柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂的原因分析

翟志強(qiáng) 

1、不平衡載荷的影響

(1)不平衡重量。在磨曲軸時(shí)，連桿軸頸尺寸變小后，與原始出廠相比，重量會(huì)減小。

(2)不平衡力臂。曲軸彎曲所采用的磨主軸頸的方法來(lái)保證各個(gè)主軸頸的同心度工藝，會(huì)導(dǎo)致主軸重量減小，主軸軸線向曲柄方向平移，產(chǎn)生不平衡力臂。

(3)不平衡轉(zhuǎn)矩。不平衡重量和不平衡力臂導(dǎo)致不平衡轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不平衡轉(zhuǎn)矩加劇了曲軸的扭振作用。 在柴油機(jī)曲軸的修理過程中，不平衡離心力對(duì)曲軸的工作影響不可忽視，應(yīng)想辦法消除不平衡離心力對(duì)曲軸壽命的影響。

2、扭振臨界轉(zhuǎn)速的影響

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸系統(tǒng)受到大小和方向周期性變化著的氣體壓力和運(yùn)動(dòng)零件慣性力的作用，這些力會(huì)使曲軸相對(duì)于飛輪發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形而引起扭振，即強(qiáng)制振動(dòng)。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，易在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈共振，發(fā)生共振時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)速即臨界轉(zhuǎn)速，輕則引發(fā)較大的噪聲，加劇與曲軸相連齒輪系的磨損，重則使曲軸扭斷。柴油機(jī)曲軸的自振頻率是8000次／min左右，當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的某一分?jǐn)?shù)時(shí)，曲軸的扭振振幅也可以超出允許限度。如果柴油機(jī)工作過程中，把其轉(zhuǎn)速設(shè)置在主臨界轉(zhuǎn)速次臨界轉(zhuǎn)速這兩個(gè)轉(zhuǎn)速附近，對(duì)曲軸來(lái)說都是比較危險(xiǎn)的。

3、修理方法不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

(1)滲氮層厚度的減少。原廠的柴油機(jī)曲軸頸表面經(jīng)氮化處理，具有較高的耐磨性。經(jīng)過磨修后，軸頸表面滲氮層的厚度減少，降低了曲軸的抗疲勞性和耐磨性。

(2)未進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)試。曲軸經(jīng)過磨修或矯直后，若不進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)試，未使不平衡載荷得到有效控制，曲軸的疲勞強(qiáng)度會(huì)大大降低。

(3)過渡圓角變小。經(jīng)過磨修后的曲軸，各個(gè)過渡圓角半徑R比設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的小，致使曲軸過渡圓角處應(yīng)力集中加大，易促成曲軸在此產(chǎn)生初始微觀裂紋。

4、局部結(jié)構(gòu)不合理的影響 主要原因是連桿軸頸表面油道口的位置及油道方向不當(dāng)，致使在局部形成的油膜質(zhì)量變差，導(dǎo)致曲軸的連桿軸頸內(nèi)側(cè)磨損大，軸頸橢圓度超差，從而磨修曲軸，進(jìn)而導(dǎo)致不平衡載荷的產(chǎn)生。尤其是當(dāng)活塞處于膨脹做功下行過程中，連桿軸頸旋轉(zhuǎn)到某特定位置時(shí)，使其承載寬度變小，單位面積上承受的壓力相對(duì)較高，油膜易遭破壞；其次，當(dāng)連桿大頭中心旋轉(zhuǎn)至主軸軸線以下位置時(shí)，連桿軸瓦內(nèi)表面相對(duì)連桿軸頸表面滑動(dòng)速度較低，油膜厚度變薄，均使軸頸表面產(chǎn)生磨損；油道方向不當(dāng)也降低了潤(rùn)滑油的相對(duì)流動(dòng)速度，致使所形成的油膜質(zhì)量變差。除此之外，曲軸意外負(fù)荷突增、沖擊、使用維護(hù)不當(dāng)，均可促成曲軸斷裂。

5、預(yù)防曲軸斷裂的措施

（1）設(shè)置柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速時(shí)，避開臨界轉(zhuǎn)速，主臨界轉(zhuǎn)速和次臨界轉(zhuǎn)速。

（2）改變連桿軸頸表面油道口位置和油道方向。當(dāng)連桿軸頸表面承受連桿較大的單位面積作用力時(shí)，避免油道口附近表面處于較高壓力位置；通過改變油道方向提高潤(rùn)滑油的相對(duì)流動(dòng)速度，從而改善連桿軸頸內(nèi)側(cè)磨損大的現(xiàn)象。避免在一次大修周期內(nèi)連桿軸頸偏磨或減小連桿軸頸偏磨，就可以在大修時(shí)按照修理標(biāo)準(zhǔn)要求不磨曲軸或減少磨削量。

（3）加大過渡圓角半徑。使得R/D>0.05或R=0.05～0.06D(R—圓角半徑，D—主軸直徑或連桿軸徑)，減小有效應(yīng)力集中系數(shù)。

（4）滲氮。磨軸磨削量超過一定厚度后，進(jìn)行表面滲氮處理，以增加曲軸的耐磨性和抗擠強(qiáng)度。

（5）做動(dòng)平衡試驗(yàn)并配重。每次曲軸磨修完后，做動(dòng)平衡試驗(yàn)并配重，保證大修質(zhì)量。

（6）嚴(yán)格認(rèn)真執(zhí)行柴油機(jī)使用、維護(hù)、修理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定。

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