柴油機(jī)曲軸損傷原因分析與延長曲軸使用壽命的措施

王立杰+劉寶祥

摘要：工作中曲軸除了自然磨損外，還會出現(xiàn)彎曲和扭曲變形，甚至產(chǎn)生裂紋或折斷等損傷，影響柴油機(jī)的正常工作。對柴油機(jī)曲軸工作中常見損傷進(jìn)行了分析，提出了延長曲軸使用壽命的措施。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；曲軸；損傷；使用壽命

中圖分類號：S218.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.10.048

曲軸是柴油機(jī)的重要部件之一，曲軸工作的好壞直接影響著柴油機(jī)工作的可靠性和使用壽命。曲軸是柴油機(jī)功率輸出的總樞紐，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)、噴油泵、機(jī)油泵、水泵和其他附件，它所承受的機(jī)械負(fù)荷是很大的。柴油機(jī)工作時(shí)，曲軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中承受著很大的扭矩和彎矩，并受到周期性不斷變化的氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)離心慣性力的共同作用，受力情況復(fù)雜。工作中曲軸除了自然磨損外，還會出現(xiàn)彎曲和扭曲變形，甚至產(chǎn)生裂紋或折斷等損傷，影響柴油機(jī)的正常工作。因此，在使用中我們要了解這些故障產(chǎn)生的原因，采取有效措施延長曲軸的使用壽命。

1 曲軸常見損傷產(chǎn)生的原因

1.1 曲軸頸表面磨損

曲軸頸是曲軸主要工作表面，其磨損是不可避免的，一般連桿軸頸磨損最大部位是靠曲軸中心線一側(cè)，而主軸頸磨損最大部位是靠近連桿軸頸一側(cè)。主要和曲軸工作過程中受力有關(guān)。如果連桿彎曲、缸套偏斜等，會加重曲軸頸的偏磨。如果機(jī)油中的機(jī)械雜質(zhì)過多，由于主軸頸與連桿軸頸油道的傾斜，在曲軸旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，磨料偏積于油道的遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的一側(cè)，并集中于連桿軸頸的一側(cè)，從而導(dǎo)致該側(cè)連桿軸頸磨損較大。此外，零件安裝位置的偏差和變形，也會使兩側(cè)受力不均，其中受力較大的一側(cè)磨損較大。

曲軸頸表面磨損不嚴(yán)重的，可利用軸頸磨削來恢復(fù)。曲軸磨削后，各軸頸的圓柱度誤差、表面粗糙度、軸頸兩端圓角半徑應(yīng)符合規(guī)定；各連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度誤差、曲柄半徑應(yīng)符合原廠規(guī)定，各連桿軸頸軸線對曲軸正時(shí)齒輪鍵槽中心平面的分配角度偏差應(yīng)符合廠家規(guī)定。當(dāng)磨損軸頸的尺寸超出修理尺寸，必須更換曲軸。

1.2 曲軸頸燒傷和擦傷

軸頸表面出現(xiàn)燒傷、擦傷等缺陷。其原因是潤滑不良、冷卻不足，或曲軸機(jī)械負(fù)荷過大，造成軸頸與軸瓦表面過高的熱負(fù)荷。加之劇烈摩擦使表面溫度進(jìn)一步升高，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致軸瓦減磨合金燒熔，發(fā)生燒瓦故障。過高的溫度同時(shí)導(dǎo)致軸頸表面氧化，燒成藍(lán)色。軸頸表面輕微擦傷時(shí)，可用砂布修磨后，再用毛氈或帆布并涂上機(jī)油和少許氧化鉻膏進(jìn)行拋光。最后清洗曲軸，吹通油道。

1.3 裂紋

曲軸裂紋產(chǎn)生的主要原因是應(yīng)力集中造成的，一是軸頸與曲柄間圓角加工尺寸（圓角半徑）過小，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。二是曲柄與軸頸之間的連接處，由于過渡部位形狀的“急劇”變化而產(chǎn)生的應(yīng)力集中。三是軸頸表面高頻淬火時(shí)，由于工藝上的原因，軸頸圓角部分疲勞強(qiáng)度降低。另外，曲軸工作中發(fā)生振動(dòng)和扭動(dòng)時(shí)，曲軸裂紋均增大，其中徑向裂紋發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致曲軸折斷。

曲軸軸頸表面不允許有橫向裂紋。對軸向裂紋，其深度如在曲軸軸頸修理尺寸以內(nèi)，可通過磨削磨掉，否則應(yīng)予以報(bào)廢。

1.4 曲軸的彎曲、扭曲和斷裂

曲軸產(chǎn)生彎曲和扭曲變形，往往是由于曲軸受到過大的沖擊負(fù)荷所造成的。如使用中出現(xiàn)的燃燒故障導(dǎo)致的柴油機(jī)爆燃，會使曲軸受到很大的沖擊載荷而發(fā)生變形；起步過猛、轟油門超越障礙物等，都會使曲軸在短時(shí)間內(nèi)受到大的沖擊。軸瓦裝配間隙過大，在活塞連桿做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，燃?xì)獗l(fā)力不斷沖擊曲軸，使曲軸發(fā)生周期性的振動(dòng)引起曲軸的變形。發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪裝配后，沒有做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，飛輪運(yùn)行中平衡性差，造成曲軸振抖，也會引起曲軸的變形。曲軸發(fā)生抖動(dòng)容易造成柴油機(jī)振動(dòng)和曲軸折斷，發(fā)生重大毀機(jī)事故。

曲軸還有一些其它損傷形式，如起動(dòng)機(jī)螺紋孔損壞，曲軸前后油封軸頸磨損，曲軸后凸緣固定飛輪的螺栓孔磨損，凸緣盤中間軸承孔磨損等。

2 延長曲軸使用壽命的措施

（1）新車或大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)，必須經(jīng)過嚴(yán)格規(guī)范的磨合試運(yùn)轉(zhuǎn)后，才允許正式作業(yè)。

（2）不允許長期超負(fù)荷作業(yè)。超負(fù)荷作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降、機(jī)溫升高、潤滑不良、易產(chǎn)生干摩擦和半干摩擦。另外，由于超負(fù)荷，連桿大端的離心力和慣性力將顯著增加，使連桿軸頸受力大增，甚至折斷曲軸。

（3）合理使用油門，改掉濫轟油門的壞習(xí)慣。

（4）定期清洗曲軸離心凈化室。徹底清除凈化室內(nèi)沉積的機(jī)械雜質(zhì)。柴油機(jī)大修時(shí)，應(yīng)清洗凈化室，清洗時(shí)一定要認(rèn)真、仔細(xì)、徹底地將雜質(zhì)清除干凈。否則，易堵塞曲軸油孔，導(dǎo)致燒瓦抱軸。

（5）保證軸瓦間隙和軸向間隙在技術(shù)要求的范圍內(nèi)。

（6）磨修曲軸時(shí)，要絕對保證軸頸與曲柄的過渡圓角，在技術(shù)要求的范圍內(nèi)，避免應(yīng)力集中的出現(xiàn)。

（7）按拖拉機(jī)使用說明書要求，合理使用機(jī)器：起步要平穩(wěn)，避免起步過猛產(chǎn)生沖擊負(fù)荷；在高低不平的路面（地面）行駛時(shí)，用低速擋；因負(fù)荷變化，需要加油或減油時(shí)，應(yīng)平穩(wěn)操縱油門，不突加、突減和濫“轟”油門；杜絕因使用操作不當(dāng)而產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，造成曲軸的彎曲、扭曲，甚至折斷。

（8）發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)間較長，或長時(shí)間停放的發(fā)動(dòng)機(jī)，重新啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先搖轉(zhuǎn)曲軸數(shù)十圈，使軸頸與軸瓦運(yùn)動(dòng)副充滿潤滑油，減小干摩擦和半干摩擦造成的磨損。

（9）定期更換油底殼機(jī)油，清洗油道。

（10）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，預(yù)熱至水溫60 ℃時(shí)，才能正式投入作業(yè)。