發動機曲軸

定義同功能

曲軸（Crankshaft）係發動機入面最核心、承受載荷最大嘅旋轉部件其中之一。作為曲柄連桿機構嘅關鍵組成部分，曲軸嘅主要功能係將活塞連桿組件傳來嘅氣體壓力轉變為繞其自身軸線嘅旋轉力矩，並向外輸出動力，驅動飛輪、傳動系以及配氣機構、機油泵、水泵等附件工作。

喺四衝程發動機入面，曲軸每旋轉兩週（720°），各缸完成一個工作循環。曲軸嘅動力輸出具有明顯嘅周期性脈動特徵，因此需要喺後端安裝飛輪，利用飛輪嘅轉動慣量儲存能量、均勻轉速，並克服阻力矩。曲軸嘅工作條件極其嚴苛，既承受周期變化嘅氣體壓力同往復、旋轉質量慣性力，亦承受複雜嘅扭轉振動同彎曲應力，其結構強度同疲勞壽命直接決定發動機嘅整體可靠性同大修週期。

結構同組成

曲軸通常由主軸頸、連桿軸頸（曲柄銷）、曲柄臂、平衡重、前端軸（自由端）同後端凸緣（功率輸出端） 等部分組成。

主軸頸安裝喺氣缸體嘅主軸承座入面，係曲軸嘅旋轉支撐部位。主軸頸嘅數量同支撐方式有關，常見有全支承同非全支承兩種結構。全支承曲軸喺相鄰兩個曲拐之間都設有一個主軸頸，即主軸頸數比連桿軸頸數多一個，具有抗彎剛度高、主軸承負荷小嘅優點，廣泛應用於車用多缸發動機。非全支承曲軸嘅主軸頸數少於或等於連桿軸頸數，結構緊湊但剛度較低。

連桿軸頸（曲柄銷）用於連接連桿大頭，其中心線同主軸頸中心線之間有一定嘅偏移量，該偏移量嘅兩倍即係活塞行程。連桿軸頸內部加工有貫穿嘅油道，同主軸頸上嘅徑向油孔連通，用以將來自缸體主油道嘅壓力機油輸送至連桿軸承進行潤滑。

曲柄臂係連接主軸頸同連桿軸頸嘅實體部分，其斷面形狀多為橢圓形或圓形。平衡重則安裝喺曲柄臂上同連桿軸頸相反嘅一側，用於平衡旋轉離心力及其力矩，減輕主軸承嘅負荷，同時降低發動機振動。曲軸前端裝有正時齒輪或鏈輪、皮帶輪以及扭振減震器；後端則帶有法蘭面，用於安裝飛輪。

材料同製造工藝

曲軸材料需具備高強度、高耐磨性、高抗疲勞性能同良好嘅韌性。傳統曲軸常用45 鋼、40Cr、42CrMo 等中碳鋼或合金鋼經鍛造而成；現代大批量生產嘅汽車發動機則廣泛採用球墨鑄鐵製造，其成本較低、切削性能好且具有較高嘅抗疲勞強度。

喺製造工藝方面，鍛造曲軸通過模鍛成形，再經機械加工同熱處理獲得最終尺寸。圓角滾壓強化工藝係目前提升曲軸疲勞強度嘅核心技術之一，透過喺軸頸同曲柄臂連接處嘅過渡圓角進行滾壓，形成表層壓應力，可顯著提高曲軸嘅抗彎同抗扭疲勞強度（提升幅度可達 30% 至 40%）。此外，軸頸表面通常進行中頻感應淬火或氮化處理，使表層獲得高硬度（HRC 55 以上）同優異耐磨性。近年來，脹斷連桿同微合金非調質鋼等新材料嘅應用，亦喺推動曲軸製造工藝向短流程、低成本方向發展。截至 2026 年，行業仍普遍遵循 ISO 及 SAE 等標準對曲軸材料、硬度及圓角強化工藝嘅技術規範。

受力同扭轉振動

曲軸喺工作中承受緊交變嘅彎曲載荷（由氣體壓力同慣性力產生）同扭转载荷（由各缸動力輸出唔均勻導致）。由於各缸發火間隔存在相位差，曲軸上嘅扭矩呈周期性脈動，無可避免地引起扭轉振動。當激勵頻率同曲軸系統固有頻率一致時，便產生共振，嚴重時可能導致曲軸斷裂。為抑制扭轉振動，曲軸前端必須安裝扭轉減震器（常見有橡膠摩擦式、矽油式或離心擺式），透過消耗振動能量將振幅控制喺安全範圍內。

常見故障

曲軸常見嘅失效形式包括軸頸磨損、彎曲變形同疲勞斷裂三種。

軸頸磨損多由潤滑唔好、機油唔潔或軸承間隙異常引起，磨損後軸頸失圓或呈錐度，導致機油壓力下降同異響。彎曲變形通常由發動機爆震、超負荷或各缸工作唔均勻等原因造成，彎曲過大會加劇軸頸同軸承嘅偏磨，甚至導致飛輪端面跳動超差。疲勞斷裂則係最嚴重嘅失效形式，斷口多發生喺曲柄臂同軸頸連接嘅過渡圓角處，常同圓角加工質量唔佳、表層強化層損壞或扭轉振動長期超標有關。

曲軸異響（俗稱「大瓦響」）係軸頸同主軸承間隙過大嘅典型徵兆，表現為發動機中低速時喺缸體下部發出沉重而有節奏嘅「噹噹」撞擊聲，轉速升高時響聲加劇，突然加速時尤其明顯。若單缸斷火，響聲無明顯變化（區別於連桿軸承響），但當相鄰兩缸同時斷火時響聲會減輕。

維修同檢測

曲軸維修嘅核心環節係裂紋檢測、軸頸測量同修復揀選。

裂紋檢測可採用磁粉探傷或著色滲透探傷方法。若喺軸頸或圓角處發現裂紋，原則上應更換曲軸，唔得繼續使用。

軸頸測量需使用千分尺喺軸頸嘅軸向兩個截面（靠近兩端）同徑向兩個方向（互隔 90°）分別測量，計算圓度誤差同圓柱度誤差。若誤差超過規定極限（一般圓度誤差大於 0.025mm、圓柱度誤差大於 0.025mm 時需修理），則需對軸頸進行磨削修理。曲軸軸頸嘅修理採用分級尺寸法，常用級別為縮小 0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.00mm 等，每級相差 0.25mm。磨削時必須保證軸頸圓角半徑同原廠一致，且圓角處光滑過渡，避免應力集中。磨削後需對軸頸進行拋光處理。

彎曲檢測可將曲軸兩端主軸頸支撐喺 V 形鐵上，用百分表測量中間主軸頸嘅徑向跳動量，一般唔應超過 0.05mm。超過極限時應進行校正（冷壓校正或敲擊校正），校正後需進行去應力回火處理。

裝配時，需按原廠規定扭矩同順序擰緊主軸承蓋螺栓；安裝止推軸承以控制曲軸嘅軸向間隙（通常為 0.07～0.25mm）；務必檢查並確保扭轉減震器功能完好。更換主軸承（軸瓦）時，應使用塑料間隙規測量徑向間隙，確保其喺規定範圍內，以保證大修後嘅發動機平穩可靠運作。