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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主轴颈与连杆轴颈内燃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质量，从而减少其离心力；同时可作为润滑油离心滤清的空腔。④连杆大端端隙的检查当连杆轴瓦全部刮配好以后，还要对连杆大端的端隙进行检查，连杆大端的侧面与曲轴臂之间的间隙不能过大，一般为0。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。

④曲轴的前端曲轴的前端制成有台肩的圆柱形。其上分别装有正时齿轮、挡油圈、油封、带轮和止推片等零件。有些中小功率内燃机曲轴前端设有启动爪，另有一些高速内燃机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用内燃机的曲轴前端设有动力输出装置。

⑤曲轴的后端一般曲轴的后端设有油封、回油螺槽、后凸缘等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将内燃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。山于飞轮尺寸大而重，因此对螺栓的紧固有一定的要求。

（4）曲轴的形状和发动机的发火次序

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、汽缸数、汽缸排列方式和各汽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。设发动机有个汽缸，则发火间隔应为720°/i°CA，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。⑤汽缸体变形，曲轴轴承座不正，修配曲轴轴承时，各曲轴轴承座孔不在一轴线上。现就常用的4缸、6缸和V型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°/4一180°CA。其曲柄销布置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°。

曲枘销的另种布置形式是将述一种方式的2、5缸分别与3、4缸互换。这种方式的着火次序是，只有少数进内燃机采用这种着火次序。

按发火次序看，前后两个汽缸的做功行程有60°是重叠的，这种现象是容易理解的。因为各汽缸间做功行程的间隔是120°，而每个汽缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后两个汽缸的做功行程有60°的重叠角。在这个60°中，两个汽缸都在做功，前一个汽缸做功未完，后一个汽缸做功已经开始。柴油机的增压系统随着生产的需要和科技水平的不断提高，对柴油机的要求也越来越高，既要求柴油机输出功率要大，经济性要好，而且重量要轻，体积要小。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。

③四冲程v型8缸机大多将汽缸排列成双列v形（两列汽缸的中心线夹角常取90°）。因其汽缸数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汽缸中相对的一对连杆共装在一个曲柄销上，所以v型8缸机只有4个曲柄销。气门间隙发动机工作时，气门、推杆、挺柱等零件因温度升高而伸长。一般情况下，将4个曲柄销布置在两个互成90°的平面内。v型8缸机常用的发火次序为1-5-4-2-6-3-7-8。

气门弹簧

气门弹簧的功用是保证气门在关闭时能压紧在气门座上，而在运动时使传动件保持相互接触，不致因惯性力的作用而相互脱离，产生冲击和噪声。所以气门弹簧在安装时就有较大气门弹簧的材料通常为高碳锰钢、硅锰钢和镍铬锰钢的钢丝，用冷绕成型后，经热处理而成。为了提高弹簧的疲劳强度，一般用喷丸或喷砂表面处理。但是为了进气更充分，排气更干净，进、排气门要提早打开、延迟关闭。气门弹簧的形状多为圆柱形螺旋弹簧。

气门弹簧在工作时可能发生共振。当气门弹簧的固有振动频率与凸轮轴转速或气门开闭的次数成倍数关系时，就会产生共振。共振会使气门弹簧加速疲劳损坏，配气机构也无法正常工作，因而应尽力防止。

通过增加弹簧刚度来提高固有频率是防止共振的措施之一。但刚度增加，凸轮表面的接兰应力加大，使磨损加快，曲轴驱动配气机构所消耗的功也增加。有的内燃机采用变鏍距弹簧来防止共振。若轴颈上有毛糙、可将00#砂布剪成与轴颈同宽并蘸上少许机油把毛糙打磨光。工作时，弹簧螺距较小的一端逐渐叠合，有效圈数不断减少，因而固有频率也不断增加。这种气门弹簧在安装时，应将螺距较小的一端靠近气门座。

不少内燃机采用两根气门弹簧来防止共振。内、外两根气门弹簧同心地安装在一个气门。采用双弹簧的优点除了可以防止共振外，同时当一根弹簧折断时，另一根还可继续维持工作，不致产生气门落入汽缸的事故。取出转子轴时应十分小心，切不可将转子轴上螺纹碰及浮动轴承内孔表面。此外，在保证相同弹力的条件下，双弹簧的高度可比一根弹簧的小，因而可降低整机高度。采用双弹簧时，内、外弹簧的螺旋方向应相反，以避免当一根弹簧折断时，折断部分卡入另一根弹簧中。

凸轮轴和正时齿轮的检验与修理

（1)凸轮轴和正时齿轮的常见失效形式

①凸轮轴的常见失效形式有三种：凸轮的磨损；轴颈及轴承的磨损；轴线弯曲。

②正时齿轮的常见失效形式有两种：牙齿磨损；牙齿断裂。

（2）凸轮轴和正时齿轮失效的原因分析

凸轮轴的结构特点（长而细）和工作特点（周期性的承受不均匀的负荷），促使它在工作中发生轴颈和轴承的磨损，失圆和整个轴线的弯曲；由于新鲜气体（或可燃混合气）和废气流动惯性都很大，虽然进、排气门同时开启，但气流并不互相错位与混合。凸轮与配气机件的相对运动，使凸轮外形和高度受到磨损。由于轴承磨损松旷，将加剧轴线的弯曲。轴线的弯曲又将促使油泵齿轮、正时齿轮及轴颈和轴承的磨损，甚至会造成齿轮工作时的噪声和牙齿断裂，气门挺柱球面转动不灵活；加速凸轮的磨损，使轴颈的失圆度和锥形度超过公差等。

但一般说来，由于凸轮轴的受力不大，它的磨损速度是缓慢的，通常在内燃机两三个大修周期（甚至更长时间）才达到允许使用极限。但是，这些磨损，会影响配气机构工作的准确性，并给气门杆端和挺柱间的间隙调整带来困难，因此，在内燃机大修时，应对凸轮、凸轮、凸轮轴承、正时齿轮等进行认真的检验。然后用磨床在焊接处进行磨削加工，使表面光洁平整，并可在曲轴的工作表面进行热处理，以增加工作表面的抗磨性能。

（3）凸轮轴的检验

①凸轮轴弯曲度的检验其方法是将凸轮轴安装于车床顶针间或以v形铁块安放于平板上，以两端轴颈作为支点，用百分表检查各中间轴颈的摆差。如大弯曲度超过0·025mm（即百分表读数总值为0.05mm)时，应进行冷压校正。当轴有单数支承轴颈时，测中间轴颈；当轴有双数支承轴颈时，则测中间两个轴颈。由此可知：要提高柴油机的输出功率，经济有效的办法是增加进入汽缸的空气量。

②凸轮的检验凸轮的检验，可用标准样板或外径千分尺测量，凸轮顶部的磨损超过1mm时，应予以堆焊修复。而且，凸轮的圆弧磨损不应超过允许限度。

③凸轮轴轴颈的检验凸轮轴轴颈的失圆度及锥形度误差应不大于0.03mm，轴颈磨损量应不大于1mm。

喷油提前角调节装置

喷油提前角是指柴油开始喷入汽缸的时刻相对于曲轴上止点的曲轴转角，而供油提前角则是喷油泵开始向汽缸供油时的曲轴转角。显然，供油提前角稍大于喷油提前角。由于供油提前角便于检查调整，所以在生产单位和使用部门采用较多。喷油提前角需要复杂而精密的仪器方能测量，因此只在科研中应用。也就是说，柴油发动机的喷油提前角（供油时间）是通过调整喷油泵的供油提前角来实现的。整体式喷油泵柴油发动机的总供油时间通常以喷油泵一缸供油提前角为准，调整整个喷油泵供油提前角的方法是改变喷油泵凸轮轴与柴油机曲轴间的相对角位置。②焊修焊修前，先用气焊火焰在焊补部位加温至350~450℃，再用直径3~4mm的低碳钢电焊条进行电焊焊接。为此，喷油泵凸轮轴一端的联轴器通常是做成可调整的。出了一种联轴器的结构。

联轴器主要有两个凸缘盘组成：装在驱动齿轮轴上的凸缘盘和装在喷油泵凸轮轴一端的从动凸缘盘，两凸缘盘间用螺钉连接。驱动凸缘盘安装螺钉的孔是弧形的长孔。松开固定螺钉可变更两凸缘盘间的相对角位置，从而也就变更了整个喷油泵的供油提前角。

将喷油泵从柴油机上拆下后再重新装回时，可先将喷油泵固定在柴油机机体上的喷油泵托架上，再慢慢转动曲轴，使柴油机一缸的活塞位于压缩行程上止点前相当于规定的供油提前角的位置，然后使喷油泵凸轮轴上与喷油泵壳体上相应记号对准。再拧紧联轴器的固定螺钉。为保证气门的密封性，必须在气门与传动件之间留适当的间隙，习惯称之为“气门间隙”，并有“冷间隙"与“热间隙”之分。

多数柴油发动机是在标定转速和全负荷下通过试验确定在该工况下的喷油提前角的，将喷油泵安装到柴油机上时，即按此喷油提前角调定，而在柴油机工作过程中一般不再变动。显然，当柴油机在其他工况下运转时，这个喷油提前角就不是有利的。对于转速范围变化比较大的柴油机，为了提高其经济性和动力性，希望柴油机的喷油提前角能随转速的变化自动进行调节，使其保持较有利的数值。⑤用平口螺钉旋具压平推力轴承上锁片的翻边，先拧下4只六角螺栓，然后取出推力轴承及另一片推力片。因此，在这种柴油机（特别是直接喷射式柴油机）的喷油泵上，往往装有离心式供油提前角自动调节器。

一种离心式供油提前角自动调节器。调节器装在联轴器和喷油泵之间。前端面有两个方形凸块的驱动盘，也就是联轴器的从动盘。在驱动盘的腹板上装有两个销轴。两个飞块的一端各有一个圆孔套在此销轴上。两个飞块的另一端则压装有两个销钉。每个销钉上松套着一个滚轮内座圈和滚轮。调节器的从动盘的毂部用半月键与喷油泵凸轮轴相连。但一般说来，由于凸轮轴的受力不大，它的磨损速度是缓慢的，通常在内燃机两三个大修周期（甚至更长时间）才达到允许使用极限。从动盘两臂的弧形侧面与滚轮接触，另一侧面则压在两个弹簧上。弹簧的另一端支在弹簧座圈上。弹簧座圈则由螺钉固定在销轴的端部。

从动盘还固定有筒状盘，其外圆面与驱动盘的内圆面相配合，以保证驱动盘与从动盘的同心度。整个调节器为一密闭体，内腔充满机油以供润滑。

柴油机工作时，驱动盘连同飞块被曲轴驱动而旋转。飞块在离心力的作用下绕销轴转动，其活动端向外摆动。同时，滚轮则迫使从动盘沿箭头方向转动一个角度，直到弹簧的弹力与飞块的离心力相平衡时为止。于是驱动盘与从动盘开始同步旋转。当柴油机转速升高，飞块活动端进一步向外张开，从动盘再沿箭头方向相对于驱动盘转过一定角度，使供油提前角随转速增加而相应增大。废气涡轮增压器的拆卸在拆卸前可将压气机壳、中间壳及无叶涡壳三者的相互位置做好标记，以便在装屺时安装到原始位置。反之，曲轴转速降低，飞块离心力减小，从动盘在弹簧的作用下退回一定角度，使供油提前角相应减小。这种离心式供油提前角自动调