汽车发动机多缸曲轴结构设计

　　在往复式内燃机的动力传递链路里，曲轴是把活塞往复直线运动转化为旋转扭矩输出的核心承载部件，这款四缸机型配套的曲轴结构，在乘用车、轻型商用车的小排量动力总成里应用极广，日常做动力总成匹配、整机逆向开发、维修配件建模的时候，这类结构的尺寸链校核是绕不开的环节。先从安装边界说起，曲轴的轴向定位依赖主轴颈与缸体主轴承座的配合，前端伸出段用来安装正时齿轮、皮带轮以及扭转减振器，后端法兰对接飞轮总成，整个回转体的同轴度公差直接决定了整机运转的振动水平，建模的时候要优先把各主轴颈的公共回转轴线作为基准，后续所有曲柄销、平衡块的形位公差都要以这个基准来标注。

　　从功能特性上看，这款曲轴采用全支承结构，每两个相邻的曲柄销之间都设置有主轴颈，相比非全支承结构，全支承的曲轴抗弯刚度更高，能承受四缸机点火顺序下交替变化的爆发压力冲击，不会在高转速工况下出现过大的挠曲变形。四个曲柄销按照1-3-4-2或者1-2-4-3的常见点火间隔角布置，相邻曲柄的夹角为180度，保证四个气缸的做功行程均匀错开，让动力输出的平顺性更好。每个曲柄臂上都集成了平衡块，平衡块的外形是经过配重优化的扇形结构，用来抵消曲柄销和连杆大头旋转产生的离心力，以及活塞连杆组往复运动产生的一阶、二阶惯性力，减少整机运转时的附加载荷，降低主轴承的磨损速率。

　　设计思路上，做这类曲轴建模的时候，不能只画外形轮廓，要考虑实际加工的工艺性：主轴颈和曲柄销的连接位置都设计有过渡圆角，避免应力集中导致的疲劳断裂，毕竟曲轴工作时承受的是交变弯曲和扭转复合载荷，圆角处的应力集中系数直接决定了曲轴的疲劳寿命；油道的布置是斜向贯通主轴颈和曲柄销的，压力润滑油从缸体主油道进入主轴颈轴瓦间隙后，通过曲轴内部的斜油道输送到曲柄销的连杆轴瓦位置，保证高速运转时摩擦副有充足的润滑，建模时要注意油道的倾斜角度不能和平衡块、曲柄臂的结构发生干涉，同时油道孔口要做倒角处理，避免加工时产生毛刺影响润滑油路清洁度。

　　实际应用场景里，这类曲轴除了配套原厂的动力总成生产，在售后维修市场、发动机改装领域也有大量的匹配需求，做三维建模的时候要严格核对各轴颈的直径尺寸、曲柄半径、轴向定位台阶的宽度，还有后端法兰的螺栓孔分布圆直径、定位销位置，这些尺寸如果出现偏差，会导致装机后出现油封漏油、飞轮跳动过大、正时错位等问题。另外前端的键槽位置也要和正时系统的标记对齐，保证配气相位和点火正时的准确性，很多新手建模的时候容易忽略键槽的周向位置，导致后续装配时正时标记对不上，要反复修改模型。

　　从结构细节看，曲轴的自由端也就是前端，通常会加工有螺纹孔和定位台阶，用来固定扭转减振器，因为四缸机的曲轴在工作转速范围内容易出现扭转共振，减振器的作用就是衰减扭转振动，避免曲轴因共振发生断裂；后端的法兰面上除了飞轮固定螺栓孔，还有安装曲轴位置传感器信号轮的定位结构，信号轮的齿形和齿隙位置直接影响发动机电控系统的点火和喷油正时判断，建模时不能随意更改齿的分布角度。平衡块的外形不是随意设计的弧形，是根据动平衡测试的配重要求做的去重调整结构，实际生产中会在平衡块的指定位置钻去重孔，保证整个曲轴的动平衡量满足高速运转的要求，建模时可以预留出去重区域的结构，方便后续做工艺性评审。

　　在做装配校核的时候，要注意曲轴回转时曲柄销和平衡块的运动包络不能和缸体的曲轴箱内壁、连杆大头、机油泵驱动链发生干涉，尤其是活塞处于下止点位置时，连杆大头和曲柄臂的间隙、平衡块和缸体加强筋的间隙都要留够，避免热态膨胀后出现运动干涉。另外主轴承的宽度、轴瓦的定位槽位置也要和缸体、主轴承盖的结构对应，保证轴瓦安装后不会发生转动或者轴向窜动，堵住油道孔影响润滑。