2.2.4 曲轴飞轮组的检测与维修
细节一：曲轴飞轮组结构
如图2-84所示，曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮、带轮、正时齿轮（或链轮）等。
图2-84 东风EQ6100-1型发动机曲轴飞轮组结构示意图
1—启动爪；2—启动爪锁紧垫圈；3—扭转减振器；4—带轮；5—挡油片；6—正时齿轮；7—半圆键；8—曲轴；9—主轴承上、下轴瓦；10—中间主轴承上、下轴瓦；11—止推片；12—螺栓；13—直通式压注油杯；14—螺母；15—齿圈；16—圆柱销；17—第一、六缸活塞压缩上止点记号用钢球；18—飞轮
细节二：曲轴
（1）曲轴的功用及工作条件 曲轴的作用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用来驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力和其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。所以，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面及耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应充分。
（2）曲轴材料 曲轴通常由45、40Cr、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经过高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。现代汽车发动机广泛使用球墨铸铁曲轴。球墨铸铁价格便宜，耐磨性能好，轴颈不需采取硬化处理，同时金属消耗量少，机械加工量也少。为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面需进行喷丸处理，圆角处要经滚压处理。
（3）曲轴构造、组成及分类 具体如下。
①曲轴组成：如图2-85所示，曲轴主要由前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等组成。
a.曲拐 如图2-85所示，由一个曲柄销（也称连杆轴颈），左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈所构成的一个单元称为曲拐。曲轴基本上是由若干个单元曲拐构成。
图2-85 曲轴的组成
b.主轴颈和连杆轴颈 主轴颈（图2-85）为曲轴的支承部分。每个连杆轴颈（图2-85）两边都有一个主轴颈的，称为全支承曲轴。主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄及连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。
c.曲柄和平衡重 曲柄是主轴颈与连杆轴颈的连接部分，为了平衡惯性力，曲柄处铸有（或紧固有）平衡重块，其断面主要为方形、圆形与椭圆形三种。平衡重块用于平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用于平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。
平衡重形状多呈扇形，使其重心远离曲轴回转中心，如图2-86所示。
图2-86 曲轴平衡重形状
d.前端轴与后端轴 作用及密封如下。
ⅰ.作用：前端轴用于安装正时齿轮、带轮及启动爪等；后端轴有凸缘盘，用于安装飞轮。有的电喷发动机还装有曲轴位置传感器与转速传感器的信号发生器。前端轴的结构如图2-87所示。东风EQ6100-1型发动机曲轴的后端轴结构如图2-88所示。
图2-87 曲轴前端轴的结构
1，2—滑动推力轴承；3—止推垫片；4—正时齿轮或正时链轮；5—甩油盘；6—油封；7—带轮；8—启动爪
图2-88 东风EQ6100-1型发动机曲轴的后端轴
1—轴承座（气缸体）；2—甩油盘；3—回油螺纹；4—飞轮；5—飞轮螺栓、螺母；6—曲轴凸缘盘；7—填料油封；8—主轴承盖
ⅱ.前后端的密封：曲轴前后端均伸出曲轴箱，为了防止机油沿轴颈流出，在曲轴前后都安装了防漏装置。常用的防漏装置包括甩油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。一般发动机都采用复合式防漏装置，由甩油盘和其他一到两种防漏装置组成。曲轴前端甩油盘的外斜面通常朝外，当被齿轮挤出或甩出的机油落到甩油盘上时，沿壁面流回油底壳中。回油螺纹的螺旋方向需为右旋，当曲轴旋转时，机油也被带动旋转，由于机油具有黏性，因此受到机体后盖孔壁的摩擦阻力Fr如图2-89所示。
图2-89 回油螺纹
e.曲轴的轴向限位 一般是通过在曲轴的前部、中部或后部安装推力轴承来实现的（翻边轴瓦），如图2-87和图2-88所示。
②曲轴的分类如下。
a.根据结构组成不同可分为整体式曲轴（汽油机多采用此结构）和组合式曲轴（柴油机多采用此结构）两种，分别如图2-90和图2-91所示。
图2-90 整体式曲轴
1—主轴颈；2—连杆轴颈；3—前端轴；4—平衡重；5—曲柄；6—后端凸缘
图2-91 组合式曲轴
1，3—滚子轴承；2—连接螺栓；4—曲柄；5—定位螺栓
b.根据支承方式不同可分为全支承曲轴和非全支承曲轴。
全支承曲轴提高曲轴的刚度与弯曲强度，减轻主轴承的载荷，柴油机通常多采用此种支承方式。V形发动机曲轴或空间曲轴的后端轴通常兼有1个曲轴主轴颈的支承作用。
非全支承曲轴缩减了曲轴的长度，使发动机总体长度有所减小，承受载荷较小的汽油机通常采用此种方式。V形发动机曲轴或空间曲轴的后端轴通常兼有1个曲轴主轴颈的支承作用。
（4）曲拐布置与多缸发动机的工作顺序 一般规律与常见布置方式如下。
①一般规律有以下几点。
a.各缸的做功间隔要尽可能地均衡，以使发动机运转平稳。
b.连续做功的两缸相隔尽可能地远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。
c.防止进气重叠。
d.V形发动机左右气缸尽可能地交替做功。
e.曲拐布置尽量对称、均匀以使发动机工作平衡性好。
②常见曲轴曲拐的布置：四冲程直列四缸发动机曲轴如图2-92所示，四冲程直列四缸发动机的发火间隔角为720°/4=180°；4个曲拐位于同一平面内；发动机工作顺序是1-2-4-3或1-3-4-2，其工作循环见表2-8和表2-9。
图2-92 直列四缸发动机曲轴
表2-8 四冲程直列四缸发动机点火顺序为1-2-4-3的工作循环表
表2-9 四冲程直列四缸发动机点火顺序为1-3-4-2的工作循环表
四冲程直列六缸发动机的发火间隔角为720°/6=120°。1-6曲拐位于一个平面内，2-5曲拐位于一个平面内，3-4曲拐位于一个平面内，且3组曲拐互成120°分布。工作顺序是1-5-3-6-2-4（右式曲轴，从曲轴后端向前看，2、5缸曲拐在右侧的曲轴，如东风EQ6100-1型发动机）或1-4-2-6-3-5（左式曲轴，从曲轴后端向前看，2、5缸曲拐在左侧的曲轴，如日野车型发动机），其工作循环见表2-10。
表2-10 直列六缸四冲程发动机点火顺序为1-5-3-6-2-4的工作循环表
V形六缸发动机的发火间隔角同样为120°；3个曲拐互成120°；工作顺序通常为R1-L3-R3-L2-R2-L1。
细节三：曲轴扭转减振器
为使发动机工作平稳，提升共振的临界转速，降低振幅，避免曲轴因为疲劳断裂，在曲轴前端的带轮上装有扭转减振器。其工作原理是使曲轴扭转振动能量消耗在减振器内的摩擦运动，从而使振幅逐渐降低。常用的扭转减振器有橡胶式、摩擦式及黏液（硅油）式等数种，图2-93为橡胶式扭转减振器结构示意图。
图2-93 橡胶式曲轴扭转减振器结构示意图
细节四：飞轮
（1）飞轮的功用 飞轮主要是用来储存做功行程的能量，以便于克服其他行程的阻力，使曲轴可以均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈与启动机的驱动齿轮啮合，供发动机启动之用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。飞轮上一般都刻有点火正时记号，以便检验与调整点火正时及气门间隙。飞轮必须在质量较小的前提下具有足够的转动惯量，因而轮缘通常做得宽且厚，如图2-94所示。
图2-94 飞轮实物结构及部分车型正时记号示意图
（2）飞轮的材料、工艺、结构特点 具体如下。
①飞轮通常采用灰铸铁，当轮缘速度超过50m/s时要采用球墨铸铁或铸钢。
②飞轮外缘上的齿圈是热压配的，齿圈磨损失效后应立即更换，在拆装齿圈时应注意加热进行。
③多缸发动机的飞轮应与曲轴一同进行动平衡校准。为了拆装时不破坏它们的平衡状态，飞轮与曲轴之间的连接螺栓应不对称分布。
细节五：汽车发动机滑动轴承
汽车发动机滑动轴承有连杆小头衬套、连杆大头轴承、主轴承及曲轴推力轴承等。
（1）连杆大头轴承和主轴承 连杆轴承和主轴承都承受交变载荷和高速摩擦，因此轴承材料必须具有充足的抗疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损以及耐腐蚀。
连杆大头轴承和主轴承都是由上、下两片轴瓦对合而成。每一片轴瓦均由钢背和减磨合金层或钢背、减磨合金层和软镀层构成，前者称二层结构轴瓦，后者称三层结构轴瓦。钢背为轴瓦的基体，由1～3mm厚的低碳钢板制造，以确保有较高的机械强度。在钢背上浇铸减磨合金层，减磨合金材料主要有锡基合金、铜基合金和铝基合金。如图2-95所示。
图2-95 主轴承与止推片
（2）曲轴推力轴承 汽车行驶时因为踩踏离合器和制动踏板而对曲轴施加轴向推力，使曲轴发生轴向窜动。太大的轴向窜动将影响活塞连杆组的正常工作，并且破坏正确的配气定时及柴油机的喷油定时。为了确保曲轴轴向的正确定位，需装设推力轴承，而且只能在一处装设推力轴承，以保证曲轴受热膨胀时可以自由伸长。曲轴推力轴承有翻边轴瓦、半圆环止推片与推力轴承环三种形式。如图2-96所示为止推垫片位置图。翻边轴瓦是将轴瓦两侧翻边当做止推面，在止推面上浇铸减磨合金。轴瓦的止推面和曲轴止推面之间留有0.06～0.25mm的间隙，从而限制了曲轴轴向窜动量。
图2-96 止推垫片位置图
细节六：曲轴飞轮组的拆卸
曲轴飞轮组的拆卸步骤如图2-97所示。
图2-97 曲轴飞轮组的拆卸
1—前密封凸缘螺栓（拧紧力矩16N·m）；2—密封圆；3—前密封凸缘；4—止推环（用于缸体内3号轴承，润滑槽朝向外）；5—主轴承（用于带润滑槽的缸体，不能与使用过的轴承混用）；6—链轮（用于驱动机油泵）；7—曲轴；8—主轴承（用于不带机油槽的缸体，不能与使用过的轴承混用）；9—主轴承盖螺栓（拧紧力矩65N·m+90°）；10—轴承盖；11—脉冲传感器轮（用于发动机转速传感器G28，只有一个安装位置）；12—脉冲传感器轮螺栓（拧紧力矩10N·m+90°）；13—滚子轴承；14—飞轮；15—飞轮紧固螺栓（拧紧力矩60N·m+90°）；16—密封圈；17—螺塞（拧紧力矩100N·m）；18—中间支板；19—后密封凸缘螺栓（拧紧力矩16N·m）；20—曲轴后密封
（1）旋松飞轮紧固螺钉，卸下飞轮（飞轮较重，拆卸时注意安全）。
（2）拆卸曲轴前端和后端密封凸缘及油封。
（3）按图2-98螺钉序号从两端到中间旋松曲轴主轴承盖紧固螺钉，拆下主轴承盖。各缸主轴承盖有装配标记，不同缸的主轴承盖及轴瓦不得互相调换。
图2-98 螺钉旋松顺序
（4）抬下曲轴，再将主轴承盖和垫片按原位装回，并将固定螺钉拧入少许。注意曲轴推力轴承的定位与开口的安装方向。
发动机安装时，需注意如下事项。
①安装前应全面清洗发动机零部件，特别是相互配合的运动件表面应保持清洁，涂抹润滑油。
②安装顺序通常与拆卸顺序相反，由内向外进行。
③各配对的零部件不得互相调换，安装方向也应该正确。应保持各零部件相对装配的关系。
④各紧固螺钉应按照规定力矩和方法拧紧。
细节七：曲轴的检修及校正
（1）曲轴的损伤 具体如下。
①曲轴变形的检测方法如图2-99所示。
图2-99 曲轴变形的检测方法
1—平板；2—V形架；3—曲轴；4—百分表；5—百分表架
操作要领如下。
a.曲轴擦净后，将第一道和最后一道主轴颈放置在等高的V形支承架上。
b.将表座固定在平板上，把百分表触头垂直指向第一道主轴颈的最高点，同时指针调零。平移表座将百分表触头垂直指向最后一道主轴颈的最高点，两者需等高（指针也为零），否则应做调整。
c.将表座固定在平板上，然后将百分表触头垂直指向中间一道主轴颈的最高点。
d.转动曲轴，此时百分表所示的最大摆差就是曲轴主轴颈的同轴度误差，桑塔纳轿车发动机曲轴的同轴度误差不得超过0.03mm，否则应进行冷压校正或更换曲轴。
曲轴弯曲——曲轴主轴颈同轴度误差超过0.05mm。
曲轴扭曲——连杆轴颈分配角误差超过0°30'。
②轴颈的磨损：曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的，而且磨损有一定的规律性。主轴颈与连杆轴颈的最大磨损部位相互对应，即各主轴颈的最大磨损接近连杆轴颈一侧；而连杆轴颈的最大磨损部位在主轴颈一侧。曲轴轴颈沿轴向存在锥形磨损。
（2）曲轴的检测 曲轴的检测项目主要包括变形、磨损和裂纹的检测。
①用磁力探伤法或浸油敲击法进行裂纹的检查。
②检验弯曲时，以两端主轴颈的公共轴线作为基准，检查中间主轴颈的径向圆跳动误差。
③将第一缸与最后一缸连杆轴颈转到水平位置，用高度尺分别测量第一缸连杆轴颈与最后一缸连杆轴颈至平板的距离。
④曲轴轴颈磨损检验。
⑤曲轴轴承间隙检查。曲轴轴承间隙是指曲轴的径向和轴向间隙。轴承与轴颈之间的间隙，称为曲轴的径向间隙。允许曲轴轴向窜动的间隙，称为曲轴的轴向间隙。检查方法如图2-100所示。
图2-100 曲轴轴向间隙的检测与调整
检查要领：
a.将带磁力底座的百分表固定在发动机前面或者后面的缸体上；
b.将百分表杆部平行于曲轴中心线放置，调节表针；
c.前后撬动曲轴，密切观察百分表读数，其最大值与最小值之差即为此曲轴的轴向间隙。
曲轴轴向间隙通常为0.05～0.20mm，部分车型曲轴轴向间隙值见表2-11。如果轴向间隙过小，会使机件膨胀而卡滞；轴向间隙太大，易形成轴向窜动，则给活塞连杆组的机件带来不正常的磨损。因此，当轴向间隙值超过规定时，则应用更换或修整止推轴瓦和止推垫圈来进行调整。
表2-11 国内普遍车型主轴承与连杆轴承轴向间隙
（3）曲轴的校正 如图2-101所示。通常用冷压校验法校正曲轴，其操作要领为：
图2-101 冷压校验法
①用放在压床台面上的两个V形架支撑起曲轴两端的主轴颈，在轴颈接触处垫上铜皮；
②转动曲轴，使弯曲凸面朝上，并将压头对准中间主轴颈，在V形压具和主轴颈接触处垫支铜皮；
③使百分表的触头竖直抵在两道被压主轴颈的正下方，转动表盘使表针指“0”；
④用压床的压头向下逐渐增压，压弯量为曲轴弯曲量的10～15倍（球墨铸铁曲轴，此值不超过10倍），并保持压力1.5～2min，然后检查校正后的弯曲度，直到校正合格；
⑤将曲轴加热到573～773K，保温0.5～1h，进行时效处理，用来消除冷压校正时产生的内应力，避免弯曲变形反弹。
细节八：曲轴轴承的选配
（1）轴承的常见损伤 磨损、刮伤、烧伤、疲劳剥落。
（2）轴承的选配 具体如下。
①根据曲轴轴颈的修理尺寸，选用和曲轴轴颈同一级修理尺寸的曲轴轴承，参见图2-102。
图2-102 曲轴轴承结构示意图
②轴承厚度应符合规定，新轴承装入座孔内，上下两片的每端都应高出接合平面0.03～0.05mm，以确保轴承与座孔紧密贴合，提高散热效果。
③定位凸点完整，轴承背面光滑，没有斑点。
④弹性适中。
⑤将新选用的轴承放入轴承座后，要求轴承的曲率半径R1大于座孔的曲率半径R2，以确保轴承装入座后，可使轴承自身弹力与轴承座贴合紧密，如图2-103所示。
图2-103 曲轴轴承选配示意图
选择轴承概括为：根据轴颈选择轴承，轴承长宽符合标准，背面光滑凸点好，弹性合适。
（3）修配方法 曲轴轴承的修配方法有刮削、镗削及直接装配法。巴氏合金的轴承用刮削或镗削法修配，锡铝与铜铅合金的轴承用直接装配法修配。
①轴承的手工刮配：曲轴主轴承的刮削。一根曲轴是由几道主轴承一同支承着的，这就要求修刮后的各道轴承的中心线必须重合，以满足曲轴工作的要求。其具体刮削方法是：校正水平线及刮配轴承。
②轴承的镗削：曲轴轴承的镗削在镗床上进行。
③轴承的直接选配法：现代发动机广泛使用锡铝合金或铜铅合金的轴承，采用轴承的直接选配法修配轴承。根据轴颈的修理尺寸选择同级修理尺寸的轴承，以轴颈与轴承配合要求的径向间隙作为依据，磨削轴颈确定曲轴轴颈的直径。选用的轴承和轴颈进行直接装配，装配时轴承盖接合面内不加垫片，但必须按照规定的力矩拧紧轴承螺栓。直接装配的轴承与轴颈的接触面积不得小于85％，通过轴承和轴颈的精加工来保证。因锡铝合金与铜铅合金的膨胀系数较大，要求轴承与轴颈的径向配合间隙略微大些。参见图2-104。
图2-104 曲轴轴承尺寸选配示意图
细节九：飞轮组的检修规程及技术要求
（1）飞轮的检修 飞轮常见的损坏为齿圈磨损、轮齿折断和离合器接触工作面磨损，而飞轮壳的损伤主要是与变速器接合平面的不平，如图2-105所示。
图2-105 飞轮及齿圈的常见损伤
1—轮齿磨损；2—轮齿折断；3—飞轮表面烧灼疤痕；4—飞轮表面裂纹
发动机的飞轮和曲轴装在一起时，应进行精密的动平衡，当单独更换曲轴或飞轮时，必须进行动平衡试验，以避免因曲轴的不平衡而引起振动，因此发动机在修理中，不得随便更换飞轮。飞轮的端面圆跳动误差测量参见图2-106。
图2-106 飞轮端面圆跳动误差的测量
①当飞轮工作面的磨损或起槽不大于0.5mm时，可清除磨损处，允许继续使用。深度小于0.5mm时，应光磨修复，但飞轮厚度不得少于新飞轮的2mm。
②齿圈与启动机齿轮因启动产生撞击，牙齿啮合不良，造成轮齿的磨损及损坏。若是单面磨损可翻面继续使用，若齿圈两面均匀磨损超过30％以上应更换。齿圈与飞轮的配合通常有0.25～0.64mm的过盈。装配时，可将齿圈加热到300～350℃，趁热套在飞轮外周的凸缘上。
（2）安装飞轮壳 应按下列顺序进行。
①检查缸体后端面与飞轮壳连接面，并擦干净。
②检查缸体与飞轮壳定位孔。
③安装飞轮壳，用两只定位销定位并且拧上螺母或螺栓。
④检查飞轮壳安装变速器的凸缘孔的轴线，与曲轴轴线的同轴度偏差应不超过0.40mm。把千分表架固定在曲轴法兰上，表头放在壳体内表面上，转动曲轴来检查壳体内表面和曲轴同轴度公差。
⑤检查安装变速器壳的平面是否垂直于曲轴轴线，其垂直度偏差不得超过0.2mm。在测量时要使千分表头和飞轮壳的端面垂直，旋转曲轴来检查其垂直度偏差。在调节过程中，只能移动飞轮壳，严禁移动缸体。
⑥重新拧紧加固螺母或螺栓。
安装飞轮需注意以下几个问题。
a.飞轮安装前必须将曲轴大头直径和法兰盘端面、螺纹孔、定位销孔清理干净，使飞轮与曲轴接合面没有残存脏物，以防飞轮安装后出现摆差过大现象。
b.用于固定飞轮的螺栓在安装时必须交叉分两次拧紧牢固，最终要达到规定的力矩，防止使用过程中螺栓松动。
c.飞轮工作表面经过修磨后，不可避免会引起飞轮失去平衡，所以应对飞轮进行动平衡检测和调整，防止飞轮在旋转时振动，加速发动机各零部件的磨损。
d.飞轮安装时须使飞轮定位圆内孔的中心线和曲轴主轴轴线中心在规定的同轴度公差范围内。
e.安装完毕后必须检查飞轮上的正时标记位置是否对齐。
细节十：曲轴飞轮组常见故障的诊断与排除
发动机曲轴飞轮组常见异响故障原因及分析见表2-12。
表2-12 发动机曲轴飞轮组常见异响故障原因与分析
曲轴主轴承响故障诊断流程如下。
（1）现象 发动机突然加速时会发出沉重且有力的“哨哨哨”或“咣咣咣”的金属敲击声，严重时机体产生很大振动；响声随发动机转速的提高而增加，随负荷的增大而增强，产生响声的部位位于缸体下部的曲轴箱内；单缸断火时响声没有明显变化，相邻两缸同时断火时，响声会明显降低；温度变化时响声不变化；机油压力明显降低。此外，后道轴承响声钝重、发闷，前道轴承响声较轻、较脆。曲轴轴向窜动产生的响声，在低速下采用微抖节气门的方法，可以听见较沉重的“咯噔、咯噔”的响声。
（2）原因 主轴承盖固定螺栓松动；主轴承减磨合金烧毁或脱落；主轴承和轴颈磨损严重，轴向止推装置磨损严重，造成径向和轴向间隙过大；曲轴弯曲；机油压力太低或机油变质。
（3）诊断方法 诊断流程与排除流程如图2-107所示。
图2-107 曲轴主轴承响故障诊断与排除流程