曲轴的作用： 曲轴的作用是把活塞连杆的往复运动转变为自身的旋转运动,并对外输出动力,用以驱动汽车的传动系统、发动机配气机构及其他附属装置。 曲轴的结构： 曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、前轴端和后轴端等部分组成,如图4-1所示。 其中主轴颈和连杆轴颈上有润滑油孔,平衡重上面有平衡孔。曲轴前轴端连接曲轴驱动轮,用来驱动发动机附属装置(如空调系统、转向助力系统等);曲轴后轴端连接飞轮,对外输出动力。
1.主轴颈曲轴主轴颈用于支承曲轴,它通过主轴承安装在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数有关,还取决于曲轴的支承方式,发动机气缸体上通常会加工出若干个曲轴支承点。四缸或V8发动机通常有5道主轴承,直列式六缸发动机通常有7道主轴承,V6发动机通常有4道主轴承。
2.连杆轴颈连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分,通过曲柄与主轴颈相连,在连接处用圆弧过渡,以减小应力集中。直列式发动机的连杆轴颈数和气缸数相等,V形发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。
3.曲柄曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分。为了平衡离心力矩,曲柄处配置平衡重(图4-2)。
平衡重还可以平衡一部分活塞往复惯性力,使曲轴旋转平稳。
5.曲轴定位由于汽车行驶的需要,曲轴必须能够吸收手动变速器离合器或自动变速器液力变矩器反作用力的冲击载荷。该冲击载荷能使曲轴沿轴向前后窜动,因此曲轴上应安装轴向定位装置。曲轴一般采用止推片(图4-5)或翻边轴承(图4-6)定位,定位装置通常安装在中部某轴承座处。
半圆环止推片一般为四片,上、下各两片,分别安装在气缸体和主轴承盖上的浅槽中,用定位舌或定位销定位,防止其转动。装配时,需将有油槽的止推面朝向曲轴的止推面,不能装反。
翻边轴承是将轴承两侧翻边作为止推面,然后在止推面上浇铸耐磨合金。轴承的止推面与曲轴止推面之间留有0.06-0.25mm的间隙,因此限制了曲轴轴向窜动量。
曲轴的类型：
发动机曲轴根据支承方式的不同可以分为全支承曲轴和非全支承曲轴,根据曲轴制造方式不同可以分为锻造式曲轴和铸造式曲轴。
1.全支承曲轴全支承曲轴(图4-7)每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈,如六缸发动机有七个主轴颈,四缸发动机有五个主轴颈。这种曲轴的强度和刚度都较好,且减小了主轴承载荷,降低了磨损。汽油发动机多采用全支承曲轴。
2.非全支承曲轴非全支承曲轴(图4-8)的主轴颈数比气缸数少或与气缸数相等。这种曲轴的主轴颈承受载荷较大,但缩短了曲轴的总长度。有些承受载荷较小的汽油发动机采用这种曲轴。
3.锻造式曲轴高性能发动机通常采用锻造式曲轴。锻造式曲轴的强度要高于铸造式曲轴,但制造成本较高。锻造式曲轴通常在曲柄上有明显较宽的分割线。
4.铸造式曲轴相比于锻造式曲轴,铸造式曲轴的材料和加工成本较低,只需对轴颈及曲轴前、后端进行磨削加工,且加工比较困难的曲拐位置和平衡重在铸造时即可完成。由于采用铸造工艺,曲轴内部晶相排列较均匀,能承受各个方向上的载荷;同时,铸造式曲轴的平衡重密度小于锻造式曲轴的平衡重,因此铸造式曲轴的质量要小于锻造式曲轴。在铸造式曲轴的曲柄上可以看到一些较窄的铸造模具分割线。
曲轴的振动：
当发动机工作时,曲轴在周期性变化转矩的作用下,各曲拐之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动,简称扭振。当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时,就会发生共振。共振时扭转振幅增大,会导致传动机构磨损加剧,严重时会造成发动机功率下降,甚至使曲轴断裂。
为了消减曲轴的扭转振动,现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器(图4-9)。汽车发动机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油一橡胶扭转减振器等。其作用是吸收曲轴扭转振动的能量,消除扭转振动。
曲轴的平衡：
发动机曲轴平衡装置分为内部平衡装置和外部平衡装置,内部平衡装置包括平衡重和平衡轴,外部平衡装置包括扭转减振器和飞轮。
1.平衡重平衡重一般铸造在曲柄的反方向上,用来平衡连杆大头、连杆轴颈和曲柄等产生的离心惯性力和离心力矩,以及平衡活塞连杆组的往复惯性力及其力矩,以使发动机运转平稳。
平衡重有整体式和装配式两种类型。平衡重与曲轴制成一体的称为整体式平衡重,平衡重用螺栓固定在曲柄上的称为装配式平衡重。有些刚度较大的全支承曲轴没有平衡重,而是直接在曲轴上减小一部分质量。
2.平衡轴平衡轴用来平衡发动机的振动和降低噪声,延长发动机的使用寿命,提升乘客的乘坐舒适性。平衡轴一般分为单平衡轴和双平衡轴两种。
曲轴的润滑：
在曲轴上通常钻有若干润滑油道(图4-10),这些油道使润滑油从主轴颈流动到连杆轴颈。曲轴轴承上的润滑油以油膜形式存在,并不断流动,其中一部分润滑油从连杆上的油孔喷出,其余润滑油从连杆和轴承的缝隙流出,对轴承和轴颈进行润滑。曲拐的旋转将润滑油从油底壳带起并甩至气缸壁上对气缸和活塞及活塞环进行润滑,这种润滑方式称为飞溅润滑。
曲轴的检查：
曲轴的检查内容主要有曲轴裂纹的检查、曲轴弯曲变形的检查、轴颈磨损的检查等。检查曲轴之前,应将待检曲轴上的油污、锈迹等彻底清洗干净。
1.曲轴裂纹的检查曲轴裂纹一般出现在应力集中处,如主轴颈或连杆轴颈与曲柄相连的过渡圆角处,表现为横向裂纹。有的曲轴在轴颈中的油孔附近出现轴向延伸的裂纹。常用的曲轴裂纹的检查方法有磁力探伤仪检查、超声波探伤或浸油敲击检查等。
2.曲轴弯曲变形的检查检查曲轴是否存在弯曲变形时,应将曲轴的两端用V形块支承在检测平板上,然后用百分表的触头抵在中间主轴颈表面,转动曲轴一周,百分表上指针的最大与最小读数之差即为中间主轴颈对两端主轴颈的径向圆跳动误差(一般不超过0.04-0.06mm),如图4-11所示。
3.曲轴磨损及轴向间隙的检查首先检查曲轴轴颈划痕(图4-12),划痕是轴颈常见的损伤,通常出现在曲轴轴颈的中央位置。
然后检查曲轴轴向间隙,曲轴轴向间隙可以使用塞尺或百分表来检查。如图4-13所示,安装好曲轴后,首先前后撬动曲轴若干次,使上、下止推轴承在同一平面,然后测量曲轴的轴向间隙。曲轴的轴向间隙一般在0.020-0.300mm之间(具体参数参见相关维修手册)。如果轴向间隙太大,则需要更换加厚的止推轴承或主轴瓦,加厚止推轴承需要维修技师自己加工。
4.轴颈的修理当曲轴轴颈出现较小划痕、失圆或锥化磨损时,需对轴颈进行研磨修复。轴颈的研磨修复需要在专用曲轴磨床上进行,除恢复轴颈尺寸及几何形状外,还应保证轴颈的同轴度、平行度、曲轴过渡圆半径及各连杆轴颈间的夹角等相互位置精度。
