曲軸是發(fā)動機最重要的機件之一

1、是發(fā)動機最重要的機件之一。曲軸一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強度，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以達到較高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D的動力，傳給底盤的傳動機構。同時，驅動配氣機構和其它輔助裝置，如風扇、水泵、發(fā)電機等。 工作時，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，并且承受交變負荷的沖擊作用。同時，曲軸又是高速旋轉件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。 曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸

2、和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動機)；V型發(fā)動機曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動機氣缸數(shù)目有關，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種（圖2-34），一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。 全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目多一個，即每一個連桿軸頸兩邊都有一個主軸頸。如六缸發(fā)動機全支承曲軸有七個主軸頸。四缸發(fā)動機全支承曲軸有五個主軸頸。這種支承，曲軸的強度和剛度都比較好，并且減輕了主軸承載荷，減小了磨損。柴油機和大部分汽油機多采用這種形式。 非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)

3、比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等。這種支承方式叫非全支承曲軸，雖然這種支承的主軸承載荷較大，但縮短了曲軸的總長度，使發(fā)動機的總體長度有所減小。有些汽油機，承受載荷較小可以采用這種曲軸型式。 曲軸的連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，通過曲柄與主軸頸相連，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。直列發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。V型發(fā)動機的連桿軸頸數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。 曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩(wěn)。 曲軸前端裝有正時齒輪，驅動風扇和水泵的皮帶輪以及

4、起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成檔油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。 曲軸的形狀和曲拐相對位置(即曲拐的布置)取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動機的發(fā)火順序。安排多缸發(fā)動機的發(fā)火順序應注意使連續(xù)作功的兩缸相距盡可能遠，以減輕主軸承的載荷，同時避免可能發(fā)生的進氣重疊現(xiàn)象。作功間隔應力求均勻，也就是說發(fā)動機在完成一個工作循環(huán)的曲軸轉角內，每個氣缸都應發(fā)火作功一次，而且各缸發(fā)火的間隔時間以曲軸轉角表示，稱為發(fā)火間隔角。四行程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)曲軸轉兩圈，其轉角為720，在曲軸轉角720內發(fā)動機的

5、每個氣缸應該點火作功一次。且點火間隔角是均勻的，因此四行程發(fā)動機的點火間隔角為720/i，(i為氣缸數(shù)目)，即曲軸每轉720/i，就應有一缸作功，以保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)。 曲軸連桿機構是往復式內燃機的主要工作機構。在作功沖程，它將燃料燃燒產生的熱能舌塞往復運動、曲軸旋轉運動而轉變?yōu)闄C械能，對外輸出動力；在其他沖程，則依靠曲軸和飛輪的轉動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。 曲軸連桿機構由氣缸體曲軸箱組、活塞連桿組以及曲軸飛輪組三個部分組成。 在高溫、高壓、高速以及化學腐蝕條件下工作的曲軸連桿機構受到各種力的作用。例如，在氣缸中作往復運動的機件，要受到氣體力、慣性力的作用；旋轉機

6、件要受到離心力的作用；相對運動機件要受到摩擦力的作用。這些力作用在曲軸連桿機構上，會使各傳動機件受到拉伸、壓縮和彎扭等不同形式的載荷。因此，在結構和選材上必須采取相應的措施。在作功沖程，它將燃料燃燒產生的熱能舌塞往復運動、曲軸旋轉運動而轉變?yōu)闄C械能，對外輸出動力；在其他沖程，則依靠曲軸和飛輪的轉動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次作功創(chuàng)造條件。曲軸連桿機構由氣缸體曲軸箱組、活塞連桿組以及曲軸飛輪組三個部分組成。在高溫、高壓、高速以及化學腐蝕條件下工作的曲軸連桿機構受到各種力的作用。在高溫、高壓、高速以及化學腐蝕條件下工作的曲軸連桿機構受到各種力的作用。旋轉機件要受到離心力的作用；相對運動

7、機件要受到摩擦力的作用。柴油機上的飛輪看上去就是一塊笨重的鑄鐵圓盤,它到底有什么作用呢?1.使機械運轉均勻飛輪高速旋轉,由于慣性作用可貯藏能量,也可放出能量,克服運動阻力,使發(fā)動機運轉平穩(wěn)。當超速運轉時,它能把能量貯藏起來,使其緩慢提速,避免猛然高速運轉,造成來不及操縱而失去控制;當?shù)退龠\轉 .發(fā)動機飛輪中飛輪是指那一部分、有什么作用、工作原理是什么 在曲軸的動力輸出端，也就是連變速箱和連接做功設備的那邊。飛輪的主要作用是儲存發(fā)動機做功沖程外的能量和慣性。四沖程的發(fā)動機只有做功一個沖程吸氣 壓縮 排氣的能量來自飛輪存儲的能量。平衡糾正一下不對，發(fā)動機的平衡主要靠去軸上的平衡塊單缸機專門有平衡軸

8、。引擎的主要旋轉機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復)運動變成循環(huán)(旋轉)運動。 是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸，（還有其他）。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑 這個一般都是壓力潤滑的，曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通，發(fā)動機運轉以后靠機油泵提供壓力供油進行潤滑、降溫。發(fā)動機工作過程就是，活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉變?yōu)樾D運動。曲軸的旋轉是發(fā)動機的

9、動力源。也是整個船的源動力。曲軸制造技術/工藝的進展 1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術 （1） 熔煉 高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產高質量球墨鑄鐵的關鍵。國內主要是以沖天爐為主的生產設備，鐵水未進行預脫硫處理；其次是高純生鐵少、焦炭質量差。目前已采用雙聯(lián)外加預脫硫的熔煉方法，采用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應電爐中升溫并調整成分。目前，在國內鐵水成分的檢測已普遍采用真空直讀光譜儀來進行。 （2） 造型 氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂型工藝，可獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無反彈變形量等特點，這對于多拐曲軸尤為重要。目前，國內已有一些曲軸生產廠家從德國、意大利、西班牙等國引進氣流沖

10、擊造型工藝，不過，引進整條生產線的只有極少數(shù)廠家，如文登天潤曲軸有限公司引進了德國KW鑄造生產線。 2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術 近幾年來，國內已引進了一批先進的鍛造設備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術和其他一些設施跟不上，使一部分先進設備未發(fā)揮應有的作用。從總體上來講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設備多，同時，落后的工藝和設備仍占據(jù)主導地位，先進技術有所應用但還不普遍。 3、機械加工技術 目前國內曲軸生產線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的內應力，難以達到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8

11、260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通常靠手工操作，加工質量不穩(wěn)定。 隨著貿易全球化的到來，各廠家已意識到了形勢的嚴峻性，紛紛進行技術改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進了許多先進設備和技術，進展速度很快。就目前狀況來講，這些設備和技術基本依賴進口。下面就哈爾濱東安動力、一汽大柴、文登天潤曲軸、濱州海得曲軸等公司的情況作以介紹。 哈爾濱東安集團曲軸生產線為全自動柔性流水生產線，粗加工生產線由德國的專機自動線（LINDENMAIER）、數(shù)控車-車拉、數(shù)控高速隨動外銑（BOEHRINGER）、圓角滾壓機（HEGENSCHEIDT-MFD）和止推面車滾專機、淬火機（EMA）等組成；精加工生產

12、線由日本的數(shù)控高速CBN磨床（TOYODA）、動平衡機、拋光機（IMPCO-NACHI）、檢測機、清洗機等組成。連桿軸頸加工則采用了數(shù)控高速隨動加工技術，全線采用高速CBN砂輪磨削技術，磨削線速度達到120m/s。 文登天潤曲軸通過引進德、美、意等發(fā)達國家的先進設備，組建了具有當今國際先進水平的大型曲軸生產基地，由CBN磨床、HAAS立式和臥式加工中心、意大利SAIMP磨床、德國HELLER曲軸內銑床和SAFINA拋光機等設備組成的機加工生產線已經(jīng)開始大批量生產。 一汽大柴曲軸生產線粗、精加工工序位于不同的車間，從而保證了精加工車間的清潔。粗加工有曲軸質量定心機、數(shù)控內銑床等設備，精加工設備由

13、英國LANDIS、日本TOYADA數(shù)控曲軸磨床等進口先進設備組成。 濱州海得曲軸經(jīng)過技術改造，組建了數(shù)控曲軸機加工生產線，粗加工設備由數(shù)控車床、數(shù)控曲軸銑床等設備組成，精加工設備由數(shù)控磨床、數(shù)控砂帶拋光機、滾磨光整機等設備組成，近期準備購進日本TOYADA工機數(shù)控磨床等關鍵設備，檢驗設備有美國ADCOLE曲軸三坐標測量機（見圖3）、粗糙度儀等組成。值得一提的是，海得曲軸公司在全國專業(yè)曲軸生產廠家中率先應用了球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓和滾磨光整新技術，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 遼寧鴻發(fā)曲軸生產線經(jīng)過技術改造后，主要由三臺數(shù)控車床（進口VT36、CAK6163、CAK6150）、兩臺數(shù)控內銑（S

14、1-305B）為主的粗加工設備；七臺數(shù)控曲軸磨床（1臺進口CBN砂輪3L1、2臺H197B、4臺H229B）和熒光磁粉探傷機等精加工設備；去應力采用8臺井爐，氮化處理采用7臺離子氮化爐，淬火熱處理采用法國進口EFD公司生產的CIHM12全自動淬火機床和推桿式回火爐。同時由美國進口的曲軸綜合測量儀可以對曲軸進行全尺寸檢驗，產品質量得到了可靠的保障，同時具備了三條生產線同時加工的生產能力。 可以看出，發(fā)動機曲軸制造技術進展最為迅速的是機械加工裝備，比較典型的加工工藝是銑削和磨削。下面簡要介紹GF70M-T曲軸磨床和VDF 315 OM-4高速隨動外銑床，其先進程度可見一斑： GF70M-T曲軸磨床

15、是日本TOYADA工機開發(fā)生產的專用曲軸磨床，是為了滿足多品種、低成本、高精度、大批量生產需要而設計的數(shù)控曲軸磨床。該磨床應用工件回轉和砂輪進給伺服聯(lián)動控制技術，可以一次裝夾而不改變曲軸回轉中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動跟蹤磨削連桿軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠（砂輪頭架）和線性光柵閉環(huán)控制，使用TOYADA工機生產的GC50 CNC控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度可達到0.002mm；采用CBN砂輪，磨削線速度高達120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。 VDF 315 OM-4高速隨動外銑床是德國BOEHRINGER公司專為汽車發(fā)動機曲軸設計制造的柔性數(shù)控銑床，該設備應用工件

16、回轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用一體化復合材料結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點；使用SIEMENS 840D CNC控制系統(tǒng)，設備操作說明書在人機界面上，通過輸入零件的基本參數(shù)即可自動生成加工程序，可以加工長度450700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為0.02mm。 4、熱處理和表面強化處理技術 曲軸的熱處理關鍵技術是表面強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準備，表面強化處理一般采用感應淬火或氮化工

17、藝。鍛鋼曲軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進的設備有AEG全自動曲軸淬火機床、EMA淬火機床等。 據(jù)國外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結合使用進行復合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。國內部分廠家近幾年也進行了這方面的實踐，取得了良好的效果。 曲軸圓角滾壓加工方面，德國赫根塞特（HEGENSCHEIDT-MFD AUTOMATIC）生產的機床應用了變壓力滾壓和矯正專利技術，是比較好的圓角滾壓設備，但價格昂貴。目前國內在這方面的研究也有了一定的成果，東風汽車有限公司工藝研究所的“曲軸圓角滾壓強化與滾壓校直技術研究開發(fā)及應用”解決了國內企業(yè)化巨資引進國外技術的問題，該

18、課題獲得了原國家機械工業(yè)局科技進步二等獎。曲軸制造技術的發(fā)展趨勢 1、鑄造技術 （1）熔煉 對于高牌號鑄鐵的熔化，將采用大容量中頻爐進行熔煉或變頻中頻爐熔煉，并采用直讀光譜儀檢測鐵水成分。球墨鑄鐵處理采用轉包，研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內孕育及復合孕育等先進孕育方法。熔化過程的各參數(shù)實現(xiàn)微機控制和屏幕顯示。 （2）造型 消失模鑄造將得到發(fā)展和推廣。在砂型鑄造中，無箱射壓造型和擠壓造型將受到重視并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中部分關鍵元件將得到改進，實現(xiàn)自動組芯和下芯。 2、鍛造技術 以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是鍛造曲軸生產的發(fā)展方向，這些生產

19、線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔橫軋）制坯、中頻感應加熱、精整液壓機精壓等先進工藝，同時配有機械手、輸送帶、帶回轉臺的換模裝置等輔機，形成柔性制造系統(tǒng)（FMS）。通過FMS可自動更換工件和模具以及自動進行參數(shù)調節(jié)，在工作過程中不斷測量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質產品。由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化操作。 3、機械加工技術 曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、數(shù)控內銑床、數(shù)控車拉床等先進設備對主軸頸、連桿軸頸進行數(shù)控車削、內銑削、車-拉削加工，以有效減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對其軸頸進行精磨加工。此種磨床將配備砂

20、輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補償裝置、砂輪自動修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質量的穩(wěn)定。高精設備依賴進口的現(xiàn)狀，估計短期內不會改變。 4、熱處理技術和表面強化技術 （1）曲軸中頻感應淬火 曲軸中頻感應淬火將采用微機監(jiān)控閉環(huán)中頻感應加熱裝置，具有效率高、質量穩(wěn)定、運行可控等特點。 （2）曲軸軟氮化 對于大批量生產的曲軸來說，為了提高產品質量，今后將采用微機控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產線。氮基氣氛氣體軟氮化生產線由前清洗機（清洗干燥）、預熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機（清洗干燥）、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。 （3）曲軸表面強化技術 球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化將廣

21、泛應用于曲軸加工中，另外，圓角滾壓強化加軸頸表面淬火等復合強化工藝也將大量應用于曲軸加工中，鍛鋼曲軸強化方式將會更多地采用軸頸加圓角淬火處理。 曲軸止推面磨削燒傷工藝分析 在磨削淬火鋼曲軸止推面時，可能產生以下3種燒傷： 1.回火燒傷 如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉變溫度，止推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。 2.淬火燒傷 如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回

22、火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。 3.退火燒傷 如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進入，表層金屬將產生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。在曲軸成形磨削中，多屬于此種燒傷。 改善磨削燒傷的途徑 磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產生；二是改善冷卻條件，盡量使產生的熱量少傳入工件。 1.有沉割槽的曲軸止推軸頸 在圖1中，曲軸止推軸頸有較深的沉割槽，而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削時不用磨削沉割槽，只需磨削止推軸頸和兩個止推面。在這種情況下，即使是使用成形砂輪磨削，只要使用強力冷卻、合理的磨

23、削余量和選擇好砂輪參數(shù)，一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。在使用窄砂輪磨削止推軸頸時，可采用的方案是：調整程序和砂輪的角度磨削，使砂輪從軸頸的右側以斜切方式進入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的左側以斜切方式進入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削時，要應用強力冷卻。至此，止推軸頸及兩側面磨削完畢。 2.無沉割槽的曲軸止推軸頸 圖2所示曲軸止推軸頸無沉割槽，在磨削時需磨削止推軸頸和兩個止推面，另外還有兩個成形圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強力冷卻，也很難避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。下

24、面分兩種磨削方式來分述解決方案： （1）成形磨削。在成形磨削中，其產生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累和冷卻液無法進入而造成的退火燒傷，退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降，表層產生退火組織，止推面的耐磨性變差，嚴重影響發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。根據(jù)其造成燒傷的主要因素，我們分別從3個方面入手：選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件。 選擇合適的砂輪。淬火鋼曲軸止推面硬度高、面積大，砂粒易磨鈍。為了避免砂粒磨鈍而產生大量磨削熱，砂輪硬度宜選軟些，以便磨鈍的砂粒及時脫落，保持砂輪的自銳性。組織較軟的砂輪氣孔多，其中可以容納切屑，避免砂輪堵塞，又可將冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)域，從而使磨削區(qū)域溫度降低。 在保證曲軸止推面粗糙度要求的前提下，宜選擇較粗粒度的砂輪，以達到較高的去除比率；另外，砂輪必須精細地平衡，以便砂輪工作時處于良好的平衡狀態(tài)；砂輪必須及時修整以保持其鋒利；影響砂輪修整頻次的因素很多，包括被磨材料的純度和類型、冷卻液的凈度等；修整砂輪的金剛石支座必須牢固，若金剛石表面上有0.50.6mm的磨損量，標志金剛石已磨鈍了，應及時更換；嚴