柴油機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，甚至產生裂紋或折斷等損傷，影響柴油機的正常工作。對柴油機曲軸工作中常見損傷進行了分析，提出了延長曲軸使用壽命的措施。

關鍵詞：柴油機；曲軸；損傷；使用壽命

中圖分類號：S218.5 文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.10.048

曲軸是柴油機的重要部件之一，曲軸工作的好壞直接影響著柴油機工作的可靠性和使用壽命。曲軸是柴油機功率輸出的總樞紐，同時還擔負著驅動柴油機的配氣機構、噴油泵、機油泵、水泵和其他附件，它所承受的機械負荷是很大的。柴油機工作時，曲軸作高速旋轉運動，在旋轉運動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、往復運動質量慣性力、旋轉運動離心慣性力的共同作用，受力情況復雜。工作中曲軸除了自然磨損外，還會出現(xiàn)彎曲和扭曲變形，甚至產生裂紋或折斷等損傷，影響柴油機的正常工作。因此，在使用中我們要了解這些故障產生的原因，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，而主軸頸磨損最大部位是靠近連桿軸頸一側。主要和曲軸工作過程中受力有關。如果連桿彎曲、缸套偏斜等，會加重曲軸頸的偏磨。如果機油中的機械雜質過多，由于主軸頸與連桿軸頸油道的傾斜，在曲軸旋轉離心力的作用下，磨料偏積于油道的遠離旋轉中心的一側，并集中于連桿軸頸的一側，從而導致該側連桿軸頸磨損較大。此外，零件安裝位置的偏差和變形，也會使兩側受力不均，其中受力較大的一側磨損較大。

曲軸頸表面磨損不嚴重的，可利用軸頸磨削來恢復。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、曲柄半徑應符合原廠規(guī)定，各連桿軸頸軸線對曲軸正時齒輪鍵槽中心平面的分配角度偏差應符合廠家規(guī)定。當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，或曲軸機械負荷過大，造成軸頸與軸瓦表面過高的熱負荷。加之劇烈摩擦使表面溫度進一步升高，嚴重時導致軸瓦減磨合金燒熔，發(fā)生燒瓦故障。過高的溫度同時導致軸頸表面氧化，燒成藍色。軸頸表面輕微擦傷時，可用砂布修磨后，再用毛氈或帆布并涂上機油和少許氧化鉻膏進行拋光。最后清洗曲軸，吹通油道。

1.3 裂紋

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

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，可通過磨削磨掉，否則應予以報廢。

1.4 曲軸的彎曲、扭曲和斷裂

曲軸產生彎曲和扭曲變形，往往是由于曲軸受到過大的沖擊負荷所造成的。如使用中出現(xiàn)的燃燒故障導致的柴油機爆燃，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，都會使曲軸在短時間內受到大的沖擊。軸瓦裝配間隙過大，在活塞連桿做上下往復運動時，燃氣爆發(fā)力不斷沖擊曲軸，使曲軸發(fā)生周期性的振動引起曲軸的變形。發(fā)動機飛輪裝配后，沒有做動平衡實驗，飛輪運行中平衡性差，造成曲軸振抖，也會引起曲軸的變形。曲軸發(fā)生抖動容易造成柴油機振動和曲軸折斷，發(fā)生重大毀機事故。

曲軸還有一些其它損傷形式，如起動機螺紋孔損壞，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)動機，必須經過嚴格規(guī)范的磨合試運轉后，才允許正式作業(yè)。

（2）不允許長期超負荷作業(yè)。超負荷作業(yè)時，發(fā)動機轉速明顯下降、機溫升高、潤滑不良、易產生干摩擦和半干摩擦。另外，由于超負荷，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慣。

（4）定期清洗曲軸離心凈化室。徹底清除凈化室內沉積的機械雜質。柴油機大修時，應清洗凈化室，清洗時一定要認真、仔細、徹底地將雜質清除干凈。否則，易堵塞曲軸油孔，導致燒瓦抱軸。

（5）保證軸瓦間隙和軸向間隙在技術要求的范圍內。

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

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

（8）發(fā)動機熄火時間較長，或長時間停放的發(fā)動機，重新啟動時，應先搖轉曲軸數(shù)十圈，使軸頸與軸瓦運動副充滿潤滑油，減小干摩擦和半干摩擦造成的磨損。

（9）定期更換油底殼機油，清洗油道。

（10）發(fā)動機啟動后，預熱至水溫60 ℃時，才能正式投入作業(yè)。