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柴油机曲轴损伤原因分析及预防措施

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人气:-发表时间:2020-03-17 16:24【

曲轴作为发动机核心零件之一,柴油机的全部功率都通过它输出。在使用中,曲轴承受着很大的气体压力、惯性力和离心力的作用,除了有磨损特点之外,还会出现不正常损伤、轴颈表面产生划痕拉伤、烧伤、裂纹以及曲轴发生变形、断裂等故障或事故。
   

1 曲轴的结构特点
   
曲轴飞轮组主要由曲轴、主轴承和飞轮等零件组成,如图1。曲轴的功用是将连杆传来的力变为扭矩,再通过飞轮向外输出功率,并通过齿轮或皮带轮驱动柴油机各机构和各系统进行工作。曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、曲轴前端和曲轴后端五部分组成。    主轴颈由主轴承支撑。连杆轴颈绕主轴颈中心线旋转。曲柄连接主轴颈与连杆轴颈。一个连杆轴颈与两端的曲柄构成曲拐。在曲柄的相反方向增设有平衡块,用来抵消曲轴旋转时的离心力,以减轻柴油机的振动。   
主轴颈和连杆轴颈之间有斜向油道相通。有些柴油机曲轴连杆轴颈部分制有离心净油腔,当曲轴旋转时,进入油腔机油的杂质和胶体被甩到油腔壁上,经净化的机油进入连杆轴颈和轴瓦之间。净油腔的加工孔用螺塞密封,使用一段时间后,应拧下螺塞,清洗油腔。    曲轴前端装起动爪、曲轴正时齿轮和皮带轮。曲轴后端有飞轮接盘,通过螺栓与飞轮连接。  

 
2 曲轴常见损伤
  
 2.1曲轴轴颈磨损  
 曲轴轴颈磨损后与轴瓦配合间隙增大,运转时发出异常响声,工作状态恶化。    主要原因:
①机油太少或机油中存在着硬质磨料、机油变质含酸性物质。
②轴颈与轴瓦的配合间隙过大或过小,致使油膜难以形成,发生干摩擦会早期磨损。
③柴油机长期超负荷,柴油机在过热情况下工作,会很快磨损。
④曲轴旋转时,在离心力作用下,机油中机械杂质偏向油孔一侧,成为磨料,使轴颈磨损不匀,产生锥度。
⑤连杆弯曲、扭曲及缸套偏斜,使作用在曲轴上的力分布不匀,也会产生锥度。
   

2.2曲轴轴颈表面划痕或拉伤   

主要原因有:①装配时不注意清洁,使柴油机内带进了渣滓、金属物等磨粒。②不按时更换油底壳的润滑油,使润滑油中含有较大的金属物等磨粒混进轴瓦和轴颈的缝隙里刻划和拉伤摩擦表面。③空气滤清器维护保养不当,缸套、活塞及活塞环磨损间隙增大,带有沙粒、杂质等磨料随空气吸入缸内燃烧后窜到油底壳,循环进入轴颈和轴承的配合间隙里。  
 2.3曲轴轴颈烧伤   
轴颈烧伤处有发蓝的烧蚀痕迹。曲轴轴颈的烧伤磨损是由于烧瓦而引起的。在这种情况下,轴颈与轴瓦间将发生剧烈摩擦,润滑油膜被破坏而产生抓粘,温度急剧升高而使轴颈表面氧化呈蓝色,轴颈表层硬度降低,且常粘有抓粘下来的轴承合金。   
2.4曲轴轴颈表面产生裂纹   
曲轴裂纹多发生在曲柄与轴颈之间过渡的圆角处以及油孔处。前者是径向裂纹,危害极大,容易造成曲轴折断,发生重大毁机事故;后者是轴向裂纹,顺着油孔沿轴向发展。    产生裂纹的原因主要是制造和修理的缺陷以及使用不当造成的:①使用中,轴颈表面粗糙度差,存在着压痕、划伤、腐蚀、磨坑等缺陷,此处是应力集中的发源地,如没能及时消除,疲劳裂纹先从这里产生和发展。②润滑不足发生严重烧瓦,会引起轴向裂纹。③长期使用,轴颈表面金属疲劳过渡,会引起圆周方向裂纹。④经修磨后的轴肩圆角半径过小、过渡不圆滑或表面粗糙度差,造成应力集中。⑤堆焊修复轴颈时,在表层产生过大的残余应力而引起裂纹产生。   
2.5曲轴变形

曲轴的变形通常为弯曲变形和扭转变形。变形过大的曲轴会导致自身和相连零件的加剧磨损,加速疲劳,出现曲轴断裂和过大的机械振动。    曲轴变形的原因有非人为原因和人为原因。非人为原因有:曲轴因受到周期性的气体压力、往复运动惯性力、旋转运动离心力和机械制动力作用而变形。人为原因主要是违犯驾驶操作规程和发生事故性机械故障引起的:①重载荷时,起步过猛。②柴油机工作粗暴,使曲轴受到骤然的冲击性负荷。③超速运转或飞车时,为了使柴油机紧急熄火,采取过分猛烈的制动措施。④柴油机因缺润滑油或轴瓦间隙过小而发生烧瓦抱轴事故,使曲轴受到很大的转矩。⑤缸体主轴承座孔严重变形后而不同心。  

 
2.6曲轴断裂
  
曲轴断裂是柴油机事故性的损坏,其原因比较复杂。断裂的部位有:①在曲轴轴颈两相邻圆角交接的曲柄臂处。②在连杆轴颈过油孔沿45°角处。③在连杆轴颈根部或主轴颈根部。④在安装飞轮的锥形面键槽处。    所有引起曲轴轴颈表面产生裂纹和引起曲轴弯曲、扭曲的原因,都是引起曲轴断裂的原因。除此之外,还有以下几种原因:
①曲轴的材质不佳、制造有缺陷、热处理质量不能保证、加工粗糙度达不到设计要求。
②飞轮不平衡,飞轮与曲轴接盘不同轴,使飞轮与曲轴的平衡受到破坏,使曲轴产生较大的惯性力,导致曲轴疲劳断裂。
③更换的活塞连杆组重量差超限,使各缸爆发力和惯性力大小不一致,曲轴各轴颈受力不平衡,引起曲轴断裂。
④安装时,飞轮螺栓或螺母拧紧力矩不足,引起飞轮与曲轴连接处松动,使飞轮运转失去平衡,并产生较大的惯性力,使曲轴折断。
⑤轴承和轴颈磨损严重,配合间隙过大,转速突变时,曲轴受到冲击性载荷。
⑥曲轴长期使用,磨修达到三次以上时,因轴颈尺寸相应减小,也易使曲轴断裂。
⑦供油时间过早,引起柴油机工作粗暴;工作中油门控制不好,忽大忽小,使柴油机转速不稳,这些都使曲轴受到较大的冲击载荷而易断裂。
  

2.7曲轴其他部位的损伤
曲轴阻油螺纹或轴肩磨损、前端键槽磨损、起动爪螺纹损伤或滑扣等。
3 预防措施

(1)及时保养,保证润滑油质量;修理装配时,保证轴颈与轴瓦的配合间隙正确;避免发动机长期超负荷运转。
   
(2)检修发动机时,必须仔细检查曲轴应力集中部位有无裂纹,有条件可用仪器作磁力探伤检查,发现损伤应及时修复。
   
(3)光磨曲轴时应保持轴颈与曲柄连接处的过渡圆角,切不可磨成尖角,否则会产生较大的应力集中,致使曲轴断损。
   
(4)注意曲轴、飞轮和离合器的平衡,离合器总成安装在飞轮上时,其固定螺栓处应配置垫片,不应有抖振,避免使曲轴工作条件恶化。
   
(5)定期检查轴承及飞轮等件固定螺栓的预紧力。在安装曲轴拧紧主轴承盖螺母时,要按规定的扭矩、次序分多次拧紧。

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