汽车发动机构造详解-曲轴飞轮组

1. 主轴承与连杆轴承
载荷及材料要求 结构形式
连杆轴 承
主轴 承
（1）载荷及材料要求
载荷
二
层 承受交变载荷和高速摩 擦
材料要求
结
足够抗疲劳强度 耐磨损
构
钢背 减摩合金层 软镀层
三 层 结 构
耐腐蚀
钢背
是轴瓦的基体
软镀层
电镀一层锡或锡铅合金
改善轴瓦的磨合性能并
作为减摩合金层的保护 层
3. 齿轮传动双轴平衡机构 传动齿 轮及平 衡重
平衡轴 及平衡
重
平衡装 置壳体
360 300~360
第1缸
作功
排气
第2缸 排气
进气
第3缸
压缩
作功
第4缸 排气 进气
第5缸 压缩
作功
360 360~420 ~ 420~480
540 480~540
540 540~600 ~ 600~660
720 660~720
进气 压缩
压缩
作功
排气 进气
压缩
作功
排气 进气
第6缸 进气
压缩
作功
排气
（3）V8缸发动机工作循环
0.06~0.25mm
（2）半圆环止推片
特点
一般4片，上下 各2片
安装在机体和 主轴承盖的浅 槽中
有减摩合金层 的止推面朝向 曲轴
（3）止推轴承环
特点
2片止推圆环
分别安装在第 一主轴承盖的 两侧
第一主 轴承盖
止推面
三、曲轴密封
曲轴前端密封 曲轴后端密封
1. 曲轴前端密封
甩油盘
完全平衡法
每个曲柄臂设有平衡重 平衡重数量多，曲轴质
量增加，工艺性变差
分段平衡法
部分曲柄臂设有平衡重 平衡重数量减少，曲轴
质量降低
（2）曲轴平衡重形状
平衡重形状
多为扇形，使其重心远离曲轴回转中心
以较小质量获得较大旋转惯性力
与曲柄臂锻或 铸成一体
单独制成零件，用螺 栓紧固在曲柄臂上
机油被甩油盘离心 力作用，沿定时传 动室盖的内壁上流 回油底壳
橡胶油封
落到甩油盘前面曲 轴上少量机油，被 装在定时传动室盖 上的自紧式橡胶油 封挡住
2. 曲轴后端密封
回油螺纹
挡油凸缘、密封 圈、回油螺纹
自紧式橡胶油封
由金属保持架、 氟橡胶密封环和 拉紧弹簧构成
卸荷槽
卸荷槽、挡油凸 缘、密封圈
（2）结构形式
钢背
软镀层
布油 槽
环形 油槽
油孔
减摩 合金层
定位 唇
1）曲轴轴承减摩合金层
名称
优点
缺点
应用
巴氏 合金
减摩性好
抗疲劳强度低、 常用于负荷不
耐热性差
大 汽油机
铜铅 合金
承载能力大、抗 疲劳强度高、耐
热性好
磨合性和耐腐蚀 性差（有软镀层）
多用于高强化 柴油机
铝基 较好承载能力、抗疲劳强度和减 广泛用于汽油
水泵
空调 压缩机
曲轴 带轮
动力 转 向泵
曲轴正 时齿形
带轮
导向轮
曲轴 链轮
机油泵
（4）曲轴后端结构
曲轴 带轮
曲轴正时 齿形带轮
曲轴
链轮
安装飞轮 用凸缘
飞轮
（5）曲轴润滑
机油 机体油道
主轴承 主轴颈
曲轴油孔
连杆轴承
连杆轴颈
1）实心连杆轴颈润滑
2）空心连杆轴颈润滑
空心轴颈油孔
空心 轴颈 油管
油孔绕过曲柄销 空腔直通表面
（2）直列6缸发动机工作循环
发火间隔角
720⁰/6=120⁰
工作顺序
1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5
1-6 120⁰
1 23 456
2-5 3-4
➢直列6缸发动机工作循环表
（1-5-3-6-2-4）
曲轴转角(⁰)
0
0~60
~ 60~120
180 120~180
180 180~240 ~ 240~300
多用灰铸铁， 高速发动机应 采用球墨铸铁 或铸钢
六、平衡机构
平衡机构功用
平衡往复惯性力及其力矩 比较：曲柄臂平衡重平衡旋转惯性力及其力矩 平衡状况：与气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式
等因素有关
平衡机构类型
链传动双轴平衡机构 齿轮传动双轴平衡机构
4缸发动机一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯 性力矩都平衡
曲轴功用 曲轴工作条件与材料 曲轴构造（※） 曲轴平衡重 曲拐布置与发动机工作顺序（※）
1. 曲轴功用
曲轴
气体 压力
转矩
飞轮
汽车传动系
驱动配气机构和 其它辅助装置
2. 曲轴工作条件和材料
气体力 惯性力
•周期性 变化的力 及其力矩
•旋转质 量离心力
弯曲、 扭曲交 变载荷
足够抗弯曲、抗扭 转疲劳强度和刚度
Fr1 Fr Fr2
四、曲轴扭转减振器
扭转减振器功用
消减曲轴的扭转振动
扭转振动
概念：因曲轴周期性变化转矩作用，各曲拐间发生 周期性相对扭转现象
危害：共振（转矩变化频率=扭转自振频率）导致传 动机构磨损加剧，功率下降，甚至曲轴断裂
扭转减振器类型
橡胶扭转减振器 硅油扭转减振器 硅油—橡胶扭转减振器
减振效果好，性能稳定，工作可靠，结构 简单，维修方便
在汽车发动机上的应用日益普遍 需要良好的密封和较大的惯性质量，减振
器尺寸较大
侧盖
注油 螺塞
惯性 质量
减振器 壳体
3. 硅油-橡胶扭转减振器
橡胶环
作为弹性体，并用来密 封硅油和支撑惯性质量
注油 螺塞
在封闭腔内注满高粘度 硅油
特点
集中了硅油扭转减振器 和橡胶扭转减振器二者 的优点
360 360~450 ~540 450~630
540~630 540 ~720 630~720
作1功 2
排气 排气
进气 进气
作压缩功
压缩
34
压缩
作功
进气
作压缩功
排气
进气 排气
5 作功
排气 进气 压缩
678
进气 排气 压缩
作功 作压缩功 进气
压缩
作功 排气
排气
进气
二、曲轴轴承
主轴承与连杆轴承 止推轴承（※）
高速发动机离心 力过大易缺机油
4. 曲轴平衡重
曲轴平衡重功用
旋转惯性力及其力矩外 部平衡
旋转惯性力及其力矩内 部不平衡
M1-2 、 M3-4造成曲轴 弯曲载荷
需在曲柄相反方向附加 平衡重
F1 1 M1-2
F4
M3-4
4
2
3
F2
F3
F1=F2 F3=F4
M1-2 = M3-4
（1）曲轴平衡重作用方法
发火间隔角
720⁰/8=90⁰
工作顺序 1-5-4-8-6-3-7-2
4
2 1
3
8
67
5
90⁰
1-8-4-3-6-5-7-2
1-5 3-7
2-6
4-8
➢V8发动机工作循环表（1-5-4-86-3-7-2）
曲轴转角(º)
0
0~90
~180 90~180
180 180~270 ~360 270~360
曲轴飞轮组
曲轴结构（※）
曲轴轴承（※）
曲轴密封
曲轴扭转减振器
飞轮
曲轴
平衡机构（※）
飞轮
曲轴 轴承
本节课程任务
曲轴分类形式及特点：2类4种 曲轴平衡重及作用方法：2种 曲拐布置形式与发动机工作顺序关系：3种 曲轴止推轴承的作用及类型 ：3种 平衡机构作用及类型：2种
一、曲轴结构
滚动轴承 (主轴承)
单元 曲拐
特点
曲柄臂兼 作主轴颈
由单元曲拐组合装配，配用隧道式机体
方便制造和更换，结构复杂，拆装不便
3）全支承曲轴
特点
相邻两个曲拐 间都有主轴颈
优点
抗弯曲能力强 可减轻主轴颈 载荷
缺点
主轴颈多，加 工面多，曲轴 和机体较长
4）非全支承曲轴
特点
主轴颈数少于 全支承曲轴
5. 曲拐布置与发动机工作顺序
曲拐布置因素
气缸数目 气缸排列形式 发动机工作顺序
选择工作顺序
发火间隔应该相等，使运转平衡 连续作功两缸尽量相距远，减轻主轴承载荷和不发
生进气重叠现象 V型发动机左右气缸应交替发火
（1）直列4缸发动机工作循环
发火间隔角
720⁰/4=180⁰
工作顺序
优点
主轴颈少，加 工面少，曲轴 和机体较短
缺点
抗弯曲能力较 弱，主轴颈载 荷较大
（2）单元曲拐结构
主轴颈和曲柄销实心
曲柄臂一般是椭圆形
曲柄销空心
部分锻钢曲轴
减小曲柄销质量及其 产生的旋转惯性力
桶形
空腔
主轴颈和曲柄销空心
部分铸铁曲轴
油管
（3）曲轴前端结构
张紧轮
发电机
凸轮轴 正时齿 形带轮
轴颈应有足够大承 压面积和耐磨性
曲轴质量应尽量小
轴颈润滑充分
曲轴材料
中碳钢 或中碳合 金钢模锻
如45、40Cr、 35Mn2等
轴颈表面高 频淬火或氮
化处理
强度和刚 度较好
提高曲轴 耐磨性
球墨 铸铁
耐磨性好、轴颈不需硬化处 理、成本低、机械加工量少
3. 曲轴构造
曲轴类型 单元曲拐 曲轴前端 曲轴后端 曲轴润滑
曲轴 后端
输出端
平衡重
连杆 轴颈 单
元 曲柄臂 曲
拐 主轴颈
曲轴 前端
自由端
（1） 曲轴类型
按单元曲拐连 接方式
整体式曲轴 组合式曲轴
按主轴颈数分
全支承曲轴 非全支承曲轴
1）整体式曲轴
曲柄臂
连杆轴颈 主轴颈
特点
各单元曲拐锻造或铸造成整体 工作可靠 质量轻，结构简单，加工面少
2）组合式曲轴
橡胶扭转减振器
硫化 橡 胶层
扭转振 动惯性 质量
减振器 壳体
弯曲振动 惯性质量
2. 硅油扭转减振器
扭转减振原理
曲轴与减振器壳体一起振动 惯性质量被硅油的粘性摩擦阻尼所带动 惯性质量相当大，近似作匀速转动 在惯性质量与减振器壳体间产生相对运动 曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收
特点
合金 摩性
机/柴油机
（2）曲轴轴承与油膜
曲率半径和周长
自由状态轴承曲 率半径和周长略 大于承孔
保证安装后紧密 贴合
保证良好的承载 和导热能力
2. 曲轴止推轴承
功用
保证曲轴轴向定位
类型
翻边轴承 半圆环止推片 止推轴承环
（1）翻边轴承
轴向间隙
轴瓦止推面与 曲轴止推面之 间隙
平衡二阶往复惯性力
1. 往复惯性力
复惯性力特点
当发动机的结构 和转速一定时
一阶往复惯性力 与曲轴转角的余 弦成正比
二阶往复惯性力 与二倍曲轴转角 的余弦成正比
2. 链传动双轴平衡机构
平衡原理
两根平衡轴与曲轴 平行且与气缸中心 线等距，旋转方向 相反，转速相同， 为曲轴转速的二倍
两根轴上平衡重质 量相同，其旋转惯 性分力在垂直于气 缸中心线方向互相 抵消，在平行于气 缸中心线方向的合 力与 FjII 大小相等， 方向相反
1 234
1-3-4-2 1-2-4-3
1-4
180⁰ 2-3
➢直列4缸发动机工作循环表（1-3-4-2）
曲轴转角(°) 第1缸 第2缸 第3缸 第4缸
0~180
作功 排气 压缩 进气
180~360 排气 进气 作功 压缩
360~540 进气 压缩 排气 作功
540~720 压缩 作功 进气 排气
体积小、质量轻和减振 性能稳定
惯性 质量
减振器 壳体
五、飞 轮
飞轮功用
能量存储器：保证发 动机运转平稳
摩擦式离合器的主动 件
轮缘上镶嵌起动用飞 轮齿圈
刻有上止点记号：用 于调整点火正时、喷 油正时或配气正时
飞轮
飞轮结构
盘形零件
轮缘较宽厚以 获得较大转动 惯量
与曲轴动平衡， 定位销和飞轮 螺栓
1. 橡胶扭转减振器
扭转减振原理
曲轴与减振器壳体一起振动 惯性质量滞后于减振器壳体，两者之间产生相对运动 使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶内摩擦阻尼吸收
特点
结构简单，工作可靠，制造容易，在汽车上广为应用 但其阻尼作用小，橡胶容易老化，在大功率发动机上
较少应用
类型Байду номын сангаас
橡胶扭转减振器 带轮—橡胶扭转减振器