曲轴

曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

1、简介

发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。

2、功用

曲轴平衡重（也称配重）的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。

3、组成

曲轴主要由曲轴前端（或称*端）、连杆轴颈、主轴颈、曲柄、平衡块和曲轴后端凸缘（或称功率输出端）组成。曲轴前端装有曲轴正时齿轮，后端装有飞轮（有些发动机还设有平衡块）。

4、分类

按照曲轴的主轴颈数，可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种；按其结构形式，可分为整体锻造、整体铸造和组合式三种；按材料不同，可分为球墨铸铁和钢质两种。

5、行业发展

据《中国曲轴行业市场前瞻与投资预测分析报告前瞻》数据显示，国内汽车需求旺盛、全球汽车市场中心向发展中国家转移、汽车零部件采购日益全球化等等因素促进了中国整体汽车市场愈发作为中国工业发展支柱产业的地位。从2007-2010年，中国曲轴总产量分别为477万、642万、2633万和3100万支，其中剔除摩托车等单缸发动机曲轴，仍然达到450万、575万、1032万和1400万支。

中国高速增长的汽车工业为车用曲轴提供了广阔的市场空间。2010年，中国汽车产销分别为1826.47万辆和1806.19万辆，同比增长32.44%和32.37%。其中：乘用车产销1389.71万辆和1375.78万辆，同比增长33.83%和33.17%;商用车产销436.76万辆和430.41万辆，同比增长28.19%和29.90%。

与此同时，2010年全年，累计完成发动机产销1690.95万台和1702.59万台，比上年分别增长27.44%和29.73%。其中，柴油发动机累计完成产销393.55万台和399.27万台，比上年分别增长25.03%和30.36%，汽油发动机累计完成1296.59万台和1302.52万台，比上年分别累计增长28.19%和29.55%。前瞻网预计2011年我国发动机市场销量将达到约1934万辆，同比增长约13.63%。而作为发动机的核心部件，曲轴的销售量与发动机产销量密切相关。发动机产销量的变化反映了曲轴市场需求量的变动情况。

曲轴进入21世纪以后，发动机曲轴在制造工艺、刀具等方面都发生了巨大的变化。领导了近半个多世纪的多刀车削工艺和手工磨削工艺，由于加工精度低和柔性差等原因，正在逐步退出历史舞台。高速、高效的复合加工技术及装备迅速进入汽车及零部件制造业，高速高效复合加工技术在曲轴加工生产中已有相当程度的应用，并将是其必然发展趋势。曲轴加工技术设备现状目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。老式生产线一个主要的特点就是普通设备太多，按加工球墨铸铁曲轴来计算，一条生产线有35～40台设备。粗加工采用普通外铣加工主轴颈和连杆颈，然后数控精车主轴颈和连杆颈，再经过多道工序的磨削方转入精加工工序。所以这条生产线设备达60多台，导致产品周转线长、场地占用面积大，其生产效率完全是靠多台设备分解工序和余量来提高的。

6、工艺

熔炼

高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。中国国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。

造型

气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。

7、锻造技术

国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。

8、热处理技术

曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺。锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺。引进的设备有AEG全自动曲轴淬火机床、EMA淬火机床等。

据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，可使整条曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。国内部分厂家近几年也进行了这方面的实践，取得了良好的效果。

曲轴圆角滚压加工方面，德国赫根塞特（HEGENSCHEIDT-MFDAUTOMATIC）生产的机床应用了变压力滚压和矫正专利技术，是比较好的圆角滚压设备，但价格昂贵。目前国内在这方面的研究也有了一定的成果，东风汽车有限公司工艺研究所的“曲轴圆角滚压强化与滚压校直技术研究开发及应用”解决了国内企业化巨资引进国外技术的问题，该课题获得了原国家机械工业局科技进步二等奖。

9、面临问题

当今的汽车发动机曲轴制造业面临的却是以下几个问题：

1、多品种、小批量生产；

2、交货期大大缩短；

3、降低生产成本；

4、难切削材料的出现使加工难度明显增加，加工中提出了许多需要解决的课题，如硬切削；

5、为保护环境，要求少用或不用切削液，即实现干式切削或准干式切削；正是基于以上情况，进入21世纪以来，高速、高精、高效的复合加工技术及装备在汽车曲轴制造业中得到了迅速的应用，生产效率得到了很大提高，因此发动机曲轴生产线中生产设备数量得以减少。