心慣性力及其力矩，有時也平衡活塞連桿組的往復(fù)慣性力及其力矩，以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。并且還可減小曲軸軸承的負荷。四缸以上的直列發(fā)動機，雖從整體來說，其慣性力及其力矩是平衡的，但曲軸局部卻受彎矩作用，如圖245a所示。圖中慣性力F1=F2=F3=F4，M1-2=M3-4，所以整體上曲軸受力和力矩是平衡的。但從局部上看，1、2缸曲軸和3、4缸曲軸分別受彎矩M1-2 和M3-4 的作用，兩個力矩給曲軸造成了彎曲負荷，會造成曲軸彎曲并加重軸承的負荷。為了減輕主軸承負荷、改善其工作條件，一般都在曲柄的相反方向上設(shè)置平衡重，分別在曲柄的背面設(shè)置平衡重使其產(chǎn)生的力矩與上述慣性力矩M1-2、M3-4相平衡(圖245b)。為平衡曲軸的離心力和離心力矩，有時還用來平衡一部分活塞連桿組的往復(fù)慣性力。對于四缸、六缸、八缸和十二缸發(fā)動機，如圖2-46所示，由于曲拐是對稱布置的，往復(fù)慣性力和離心力是平衡的，從整體上看能相互抵消。但曲軸的局部確受到彎矩的作用 。圖2-46序號6所示，部分曲柄設(shè)置平衡重，如果曲軸支承剛度好，也可不設(shè)置平衡重,CA 6102型發(fā)動機曲軸不設(shè)平衡重。有的平衡重與曲軸制成一體,如圖2-46所示。有的單獨制成后再用螺栓固定在曲軸上，稱為裝配式平衡重如圖2-47所示。曲軸不論有無平衡重，都要求進行動平衡試驗，對不平衡的曲軸常在其偏重一側(cè)鉆孔，除去些質(zhì)量。曲軸前端是第一道主軸頸之前的部分，其上裝有驅(qū)動配氣凸輪軸的正時齒輪，或正時齒形皮帶輪，或鏈輪，驅(qū)動風扇和水泵的皮帶輪7以及推力片3等如圖248所示。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端上有一個甩油盤，隨著曲軸旋轉(zhuǎn)，當被齒輪擠出和甩出來的機油落到盤上時，由于離心力的作用，被甩到齒輪室蓋的壁面上，再沿壁面流下來，回到油底殼中。即使還有少量機油落到甩油盤前面的曲軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住，甩油盤的外斜面應(yīng)向后，如果裝錯，效果將適得其反。即使還有少量機油落到甩油盤前面的曲軸軸段上，也被壓配在齒輪室蓋上的油封擋住。為了減小扭振而裝有減振器，在中、小型發(fā)動機的曲軸前端還裝有起動爪，以便必要時用人力轉(zhuǎn)動曲軸，使發(fā)動機起動。 曲軸后端是最后一道主軸頸之后的部分，有安裝飛輪用的凸緣(圖2-49)。為防止機油向后漏出，在曲軸后端通常切出回油螺紋或其他封油裝置。回油螺紋可以是梯形的或矩形的，其螺旋方向應(yīng)為右旋?；赜吐菁y的工作原理如圖2-50。當曲軸旋轉(zhuǎn)時，流到回油螺紋槽中的機油也被帶動旋轉(zhuǎn)。因為機油本身有粘性，所以受到機體后蓋孔壁的摩擦阻力Fr 。 Fr可分解為平行于螺紋的分力Fr1和垂直于螺紋的分力Fr2 。機油在Fr1的作用下，順著螺紋槽道被推送向前，流回油底殼。4曲軸軸向定位為阻止車輛行駛時，離合器經(jīng)常結(jié)合與分離和帶錐齒輪驅(qū)動時施加于曲軸上的軸向力以及在上、下坡行駛或突然加速、減速出現(xiàn)的軸向力作用而有軸向竄動的趨勢，曲軸軸向竄動將破壞曲柄連桿機構(gòu)各零件的正確相對位置，曲軸必須有軸向定位，以保證曲柄連桿機構(gòu)的正常工作，但也應(yīng)允許曲軸受熱后能自由膨脹。曲軸作為轉(zhuǎn)動件，必須與其固定件之間有一定的軸向間隙。曲軸軸向定位是通過止推裝置實現(xiàn)的，只能有一處設(shè)置軸向定位裝置。止推裝置有翻邊軸瓦、止推片、止推環(huán)和軸向止推滾珠軸承等多種形式如圖251a、b、c、d。翻邊軸瓦(圖251a)放在曲軸的某一主軸承內(nèi)，靠翻邊軸瓦兩外側(cè)表面的減摩合金層(與軸瓦內(nèi)表面的合金層相同)減低與軸頸端面相對運動時的摩擦阻力并可擋住曲軸的左、右竄動。翻邊軸瓦工藝復(fù)雜，成本高，現(xiàn)巳很少采用。止推片(圖251b)是外側(cè)有減摩合金層的半環(huán)狀鋼片，裝在機體或主軸承蓋的槽內(nèi)為防止止推片的轉(zhuǎn)動，止推片上有凸起卡在槽內(nèi)，止推片用4片，也可用2片。當止推裝置放在曲軸第一主軸頸(曲軸自由端)上時，可采用兩個帶有減摩合金層的止推鋼環(huán)的形式(圖251c)。因為它可從曲軸端部直接套入主軸頸上。為防止止推轉(zhuǎn)動，止推環(huán)上有止轉(zhuǎn)銷孔與主軸承蓋上的止轉(zhuǎn)銷相配合。安裝止椎環(huán)時鋼背應(yīng)面向機體與軸承蓋。止推片與止推環(huán)廣泛用于內(nèi)燃機曲軸止推。5曲軸徑向密封曲軸徑向密封環(huán)安放在曲軸的自由端(前端)和飛輪端(功率輸出端)。其作用是防止內(nèi)燃機機體內(nèi)的機油外溢和水(汽)與灰塵進入機體內(nèi)。典型的車用內(nèi)燃機曲軸徑向密封環(huán)如圖252所示，由金屬保持架1，橡膠密封體12和拉力彈簧圈11三部分組成。橡膠密封體的幾何形狀及尺寸必須精心設(shè)計與制造。它與曲軸軸頸的密封寬度，即密封唇，為0102mm，空氣側(cè)密封角約為25，油側(cè)密封角比外側(cè)角約大20。拉簧作用平面與密封剩余邊的外偏距離，即彈簧杠桿臂，h0051mm。保護唇的作用是防止水(或汽)與灰塵進入機體內(nèi)。平時，它處于閉合狀態(tài)。當曲軸受熱時，保護唇張開，使保護唇與密封唇之間不會出現(xiàn)負壓。橡膠密封體靠自身的彈力與拉簧的拉力將密封唇壓在曲鈾軸頸上，以保證定的徑向密封力。當軸旋轉(zhuǎn)時，機油通過密封處的環(huán)隙流向機體內(nèi),反之則不能。密封環(huán)裝反不但不能密封，反而往外泵油。密封環(huán)除了密封作用外，它還能在接觸處動態(tài)積存機油，起到冷卻與自潤滑作用。常用的橡膠密封體有硅橡膠氟橡膠和密封性能更佳的聚四氟乙烯(PTFE)徑向密封環(huán)。6多曲拐的布置曲軸的形狀和各曲拐的相對位置取決于缸數(shù)、氣缸排列方式和發(fā)火次序。在安排多缸發(fā)動機的發(fā)火次序時，應(yīng)使連續(xù)作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(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象(即相鄰兩缸進氣門同時開啟)以免影響充氣；發(fā)火間隔應(yīng)力求均勻，在發(fā)動機完成一個工作循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，每個氣缸應(yīng)作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間(以曲軸轉(zhuǎn)角表示，稱為發(fā)火間隔角)應(yīng)力求均勻。對缸數(shù)為i的四沖程發(fā)動機而言，發(fā)火間隔角為720i時，即曲軸每轉(zhuǎn)720i時，就應(yīng)有一缸作功，以保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。常用的多缸發(fā)動機曲拐布置和發(fā)火次序如下：四沖程直列四缸發(fā)動機發(fā)火次序發(fā)火間隔角應(yīng)為7204=180。其曲拐布置如圖2-53所示，四個曲拐布置在同一平面內(nèi)。發(fā)火次序有兩種可能的排列法，即1243或13-42，它們的工作循環(huán)如表2-1、2-2所示。四沖程直列六缸發(fā)動機發(fā)火次序發(fā)火間隔角應(yīng)為7206=120。這種曲拐布置如圖2-54所示，六個曲拐分別布置在三個平面內(nèi)，各平面夾角為1200。曲拐的具體布置有兩種方案，第一種發(fā)火次序是：1536-2-4，這種方案應(yīng)用較普遍，國產(chǎn)汽車的六缸發(fā)動機的點火次序都用這種，其工作循環(huán)在表2-3列出，另一種發(fā)火次序是：1-4-2-635。四沖程V型八缸發(fā)動機發(fā)火次序缸數(shù) i=8，所以發(fā)火間隔角應(yīng)為7208=90。V型發(fā)動機左右兩列中相對應(yīng)的一對連桿共用一個曲拐。，所以V型八缸機只有四個曲拐，其布置可以與四缸機一樣，四個曲拐布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩互相錯開90的平面內(nèi)，如圖2-55所示，這樣可使發(fā)動機得到更好的平衡性。發(fā)火次序為184-36-572，其工作循環(huán)如表2-4所示。2.4.2曲軸扭轉(zhuǎn)減振器在發(fā)動機工作過程中，連桿作用在曲軸上的力呈周期性變化。這樣就會使質(zhì)量較小的曲拐相對于質(zhì)量較大的飛輪有扭轉(zhuǎn)擺動(曲拐轉(zhuǎn)速較飛輪轉(zhuǎn)速忽快忽慢)，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當這種扭轉(zhuǎn)振動的自振率頻與連桿傳來的呈周期性變化的激振頻率成整數(shù)倍關(guān)系時，曲軸便會產(chǎn)生共振。這種現(xiàn)象既損失發(fā)動機的功率，也會破壞曲軸和裝在上面的驅(qū)動齒輪、鏈輪、鏈條等附件，嚴重時甚致將曲軸扭斷。為消除這種現(xiàn)象，曲軸前端裝有扭轉(zhuǎn)減振器，如圖256所示。汽車發(fā)動機最常用的曲軸扭轉(zhuǎn)減振器是摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器，其可分為橡膠式扭轉(zhuǎn)減振器及硅油式扭轉(zhuǎn)減振器兩類。在橡膠摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器中如圖257所示，轉(zhuǎn)動慣量較大的慣性盤5用一層橡膠墊和由薄鋼片沖壓制成的盤3相連。盤3和慣性盤5都同橡膠墊4硫化粘接。盤3的轂部用螺釘固定在裝于曲軸前端的風扇皮帶輪上。當曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，曲軸前端的角振幅最大，而且通過皮帶輪轂帶動圓盤3一起振動。慣性盤5則因轉(zhuǎn)動慣量較大而實際上相當于一個小型的飛輪，其轉(zhuǎn)動瞬時角速度也就比圓盤3均勻得多。這樣，慣性盤5就同盤3有了相對角振動，而使橡膠墊4產(chǎn)生正反方向交替變化的扭轉(zhuǎn)變形。這時由于橡膠墊變形而產(chǎn)生的橡膠內(nèi)部的分子摩擦，消耗扭轉(zhuǎn)振動能量，整個曲軸的扭轉(zhuǎn)振幅將減小，把曲軸共振轉(zhuǎn)速移向更高的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，從而避免在常用轉(zhuǎn)速內(nèi)出現(xiàn)共振。上海桑塔納轎車發(fā)動機的曲軸上采用了橡膠扭轉(zhuǎn)減振器。橡膠減振器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可選擇獲得最大減振效果的固有頻率也可系列化。此外，還有干摩擦式扭轉(zhuǎn)減振器和粘液式減振器。扭振減振器常放在扭振振幅最大的曲軸自由端。為節(jié)省空間或傳動上的方便很多小轎車內(nèi)燃機上常利用皮帶輪作為減振體。在一些高級轎車內(nèi)燃機上，還采用雙重減振器，它是在皮帶輪的外圓柱面和內(nèi)側(cè)端面分別用橡膠與一個扭振減振體和一個彎曲減振體硫化成整體。它可抑制曲軸的扭轉(zhuǎn)振動和彎曲振動。2.4.3飛輪飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中輸入于曲軸的功能的一部分貯存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點。保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度和輸出扭矩盡可能均勻，并使發(fā)動機有可能克服短時間的超載荷，此外，飛輪又往往用作摩擦式離合器的驅(qū)動件。為了在保證有足夠的轉(zhuǎn)動慣量的前提下，盡可能減小飛輪的質(zhì)量，應(yīng)使飛輪的大部分質(zhì)量都集中在輪緣上，因而輪緣通常做得寬而厚。飛輪多采用灰鑄鐵制造，當輪緣的圓周速度超過50ms時，要采用強度較高的球鐵或鑄鋼制造。飛輪外緣上壓有一個齒圈，可與起動機的驅(qū)動齒輪嚙合，供起動發(fā)動機用。飛輪上通?？逃械谝桓装l(fā)火正時記號，以便校準發(fā)火時間。CA6102型發(fā)動機的正時記號是“”，當這個記號與飛輪殼上的刻線對正時，即表示16缸的活塞處在上止點位置，如圖2-58a)所示。EQ6100-1型發(fā)動機的飛輪上的這一記號為一個鑲嵌的鋼球，當鋼球與飛輪殼上的刻線對準時，為16缸的活塞處于上止點位置，如圖2-58b所示。BJ492Q發(fā)動機皮帶輪邊緣的缺口與正時齒輪罩上記號對準時，為14缸的活塞處于上止點位置，如圖259c所示。飛輪與曲軸裝配后應(yīng)進行動平衡試驗，所以在某些發(fā)動機飛輪上和曲軸上能看到有鉆過的孔。否則在旋轉(zhuǎn)時因質(zhì)量不平衡而產(chǎn)生離心力，將引起發(fā)動機振動并加速主軸承的磨損。為了在拆裝時不破壞它們的平衡狀態(tài)，飛輪與曲軸之間應(yīng)有嚴格的相對位置，用定位銷或不對稱布置螺栓予以保證。小 結(jié)曲柄連桿機構(gòu)的主要：機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組組成。他受到氣體作用力、運動質(zhì)量的慣性力、相對運動件接觸表面的摩擦力以及外界阻力等。龍門式氣缸體結(jié)構(gòu)特點是強度剛度好，結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，多種汽車發(fā)動機應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)。轎車發(fā)動機多用整體氣缸蓋。氣缸墊保證結(jié)合面處有良好的密封性，進而保證燃燒室