柴油机曲轴损伤原因分析与延长曲轴使用寿命的措施

柴油机曲轴损伤原因分析与延长曲轴使用寿命的措施

殷璐

襄阳福达东康曲轴有限公司湖北省襄阳市441100

摘要：曲轴是柴油机的重要部件之一，曲轴工作的好坏直接影响着柴油机工作的可靠性和使用寿命。曲轴是柴油机功率输出的总枢纽，同时还担负着驱动柴油机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵和其他附件，它所承受的机械负荷是很大的。柴油机工作时，曲轴作高速旋转运动，在旋转运动中承受着很大的扭矩和弯矩，并受到周期性不断变化的气体压力、往复运动质量惯性力、旋转运动离心惯性力的共同作用，受力情况复杂。工作中曲轴除了自然磨损外，还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等损伤，影响柴油机的正常工作。因此，在使用中我们要了解这些故障产生的原因，采取有效措施延长曲轴的使用寿命。

关键词：柴油机；曲轴；损伤；使用寿命

1曲轴的结构特点

曲轴主要由前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄和尾部构成。在主轴颈上钻有通往连杆轴颈的油道。由于主轴颈与主轴承之间的相对滑动速度通常很高，故除了必须采用压力供油润滑之外，主轴颈表面常经淬火处理提高硬度，以提高其耐磨性。连杆轴颈和连杆大头相接，在连杆轴承内转动。连杆轴颈制成蛋形空心油腔。当曲轴旋转时，进入油腔内的机油经离心滤清后进入连杆轴颈与轴瓦之间润滑。连杆轴颈往往是曲轴中的薄弱环节，弯曲疲劳破坏一般是在沿曲柄臂与曲柄销的过渡圆角处发生。

曲轴输出端一般通过圆锥轴颈及平键连接并带动飞轮和紧固在其上的皮带轮。飞轮由螺母和止退垫圈紧固并锁紧。为了阻止从主轴承间隙泄漏下来的机油外流，S195、S1100A、D180型柴油机在主轴承盖与圆锥轴颈内侧的轴颈之间装有自紧式橡胶油封，其唇口（由弹簧压紧）与轴颈呈线接触、滑动摩擦状态，起到封油作用。

曲轴由于运转过程中受力不均衡会产生轴向窜动，单缸柴油机两个主轴承的翻边一般就作为轴向止推用。由于曲轴受热后会产生一定量的轴向伸长，所以在轴向尺寸链当中必须有适量的间隙，以保证曲轴受热伸长后仍能自由地作轴向微量窜动。间隙太大，曲轴会产生轴向窜动而破坏曲柄连杆机构的工作。

曲轴前端装有正时齿轮和皮带轮等，后端装有飞轮。常用油封、回油螺纹、挡油盘等防止机油外漏并用止推圈、止推片、止推轴瓦等限制曲轴的轴向移动。平衡旋转运动的惯性力，减轻主轴承负荷和柴油机的振动，在曲轴上配置有扇形平衡块，并和曲柄铸成一体。

2曲轴常见损伤

(1)轴颈的磨损

曲轴轴颈的磨损是不均匀的，在径向上一般会磨成椭圆形;在轴向上磨损也是不均匀的，呈锥度。轴颈磨损使轴颈上负荷分布不均，轴颈表面油膜难以形成，加速轴颈磨损和降低强度。造成轴颈磨损的原因主要有:①曲轴转速高，轴颈承载的工作压力大，因滑动摩擦而形成自然磨损。②主轴颈和连杆轴颈的润滑结构采用的是倾斜单线油道，润滑油从主油道引向主轴承，然后再经曲柄油道引至连杆轴颈。润滑油中的微小的磨粒，常常会进入主轴颈与主轴瓦之间，造成曲轴磨损。③机油不清洁，机油使用时间太长，没有及时更换，由于离心力的作用使润滑油中的机械杂质随润滑油沿油道上的斜面流入连杆轴颈的一侧，使轴颈磨损不均，产生锥度。④连杆弯曲扭曲、曲轴本身有弯曲、缸套在缸体中纵向偏斜、装配质量差及曲轴的不平衡度等，将使曲轴轴颈上受力不均而产生偏磨。

(2)曲轴裂纹

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;后者是轴向裂纹，顺着油孔沿轴向发展。曲轴裂纹产生的主要原因是应力集中造成的，具体为:①轴颈与曲柄间圆角加工尺寸(圆角半径)过小，容易产生应力集中。②曲柄与轴颈之间的连接处，由于过渡部位形体的“急剧”变化而产生的应力集中。③轴颈表面高频淬火时，由于工艺上的原因，轴颈圆角部分疲劳强度降低。④轴颈圆角不圆滑、表面粗糙造成应力集中。⑤轴颈表面油孔处没有圆滑过渡，沿轴向油道倾斜，造成油孔处应力集中。另外，曲轴工作中发生振动和扭动时，曲轴裂纹均增大，其中径向裂纹发展严重时，可能导致曲轴折断。

(3)曲轴弯扭变形

曲轴长期工作后，因使用或修理不当会发生弯扭变形，造成柴油机工作中振动加大，加速机件磨损，严重时会发生曲轴折断事故。曲轴弯扭变形的主要原因是，柴油机使用过程中长期超负荷运转，重载起步离合器放松过猛，燃烧恶化柴油机爆震，会使曲轴受到过大的冲击载荷而发生变形。因润滑不好而发生烧瓦抱轴事故，或连杆螺栓折断发生的捣缸事故，也会造成曲轴弯扭变形。

3曲轴的检查

(1)轴颈表面磨损的检查。是用外径千分尺测量轴颈各部尺寸。测量位置应在每一个轴颈选择两处，测量方向应选择垂直、平行曲轴臂两个方向。然后算出锥度、椭圆度与磨损量。锥度、椭圆度超过限度时，需进行修理。

(2)曲轴弯曲的检查(用磨床、车床之顶尖，如条件不够用平台和V形架铁也可)。利用磨床或车床之顶尖，对准曲轴两端的中心孔(用夹盘夹住曲轴两端亦可)架起曲轴。检查中心孔的正确性，用测微表检查飞轮接盘与安装定时齿轮处的颈向摆差(在飞轮接盘处不能超过0．5mm，装定时齿轮轴颈处不得大于0．6mm)。超过上述限度时，必须对中心孔加以修整。检查中间轴颈间摆差，把测微表置于磨床台面上，使表针触及中间主轴颈上，旋推曲轴一整周，指针摆动的最大数减去最小数之半，即为弯曲度(需注意轴颈如有椭圆需减去)，但不能超过规定标准。

(3)各结合部分机械损伤的检查。轴后端装轴承孔的磨损，用内径指示器测量其内径与轴承外径之配合间隙是否超过限度。轴肩磨损，检查轴向间隙，与轴肩宽度是否超过限度。键槽磨损可用内径指示器检查键槽底磨损最严重处的宽度。飞轮固定螺丝孔的磨损，用新螺丝检查其配合情况。阻油螺纹的磨损，可用专用样板或测深游标卡尺测量其深度不得低于规定标准。目测轴颈表面有否擦伤与裂痕。

(4)曲轴裂纹的检查。轴颈表面裂纹，在轴颈擦试干净后，利用放大镜仔细观察，就会清楚地发现裂纹。

4延长曲轴使用寿命的措施

（1）新车或大修后的发动机，必须经过严格规范的磨合试运转后，才允许正式作业。

（2）不允许长期超负荷作业。超负荷作业时，发动机转速明显下降、机温升高、润滑不良、易产生干摩擦和半干摩擦。另外，由于超负荷，连杆大端的离心力和惯性力将显著增加，使连杆轴颈受力大增，甚至折断曲轴。

（3）合理使用油门，改掉滥轰油门的坏习惯。

（4）定期清洗曲轴离心净化室。彻底清除净化室内沉积的机械杂质。柴油机大修时，应清洗净化室，清洗时一定要认真、仔细、彻底地将杂质清除干净。否则，易堵塞曲轴油孔，导致烧瓦抱轴。

（5）保证轴瓦间隙和轴向间隙在技术要求的范围内。

（6）磨修曲轴时，要绝对保证轴颈与曲柄的过渡圆角，在技术要求的范围内，避免应力集中的出现。

（7）按拖拉机使用说明书要求，合理使用机器：起步要平稳，避免起步过猛产生冲击负荷；在高低不平的路面（地面）行驶时，用低速挡；因负荷变化，需要加油或减油时，应平稳操纵油门，不突加、突减和滥“轰”油门；杜绝因使用操作不当而产生冲击负荷，造成曲轴的弯曲、扭曲，甚至折断。

（8）发动机熄火时间较长，或长时间停放的发动机，重新启动时，应先摇转曲轴数十圈，使轴颈与轴瓦运动副充满润滑油，减小干摩擦和半干摩擦造成的磨损。

（9）定期更换油底壳机油，清洗油道。

（10）发动机启动后，预热至水温60℃时，才能正式投入作业。

结束语

柴油机在生产过程中肯定会不断地改进和完善，一个开拓进取和负责任设备商肯定不会隐瞒自己设备存在的缺点，而且也也会采取有效的改进措施。作为最终用户，我们希望设备商能及时通知用户相关改进信息和管理举措。只有设备商和最终用户同心协力才能更好地发挥设备的效能。

参考文献：

[1]GB/I，18844-2016《滑动轴承损坏和外观变化的术语，特征与原函》.

[2]《内燃机配件》2017.