曲轴飞轮组检修

任务情境

一、任务描述

一辆丰田卡罗拉 GL 型轿车，进厂报修时的故障现象：发动机无法运转，经检查油底壳被撞坏，机油已经漏光，需拆卸发动机进一步检查。发动机曲轴飞轮组检修的任务就交给你和你的组员，你们能完成吗？

二、任务提示

根据故障现象，发现发动机发生严重的机械故障，需要分解发动机进一步检查，检查发动机各组成机构和系统是否正常。

任务目标

一、知识目标

（1）能描述曲轴飞轮组的组成；

（2）能描述曲轴飞轮组的拆装步骤；

（3）能描述曲轴飞轮组的检修方法及数据。

二、能力目标

（1）能进行曲轴飞轮组的拆装；

（2）能进行曲轴飞轮组的检修。

必备知识

一、基本知识

（1）曲轴。

气缸内活塞做的是上下的直线运动，但要输出驱动车轮前进的旋转力，是怎样把直线运动转化为旋转运动的呢？其实这与曲轴的结构有很大关系。曲轴的连杆轴与主轴是不在同一直线上的，而是对立布置的。

这个运动原理其实跟我们骑自行车非常相似，两只脚相当于相邻的两个活塞，脚踏板相当于连杆轴，而中间的大飞轮就是曲轴的主轴。左脚向下用力蹬时（活塞做功或吸气做向下运动），右脚会被提上来（另一活塞压缩或排气做向上运动）。这样周而复始，就将直线运动转化为旋转运动，如图2-3-1所示。

图2-3-1　活塞的上下运动与骑自行车类似

曲轴是发动机的主要旋转机构，担负着将活塞的上下往复运动转变为自身的圆周运动，且通常我们所说的发动机转速就是曲轴的转速。曲轴的基本组成包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块和后端凸缘等，如图2-3-2所示。

图2-3-2　曲轴结构示意图

一个连杆轴颈与它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式。直列发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；V 形发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

曲轴会因机油不清洁以及轴颈的受力不均匀造成连杆大头与轴颈接触面的磨损，若机油中有颗粒较大的坚硬杂质，也存在划伤轴颈表面的危险，如图 2-3-3 所示。如果磨损严重，很可能会影响活塞上下运动的冲程长短，降低燃烧效率，自然也会以较小动力输出。此外，曲轴还可能因为润滑不足或机油过稀，造成轴颈表面的烧伤，严重情况下会影响活塞的往复运动。因此一定要用合适黏度的润滑油，且要保证机油的清洁度。

图2-3-3　曲轴连杆轴颈上的磨损

（2）飞轮。

在活塞的 4 个行程中，只有一次是做功的，进气、压缩、排气 3 个行程都需要一定的力量支持才能顺利进行，而飞轮在这个过程中就起了相当大的作用。

飞轮的体积很大，之所以做得比较大，主要是为了储存发动机的运动能量，这样才能保证曲轴平稳地运转。其实这个原理跟我们小时候玩的陀螺玩具差不多，我们用力旋转后，它能保持相当长时间的转动，这样就不难理解大的飞轮为什么可以储存能量了。另外，飞轮外缘镶有齿环，与起动机相连，通过起动机带动飞轮旋转从而启动发动机，如图 2-3-4所示。

图2-3-4　曲轴飞轮与陀螺类似

二、基本技能

1．曲轴飞轮组的拆装与检修

下面以丰田卡罗拉1ZR-FE发动机为例，介绍曲轴飞轮组的拆装及检修步骤。

（1）准备工作。

①防护装备：工作服、工作帽、手套、劳保鞋。

②实训设备：1ZR-FE发动机一台、台虎钳等。

③手工工具：拆装工具一套，含套筒、橡胶锤、扭力扳手、磁棒、活塞环扩张器等。

④量具：塞尺、游标卡尺、外径千分尺、塑料间隙规等。

⑤专用工具：曲轴固定工具SST 09213-58013、09330-00021，后油封安装工具 SST 09223-15030、09950-70010（09951-07100）。

⑥材料准备：抹布、机油、汽油等。

（2）曲轴飞轮组的拆卸。

①拆卸飞轮分总成（MT）或传动板和齿圈分总成（AT）。

a.如图 2-3-5 所示，用 SST 固定住曲轴。

b.如图 2-3-6 所示，拆下 8 个螺栓和飞轮。

②拆卸发动机后油封。

如图 2-3-7 所示，用螺丝刀撬出油封。

图2-3-5　固定曲轴

图2-3-6　拆卸飞轮

图2-3-7　拆卸油封

注意：拆下油封后检查曲轴后端是否损坏。

③拆卸加强曲轴箱总成。

a.如图 2-3-8 所示，均匀地拧松并拆下 11 个螺栓。

b.如图 2-3-9 所示，用螺丝刀撬动曲轴箱和气缸体之间的部位，拆下曲轴箱。注意不要损坏曲轴箱和气缸体的接触面。

图2-3-8　拆下加强曲轴箱螺栓

图2-3-9　拆下加强曲轴箱

④按图 2-3-10 所示的顺序，均匀地拧松并拆下曲轴 10 个主轴承盖螺栓。

图2-3-10　拆卸曲轴主轴承盖螺栓

⑤如图 2-3-11 所示，用 2 个已拆下的主轴承盖螺栓拆下 5 个主轴承盖和 5 个下轴承。

注意：依次将螺栓插入主轴承盖。轻轻地向上拉并向气缸体的前、后侧施加力，将轴承盖拉出。注意不要损坏轴承盖和气缸体的接触面。

提示：

a.将下轴承和主轴承盖作为一个组件保存。

b.按正确的顺序摆放主轴承盖，如图 2-3-12 所示。

图2-3-11　拆下轴承盖

图2-3-12　零件摆放

⑥取出曲轴，如图 2-3-13 所示。

⑦从气缸体上拆下曲轴上止推垫圈，如图 2-3-14 所示。

图2-3-13　取出曲轴

图2-3-14　拆下曲轴上止推垫圈

⑧从气缸体上拆下 5 个主轴承，如图 2-3-15 所示。

提示：按正确的顺序摆放轴承。

⑨从 5 个主轴承盖上拆下 5 个下主轴承，如图 2-3-16 所示。

提示：按正确的顺序摆放轴承。

⑩机油喷嘴拆卸。

如图 2-3-17 所示，用 5 mm 六角套筒扳手拆下螺栓和机油喷嘴。清洁气缸体。

如图 2-3-18 所示，清洁气缸体。

图2-3-15　从缸体上拆下主轴承

图2-3-16　拆下下主轴承

图2-3-17　拆卸机油喷嘴

图2-3-18　清洁缸体

注意：如果在高温下清洗气缸，气缸套会伸出气缸体。因此，在温度为 45 °C 或以下时清洗气缸。

（3）曲轴飞轮组的检测。

①曲轴及各零件的清洁。

提示：清洁过程中仔细检查各零件外观是否损伤，应无磨损、麻点或划痕，否则应更换。

a.如图 2-3-19 所示，清洁曲轴、轴承盖及轴瓦、曲轴主轴承上瓦、曲轴止推垫片、气缸体等。

b.如图 2-3-20 所示，用压缩空气吹干各零件，并吹通曲轴主轴承座上的各油道。

图2-3-19　清洁已拆卸下的曲轴连杆组零件

图2-3-20　用压缩空气吹干各零件并吹通油道

②曲轴径向跳动值检测。

如图 2-3-21 所示，用百分表和 V 形块测量径向跳动值。最大径向跳动为 0.03 mm（0.001 2 in），如果锥度和变形程度大于最大值，则更换曲轴。

③曲轴主轴颈直径检测。

如图 2-3-22 所示，用螺旋测微器测量各主轴颈的直径。标准直径为 47.988～48.000 mm（1.889 3～1.889 8 in），如果直径不符合规定，则检查曲轴油膜间隙或更换曲轴。

图2-3-21　测量曲轴径向跳动值

图2-3-22　测量曲轴主轴颈直径

④曲轴主轴径的锥度和变形程度检测。

如图 2-3-23 所示，根据图示位置测量主轴颈直径，检查各主轴颈的锥度和变形程度。最大锥度和变形程度为 0.004 mm（0.000 2 in），如果锥度和变形程度大于最大值，则更换曲轴。

图2-3-23　检查主轴颈的锥度和变形程度

⑤曲轴曲柄销检测。

如图 2-3-24 所示，用螺旋测微器测量各曲柄销的直径。标准直径为 43.992～44.000 mm（1.732 0～1.732 3 in），如果直径不符合规定，则检查连杆油膜间隙或更换连杆。

⑥曲轴曲柄销的锥度和变形程度检测。

如图 2-3-25 所示，根据图示位置测量曲柄销直径，检查各曲柄销的锥度和变形程度。最

大锥度和变形程度为 0.004 mm（0.000 2 in），如果锥度和变形程度大于最大值，则更换曲轴。

图2-3-24　测量曲轴曲柄销直径

图2-3-25　检查各曲柄销的锥度和变形程度

⑦ 曲轴轴向间隙检测。

a.如图 2-3-26 所示，安装主轴承盖和曲轴。

图2-3-26　安装主轴承盖

b.如图 2-3-27 所示，安装百分表，用螺丝刀来回撬动曲轴的同时，用百分表测量轴向间隙。标准轴向间隙为 0.04～0.14 mm（0.001 6～0.005 5 in），最大轴向间隙为 0.18 mm（0.007 1 in），如果轴向间隙大于最大值，则成套更换止推垫圈。

提示：止推垫圈厚度为 2.43～2.48 mm（0.095 7～0.097 6 in）。

图2-3-27　测量轴向间隙

⑧ 曲轴油膜间隙检测。

根据以下方法检查曲轴油膜间隙：

a.清洁并检查曲轴轴颈和轴承是否有点蚀和划痕。

b.安装曲轴轴承。

c.将曲轴放到气缸体上。

d.将塑料间隙规摆放在各轴颈上，如图 2-3-28 所示。

图2-3-28　放置塑料间隙规

e.检查朝前标记和数字，并将轴承盖安装到气缸体上。

提示：各主轴承盖上都标有一个数字以指明安装位置。

f.安装主轴承盖。

注意：不要转动曲轴。

g.拆下主轴承盖。

h.测量塑料间隙规最宽处，如图 2-3-29 所示。

标准油膜间隙为 0.016～0.039 mm（0.000 6～0.001 5 in），最大油膜间隙为 0.050 mm（0.002 0 in）。如果油膜间隙大于最大值，则更换曲轴轴承。如有必要，则更换曲轴。

注意：测量后拆下塑料间隙规。

（4）曲轴飞轮组的安装。

①安装曲轴上轴承（除 3 号轴颈外）。

如图 2-3-30 所示，将带机油槽的上轴承安装到气缸体上，用刻度尺测量气缸体边缘和上轴承边缘间的距离。

图2-3-29　检查曲轴油膜间隙

图2-3-30　安装上轴承

尺寸 A 为 0.5～1.0 mm（0.020～0.039 in）。

②安装 3 号轴颈曲轴上轴承。

将带机油槽的上轴承安装到气缸体上，用游标卡尺测量气缸体边缘和上轴承边缘间的距离，如图 2-3-31 所示。

图2-3-31　安装3号上轴承

尺寸（A、B）为 0.7 mm（0.027 6 in）或更小。

③安装曲轴上止推垫圈。

如图 2-3-32 所示，使机油槽向外，将 2个止推垫圈安装到气缸体的3号轴颈下方，并在曲轴止推垫圈上涂抹发动机机油。

④安装曲轴下轴承。

如图 2-3-33 所示，将下轴承安装到轴承盖上，用游标卡尺测量轴承盖边缘和下轴承边缘间的距离。

尺寸（A、B）为 0.7 mm（0.027 6 in）或更小。

图2-3-32　安装止推垫圈

图2-3-33　安装曲轴下轴承

⑤安装曲轴。

a.在上轴承上涂抹发动机机油，如图 2-3-34 所示。

b.在下轴承上涂抹发动机机油，如图 2-3-35 所示。

图2-3-34　在上轴承上涂抹机油

图2-3-35　在下轴承上涂抹机油

c.将曲轴安装到气缸体上，如图 2-3-36 所示。

图2-3-36　安装曲轴

d.检查数字标记，并将轴承盖安装到气缸体上，如图 2-3-37 所示。

图2-3-37　按标记安装轴承盖

e.如图 2-3-38 所示，在轴承盖螺栓的螺纹上和轴承盖螺栓下涂抹一薄层发动机机油，暂时安装 10 个主轴承盖螺栓。

图2-3-38　暂时安装轴承盖螺栓

提示：确保轴承盖安装正确。

f.如图 2-3-39 所示，用塑料锤轻轻敲击轴承盖以确保正确安装。

g.安装曲轴轴承盖螺栓。

图2-3-39　敲击轴承盖

注意：主轴承盖螺栓的紧固分两步完成。

第一步：按图 2-3-40 所示的顺序安装并均匀紧固 10 个主轴承盖螺栓，扭矩为 40 N·m。

图2-3-40　紧固螺栓（第一步）

第二步：用油漆在轴承盖螺栓前端做标记，按图 2-3-40 所示的顺序，将轴承盖螺栓再紧固 90°，检查并确认油漆标记现在与前端成 90° 角，如图 2-3-41 所示。

图2-3-41　紧固螺栓（第二步）

h.检查并确认曲轴转动顺畅，检查曲轴轴向间隙（参照前文）。

⑥安装发动机后油封。

a.如图 2-3-42 所示，在新油封唇口涂抹通用润滑脂。

注意：使唇口远离异物。

b.用 SST（SST 09223-15030、09950-70010、09951-07100）和锤子敲入油封，直到其表面与后油封座圈边缘齐平，如图 2-3-43 所示。

图2-3-42　在新油封唇口涂抹通用润滑脂

图2-3-43　安装油封

注意：

• 擦去曲轴上多余的润滑脂。

• 不要斜敲油封。

⑦安装加强曲轴箱总成。

a.清洁加强曲轴箱，如图 2-3-44 所示。

b.在接合面及螺栓孔位置连续涂抹密封胶（直径为 2.5 mm），如图 2-3-45 所示。

图2-3-44　清洁加强曲轴箱

图2-3-45　涂抹密封胶

注意：

• 清除接触面的所有机油。

• 涂抹密封胶后 3 min 内安装曲轴箱。

• 安装加强曲轴箱后，至少 2 h 内不要启动发动机。

c.用 11 个螺栓安装加强曲轴箱，如图 2-3-46 所示，扭矩为 21 N·m。

d.用干净的布擦去多余的密封胶，如图 2-3-47 所示。

图2-3-46　安装加强曲轴箱

图2-3-47　清洁外表面

⑧安装飞轮分总成（以 MT 为例）。

a.暂时安装曲轴皮带轮，并用 SST（SST 09213-58013，09330-00021）固定住曲轴，如图 2-3-48 所示。

注意：安装 SST 时要检查其安装位置，以防止 SST 安装螺栓接触正时链条盖分总成。

b.如图 2-3-49 所示，在新螺栓的 2 个或 3 个螺纹端上涂抹黏合剂。

图2-3-48　暂时安装并固定曲轴皮带轮总成

2-3-49　螺栓涂抹黏合剂

c.安装飞轮，并按图 2-3-50 所示的顺序分几个步骤均匀地安装和紧固 8 个螺栓，扭矩为49 N·m。

图2-3-50　紧固飞轮螺栓（MT）

d.如图 2-3-51 所示，在螺栓上做标记，用油漆在螺栓前端做标记。

图2-3-51　在螺栓上做标记

e.按相同的顺序将 8 个螺栓再紧固 90°，如图 2-3-52 所示。

图2-3-52　再次紧固螺栓

f.检查并确认油漆标记现在与前端成 90° 角。

g.检查并确认曲轴转动顺畅。

三、学习小结

（1）曲轴飞轮组的组成：曲轴（前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块和后端凸缘）和飞轮。

（2）曲轴飞轮组的拆装步骤。

（3）曲轴飞轮组的检修方法及数据。

四、任务分析

曲轴飞轮组的检修必须严格按照操作规范执行，否则可能造成机械故障。

五、自我评估

1．填空题

（1）活塞环开口间隙的检测，用活塞将活塞环推入气缸________________左右，使活塞环与气缸的轴向垂直。

（2）曲轴的径向圆跳动应不大于________。

（3）用校正好的量缸表测量气缸活塞上止点直径，上止点距气缸上平面约________。

（4）连杆的扭曲度，连杆长度在________内，其正常值应小于________。

（5）气缸盖排气歧管配合面的最大变形量为________。

（6）气缸盖进气歧管配合面的最大变形量为________。

（7）气缸盖平面的最大变形量为________。

（8）气缸体上平面的最大变形量为________。

（9）如果连杆轴颈小于标准值，或圆度、圆柱度误差大于________时，则应进行修理或更换曲轴。

2．判断题

（1）如果曲轴主轴颈小于标准值，或圆度、圆柱度误差大于 0.05 mm 时，则应进行修理或更换曲轴。（　　）

（2）曲轴的油膜间隙可以用塞尺进行测量。（　　）

（3）在气缸体 3 号轴承盖两侧安装止推垫片时，油槽向内。（　　）

（4）气缸盖排气歧管配合面的最大变形量为 0.10 mm。（　　）

（5）测量活塞直径时，千分尺应与活塞销垂直。（　　）

（6）百分表可以直接测量出气缸体的直径。（　　）

（7）曲轴轴向间隙的标准值为 0.02～0.22 mm，使用极限值为 0.30 mm，如果轴向间隙大于 0.30 mm，应更换止推垫片。（　　）

（8）曲轴主轴颈的使用极限值为 0.10 mm，如果油膜间隙超过最大值，应更换曲轴主轴瓦；严重时，应更换曲轴。（　　）

（9）曲轴大瓦的紧固顺序是从左至右依次紧固。（　　）

（10）活塞环开口间隙过大将出现烧机油现象。（　　）

3．选择题

（1）测量曲轴弯曲时必须具备的工具是（　　）。

A.直尺　　　B.游标卡尺　　　 C.千分尺　　　 D.百分表

（2）曲轴的弯曲度等于径向跳动量的（　　）。

A.2 倍　　　B.3 倍　　　C.4 倍　　　D.0.5 倍

（3）测量活塞环侧隙时，必须具备的测量工具是（　　）。

A.直尺　　　 B.游标卡尺　　　 C.厚薄规　　　 D.百分表

（4）安装活塞环时，活塞环的开口应（　　）。

A.与活塞销轴线的方向一致　　 B.与活塞销轴线的方向成 45°

C.与活塞销轴线的方向成 90°　　 D.与活塞销轴线的方向成 180°

（5）安装活塞环时，第一道气环与第二道气环应相错成（　　）。

A.180°　　　 B.90°　　　C.45°　　　D.0°

（6）测量气缸盖的平面度时，必须具备的工具是（　　）。

A.直尺　　　B.游标卡尺　　　C.千分尺　　　D.刀口尺与厚薄规