發(fā)動機(jī)曲軸磨損的原因分析及預(yù)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(jìn)行了分析，并提出了在日常使用中的預(yù)防措施。
曲軸作為發(fā)動機(jī)核心零件之一，柴油機(jī)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(gòu)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(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)進(jìn)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(gòu)成曲拐。在曲柄的相反方向增設(shè)有平衡塊，用來抵消曲軸旋轉(zhuǎn)時的離心力，以減輕柴油機(jī)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(jī)曲軸連桿軸頸部分制有離心凈油腔，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，進(jìn)入油腔機(jī)油的雜質(zhì)和膠體被甩到油腔壁上，經(jīng)凈化的機(jī)油進(jìn)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(yīng)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(jī)油太少或機(jī)油中存在著硬質(zhì)磨料、機(jī)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?xí)缙谀p。
③柴油機(jī)長期超負(fù)荷，柴油機(jī)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(jī)油中機(jī)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(jī)內(nèi)帶進(jìn)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(jìn)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(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，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(jìn)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(lán)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(lán)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(jī)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(dāng)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(yīng)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(yán)重?zé)?，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(yīng)力集中。⑤堆焊修復(fù)軸頸時，在表層產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)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(dǎo)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(jī)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(fù)運動慣性力、旋轉(zhuǎn)運動離心力和機(jī)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(jī)械故障引起的：①重載荷時，起步過猛。②柴油機(jī)工作粗暴，使曲軸受到驟然的沖擊性負(fù)荷。③超速運轉(zhuǎn)或飛車時，為了使柴油機(jī)緊急熄火，采取過分猛烈的制動措施。④柴油機(jī)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(yán)重變形后而不同心。
2.6曲軸斷裂
曲軸斷裂是柴油機(jī)事故性的損壞，其原因比較復(fù)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(dá)不到設(shè)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(dǎo)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(yán)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(dá)到三次以上時，因軸頸尺寸相應(yīng)減小，也易使曲軸斷裂。
⑦供油時間過早，引起柴油機(jī)工作粗暴；工作中油門控制不好，忽大忽小，使柴油機(jī)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(yù)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(jī)長期超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。
（2）檢修發(fā)動機(jī)時，必須仔細(xì)檢查曲軸應(yīng)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(yīng)及時修復(fù)。
（3）光磨曲軸時應(yīng)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(yīng)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(yīng)配置墊片，不應(yīng)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(yù)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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