曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上重要的零部件,它的作用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩,將活塞是直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),用以驅(qū)動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)以及其他輔助裝置。說白了它就是汽車上的動(dòng)力輸出元件。
曲軸的受力是極其復(fù)雜的,它在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作,承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變載荷。因此,要求曲軸有足夠的抗彎曲、抗扭轉(zhuǎn)的疲勞強(qiáng)度和剛度;軸頸應(yīng)有足夠大的承壓表面和耐磨性。
曲軸一般由45、40Cr、35Mn2等中碳鋼和中碳合金鋼模鍛而成,軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理,最后進(jìn)行精加工。為提高曲軸的疲勞強(qiáng)度,消除應(yīng)力集中,軸頸表面應(yīng)進(jìn)行噴丸處理,圓角處要經(jīng)滾壓處理。需要注意的是:氮化過的曲軸修磨后必須重新做氮化處理,否則曲軸有斷裂的危險(xiǎn)。
曲軸基本上由若干個(gè)單元曲拐構(gòu)成。一個(gè)曲柄銷,左右兩個(gè)曲柄臂和左右兩個(gè)主軸頸構(gòu)成一個(gè)單元曲拐。各曲拐的相對(duì)位置或曲拐布置取決于氣缸數(shù)、氣缸排列形式和發(fā)動(dòng)機(jī)工作順序。
四沖程直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角為720°/4=180°。4個(gè)曲拐在同一平面內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作順序?yàn)?-3-4-2或1-2-4-3。
四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序和曲拐布置:四行程直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火間隔角為720°/6=120°,六個(gè)曲拐分別布置在三個(gè)平面內(nèi),發(fā)火順序是1-5-3-6-2-4。
四沖程V型六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角仍為120°,3個(gè)曲拐互成120°。工作順序R1-L3-R3-L2-R3-L1。面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇,右列氣缸用R表示,由前向后氣缸號(hào)分別為R1、R2、R3;左列氣缸用L表示,氣缸號(hào)分別為L(zhǎng)1、L2和L3。
四沖程V8發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火間隔角為720°/8=90°, 4個(gè)曲拐互成90°。工作順序基本上有兩種:R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2和L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1
曲軸是高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)件,因此它的平衡是極其重要的。在曲軸的曲柄臂上設(shè)置的平衡重只能平衡旋轉(zhuǎn)慣性力及其力矩,而往復(fù)慣性力及其力矩的平衡則需采用專門的平衡機(jī)構(gòu),一般都是在發(fā)動(dòng)機(jī)中加入一個(gè)或兩個(gè)平衡軸,它的旋轉(zhuǎn)方向與曲軸相反,轉(zhuǎn)速是曲軸的二倍,這樣就可以平衡掉曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的往復(fù)慣性力及其力矩。
從理論上講,直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)最小,運(yùn)轉(zhuǎn)平順性最好,一般不需要使用平衡軸即可實(shí)現(xiàn)曲軸的平衡。所以,市場(chǎng)上絕大多數(shù)的卡車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用直列六缸的布置型式,一些高檔轎車也采用這種發(fā)動(dòng)機(jī),比如經(jīng)典的寶馬直六發(fā)動(dòng)機(jī),奔馳S級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)等等。