小型柴油機曲柄連桿機構(gòu)中曲軸飛輪組

白曉波

（吉林省通榆縣開通鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)機械推廣中心站，吉林 通榆 137200）

小型農(nóng)用柴油機是農(nóng)村最為普通和常見的農(nóng)用機械，而曲柄連桿機構(gòu)是柴油機實現(xiàn)工作循環(huán)、完成從熱能到機械能的能量轉(zhuǎn)換、以曲軸旋轉(zhuǎn)的形式向外輸出動力的傳動機構(gòu)。它由活塞連桿組、曲軸飛輪組和機體缸蓋組三個部分組成?；钊c氣缸蓋、氣缸一起構(gòu)成燃燒室，它承受氣缸中油氣混合后燃燒膨脹產(chǎn)生的壓力，并通過活塞銷將力傳遞給連桿，推動曲軸旋轉(zhuǎn)，并對外做功，隨后活塞由連桿帶動，實現(xiàn)進氣（吸氣）、壓縮、排氣等工作。限于篇幅，本文只對其中的曲軸飛輪組進行簡單介紹。曲軸飛輪組由曲軸、飛輪和平衡機構(gòu)等機件組成。

1 曲軸

曲軸的功用是把活塞的往復(fù)運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，對外輸出功和驅(qū)動各輔助系統(tǒng)。曲軸在工作中受到周期性變化的氣體壓力、往復(fù)運動慣性的交變載荷，使曲軸的受力非常復(fù)雜，既彎曲又扭轉(zhuǎn)，會引起曲軸的震動和疲勞破壞。同時，在曲軸軸頸與軸瓦之間還會造成磨損。因此，要求曲軸具有足夠的強度和剛度，特別是曲柄部分的強度；要求軸頸表面耐磨并有良好的潤滑條件，而且質(zhì)量要輕。曲軸一般用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或合金鋼鍛造而成，軸頸表面經(jīng)精加工和熱處理。單缸柴油機多用高強度的球墨鑄鐵鑄造。曲軸軸體內(nèi)有油孔，與各軸頸表面相通。

曲軸的結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，單缸柴油機曲軸主要由曲軸前、后主軸頸，連桿軸頸，平衡塊，曲柄，前、后端等幾部分組成。前、后主軸頸在曲軸箱上的主軸承中旋轉(zhuǎn)并承曲軸。連桿軸頸通過連桿軸承與連桿大頭相交接。平衡塊用來平衡柴油機工作中的慣性力和力矩。曲柄用來連接主軸頸和連桿軸頸。為減少應(yīng)力集中，曲柄與連桿軸主軸頸連接處有半徑為4～6mm的圓弧。磨修曲軸時應(yīng)保證圓弧的半徑，不得損傷圓弧處表面，否則可能會引起曲軸斷裂。主軸頸和連桿軸頸的軸心線距離稱為曲軸的回轉(zhuǎn)半徑。回轉(zhuǎn)半徑的大小對柴油機工作影響很大。根據(jù)曲軸制造工藝不同，曲軸又分為整體式曲軸和分鑄式曲軸單獨制造，用螺釘連接在曲柄下端。另外，在連桿軸頸內(nèi)還制有各種離心凈化室，以便在曲軸高速旋轉(zhuǎn)的作用下，使?jié)櫥驮诹鹘?jīng)該凈化室時，得到離心凈化，去除油中的機械雜質(zhì)。多缸柴油機的曲軸與單缸柴油機的曲軸相似，只是其連桿軸頸與缸數(shù)相等；另外，多缸柴油機的曲軸不僅在兩端有主軸頸，在中間部位也有主軸頸。一般把主軸頸數(shù)比連桿軸頸數(shù)多一個的曲軸稱為全支承曲軸，把主軸頸數(shù)與連桿軸頸數(shù)相等或少一個的曲軸稱為非全支承曲軸。曲軸前端的伸出部分，用來安裝正時齒輪以及啟動爪、擋油盤等，后端連接飛輪及皮帶輪。

2 主軸承

多缸柴油機的主軸承一般用開式雙金屬薄壁軸瓦，小型單缸柴油機多用整體式雙金屬薄壁軸瓦 （比如S195型柴油機）。為了限制曲軸的軸向竄動，一般最后一道主軸瓦（靠飛輪端）采用翻邊軸瓦，或在一道主軸瓦的兩側(cè)裝有止推片；有的小 型 柴 油 機 （ 比 如 170F—A、175F—A、ZH1115、S1110、ZH1110、R185、190A、R175A、Z175F—3、185、R180 型號等）用滾動軸承。這使啟動和運轉(zhuǎn)時的阻力減小，軸向尺寸縮短和易于安裝調(diào)試等。

3 飛輪

飛輪的功用是儲存和放出能量，使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻，此外還能幫助克服柴油機工作過程中的短時超負荷。如單缸四行程柴油機只有一個行程作功，所以利用飛輪把傳到曲軸上的一部分能量儲存起來，以克服排氣、進氣和壓縮沖程中的阻力和其他阻力，使柴油機曲軸能夠均勻平衡地旋轉(zhuǎn)。小型柴油機的飛輪，還有利于啟動及輸出功率的作用。為了便于對柴油機進行維修調(diào)整，飛輪上還刻有各種記號，與機體上的記號對正，可分別表示活塞上止點、供油提前角、氣門開閉時間等。在電啟動的柴油機上，飛輪外緣上還壓裝著齒環(huán)，用業(yè)與啟動電機的驅(qū)動齒輪嚙合，以帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，使柴油機實現(xiàn)啟動。對于有飛輪發(fā)電機的柴油機，在飛輪上固定著永久磁鐵轉(zhuǎn)子。

飛輪用鑄鐵制成，安裝在曲軸尾端的錐形軸頸上，有鍵槽定位，軸向用飛輪螺母堅固，并用止退墊圈的折邊鎖住。

4 平衡機構(gòu)

柴油機工作時，由于連桿軸頸、曲柄、連桿大頭等運動件的調(diào)整旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生很大的離心力，同時活塞組件和連桿小頭等運動件的高速往復(fù)運動，也產(chǎn)生很大的慣性力。這種情況在單缸柴油機上表現(xiàn)尤為明顯。這些力如不進行平衡則會使柴油機產(chǎn)生強烈的震動，惡化駕駛員的工作條件。甚至?xí)饓牟裼蜋C的零部件。離心力一般用曲軸上的平衡塊進行平衡。往復(fù)慣性力在多缸柴油機上靠合理排列各缸的作功順序來平衡，而單缸柴油機則需要專門的平衡機構(gòu)進行平衡。

小型柴油機上常見的平衡機構(gòu)主要分為雙軸平衡與單軸平衡等兩種。一雙軸平衡機構(gòu)（比如S195型），其平衡機構(gòu)主要由上、下兩根平衡軸組成。平衡軸上的重塊所產(chǎn)生的離心力，都可以分成水平方向和垂直方向兩個分力。其水平分力之和，用于平衡柴油機的往復(fù)慣性力；而垂直分力，由于在方向上相反，數(shù)值上相等，因此互相抵消。所以，雙軸平衡機構(gòu)有很好的平衡效果，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。平衡軸齒輪上，都刻有定位標記。 在齒輪室中，應(yīng)按標記來裝配該齒輪；二單軸平衡機構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，質(zhì)量也輕。但平衡軸與曲軸不同心，平衡塊所產(chǎn)生的慣性力沿活塞運動方向的分力不通過氣缸中心線平面，幫其平衡效果比雙軸平衡機構(gòu)要差一些。

總而言之，小型農(nóng)用柴油機中的曲軸連桿機構(gòu)是十分重要的系統(tǒng)，曲軸、主軸承、飛輪和平衡機構(gòu)共同構(gòu)成曲軸連桿機構(gòu)中的曲軸飛輪組，它們之間共同協(xié)作完成柴油機的行走和做功。

[1]李自華.農(nóng)業(yè)機械學(xué)（上、下冊）[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.