发电机组的曲轴飞轮组构造
曲轴飞轮组构造
力转变成扭矩，从轴上输出机械功，同时驱动曲轴飞轮组的功用是将活塞连杆组传来的，还可储存和释放能量，使柴油机运转平柴油机各机构及辅助系统，克服非做功冲程的阻急。 它主要由曲轴、飞轮及扭转减振器等组成。
(1)曲轴的功用、工作条件及制造方法曲轴的功用是将气体压力转变为扭矩输出，以驱动与其相连的动力装置。此外，它还要驱动柴油机本身的配气机构及各种附件，如喷油泵、水泵等。
曲轴在工作时，由于承受很高的气体力、往复惯性力、离心力及其力矩的作用，因此曲轴内部产生冲击性的交变应力(拉伸、压缩、弯曲、扭转)，并易产生扭转振动，从而引起曲轴的疲劳破坏。另外由于各轴颈在很高的压力下作高速转动，使轴颈与轴承磨损严重，所以，对曲轴的要求是:耐疲劳、耐冲击;有足够的强度和刚度;轴颈表面的耐磨性好并经常保持良好的润滑状态;静平衡与动平衡要好;在使用转速范围内不能产生扭转振动;安装固定可靠并加以轴向定位或限制轴向位移。
曲轴毛坯制造采用铸造和锻造两种方法。锻造曲轴主要用于强化程度高的柴油机，这类曲轴一般采用强度极限和屈服极限较高的合金钢(如40Cr、35CrMo等)或中碳钢(如45钢)制造。铸造曲轴广泛应用于中小功率柴油机，通常采用高强度球墨铸铁铸造，其优点是:制造方便，成本低;能够铸出合理的结构形状；对扭转振动的阻尼作用优于钢材。
(2)曲轴的分类
①曲轴按各组成部分的连接情况，可分为组合式曲轴和整体式曲轴两种。
组合式曲轴如图所示。即将曲轴分成若干部分，分别制造与加工，然后组装成一个整体。其优点是加工方便，便于产品系列化。缺点是拆装不方便，组装质量不易保证，重量大，成本高，采用滚动轴承，噪声大，难以适应高转速。
整体式曲轴如图所示，即曲轴的各组成部分铸(或锻) 造在一根曲轴毛坯上。 其优点是结构简单紧凑，强度及刚度好，重量轻，成本低。
②按照曲轴主轴颈数目，可分为全支承曲轴和非全支承曲仙。
全支承曲轴即是在任两个相邻曲拐之间都没有主仙颈的曲轴。共主轴领总数比连杆轴颈数多一个，如图3-67、图3-68所示。这种曲轴的优点是曲轴的刚度大，主轴承负荷轻。其缺点是柴油机轴向尺寸加长。非全支承曲轴的主轴颈总数等于或少于连杆轴领数，其优点是尺寸小，结构简单、紧凑。缺点是刚度和强度较差，主轴承负荷较重。柴油机因负荷牧重，一.般多采用全支承曲轴。非全支承曲轴多用于负荷较轻的柴油机。
(3)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主轴颈与连杆轴颈柴油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。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平衡重如图3-69所示，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， 如图3-70所示。其上分别装有正时齿轮7、挡油圈6、油封5、带轮2和止推片8等零件。有些中小功率柴油机曲轴前端设有启动爪1,另有一此高速柴油机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用柴油机的曲轴前端设有动力输出装置。
⑤曲轴的后端如图3-71所示，一般曲轴的后端设有油封6、回油螺槽7、后凸缘8等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将柴油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。由于飞轮尺寸大而重，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、气缸数、气缸排列方式和各气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i个气缸，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。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= 180°CA。其曲柄销布置如图3-72所示，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。这种发动机可能采用的一种发火次序如表3-1所示。
如表3-1所示的发火次序为1-3--4- -2, 习惯上以第一缸为准， 1 缸做功后接着是第3缸做功，依此类推。这种发动机的各缸就是按照1-3- 4- -2 的顺序循环，周而复始地工作着。
如果将上述的2、3缸工作过程互换，则可得到表3-2所示的另一种发火次序。这种互换之所以可能，是因为2、3缸的曲柄销(连杆轴颈)以及活塞的位置是相同的。这样就得到另一种发火次序:1-2-4-3。
因此，图3-72 所示的4缸机可能采用两种发火次序，1- 33-4-2和1-2--4-3.过，对某一特定的发动机而言，由于发火次序还与其配气机构等因素有关。其发火次序是看定的，而不能随意变更。使用一台发动机时， 必须了解其发火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3两种发火次序在工作平稳性和主轴承负荷方面，没有什么区别。但大多数发动机采用前一一种， 只有少数发动机采用后一种发火次序。
②四冲程直列6缸发动机的发火间隔应为720°/6= 120°CA，其曲轴形状如图3-73所示。6个曲柄销分别布置在3个平面内(每平面内2个曲柄销)，各平面间互成120。曲柄销的具体布置可有两种方式。第-一种方式如图3-73所示，当1、6缸的曲柄销朝上时，则2.5缸的曲柄销朝左，3、 4缸的朝右，其发火次序是1-5-3- -6- 2- 4，如表3-3所示。我国绝大多数6缸机都采用这种曲轴和发火次序。
曲树销的另一种布置形式是将上述第种方式的2. 5缸分别与3、4缸互换。这种方式的着火次序是1-4-2-6-3-5,只有少数进口柴油机采用这种着火次序。
当然，上述两种6缸机的曲轴还可能采用其他的发火次序，但是，在实际的发动机上设有应用，这里就不再讲述。
由表3-3可以看出，按发火次序看，前后两个气缸的做功行程有60°是重叠的，这种现象县容易理解的。因为各气缸间做功行程的间隔是120°，而每个气缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后两个气缸的做功行程有60°的重叠角。在这个60°中，两个气缸都在做功，前一个气缸做功未完，后一个气缸做功已经开始。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，四冲程8缸机大多将气缸排列成双列V形(两列气缸的中心线夹角常取90°)。因其气缸数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气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。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，工作循环进行的情况如表3-4所示。
力转变成扭矩，从轴上输出机械功，同时驱动曲轴飞轮组的功用是将活塞连杆组传来的，还可储存和释放能量，使柴油机运转平柴油机各机构及辅助系统，克服非做功冲程的阻急。 它主要由曲轴、飞轮及扭转减振器等组成。
(1)曲轴的功用、工作条件及制造方法曲轴的功用是将气体压力转变为扭矩输出，以驱动与其相连的动力装置。此外，它还要驱动柴油机本身的配气机构及各种附件，如喷油泵、水泵等。
曲轴在工作时，由于承受很高的气体力、往复惯性力、离心力及其力矩的作用，因此曲轴内部产生冲击性的交变应力(拉伸、压缩、弯曲、扭转)，并易产生扭转振动，从而引起曲轴的疲劳破坏。另外由于各轴颈在很高的压力下作高速转动，使轴颈与轴承磨损严重，所以，对曲轴的要求是:耐疲劳、耐冲击;有足够的强度和刚度;轴颈表面的耐磨性好并经常保持良好的润滑状态;静平衡与动平衡要好;在使用转速范围内不能产生扭转振动;安装固定可靠并加以轴向定位或限制轴向位移。
曲轴毛坯制造采用铸造和锻造两种方法。锻造曲轴主要用于强化程度高的柴油机，这类曲轴一般采用强度极限和屈服极限较高的合金钢(如40Cr、35CrMo等)或中碳钢(如45钢)制造。铸造曲轴广泛应用于中小功率柴油机，通常采用高强度球墨铸铁铸造，其优点是:制造方便，成本低;能够铸出合理的结构形状；对扭转振动的阻尼作用优于钢材。
(2)曲轴的分类
①曲轴按各组成部分的连接情况，可分为组合式曲轴和整体式曲轴两种。
组合式曲轴如图所示。即将曲轴分成若干部分，分别制造与加工，然后组装成一个整体。其优点是加工方便，便于产品系列化。缺点是拆装不方便，组装质量不易保证，重量大，成本高，采用滚动轴承，噪声大，难以适应高转速。
整体式曲轴如图所示，即曲轴的各组成部分铸(或锻) 造在一根曲轴毛坯上。 其优点是结构简单紧凑，强度及刚度好，重量轻，成本低。
②按照曲轴主轴颈数目，可分为全支承曲轴和非全支承曲仙。
全支承曲轴即是在任两个相邻曲拐之间都没有主仙颈的曲轴。共主轴领总数比连杆轴颈数多一个，如图3-67、图3-68所示。这种曲轴的优点是曲轴的刚度大，主轴承负荷轻。其缺点是柴油机轴向尺寸加长。非全支承曲轴的主轴颈总数等于或少于连杆轴领数，其优点是尺寸小，结构简单、紧凑。缺点是刚度和强度较差，主轴承负荷较重。柴油机因负荷牧重，一.般多采用全支承曲轴。非全支承曲轴多用于负荷较轻的柴油机。
(3)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主轴颈与连杆轴颈柴油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。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平衡重如图3-69所示，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， 如图3-70所示。其上分别装有正时齿轮7、挡油圈6、油封5、带轮2和止推片8等零件。有些中小功率柴油机曲轴前端设有启动爪1,另有一此高速柴油机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用柴油机的曲轴前端设有动力输出装置。
⑤曲轴的后端如图3-71所示，一般曲轴的后端设有油封6、回油螺槽7、后凸缘8等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将柴油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。由于飞轮尺寸大而重，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、气缸数、气缸排列方式和各气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i个气缸，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。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= 180°CA。其曲柄销布置如图3-72所示，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。这种发动机可能采用的一种发火次序如表3-1所示。
如表3-1所示的发火次序为1-3--4- -2, 习惯上以第一缸为准， 1 缸做功后接着是第3缸做功，依此类推。这种发动机的各缸就是按照1-3- 4- -2 的顺序循环，周而复始地工作着。
如果将上述的2、3缸工作过程互换，则可得到表3-2所示的另一种发火次序。这种互换之所以可能，是因为2、3缸的曲柄销(连杆轴颈)以及活塞的位置是相同的。这样就得到另一种发火次序:1-2-4-3。
因此，图3-72 所示的4缸机可能采用两种发火次序，1- 33-4-2和1-2--4-3.过，对某一特定的发动机而言，由于发火次序还与其配气机构等因素有关。其发火次序是看定的，而不能随意变更。使用一台发动机时， 必须了解其发火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3两种发火次序在工作平稳性和主轴承负荷方面，没有什么区别。但大多数发动机采用前一一种， 只有少数发动机采用后一种发火次序。
②四冲程直列6缸发动机的发火间隔应为720°/6= 120°CA，其曲轴形状如图3-73所示。6个曲柄销分别布置在3个平面内(每平面内2个曲柄销)，各平面间互成120。曲柄销的具体布置可有两种方式。第-一种方式如图3-73所示，当1、6缸的曲柄销朝上时，则2.5缸的曲柄销朝左，3、 4缸的朝右，其发火次序是1-5-3- -6- 2- 4，如表3-3所示。我国绝大多数6缸机都采用这种曲轴和发火次序。
曲树销的另一种布置形式是将上述第种方式的2. 5缸分别与3、4缸互换。这种方式的着火次序是1-4-2-6-3-5,只有少数进口柴油机采用这种着火次序。
当然，上述两种6缸机的曲轴还可能采用其他的发火次序，但是，在实际的发动机上设有应用，这里就不再讲述。
由表3-3可以看出，按发火次序看，前后两个气缸的做功行程有60°是重叠的，这种现象县容易理解的。因为各气缸间做功行程的间隔是120°，而每个气缸的做功行程本身都是180°，就必然有前后两个气缸的做功行程有60°的重叠角。在这个60°中，两个气缸都在做功，前一个气缸做功未完，后一个气缸做功已经开始。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，四冲程8缸机大多将气缸排列成双列V形(两列气缸的中心线夹角常取90°)。因其气缸数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气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。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，工作循环进行的情况如表3-4所示。
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