小型柴油機曲柄連桿機構中曲軸飛輪組

白曉波

（吉林省通榆縣開通鎮農業機械推廣中心站，吉林 通榆 137200）

小型農用柴油機是農村最為普通和常見的農用機械，而曲柄連桿機構是柴油機實現工作循環、完成從熱能到機械能的能量轉換、以曲軸旋轉的形式向外輸出動力的傳動機構。它由活塞連桿組、曲軸飛輪組和機體缸蓋組三個部分組成。活塞與氣缸蓋、氣缸一起構成燃燒室，它承受氣缸中油氣混合后燃燒膨脹產生的壓力，并通過活塞銷將力傳遞給連桿，推動曲軸旋轉，并對外做功，隨后活塞由連桿帶動，實現進氣（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、飛輪和平衡機構等機件組成。

1 曲軸

曲軸的功用是把活塞的往復運動變為旋轉運動，對外輸出功和驅動各輔助系統。曲軸在工作中受到周期性變化的氣體壓力、往復運動慣性的交變載荷，使曲軸的受力非常復雜，既彎曲又扭轉，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，而且質量要輕。曲軸一般用優質中碳鋼或合金鋼鍛造而成，軸頸表面經精加工和熱處理。單缸柴油機多用高強度的球墨鑄鐵鑄造。曲軸軸體內有油孔，與各軸頸表面相通。

曲軸的結構形狀比較復雜，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半徑。回轉半徑的大小對柴油機工作影響很大。根據曲軸制造工藝不同，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，在連桿軸頸內還制有各種離心凈化室，以便在曲軸高速旋轉的作用下，使潤滑油在流經該凈化室時，得到離心凈化，去除油中的機械雜質。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。一般把主軸頸數比連桿軸頸數多一個的曲軸稱為全支承曲軸，把主軸頸數與連桿軸頸數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。這使啟動和運轉時的阻力減小，軸向尺寸縮短和易于安裝調試等。

3 飛輪

飛輪的功用是儲存和放出能量，使曲軸旋轉均勻，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。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，用業與啟動電機的驅動齒輪嚙合，以帶動曲軸旋轉，使柴油機實現啟動。對于有飛輪發電機的柴油機，在飛輪上固定著永久磁鐵轉子。

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

柴油機工作時，由于連桿軸頸、曲柄、連桿大頭等運動件的調整旋轉會產生很大的離心力，同時活塞組件和連桿小頭等運動件的高速往復運動，也產生很大的慣性力。這種情況在單缸柴油機上表現尤為明顯。這些力如不進行平衡則會使柴油機產生強烈的震動，惡化駕駛員的工作條件。甚至會震壞柴油機的零部件。離心力一般用曲軸上的平衡塊進行平衡。往復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進行平衡。

小型柴油機上常見的平衡機構主要分為雙軸平衡與單軸平衡等兩種。一雙軸平衡機構（比如S195型），其平衡機構主要由上、下兩根平衡軸組成。平衡軸上的重塊所產生的離心力，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慣性力；而垂直分力，由于在方向上相反，數值上相等，因此互相抵消。所以，雙軸平衡機構有很好的平衡效果，但結構較復雜。平衡軸齒輪上，都刻有定位標記。 在齒輪室中，應按標記來裝配該齒輪；二單軸平衡機構。它結構簡單、尺寸小，質量也輕。但平衡軸與曲軸不同心，平衡塊所產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要差一些。

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

[1]李自華.農業機械學（上、下冊）[M].北京:中國農業出版社，2001.