六缸柴油機凸輪軸斷裂分析

摘 要：凸輪軸是發(fā)動機配氣機構(gòu)的重要零部件，作用是控制氣門的開啟和閉合，在工作運轉(zhuǎn)中承受著交變載荷，其性能的好壞直接影響發(fā)動機的質(zhì)量和壽命，文章從實際案例出發(fā)，著重研究分析案例中柴油機凸輪軸斷裂原因。以典型的六缸發(fā)動機斷裂凸輪軸為研究對象，利用熱處理金相檢測和機械性能檢測手段，分析斷裂原因，采取預(yù)防措施，避免同類事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：凸輪軸；斷裂；技術(shù)要求；同軸度

引言

某型號發(fā)動機機在作業(yè)時突然熄火，無法啟動。經(jīng)三包服務(wù)人員拆檢發(fā)現(xiàn)發(fā)動機凸輪軸在1缸、2缸之間斷裂。通過三包查詢服務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)計，當(dāng)年共出現(xiàn)38臺類似事故，為了查清原因，避免同類事故發(fā)生，選擇一件典型的斷裂凸輪軸進行分析。凸輪軸技術(shù)要求：材料精選45鋼；軸頸及凸輪表面感應(yīng)淬火，表面硬度HRC55.0～63.0，淬硬層深：2～6mm。

1 質(zhì)量檢驗

1.1 宏觀觀察

從三包帶回的斷裂凸輪軸及相關(guān)件進行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)凸輪軸斷在第二支撐軸頸一側(cè)根部毛坯面處，推桿已彎曲，凸輪軸軸頸、凸輪及挺柱有磨損現(xiàn)象。斷口為扭轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷口，斷口疲勞源處未發(fā)現(xiàn)有原始缺陷，且凸輪軸斷裂部位處的第二支撐軸頸襯套均發(fā)生偏磨。

1.2 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）檢測

在斷裂的凸輪軸上取樣，進行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表1。

1.3 凸輪軸熱處理金相檢測

在斷口兩側(cè)支撐軸頸、凸輪及斷口疲勞源處取樣進行熱處理質(zhì)量檢測，其檢測結(jié)果見表2。

1.4 機械性能

在斷裂的凸輪軸上取樣進行拉伸性能檢測，其結(jié)果見表3。

2 分析討論

（1）凸輪軸材料成分和基體的抗拉強度、屈服強度、伸長率及斷面收縮率均符合技術(shù)要求。

（2）凸輪軸的熱處理質(zhì)量符合技術(shù)要求。

（3）凸輪軸斷裂和偏磨的可能原因見魚翅圖，如圖1所示。結(jié)合該凸輪軸斷裂的實際情況和魚翅圖可看出，由于凸輪軸疲勞造成的凸輪軸斷裂和偏磨。

通過現(xiàn)場了解，該批凸輪軸支撐頸缸體上的孔徑是同時加工成型——為了保證其同軸度，但是該機型要求，第一支撐頸缸體上孔頸加粗（相對于其他支撐軸頸孔徑而言），因此第一支撐頸缸體上孔頸是所有孔頸一次加工成型后，又重新單獨擴孔。重新單獨擴孔就有可能造成第一支撐軸頸孔頸和其他孔頸的不同心，這從斷裂凸輪軸支撐頸的襯套有偏磨得到印證。

3 結(jié)論

該柴油機在使用過程中發(fā)生早期斷裂是由于凸輪軸與缸體上支撐孔頸之間的同軸度不好，導(dǎo)致受力異常有關(guān)。

4 預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格控制凸輪軸的同軸度，防止超差。（2）通過工裝定位，保證第一孔頸在重新擴孔后，其缸體凸輪軸孔頸的同軸度符合圖紙要求。

參考文獻

[1]戴起勛.金屬材料學(xué)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]陳全明.金屬材料及強化技術(shù)[M].同濟大學(xué)出版社，1992.

[3]吳連生.失效分析技術(shù)[M].四川科學(xué)技術(shù)出版社，1985.

[4]廖俊.柴油機發(fā)動機凸輪軸斷裂故障分析及處理對策研究[M].中國機械出版社，2013.