小型柴油机曲柄连杆机构中曲轴飞轮组

白晓波

（吉林省通榆县开通镇农业机械推广中心站，吉林 通榆 137200）

小型农用柴油机是农村最为普通和常见的农用机械，而曲柄连杆机构是柴油机实现工作循环、完成从热能到机械能的能量转换、以曲轴旋转的形式向外输出动力的传动机构。它由活塞连杆组、曲轴飞轮组和机体缸盖组三个部分组成。活塞与气缸盖、气缸一起构成燃烧室，它承受气缸中油气混合后燃烧膨胀产生的压力，并通过活塞销将力传递给连杆，推动曲轴旋转，并对外做功，随后活塞由连杆带动，实现进气（吸气）、压缩、排气等工作。限于篇幅，本文只对其中的曲轴飞轮组进行简单介绍。曲轴飞轮组由曲轴、飞轮和平衡机构等机件组成。

1 曲轴

曲轴的功用是把活塞的往复运动变为旋转运动，对外输出功和驱动各辅助系统。曲轴在工作中受到周期性变化的气体压力、往复运动惯性的交变载荷，使曲轴的受力非常复杂，既弯曲又扭转，会引起曲轴的震动和疲劳破坏。同时，在曲轴轴颈与轴瓦之间还会造成磨损。因此，要求曲轴具有足够的强度和刚度，特别是曲柄部分的强度；要求轴颈表面耐磨并有良好的润滑条件，而且质量要轻。曲轴一般用优质中碳钢或合金钢锻造而成，轴颈表面经精加工和热处理。单缸柴油机多用高强度的球墨铸铁铸造。曲轴轴体内有油孔，与各轴颈表面相通。

曲轴的结构形状比较复杂，单缸柴油机曲轴主要由曲轴前、后主轴颈，连杆轴颈，平衡块，曲柄，前、后端等几部分组成。前、后主轴颈在曲轴箱上的主轴承中旋转并承曲轴。连杆轴颈通过连杆轴承与连杆大头相交接。平衡块用来平衡柴油机工作中的惯性力和力矩。曲柄用来连接主轴颈和连杆轴颈。为减少应力集中，曲柄与连杆轴主轴颈连接处有半径为4～6mm的圆弧。磨修曲轴时应保证圆弧的半径，不得损伤圆弧处表面，否则可能会引起曲轴断裂。主轴颈和连杆轴颈的轴心线距离称为曲轴的回转半径。回转半径的大小对柴油机工作影响很大。根据曲轴制造工艺不同，曲轴又分为整体式曲轴和分铸式曲轴单独制造，用螺钉连接在曲柄下端。另外，在连杆轴颈内还制有各种离心净化室，以便在曲轴高速旋转的作用下，使润滑油在流经该净化室时，得到离心净化，去除油中的机械杂质。多缸柴油机的曲轴与单缸柴油机的曲轴相似，只是其连杆轴颈与缸数相等；另外，多缸柴油机的曲轴不仅在两端有主轴颈，在中间部位也有主轴颈。一般把主轴颈数比连杆轴颈数多一个的曲轴称为全支承曲轴，把主轴颈数与连杆轴颈数相等或少一个的曲轴称为非全支承曲轴。曲轴前端的伸出部分，用来安装正时齿轮以及启动爪、挡油盘等，后端连接飞轮及皮带轮。

2 主轴承

多缸柴油机的主轴承一般用开式双金属薄壁轴瓦，小型单缸柴油机多用整体式双金属薄壁轴瓦 （比如S195型柴油机）。为了限制曲轴的轴向窜动，一般最后一道主轴瓦（靠飞轮端）采用翻边轴瓦，或在一道主轴瓦的两侧装有止推片；有的小 型 柴 油 机 （ 比 如 170F—A、175F—A、ZH1115、S1110、ZH1110、R185、190A、R175A、Z175F—3、185、R180 型号等）用滚动轴承。这使启动和运转时的阻力减小，轴向尺寸缩短和易于安装调试等。

3 飞轮

飞轮的功用是储存和放出能量，使曲轴旋转均匀，此外还能帮助克服柴油机工作过程中的短时超负荷。如单缸四行程柴油机只有一个行程作功，所以利用飞轮把传到曲轴上的一部分能量储存起来，以克服排气、进气和压缩冲程中的阻力和其他阻力，使柴油机曲轴能够均匀平衡地旋转。小型柴油机的飞轮，还有利于启动及输出功率的作用。为了便于对柴油机进行维修调整，飞轮上还刻有各种记号，与机体上的记号对正，可分别表示活塞上止点、供油提前角、气门开闭时间等。在电启动的柴油机上，飞轮外缘上还压装着齿环，用业与启动电机的驱动齿轮啮合，以带动曲轴旋转，使柴油机实现启动。对于有飞轮发电机的柴油机，在飞轮上固定着永久磁铁转子。

飞轮用铸铁制成，安装在曲轴尾端的锥形轴颈上，有键槽定位，轴向用飞轮螺母坚固，并用止退垫圈的折边锁住。

4 平衡机构

柴油机工作时，由于连杆轴颈、曲柄、连杆大头等运动件的调整旋转会产生很大的离心力，同时活塞组件和连杆小头等运动件的高速往复运动，也产生很大的惯性力。这种情况在单缸柴油机上表现尤为明显。这些力如不进行平衡则会使柴油机产生强烈的震动，恶化驾驶员的工作条件。甚至会震坏柴油机的零部件。离心力一般用曲轴上的平衡块进行平衡。往复惯性力在多缸柴油机上靠合理排列各缸的作功顺序来平衡，而单缸柴油机则需要专门的平衡机构进行平衡。

小型柴油机上常见的平衡机构主要分为双轴平衡与单轴平衡等两种。一双轴平衡机构（比如S195型），其平衡机构主要由上、下两根平衡轴组成。平衡轴上的重块所产生的离心力，都可以分成水平方向和垂直方向两个分力。其水平分力之和，用于平衡柴油机的往复惯性力；而垂直分力，由于在方向上相反，数值上相等，因此互相抵消。所以，双轴平衡机构有很好的平衡效果，但结构较复杂。平衡轴齿轮上，都刻有定位标记。 在齿轮室中，应按标记来装配该齿轮；二单轴平衡机构。它结构简单、尺寸小，质量也轻。但平衡轴与曲轴不同心，平衡块所产生的惯性力沿活塞运动方向的分力不通过气缸中心线平面，帮其平衡效果比双轴平衡机构要差一些。

总而言之，小型农用柴油机中的曲轴连杆机构是十分重要的系统，曲轴、主轴承、飞轮和平衡机构共同构成曲轴连杆机构中的曲轴飞轮组，它们之间共同协作完成柴油机的行走和做功。

[1]李自华.农业机械学（上、下册）[M].北京:中国农业出版社，2001.