發(fā)動機曲軸的常見損傷檢修初探

陳毅 張彥龍 桑磊

摘 要：曲軸在使用過程中需要承受氣體強大的爆發(fā)壓力和慣性力的沖擊與離心力的作用，除了其本身具備磨損的特質(zhì)外，還會產(chǎn)生不正常損傷，軸頸表面出現(xiàn)劃痕拉傷以及燒傷與裂紋，嚴重的還會現(xiàn)曲軸變形和斷裂等一系列的故障與事故。本文針對這部分曲軸損傷問題進行相關(guān)分析，并給出了在平日使用過程中的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;曲軸損傷;原因分析

曲軸被當成是當前發(fā)動機主要的零件之一，發(fā)動機當前的所有功率都是由其輸出。在應(yīng)用過程中，曲軸需要承受非常大的氣體壓力和慣性力以及離心力的影響，除了具備磨損的特質(zhì)外，還會產(chǎn)生不穩(wěn)定損傷，軸頸表面出現(xiàn)劃痕拉傷、燒傷和裂紋，導(dǎo)致曲軸產(chǎn)生變形以及斷裂等故障和事故。

1 曲軸的結(jié)構(gòu)特點

曲軸飛輪組當前主要由曲軸和主軸承以及飛輪等零件構(gòu)成。曲軸自身的主要功用是把連桿傳達的力轉(zhuǎn)變成扭矩，再通過飛輪對外完成功率的輸出，并使用齒輪以及皮帶輪完成發(fā)動機多個不同機構(gòu)以及多個系統(tǒng)的驅(qū)動工作。

主軸頸通過主軸承進行支撐，連桿軸頸繞主軸頸中心線完成旋轉(zhuǎn)運動。曲柄連接主軸頸和連桿軸頸，一個連桿軸頸和兩邊的曲柄組成曲拐。在曲柄的反方向架設(shè)平衡塊，其作用是減少曲軸旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力，降低發(fā)動機產(chǎn)生的振動。

主軸頸與連桿軸頸彼此之間存在斜向油道連接，部分發(fā)動機曲軸連桿軸頸設(shè)置了離心凈油腔，在曲軸進行旋轉(zhuǎn)的時候，進入到油腔的雜質(zhì)以及膠體會被甩出至油腔壁上，經(jīng)過凈化的機油進入到連桿軸頸以及軸瓦。凈油腔所使用的加工孔使用螺塞密封，在使用一段時間之后，需將螺塞擰下，清洗油腔。

2 曲軸常見損傷

2.1 曲軸軸頸磨損

曲軸軸頸磨損之后和軸瓦配合存在較大的間隙，運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的異響，工作狀態(tài)持續(xù)惡化。

主要原因：①機油過少或機油里出現(xiàn)硬質(zhì)磨料以及機油變質(zhì)且包含酸性物質(zhì)。②軸頸和軸瓦配合間隙過大或過小，無法構(gòu)成油膜，出現(xiàn)干摩擦并導(dǎo)致初期磨損。③發(fā)動機持續(xù)超負荷工作，在較熱的狀況下完成做功，加速曲軸磨損。④曲軸在進行旋轉(zhuǎn)時，因受到離心力影響，機油內(nèi)的機械雜質(zhì)朝油孔一側(cè)偏離，變?yōu)槟チ?，使軸頸磨損不勻，出現(xiàn)錐度。⑤連桿彎曲或扭曲以及缸套偏斜，使在曲軸上的作用力出現(xiàn)不勻稱分布，使其出現(xiàn)錐度。

2.2 曲軸軸頸表面劃痕或拉傷

主要原因有：①裝配的過程中忽視清潔度，導(dǎo)致發(fā)動機中被帶入渣滓和金屬物等磨粒。②未及時完成油底殼潤滑油的更換，使?jié)櫥屠飺饺虢饘傥锱c磨粒造成了表面摩擦。③空氣濾清器維護不適宜，缸套和活塞以及活塞環(huán)磨損間隙提升。

2.3 曲軸軸頸燒傷

軸頸燒傷是指該位置出現(xiàn)發(fā)藍的一種燒蝕痕跡，燒傷磨損主要是因為燒瓦而導(dǎo)致的?；谶@種情況，軸頸和軸瓦之間會出現(xiàn)較大的摩擦，潤滑油膜受到損壞而出現(xiàn)抓粘，局部溫度快速提升而導(dǎo)致軸頸表面氧化呈現(xiàn)出藍色，使得軸頸表層的硬度減弱。

2.4 曲軸軸頸表面產(chǎn)生裂紋

曲軸裂紋一般出現(xiàn)在曲柄以及軸頸彼此過渡的圓角位置與油孔位置，前者屬于一種徑向裂紋，存在的危害極大，容易產(chǎn)生曲軸折斷，出現(xiàn)嚴重的毀機事故;后者則屬于軸向裂紋，主要是沿油孔進行軸向發(fā)展。

產(chǎn)生裂紋的原因則是制造以及修理中存在的缺陷和使用不當：①使用過程中，軸頸表面相對粗糙度，經(jīng)常會出現(xiàn)壓痕和劃傷，以及腐蝕與磨坑等缺陷，這一位置屬于應(yīng)力集中的一個發(fā)源地，如果不能夠快速消除，疲勞裂紋則會在這里出現(xiàn)并不斷發(fā)展。②潤滑不充分會出現(xiàn)嚴重?zé)?，?dǎo)致軸向裂紋。③持續(xù)使用，軸頸表面會出現(xiàn)金屬疲勞過度，導(dǎo)致圓周方向出現(xiàn)裂紋。④經(jīng)過修磨之后的軸肩圓角半徑相對較小和過渡不圓滑以及表面具有一定的粗糙度，導(dǎo)致應(yīng)力集中。⑤堆焊對軸頸進行修復(fù)的時候，在表層會出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力從而導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

2.5 曲軸斷裂

曲軸斷裂可以導(dǎo)致發(fā)動機事故性的損壞，其斷裂的位置有：①在曲軸軸頸相近的圓角交接的曲柄臂位置。②在連桿軸頸過油孔沿著45°的位置。③在連桿軸頸根部以及主軸頸的根部。④飛輪錐形面鍵安裝槽的位置。曲軸斷裂原因較為復(fù)雜，軸頸表面出現(xiàn)的裂紋以及引起曲軸彎曲和扭曲的因素，其都是導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)斷裂的原因。此外，還包含以下的幾個原因：①曲軸自身的材質(zhì)不佳和制造過程中存在缺陷以及無法保證熱處理質(zhì)量、加工上的粗糙程度無法滿足設(shè)計要求。②飛輪不平衡，飛輪以及曲軸接盤不同軸，導(dǎo)致飛輪和曲軸之間的平衡被損壞，使曲軸出現(xiàn)一種慣性力，最終造成曲軸的疲勞斷裂。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安裝過程中，飛輪螺栓以及螺母之間的緊力矩不足，導(dǎo)致飛輪和曲軸連接位置出現(xiàn)松動，使飛輪在運轉(zhuǎn)上缺少平衡，并出現(xiàn)一種大型的慣性力，使曲軸出現(xiàn)折斷。⑤軸承以及軸頸出現(xiàn)較為嚴重的磨損，配合的間隙相對較大，轉(zhuǎn)速突變的時候，曲軸被沖擊性載荷影響。

3 預(yù)防措施

（1）有效保養(yǎng)，保證潤滑油的質(zhì)量;在進行裝配維修的過程中，保證軸頸和軸瓦之間的配合間隙準確;防止發(fā)動機持續(xù)超負荷運轉(zhuǎn)。

（2）在對發(fā)動機進行檢修的過程中，一定要對曲軸應(yīng)力集中部位進行裂紋檢查，出現(xiàn)損傷需要立即修復(fù)。

（3）光磨曲軸的過程中需要使軸頸以及曲柄連接位置形成過渡圓角，保證其無法磨成尖角，否則會產(chǎn)生較為嚴重的應(yīng)力，造成曲軸斷損。

（4）注意曲軸與飛輪和離合器彼此的平衡，離合器總成要求在飛輪上安裝，同時還需要對螺栓位置放置墊片，切忌產(chǎn)生抖振，預(yù)防使軸工作的情況惡化。

（5）定期檢查軸承與飛輪等件固定螺栓之間的預(yù)緊力。在對曲軸主軸承蓋螺母進行擰緊的過程中，要求參照規(guī)定的扭矩以及次序?qū)ζ溥M行擰緊。

參考文獻：

[1]楊敬.具有可停缸動力系統(tǒng)的液壓挖掘機功率匹配及節(jié)能研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2013.

[2]王玄，陶建峰，張峰榕等.基于預(yù)測控制的單向比例泵控非對稱液壓缸系統(tǒng)控制方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2016（05）.