發(fā)動機曲軸磨損的原因分析及預防
2025-01-02
曲軸在使用中承受著很大的氣體的爆發(fā)壓力、慣性力的沖擊和離心力的作用，除了有磨損特點之外，還會出現(xiàn)不正常損傷、軸頸表面產(chǎn)生劃痕拉傷、燒傷、裂紋，以及曲軸發(fā)生變形、斷裂等故障或事故。本文對這些曲軸損傷原因進行了分析，并提出了在日常使用中的預防措施。
曲軸作為發(fā)動機核心零件之一，柴油機的全部功率都通過它輸出。在使用中，曲軸承受著很大的氣體壓力、慣性力和離心力的作用，除了有磨損特點之外，還會出現(xiàn)不正常損傷、軸頸表面產(chǎn)生劃痕拉傷、燒傷、裂紋以及曲軸發(fā)生變形、斷裂等故障或事故。
1 曲軸的結(jié)構特點
曲軸飛輪組主要由曲軸、主軸承和飛輪等零件組成。曲軸的功用是將連桿傳來的力變?yōu)榕ぞ?，再通過飛輪向外輸出功率，并通過齒輪或皮帶輪驅(qū)動柴油機各機構和各系統(tǒng)進行工作。曲軸由主軸頸、連桿軸頸、曲柄、曲軸前端和曲軸后端五部分組成。 主軸頸由主軸承支撐。連桿軸頸繞主軸頸中心線旋轉(zhuǎn)。曲柄連接主軸頸與連桿軸頸。一個連桿軸頸與兩端的曲柄構成曲拐。在曲柄的相反方向增設有平衡塊，用來抵消曲軸旋轉(zhuǎn)時的離心力，以減輕柴油機的振動。
主軸頸和連桿軸頸之間有斜向油道相通。有些柴油機曲軸連桿軸頸部分制有離心凈油腔，當曲軸旋轉(zhuǎn)時，進入油腔機油的雜質(zhì)和膠體被甩到油腔壁上，經(jīng)凈化的機油進入連桿軸頸和軸瓦之間。凈油腔的加工孔用螺塞密封，使用一段時間后，應擰下螺塞，清洗油腔。 曲軸前端裝起動爪、曲軸正時齒輪和皮帶輪。曲軸后端有飛輪接盤，通過螺栓與飛輪連接。
2 曲軸常見損傷
2.1曲軸軸頸磨損
曲軸軸頸磨損后與軸瓦配合間隙增大，運轉(zhuǎn)時發(fā)出異常響聲，工作狀態(tài)惡化。
主要原因：
①機油太少或機油中存在著硬質(zhì)磨料、機油變質(zhì)含酸性物質(zhì)。
②軸頸與軸瓦的配合間隙過大或過小，致使油膜難以形成，發(fā)生干摩擦會早期磨損。
③柴油機長期超負荷，柴油機在過熱情況下工作，會很快磨損。
④曲軸旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下，機油中機械雜質(zhì)偏向油孔一側(cè)，成為磨料，使軸頸磨損不勻，產(chǎn)生錐度。
⑤連桿彎曲、扭曲及缸套偏斜，使作用在曲軸上的力分布不勻，也會產(chǎn)生錐度。
2.2曲軸軸頸表面劃痕或拉傷
主要原因有：①裝配時不注意清潔，使柴油機內(nèi)帶進了渣滓、金屬物等磨粒。②不按時更換油底殼的潤滑油，使?jié)櫥椭泻休^大的金屬物等磨?；爝M軸瓦和軸頸的縫隙里刻劃和拉傷摩擦表面。③空氣濾清器維護保養(yǎng)不當，缸套、活塞及活塞環(huán)磨損間隙增大，帶有沙粒、雜質(zhì)等磨料隨空氣吸入缸內(nèi)燃燒后竄到油底殼，循環(huán)進入軸頸和軸承的配合間隙里。
2.3曲軸軸頸燒傷
軸頸燒傷處有發(fā)藍的燒蝕痕跡。曲軸軸頸的燒傷磨損是由于燒瓦而引起的。在這種情況下，軸頸與軸瓦間將發(fā)生劇烈摩擦，潤滑油膜被破壞而產(chǎn)生抓粘，溫度急劇升高而使軸頸表面氧化呈藍色，軸頸表層硬度降低，且常粘有抓粘下來的軸承合金。
2.4曲軸軸頸表面產(chǎn)生裂紋
曲軸裂紋多發(fā)生在曲柄與軸頸之間過渡的圓角處以及油孔處。前者是徑向裂紋，危害極大，容易造成曲軸折斷，發(fā)生重大毀機事故；后者是軸向裂紋，順著油孔沿軸向發(fā)展。 產(chǎn)生裂紋的原因主要是制造和修理的缺陷以及使用不當造成的：①使用中，軸頸表面粗糙度差，存在著壓痕、劃傷、腐蝕、磨坑等缺陷，此處是應力集中的發(fā)源地，如沒能及時消除，疲勞裂紋先從這里產(chǎn)生和發(fā)展。②潤滑不足發(fā)生嚴重燒瓦，會引起軸向裂紋。③長期使用，軸頸表面金屬疲勞過渡，會引起圓周方向裂紋。④經(jīng)修磨后的軸肩圓角半徑過小、過渡不圓滑或表面粗糙度差，造成應力集中。⑤堆焊修復軸頸時，在表層產(chǎn)生過大的殘余應力而引起裂紋產(chǎn)生。
2.5曲軸變形
曲軸的變形通常為彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。變形過大的曲軸會導致自身和相連零件的加劇磨損，加速疲勞，出現(xiàn)曲軸斷裂和過大的機械振動。 曲軸變形的原因有非人為原因和人為原因。非人為原因有：曲軸因受到周期性的氣體壓力、往復運動慣性力、旋轉(zhuǎn)運動離心力和機械制動力作用而變形。人為原因主要是違犯駕駛操作規(guī)程和發(fā)生事故性機械故障引起的：①重載荷時，起步過猛。②柴油機工作粗暴，使曲軸受到驟然的沖擊性負荷。③超速運轉(zhuǎn)或飛車時，為了使柴油機緊急熄火，采取過分猛烈的制動措施。④柴油機因缺潤滑油或軸瓦間隙過小而發(fā)生燒瓦抱軸事故，使曲軸受到很大的轉(zhuǎn)矩。⑤缸體主軸承座孔嚴重變形后而不同心。
2.6曲軸斷裂
曲軸斷裂是柴油機事故性的損壞，其原因比較復雜。斷裂 的部位有：①在曲軸軸頸兩相鄰圓角交接的曲柄臂處。②在連桿軸頸過油孔沿45°角處。③在連桿軸頸根部或主軸頸根部。④在安裝飛輪的錐形面鍵槽處。 所有引起曲軸軸頸表面產(chǎn)生裂紋和引起曲軸彎曲、扭曲的原因，都是引起曲軸斷裂的原因。除此之外，還有以下幾種原因：
①曲軸的材質(zhì)不佳、制造有缺陷、熱處理質(zhì)量不能保證、加工粗糙度達不到設計要求。
②飛輪不平衡，飛輪與曲軸接盤不同軸，使飛輪與曲軸的平衡受到破壞，使曲軸產(chǎn)生較大的慣性力，導致曲軸疲勞斷裂。
③更換的活塞連桿組重量差超限，使各缸爆發(fā)力和慣性力大小不一致，曲軸各軸頸受力不平衡，引起曲軸斷裂。
④安裝時，飛輪螺栓或螺母擰緊力矩不足，引起飛輪與曲軸連接處松動，使飛輪運轉(zhuǎn)失去平衡，并產(chǎn)生較大的慣性力，使曲軸折斷。
⑤軸承和軸頸磨損嚴重，配合間隙過大，轉(zhuǎn)速突變時，曲軸受到?jīng)_擊性載荷。
⑥曲軸長期使用，磨修達到三次以上時，因軸頸尺寸相應減小，也易使曲軸斷裂。
⑦供油時間過早，引起柴油機工作粗暴；工作中油門控制不好，忽大忽小，使柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，這些都使曲軸受到較大的沖擊載荷而易斷裂。
2.7曲軸其他部位的損傷
曲軸阻油螺紋或軸肩磨損、前端鍵槽磨損、起動爪螺紋損傷或滑扣等。
3 預防措施
（1）及時保養(yǎng)，保證潤滑油質(zhì)量；修理裝配時，保證軸頸與軸瓦的配合間隙正確；避免發(fā)動機長期超負荷運轉(zhuǎn)。
（2）檢修發(fā)動機時，必須仔細檢查曲軸應力集中部位有無裂紋，有條件可用儀器作磁力探傷檢查，發(fā)現(xiàn)損傷應及時修復。
（3）光磨曲軸時應保持軸頸與曲柄連接處的過渡圓角，切不可磨成尖角，否則會產(chǎn)生較大的應力集中，致使曲軸斷損。
（4）注意曲軸、飛輪和離合器的平衡，離合器總成安裝在飛輪上時，其固定螺栓處應配置墊片，不應有抖振，避免使曲軸工作條件惡化。
（5）定期檢查軸承及飛輪等件固定螺栓的預緊力。在安裝曲軸擰緊主軸承蓋螺母時，要按規(guī)定的扭矩、次序分多次擰緊。
來源：柴油車大師
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