对康明斯发动机曲轴结构和技术要求
柴油发动机曲轴是内燃机的核心部件之一。它是连接活塞和飞轮在发动机内部的部件。其功能主要是将活塞的直线运动转化为旋转运动，包括运动转换、动力传递和附件驱动能力。由于其工作条件涉及高温、高压、高速和周期性力，其常见的故障形式是疲劳断裂、轴颈磨损或划伤、弯曲变形和腐蚀损伤。此时，高负荷和交变应力在工作条件下非常重要。
曲轴的作用和工作条件
曲轴主要分为全支撑曲轴和半支撑曲轴，如图1所示。这两种结构基本相同，主要由曲轴前端、连杆轴颈、主轴颈、曲柄、平衡块和曲轴后端的凸缘组成，如图2所示。
1、曲轴的主要作用
（1）能量转换：将活塞的往复直线运动转换为旋转运动，为柴油发动机提供动力输出。活塞通过连杆推动曲轴，曲轴的旋转运动最终传递到飞轮和传动系统，驱动车辆行驶。
(2)动力传递：通过飞轮将扭矩传递到离合器或液力变矩器，然后驱动传动系统。
驱动配件：通过皮带轮或齿轮驱动柴油机配件，如凸轮轴、水泵、发电机等。
(4)平衡惯性力：曲轴通常配有平衡块，用于抵消活塞和连杆运动产生的往复惯性力，减少柴油发动机的振动。
2、曲轴的工作条件
曲轴在极其复杂的环境中工作，需要承受各种各样的载荷和挑战：
(1)高机械负荷
①交变应力：活塞爆发压力周期性冲击曲轴，导致交变弯曲和扭转应力，容易造成疲劳断裂。
②高速旋转：50HZ柴油机转速可达1500rpm，60HZ柴油机转速可达1800rpm rpm，产生巨大的离心力。
②扭转振动：燃烧爆发的脉冲扭矩可引起曲轴扭转振动，应与减振器配合使用。
热负荷：高温气体通过活塞、连杆传递热量，曲轴表面温度可达100~200°C，局部区域(如连杆轴颈)可能较高，导致材料强度下降。
(3)摩擦与磨损：轴颈(主轴颈、连杆轴颈)与轴承之间的高速滑动摩擦，如果润滑不良，容易造成磨损或“烧瓦”。
(4)腐蚀性环境：与油中的酸性物质(燃烧副产物)和水分接触，可引起化学腐蚀。
（5）动态平衡要求：质量分布不均匀会导致剧烈振动，需要进行精确的动态平衡处理（通常允许不平衡小于1~10） g·cm）。
二、曲轴的要求和材料
1、要求
①足够的抗弯、抗扭疲劳强度和刚度；
②足够的承压面积和较高的耐磨性，可多次进行车前维修；
③曲柄排列合理，发火顺序合理。
2、曲轴的设计和材料
(1)材料：多采用高强度合金钢或球墨铸铁，通过调质处理提高硬度和韧性。
(2)工艺：精密锻造或铸造，高频淬火、渗氮或喷涂耐磨涂层，并经过精细研磨。
(3)结构：空心轴设计可以减轻重量，油道设计可以保证润滑。
3、优缺点
（1）优点：
①铸造，不需要大型锻造设备，成本低；
②对应力集中不敏感，疲劳强度接近中碳钢；
③耐磨性好，对扭转振动的阻尼作用远优于钢。
(2)缺点：韧性低。
康明斯柴油柴油发动机曲轴采用整体全支撑曲轴，即每个连杆轴颈两侧有一个主轴颈，共七个主轴颈。曲轴的材料由合金钢锻造而成。主轴颈和连杆轴颈表面经过高频淬火，表面硬度可达HRC45-HRC50。它们的表面经过热处理和精磨。为了提高疲劳强度，对曲柄与主轴颈和连杆轴颈之间的过渡圆角进行淬火和表面滚压。东风柴油发动机曲轴有8个平衡块。最初生产的是可拆卸结构，大量生产后改为整体结构。主轴颈为137mm，连杆颈mm。
三、曲轴结构的特点
1、一般曲轴的特点
(1)改善空心结构的应力，减轻重量；
(2)轴颈与曲柄臂连接的过渡圆角，车入式较好；
(3)平衡重量与曲柄臂的连接(铸造、螺栓、凸肩)；
曲轴平衡重量的作用：F₁和F₂M1-2形成的力矩，F₃和F₄形成的扭矩M3-4使曲轴弯曲变形，导致主轴颈部和轴承的部分磨损。因此，如图3和图4所示，在曲柄的相反方向设置平衡重。
(4)油通布置：
①线孔：有利于提高曲轴的疲劳强度；
②斜线孔：加工方便，前弱疲劳强度，混入润滑油中的杂质引起偏磨；
③使用内腔：具有离心净化作用；
④要求油孔具有较大的弧形和倒角，并仔细抛光。
图3 曲轴平衡重力矩示意图
图4 曲轴平衡重位置图
2、康明斯曲轴部件的特点
(1)曲轴的曲柄臂从曲轴的前端开始按顺序编号，这些号码用钢印打在曲柄臂上。
(2)曲轴上有用螺栓紧固的平衡块。它们的编号与安装的曲柄臂的编号相同。
（3）早期曲轴和平衡块之间形成压力协调；现在设计的曲轴和平衡块之间有一个开口环定位销，使平衡块定位在曲轴上。旧零件和新零件不能交换。
（4）如果在维修过程中拆下平衡块，则必须记住标记并将其安装回原曲轴上的正确位置。如果安装错误，曲轴将损坏。更换平衡块时，必须进行动平衡试验。
（5）6BT柴油发电机曲轴前端配有正时齿轮，凸轮轴由凸轮轴正时齿轮驱动。凸轮轴正时齿轮由附件驱动，PT燃油泵由油泵驱动，油泵由油泵驱动。这些齿轮上的正时标记在配时时应相互对齐。KTTA柴油发电机传动齿轮的布置。曲轴前端还配有扭转减震器。减震器有两种形式：橡胶原价减震器和粘性减震器。减震器可以将曲轴的扭转振幅限制在0.2°在范围内。用螺钉固定带轮和减震器。
(6)KTA19、KTA38、KTA50柴油发电机曲轴后端配有曲轴齿轮。曲轴上有两种形式：窄的和宽的。当柴油发电机不需要安装后齿轮来驱动下部总成时，只需要在工厂生产时安装齿轮。这种窄齿轮只能驱动油泵。维修期间不提供窄齿轮。
（7）当柴油发电机需要安装后齿轮传动总成时，应安装宽齿轮；当柴油发电机没有安装后齿轮传动总成时，也可以安装宽齿轮，而用于维护的曲轴只安装宽齿轮。
（8）柴油发动机上的曲轴在前轴端、后轴端和后轴端安装定位销钉或卷筒销。使用这种销钉，减震器和曲轴可以正确对齐连接法兰和飞轮，如图5所示。
（9）柴油发动机上的所有曲轴油封均采用特氟隆（聚氟乙烯）覆盖唇型（涡卷型），如图6所示。这种特氟隆覆盖唇型油封，油封唇口背面没有弹簧，油封唇口为薄而硬的特氟隆。有两种类型：湿式飞轮壳油封和干式飞轮壳油封。湿式飞轮壳油封具有唇部密封元件。干式飞轮壳油封具有密封元件和防尘唇。干式应用在恶劣的运输环境中使用，如施工现场和灰尘较多的环境。
(10)曲轴前油封两个油唇不得接触台阶和油封安装套筒。油封必须与齿轮室孔倒角齐平或不小于0.51mm。
（11）特氟隆性油封在组装前必须干燥。不要用润滑脂或润滑油密封唇部和轴力。油封和曲轴必须保持清洁和干燥，否则会漏油。由于轴开始旋转后特氟隆降油封，油封唇口在轴力上涂上一层特氟隆膜，油封会泄漏。
（12）飞轮安装在曲轴的后端突缘上。曲轴的轴向位于曲轴的后端，即在第七主轴承的前后，上下嵌入四个半圆形止推环，以限制曲轴的轴向运动。组装时，止推轴承的上槽必须指向曲轴上法兰的一侧。
总结：
曲轴是柴油发动机的“动力枢纽”，需要在高压、高温、高速和复杂载荷下可靠工作。其设计和制造水平直接影响柴油发动机的使用寿命、效率和振动噪声性能。现代柴油发动机进一步优化曲轴性能，通过轻量化设计，加强润滑系统（如可变油泵）和先进材料（如碳纤维复合材料）。