零件裝配與結構組成

圖解柴油機曲軸飛輪組工作原理及結構名稱

 

③ 平衡重

      如圖4所示，平衡重通常設在與連桿軸頸相對的一側曲柄臂上，其形狀多為扇形。平衡重的作用是平衡連桿軸頸及曲柄臂的重量、離心力及其力矩，以減輕主軸承的載荷，增加運轉的平穩性。

 

圖3  柴油發電機組整體式曲軸

圖4  柴油發電機組曲軸曲柄上的平衡重

 

④ 曲軸前端

      曲軸前端制成有臺肩的圓柱形，如圖5所示。其上分別裝有正時齒輪7、擋油圈6、油封5、帶輪2和止推片8等零件。有些中小功率柴油機曲軸前端設有啟動爪1，另有一些高速柴油機曲軸前端裝有扭轉減振器，還有些工程機械用柴油機的曲軸前端設有動力輸出裝置。

⑤ 曲軸后端

      如圖6所示，一般曲軸后端設有油封6、回油螺槽7、后凸緣8等結構。曲軸后端的尾部伸出機體外，以便將柴油機的功率輸送給配套機具的傳動裝置。后端多裝有飛輪，通過花鍵或凸緣與其相配，然后用螺栓固緊。由于飛輪尺寸大而重，因此對螺栓的緊固有一定的要求。

 

圖5  柴油發電機組曲軸曲軸前端

圖6  柴油發電機組曲軸曲軸后端

 

4、曲軸的形狀和發火次序

       曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置（即曲拐的布置）與沖程數、氣缸數、氣缸排列方式和各氣缸做功行程發生的順序（稱為發火次序或工作順序）有關。曲軸的形狀要同時滿足慣性力的平衡和發動機工作平穩性的要求。就四沖程發動機而言，曲軸每轉兩圈（即一個工作循環），每缸都應發火做功一次。各缸的發火間隔時間（以CA表示）應力求均勻。設發動機有i個氣缸，則發火間隔應為720°/i℃A，即曲軸每轉720°/i時，就應有一個缸做功，這樣才能使發動機工作平穩。現就常用的4缸、6缸和V形8缸發動機說明如下。

① 四沖程直列4缸

      發動機因缸數i＝4，所以發火間隔應為720°/4＝180℃A。4個曲柄銷布置在同一平面內，1、4缸的曲柄銷朝上時，2、3缸的朝下，1、4缸與2、3缸相隔180°。這種發動機可能采用的一種發火次序如表1所示。如表1所示的發火次序為1-3-4-2，我們習慣上以第1缸為準，1缸做功后接著是第3缸做功，依此類推。這種發動機的各缸就是按照1-3-4-2的順序循環，周而復始地工作著。

表1    4缸機工作循環（發火次序1-3-4-2）

      如果將上述的2、3缸工作過程互換，則可得到表2所示的另一種發火次序。這種互換之所以可能，是因為2、3缸的曲柄銷（連桿軸頸）以及活塞的位置是相同的。這樣就得到另一種發火次序：1-2-4-3。

表2    4缸機工作循環（發火次序1-2-4-3）

      因此，圖7所示的4缸機可能采用兩種發火次序：1-3-4-2和1-2-4-3。不過，對某一特定的發動機而言，由于發火次序還與其配氣機構等因素有關，其發火次序是確定的，不能隨意變更。使用一臺發動機時，必須了解其發火次序。1-3-4-2和1-2-4-3兩種發火次序在工作平穩性和主軸承負荷方面，沒有什么區別。但大多數發動機采用前一種，只有少數發動機采用后一種發火次序。

② 四沖程直列6缸

      發動機的發火間隔應為720°/6＝120°CA，其曲軸形狀如圖6所示。6個曲柄銷分別布置在3個平面內（每平面內2個曲柄銷），各平面間互成120°。曲柄銷的具體布置可有兩種方式。第一種方式如圖8所示，當1、6缸的曲柄銷朝上時，則2、5缸的曲柄銷朝左，3、4缸的朝右，其發火次序是1-5-3-6-2-4，如表3所示。我國絕大多數6缸機都采用這種曲軸和發火次序。

表3    6缸機工作循環（發火次序1-5-3-6-2-4） 

      當然，上述兩種6缸機的曲軸還可能采用其他的發火次序，但是，在實際的發動機上沒有應用，所以在這里就不再講述。曲柄銷的另一種布置形式是將上述第一種方式的2、5缸分別與3、4缸互換。這種方式的著火次序是1-4-2-6-3-5，只有少數進口柴油機采用這種著火次序。

      由表3可以看出，按發火次序看，前后兩個氣缸的做功行程有60°是重疊的，這種現象是容易理解的。因為各氣缸間做功行程的間隔是120°，而每個氣缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后兩個氣缸的做功行程有60°的重疊角。在這個60°中，兩個氣缸都在做功，前一個氣缸做功未完，后一個氣缸做功已經開始。這種做功行程重疊的現象對發動機工作的平穩性是非常有利的。

 

圖7  柴油發電機組直列4缸的曲拐布置

圖8  柴油發電機組直列6缸的曲拐布置.

 

③ 四沖程V形8缸機。

      四沖程8缸機大多將氣缸排列成雙列V形（兩列氣缸的中心線夾角常取90°），曲柄布置如圖9所示。因其氣缸數i＝8，所以，各缸發火間隔應為720°/8＝90°CA。通常，這種發動機左右兩列氣缸中相對的一對連桿共裝在一個曲柄銷上，所以V形8缸機只有4個曲柄銷。一般情況下，將4個曲柄銷布置在兩個互成90°的平面內（如圖10所示）。V形8缸機常用的發火次序為1-5-4-2-6-3-7-8，工作循環進行的情況如表4所示。

表4    V形8缸機的工作循環

      曲柄布置原則是各汽缸的作功間隔角應該相等，以利于發動機運轉平穩。在發動機完成一個工作循環的曲軸轉角內，每個汽缸都應作功一次，對于V型發動機，則左右兩列汽缸應交替作功。對于汽缸數為i的四沖程發動機而言，作功間隔角為720°/i。即曲軸每轉720°/i就應有一個缸作功，以保證發動機運轉平穩。

 

圖9  V型排列八缸發動機的曲拐布置簡圖

圖10  柴油發電機組V形8缸機的工作循環過程

 

三、飛輪的結構組成和作用

 

1、作用

      柴油機飛輪的主要功用是存儲做功沖程產生的能量，克服輔助沖程（進氣、壓縮和排氣沖程）的阻力，以保持曲軸旋轉的均勻性，使柴油機運轉平穩。其次，飛輪還具有克服柴油機短期超載的能力。有時它還可兼作動力輸出的帶輪等。

2、結構

      柴油發動機的飛輪多用灰鑄鐵制造，當輪邊的圓周速度超過50m／s時，則選用強度較高的球墨鑄鐵或鑄鋼。飛輪的結構形狀（如圖11所示）是一個大圓盤，輪邊尺寸寬而厚，這在重量一定的條件下，可獲得較大的轉動慣量。多缸柴油機的轉矩輸出較均勻，對飛輪的轉動慣量要求較小，因此飛輪的尺寸小些。相反，單缸機飛輪相應做得大些。通常在飛輪的外圓上裝有啟動齒圈，并在外圓上刻有記號或鉆有小孔，用以指示某一缸（通常為第1缸）在上止點的位置，供檢查氣門間隙、供油提前角和配氣定時使用。由于飛輪上刻有記號，飛輪與曲軸的位置，在安裝時不能隨意錯動。

3、飛輪的檢測

      首先檢查飛輪外齒圈，其次飛輪工作平面的平面度誤差不得大于0.10mm，測量方法如圖12所示。飛輪厚度極限減薄量為1mm，與曲軸裝配后的端面圓跳動誤差不得大于0.15mm。

 

圖11  柴油機飛輪外觀三維圖

圖12  發動機飛輪平面度測量（百分表）

 

總結：

      曲軸飛輪組作為柴油機傳動系統中的重要部件，承擔著平衡旋轉慣量、調整不平衡力、提供穩定動力輸出和輔助啟動等多重作用。它的應用廣泛，并且隨著科技的進步，曲軸飛輪組也在不斷創新和優化，以滿足不同領域的需求。通過對曲軸飛輪組的深入了解，我們可以更好地理解其重要性和作用，為機械傳動系統的設計和應用提供幫助和指導。不斷推動曲軸飛輪組技術的發展，將為柴油發電機行業的發展做出更大的貢獻。

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