柴油机曲轴损伤原因分析与延长曲轴使用寿命的措施
王立杰+刘宝祥
摘要：工作中曲轴除了自然磨损外，还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等损伤，影响柴油机的正常工作。对柴油机曲轴工作中常见损伤进行了分析，提出了延长曲轴使用寿命的措施。
关键词：柴油机；曲轴；损伤；使用寿命
中图分类号：S218.5 文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.10.048
曲轴是柴油机的重要部件之一，曲轴工作的好坏直接影响着柴油机工作的可靠性和使用寿命。曲轴是柴油机功率输出的总枢纽，同时还担负着驱动柴油机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵和其他附件，它所承受的机械负荷是很大的。柴油机工作时，曲轴作高速旋转运动，在旋转运动中承受着很大的扭矩和弯矩，并受到周期性不断变化的气体压力、往复运动质量惯性力、旋转运动离心惯性力的共同作用，受力情况复杂。工作中曲轴除了自然磨损外，还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等损伤，影响柴油机的正常工作。因此，在使用中我们要了解这些故障产生的原因，采取有效措施延长曲轴的使用寿命。
1 曲轴常见损伤产生的原因
1.1 曲轴颈表面磨损
曲轴颈是曲轴主要工作表面，其磨损是不可避免的，一般连杆轴颈磨损最大部位是靠曲轴中心线一侧，而主轴颈磨损最大部位是靠近连杆轴颈一侧。主要和曲轴工作过程中受力有关。如果连杆弯曲、缸套偏斜等，会加重曲轴颈的偏磨。如果机油中的机械杂质过多，由于主轴颈与连杆轴颈油道的倾斜，在曲轴旋转离心力的作用下，磨料偏积于油道的远离旋转中心的一侧，并集中于连杆轴颈的一侧，从而导致该侧连杆轴颈磨损较大。此外，零件安装位置的偏差和变形，也会使两侧受力不均，其中受力较大的一侧磨损较大。
曲轴颈表面磨损不严重的，可利用轴颈磨削来恢复。曲轴磨削后，各轴颈的圆柱度误差、表面粗糙度、轴颈两端圆角半径应符合规定；各连杆轴颈轴线对主轴颈轴线的平行度误差、曲柄半径应符合原厂规定，各连杆轴颈轴线对曲轴正时齿轮键槽中心平面的分配角度偏差应符合厂家规定。当磨损轴颈的尺寸超出修理尺寸，必须更换曲轴。
1.2 曲轴颈烧伤和擦伤
轴颈表面出现烧伤、擦伤等缺陷。其原因是润滑不良、冷却不足，或曲轴机械负荷过大，造成轴颈与轴瓦表面过高的热负荷。加之剧烈摩擦使表面温度进一步升高，严重时导致轴瓦减磨合金烧熔，发生烧瓦故障。过高的温度同时导致轴颈表面氧化，烧成蓝色。轴颈表面轻微擦伤时，可用砂布修磨后，再用毛毡或帆布并涂上机油和少许氧化铬膏进行抛光。最后清洗曲轴，吹通油道。
1.3 裂纹
曲轴裂纹产生的主要原因是应力集中造成的，一是轴颈与曲柄间圆角加工尺寸（圆角半径）过小，容易产生应力集中。二是曲柄与轴颈之间的连接处，由于过渡部位形状的“急剧”变化而产生的应力集中。三是轴颈表面高频淬火时，由于工艺上的原因，轴颈圆角部分疲劳强度降低。另外，曲轴工作中发生振动和扭动时，曲轴裂纹均增大，其中径向裂纹发展严重时，可能导致曲轴折断。
曲轴轴颈表面不允许有横向裂纹。对轴向裂纹，其深度如在曲轴轴颈修理尺寸以内，可通过磨削磨掉，否则应予以报废。
1.4 曲轴的弯曲、扭曲和断裂
曲轴产生弯曲和扭曲变形，往往是由于曲轴受到过大的冲击负荷所造成的。如使用中出现的燃烧故障导致的柴油机爆燃，会使曲轴受到很大的冲击载荷而发生变形；起步过猛、轰油门超越障碍物等，都会使曲轴在短时间内受到大的冲击。轴瓦装配间隙过大，在活塞连杆做上下往复运动时，燃气爆发力不断冲击曲轴，使曲轴发生周期性的振动引起曲轴的变形。发动机飞轮装配后，没有做动平衡实验，飞轮运行中平衡性差，造成曲轴振抖，也会引起曲轴的变形。曲轴发生抖动容易造成柴油机振动和曲轴折断，发生重大毁机事故。
曲轴还有一些其它损伤形式，如起动机螺纹孔损坏，曲轴前后油封轴颈磨损，曲轴后凸缘固定飞轮的螺栓孔磨损，凸缘盘中间轴承孔磨损等。
2 延长曲轴使用寿命的措施
（1）新车或大修后的发动机，必须经过严格规范的磨合试运转后，才允许正式作业。
（2）不允许长期超负荷作业。超负荷作业时，发动机转速明显下降、机温升高、润滑不良、易产生干摩擦和半干摩擦。另外，由于超负荷，连杆大端的离心力和惯性力将显著增加，使连杆轴颈受力大增，甚至折断曲轴。
（3）合理使用油门，改掉滥轰油门的坏习惯。
（4）定期清洗曲轴离心净化室。彻底清除净化室内沉积的机械杂质。柴油机大修时，应清洗净化室，清洗时一定要认真、仔细、彻底地将杂质清除干净。否则，易堵塞曲轴油孔，导致烧瓦抱轴。
（5）保证轴瓦间隙和轴向间隙在技术要求的范围内。
（6）磨修曲轴时，要绝对保证轴颈与曲柄的过渡圆角，在技术要求的范围内，避免应力集中的出现。
（7）按拖拉机使用说明书要求，合理使用机器：起步要平稳，避免起步过猛产生冲击负荷；在高低不平的路面（地面）行驶时，用低速挡；因负荷变化，需要加油或减油时，应平稳操纵油门，不突加、突减和滥“轰”油门；杜绝因使用操作不当而产生冲击负荷，造成曲轴的弯曲、扭曲，甚至折断。
（8）发动机熄火时间较长，或长时间停放的发动机，重新启动时，应先摇转曲轴数十圈，使轴颈与轴瓦运动副充满润滑油，减小干摩擦和半干摩擦造成的磨损。
（9）定期更换油底壳机油，清洗油道。
（10）发动机启动后，预热至水温60 ℃时，才能正式投入作业。
摘要：工作中曲轴除了自然磨损外，还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等损伤，影响柴油机的正常工作。对柴油机曲轴工作中常见损伤进行了分析，提出了延长曲轴使用寿命的措施。
关键词：柴油机；曲轴；损伤；使用寿命
中图分类号：S218.5 文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.10.048
曲轴是柴油机的重要部件之一，曲轴工作的好坏直接影响着柴油机工作的可靠性和使用寿命。曲轴是柴油机功率输出的总枢纽，同时还担负着驱动柴油机的配气机构、喷油泵、机油泵、水泵和其他附件，它所承受的机械负荷是很大的。柴油机工作时，曲轴作高速旋转运动，在旋转运动中承受着很大的扭矩和弯矩，并受到周期性不断变化的气体压力、往复运动质量惯性力、旋转运动离心惯性力的共同作用，受力情况复杂。工作中曲轴除了自然磨损外，还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等损伤，影响柴油机的正常工作。因此，在使用中我们要了解这些故障产生的原因，采取有效措施延长曲轴的使用寿命。
1 曲轴常见损伤产生的原因
1.1 曲轴颈表面磨损
曲轴颈是曲轴主要工作表面，其磨损是不可避免的，一般连杆轴颈磨损最大部位是靠曲轴中心线一侧，而主轴颈磨损最大部位是靠近连杆轴颈一侧。主要和曲轴工作过程中受力有关。如果连杆弯曲、缸套偏斜等，会加重曲轴颈的偏磨。如果机油中的机械杂质过多，由于主轴颈与连杆轴颈油道的倾斜，在曲轴旋转离心力的作用下，磨料偏积于油道的远离旋转中心的一侧，并集中于连杆轴颈的一侧，从而导致该侧连杆轴颈磨损较大。此外，零件安装位置的偏差和变形，也会使两侧受力不均，其中受力较大的一侧磨损较大。
曲轴颈表面磨损不严重的，可利用轴颈磨削来恢复。曲轴磨削后，各轴颈的圆柱度误差、表面粗糙度、轴颈两端圆角半径应符合规定；各连杆轴颈轴线对主轴颈轴线的平行度误差、曲柄半径应符合原厂规定，各连杆轴颈轴线对曲轴正时齿轮键槽中心平面的分配角度偏差应符合厂家规定。当磨损轴颈的尺寸超出修理尺寸，必须更换曲轴。
1.2 曲轴颈烧伤和擦伤
轴颈表面出现烧伤、擦伤等缺陷。其原因是润滑不良、冷却不足，或曲轴机械负荷过大，造成轴颈与轴瓦表面过高的热负荷。加之剧烈摩擦使表面温度进一步升高，严重时导致轴瓦减磨合金烧熔，发生烧瓦故障。过高的温度同时导致轴颈表面氧化，烧成蓝色。轴颈表面轻微擦伤时，可用砂布修磨后，再用毛毡或帆布并涂上机油和少许氧化铬膏进行抛光。最后清洗曲轴，吹通油道。
1.3 裂纹
曲轴裂纹产生的主要原因是应力集中造成的，一是轴颈与曲柄间圆角加工尺寸（圆角半径）过小，容易产生应力集中。二是曲柄与轴颈之间的连接处，由于过渡部位形状的“急剧”变化而产生的应力集中。三是轴颈表面高频淬火时，由于工艺上的原因，轴颈圆角部分疲劳强度降低。另外，曲轴工作中发生振动和扭动时，曲轴裂纹均增大，其中径向裂纹发展严重时，可能导致曲轴折断。
曲轴轴颈表面不允许有横向裂纹。对轴向裂纹，其深度如在曲轴轴颈修理尺寸以内，可通过磨削磨掉，否则应予以报废。
1.4 曲轴的弯曲、扭曲和断裂
曲轴产生弯曲和扭曲变形，往往是由于曲轴受到过大的冲击负荷所造成的。如使用中出现的燃烧故障导致的柴油机爆燃，会使曲轴受到很大的冲击载荷而发生变形；起步过猛、轰油门超越障碍物等，都会使曲轴在短时间内受到大的冲击。轴瓦装配间隙过大，在活塞连杆做上下往复运动时，燃气爆发力不断冲击曲轴，使曲轴发生周期性的振动引起曲轴的变形。发动机飞轮装配后，没有做动平衡实验，飞轮运行中平衡性差，造成曲轴振抖，也会引起曲轴的变形。曲轴发生抖动容易造成柴油机振动和曲轴折断，发生重大毁机事故。
曲轴还有一些其它损伤形式，如起动机螺纹孔损坏，曲轴前后油封轴颈磨损，曲轴后凸缘固定飞轮的螺栓孔磨损，凸缘盘中间轴承孔磨损等。
2 延长曲轴使用寿命的措施
（1）新车或大修后的发动机，必须经过严格规范的磨合试运转后，才允许正式作业。
（2）不允许长期超负荷作业。超负荷作业时，发动机转速明显下降、机温升高、润滑不良、易产生干摩擦和半干摩擦。另外，由于超负荷，连杆大端的离心力和惯性力将显著增加，使连杆轴颈受力大增，甚至折断曲轴。
（3）合理使用油门，改掉滥轰油门的坏习惯。
（4）定期清洗曲轴离心净化室。彻底清除净化室内沉积的机械杂质。柴油机大修时，应清洗净化室，清洗时一定要认真、仔细、彻底地将杂质清除干净。否则，易堵塞曲轴油孔，导致烧瓦抱轴。
（5）保证轴瓦间隙和轴向间隙在技术要求的范围内。
（6）磨修曲轴时，要绝对保证轴颈与曲柄的过渡圆角，在技术要求的范围内，避免应力集中的出现。
（7）按拖拉机使用说明书要求，合理使用机器：起步要平稳，避免起步过猛产生冲击负荷；在高低不平的路面（地面）行驶时，用低速挡；因负荷变化，需要加油或减油时，应平稳操纵油门，不突加、突减和滥“轰”油门；杜绝因使用操作不当而产生冲击负荷，造成曲轴的弯曲、扭曲，甚至折断。
（8）发动机熄火时间较长，或长时间停放的发动机，重新启动时，应先摇转曲轴数十圈，使轴颈与轴瓦运动副充满润滑油，减小干摩擦和半干摩擦造成的磨损。
（9）定期更换油底壳机油，清洗油道。
（10）发动机启动后，预热至水温60 ℃时，才能正式投入作业。
