發動機曲軸磨損的原因分析及預防
2025-01-02
曲軸在使用中承受著很大的氣體的爆發壓力、慣性力的沖擊和離心力的作用，除了有磨損特點之外，還會出現不正常損傷、軸頸表面產生劃痕拉傷、燒傷、裂紋，以及曲軸發生變形、斷裂等故障或事故。本文對這些曲軸損傷原因進行了分析，并提出了在日常使用中的預防措施。
曲軸作為發動機核心零件之一，柴油機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，還會出現不正常損傷、軸頸表面產生劃痕拉傷、燒傷、裂紋以及曲軸發生變形、斷裂等故障或事故。
1 曲軸的結構特點
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為扭矩，再通過飛輪向外輸出功率，并通過齒輪或皮帶輪驅動柴油機各機構和各系統進行工作。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。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成曲拐。在曲柄的相反方向增設有平衡塊，用來抵消曲軸旋轉時的離心力，以減輕柴油機的振動。
主軸頸和連桿軸頸之間有斜向油道相通。有些柴油機曲軸連桿軸頸部分制有離心凈油腔，當曲軸旋轉時，進入油腔機油的雜質和膠體被甩到油腔壁上，經凈化的機油進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，運轉時發出異常響聲，工作狀態惡化。
主要原因：
①機油太少或機油中存在著硬質磨料、機油變質含酸性物質。
②軸頸與軸瓦的配合間隙過大或過小，致使油膜難以形成，發生干摩擦會早期磨損。
③柴油機長期超負荷，柴油機在過熱情況下工作，會很快磨損。
④曲軸旋轉時，在離心力作用下，機油中機械雜質偏向油孔一側，成為磨料，使軸頸磨損不勻，產生錐度。
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，使柴油機內帶進了渣滓、金屬物等磨粒。②不按時更換油底殼的潤滑油，使潤滑油中含有較大的金屬物等磨粒混進軸瓦和軸頸的縫隙里刻劃和拉傷摩擦表面。③空氣濾清器維護保養不當，缸套、活塞及活塞環磨損間隙增大，帶有沙粒、雜質等磨料隨空氣吸入缸內燃燒后竄到油底殼，循環進入軸頸和軸承的配合間隙里。
2.3曲軸軸頸燒傷
軸頸燒傷處有發藍的燒蝕痕跡。曲軸軸頸的燒傷磨損是由于燒瓦而引起的。在這種情況下，軸頸與軸瓦間將發生劇烈摩擦，潤滑油膜被破壞而產生抓粘，溫度急劇升高而使軸頸表面氧化呈藍色，軸頸表層硬度降低，且常粘有抓粘下來的軸承合金。
2.4曲軸軸頸表面產生裂紋
曲軸裂紋多發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，發生重大毀機事故；后者是軸向裂紋，順著油孔沿軸向發展。 產生裂紋的原因主要是制造和修理的缺陷以及使用不當造成的：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，此處是應力集中的發源地，如沒能及時消除，疲勞裂紋先從這里產生和發展。②潤滑不足發生嚴重燒瓦，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，造成應力集中。⑤堆焊修復軸頸時，在表層產生過大的殘余應力而引起裂紋產生。
2.5曲軸變形
曲軸的變形通常為彎曲變形和扭轉變形。變形過大的曲軸會導致自身和相連零件的加劇磨損，加速疲勞，出現曲軸斷裂和過大的機械振動。 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、往復運動慣性力、旋轉運動離心力和機械制動力作用而變形。人為原因主要是違犯駕駛操作規程和發生事故性機械故障引起的：①重載荷時，起步過猛。②柴油機工作粗暴，使曲軸受到驟然的沖擊性負荷。③超速運轉或飛車時，為了使柴油機緊急熄火，采取過分猛烈的制動措施。④柴油機因缺潤滑油或軸瓦間隙過小而發生燒瓦抱軸事故，使曲軸受到很大的轉矩。⑤缸體主軸承座孔嚴重變形后而不同心。
2.6曲軸斷裂
曲軸斷裂是柴油機事故性的損壞，其原因比較復雜。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曲軸的材質不佳、制造有缺陷、熱處理質量不能保證、加工粗糙度達不到設計要求。
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，使曲軸產生較大的慣性力，導致曲軸疲勞斷裂。
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，使飛輪運轉失去平衡，并產生較大的慣性力，使曲軸折斷。
⑤軸承和軸頸磨損嚴重，配合間隙過大，轉速突變時，曲軸受到沖擊性載荷。
⑥曲軸長期使用，磨修達到三次以上時，因軸頸尺寸相應減小，也易使曲軸斷裂。
⑦供油時間過早，引起柴油機工作粗暴；工作中油門控制不好，忽大忽小，使柴油機轉速不穩，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 預防措施
（1）及時保養，保證潤滑油質量；修理裝配時，保證軸頸與軸瓦的配合間隙正確；避免發動機長期超負荷運轉。
（2）檢修發動機時，必須仔細檢查曲軸應力集中部位有無裂紋，有條件可用儀器作磁力探傷檢查，發現損傷應及時修復。
（3）光磨曲軸時應保持軸頸與曲柄連接處的過渡圓角，切不可磨成尖角，否則會產生較大的應力集中，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，其固定螺栓處應配置墊片，不應有抖振，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緊力。在安裝曲軸擰緊主軸承蓋螺母時，要按規定的扭矩、次序分多次擰緊。
來源：柴油車大師
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