【文章內(nèi)容簡介】 。 ②以曲軸軸線上位置最低的兩道主軸承處的連線作基準線 ? 圖中以第 7 道主軸承的連線 XX 作為基準線，各主軸承位置均較高，第 5 道主軸承最高，即磨損最小，此法簡便、合理。 ③用首、尾主軸承中線與曲軸軸線的交點連線作為基準線 。 ? 此法簡便，為近似方法。 曲軸的裂紋和折斷現(xiàn)象 曲軸斷裂是機械破壞的最終結(jié)果，其最初表現(xiàn)為裂紋。彎曲疲勞裂紋多開始于曲柄臂與軸頸的過度圓角處，然后向曲柄臂發(fā)展。扭曲疲勞 裂紋則往往從園孔、圓角部位開始 ， 與軸心線呈 45176。方向 向軸頸發(fā)展。而許多裂紋往往是兩種應力復合作用破壞的結(jié)果 [8]。 曲軸疲勞裂紋 （圖 ） 彎曲疲勞損壞多發(fā)生于使用時間較長的柴油機上。扭曲疲勞損壞一般出現(xiàn)在柴油機2021 屆輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文 11 運轉(zhuǎn)初期。彎曲疲勞損壞多于扭曲疲勞損壞 [6]。 （圖 ） 一、 引起曲軸產(chǎn)生裂紋的實際原因主要有： ①主軸承磨損不均，船體及機座變形等造成曲軸撓曲變形，運轉(zhuǎn)中使曲軸在較大 的附加彎曲應力下交變變形破壞。 ②由于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振（在臨界轉(zhuǎn)速下）使曲軸承受過大的附加扭曲應力而破壞。 ③由于爆發(fā)壓力太高或因軸承燒熔，使曲軸受到過大的彎曲載荷或過大扭曲載荷。在柴油機長期超負荷運轉(zhuǎn)，主機多次發(fā)生拉缸、咬缸等事故時，曲軸更易產(chǎn)生裂紋。 ④曲軸坯材中存在白點、夾渣等缺陷或因鍛造工藝不良，使軸頸表面高應力區(qū)產(chǎn)生缺陷，或因熱處理不良產(chǎn)生裂紋源。工作中，在交變負載下，這些地方首先破壞并向外擴展。 ⑤由于設計、制造質(zhì)量低，使軸頸與曲柄過度圓角處或油孔圓角處過度圓角半徑太小或太粗糙，故使應力集中加劇，加 快圓角處破壞。 ⑥由于潤滑油變質(zhì)，酸性物質(zhì)或水 分 對軸表腐蝕，使抗疲勞強度下降。軸表面被磨成粗糙劃痕，則亦會加快裂紋產(chǎn)生。 馮宏偉：柴油機曲軸故障診斷與對策 12 二、 6135 船舶柴油機 曲軸裂紋及斷裂的 分析 實例 ： 曲軸是船舶柴油機最主要的部件之一，它的作用是匯集柴油機各缸所做的功，并以回轉(zhuǎn)運動的方式傳遞出去．由于曲軸受到數(shù)值很大且是周期性變化的扭轉(zhuǎn)、彎曲和壓縮等多種載荷的作用，工作條件非常惡劣，所以不僅對它的加工精度要求非常高，材料也要求具有良好的綜合機械性能和疲勞強度．曲軸造價特別高，一旦損壞，不僅直接影響柴油機的正常運轉(zhuǎn)和船舶的安全航行 ，還會造成巨大的經(jīng)濟損失．目前，人們通常是在設計階段對曲軸進行應力的核算，或者在事故發(fā)生之后對曲軸進行檢查．然而由于安裝調(diào)試誤差、柴油機各缸發(fā)火不均勻、機件的磨損、老化，以及船舶軸系振動失中等原因，曲軸實際應力狀態(tài)難于維持在理論設計狀態(tài) 柴油機曲軸斷裂事故雖不是特別常見，但曲軸出現(xiàn)裂紋的事故卻時有發(fā)生．對曲軸裂紋及斷裂的原因、表現(xiàn)、及預防措施進行研究，可以有效地避免機毀事故，極大地降低事故損失 [6]。 6135 船用柴油機 曲軸裂紋及斷裂故障多屬疲勞破壞。 因為曲軸是一個彈性軸，在回轉(zhuǎn)中受到各缸交變的氣體壓力、往 復慣性力和離心力， 以及由此引起的彎矩和扭矩的作用，發(fā)生強迫扭轉(zhuǎn)振動 ，形成復雜的交變應力和扭轉(zhuǎn)或彎曲振動附加應力，加之曲軸形狀復雜。 疲勞破壞一般可分為三種類型：扭轉(zhuǎn)疲勞破壞、彎曲疲勞破壞和扭轉(zhuǎn)．彎曲疲勞破壞 。 對于 6135 船用柴油機曲軸，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞一般產(chǎn)生在柴油機使用的初期，發(fā)生損壞的部位，一 般從應力集中嚴重的油孔或軸頸過渡圓角處開始出現(xiàn)裂紋，并逐漸沿與軸線約成 45。角的兩個方向在軸頸上延伸，直至發(fā)生斷裂．扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的特征是斷面與軸線成 45。角的傾斜狀，斷面上的裂紋近似為螺旋線 。 6135 船用柴油機 曲 軸的扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂．雖然在曲軸的設計和制造過程中一般都會采取多種措施，調(diào)整曲軸的固有自振力矩的變化頻率，但共振現(xiàn)象仍有可能發(fā)生。這是因為激振力矩中包括氣缸中氣體力產(chǎn)生的周期性變化的力矩、曲柄連桿機構的重力和慣性力的周期性變化的力矩以及曲軸所驅(qū)動的各機構的周期性變化的阻力矩等。其中氣缸中氣體力產(chǎn)生的周期性變化的力矩是使曲軸產(chǎn)生扭振的主要激振力矩。在多缸發(fā)動機上，各缸的氣體壓力產(chǎn)生的周期性變化力矩的大小是否均衡，對激振力矩的變化頻率有著直接的影響，是發(fā)生曲軸共振的潛在威脅。當各缸氣體壓力大小不等時，會在原有的扭振2021 屆輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文 13 諧波中出現(xiàn)一個 因各缸周期性變化的力矩振幅不等而形成的低頻諧波 (各缸氣體壓力大小不等的扭振波形變化每工作循環(huán)重復一次，即這種低頻諧波的變化周期為 720 度 ，正常的變化周期與發(fā)火間隔角相等，為 720。 )。 實踐證明，對曲軸有威脅的是那些振幅值較大、頻率較低的交變力矩 。 多數(shù)柴油機由于燃油系統(tǒng)使用柱塞式噴油泵對各缸供油，正常情況下，各缸的供油量就存在一定程度的不均勻度 (額定轉(zhuǎn)速下的供油量不均勻度應不大于 3％，怠速時供油量不均勻度應不大于 30％ )．在柱塞偶件經(jīng)過長時間磨損后，供油量不均勻現(xiàn)象更為嚴重，因而使各缸最大爆發(fā)壓 力大小不均，所產(chǎn)生的周期性變化的力矩大小也不等，出現(xiàn)嚴重的功率不平衡現(xiàn)象 。 其后果是加劇了曲軸扭轉(zhuǎn)振動的附加應力，容易發(fā)生曲軸扭轉(zhuǎn)疲勞破壞 。 同時，各缸功率大小不均又使得各道主軸承的磨損不均勻，導致曲軸軸線彎曲變形，使曲軸 回轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生過大的附加交變彎曲應力，這是發(fā)生曲軸彎曲疲勞破壞的主要原因之一 。 由于曲軸的第一道和最末一道主軸承的磨損要比中間其它幾道的磨損要小一些，所以交變彎曲應力沿其長度方向的分布是中間和兩端曲柄有較大值，使得曲軸彎曲疲勞破壞經(jīng)常出現(xiàn)在曲軸中間或兩端的曲柄上 。 一般情況下， 曲軸的彎曲疲勞破壞 遠多于扭轉(zhuǎn)疲勞破壞 。 這是由于曲軸的彎曲應力集中系數(shù)比扭轉(zhuǎn)應力集中系數(shù)大，但更主要的是因為曲軸的彎曲應力難于精確計算 。柴油機在運轉(zhuǎn)中由于各道主軸承磨損不均勻致使曲軸軸線彎曲，曲軸變形，產(chǎn)生很大的附加彎曲應力 。 運轉(zhuǎn)中的曲軸各道主軸承磨損量是難以掌握和控制的，因此所致的附加應力也就難以計算和控制 。 相反，曲軸的扭轉(zhuǎn)應力可以通過扭振計算很準確地獲得，并且可以采取有效的減震措施，在柴油機運轉(zhuǎn)中避免扭轉(zhuǎn)過載，因此， 曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞相對的少些 。 曲軸燒蝕現(xiàn)象 曲軸燒蝕，主要由曲軸軸頸與軸瓦間未能形成有效 潤滑油膜，使得曲軸軸頸與軸瓦直接摩擦所 致。當 柴油機 發(fā)生曲軸燒蝕時，會冒白煙，發(fā)出金屬撞擊異響聲，甚至會造成曲軸與軸瓦抱死在一起 而無法轉(zhuǎn)動。 一、 發(fā)生曲軸燒蝕現(xiàn)象的原因和分析： 馮宏偉：柴油機曲軸故障診斷與對策 14 1 機油品質(zhì)差 1)機油品質(zhì)低劣。選用的機油質(zhì)量等級和粘度等級較低，或不同牌號機油進行摻兌使用，造成機 油的使用性能達不到要求 ；機油使用過 程中混入了大量灰塵，以及因柴油機工作溫度過高等使機油氧化變質(zhì)。氧化變質(zhì)的機油呈黑色、無光澤，濃度增大，用兩手指捻機油，感覺機油里有粉塵、雜 質(zhì)等。若發(fā)現(xiàn)所用機油呈現(xiàn)以上現(xiàn)象時，必須及時更換。 2)機油變稀。由于一部分柴油機噴油泵潤滑采用壓力潤滑方式，一旦噴油泵與潤滑油道密封失 效。柴油進入潤滑油腔，將會使柴油機潤滑油稀釋變質(zhì)。此外，若水套有裂紋或有砂眼氣孔，使冷卻 水滲入機油里也會使得機油變稀?？蓹z查柴油機上部零件(缸蓋上平面、氣閥機構、缸蓋罩殼 )是否有水蒸氣或水珠。若發(fā)現(xiàn)使用中 機油容量增加，濃度下降，粘 度降低，并有生油味則說明機油中混入柴油。 2 機油存量不夠、機油壓力較低 機油存量不夠、機油壓力較低，會造成柴油機潤滑機油流量不足，進而不能保證柴油機曲軸軸頸 與軸瓦之間形成潤滑油膜。 可檢查油底殼內(nèi)機油的數(shù)量和機油壓力表的讀數(shù)，進一步檢查機油管路中有無堵塞、泄漏等異常 現(xiàn)象。 3 曲軸軸頸與軸瓦間隙太大或太小 1)曲軸軸頸與軸瓦因間隙太大，致使柴油機機油壓力較低，無法形成足夠潤滑油膜。 2)曲軸軸頸與軸瓦因間隙太小，曲軸軸頸與軸瓦之間油膜厚度不夠或無潤滑油膜。當出現(xiàn)間隙過大或過小時，可用千分尺、量缸表檢查軸頸、軸承孔、軸瓦尺寸，計算其配合間隙， 也可用塞尺直接測量配合間隙。 4 曲軸或缸體的幾何尺寸超差 1)曲軸徑向跳動超差較大，使軸頸與軸瓦間隙小或無間隙，潤滑油膜厚度不夠或無潤滑油 膜。 2)缸體主軸承孔同軸度超差，致使主軸頸與軸瓦間隙太小或無間隙，潤滑油膜厚度不夠或無潤滑油膜。 3)汽缸與主軸承孔垂直度超差，致使連桿軸頸、主軸頸間隙太小或無間隙，潤滑油膜厚度不夠 或無潤滑油膜。在新機或大修后柴油機投入使用時間不長的情況下，往往會形成上述現(xiàn)象。確定幾何尺寸超差部 位可以先用手搖把搖轉(zhuǎn)柴油機曲軸 (旋轉(zhuǎn)費力 )，然后逐缸松卸柴油機主軸承蓋和連桿軸承蓋，再轉(zhuǎn)動 曲軸。2021 屆輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文 15 根據(jù)其旋轉(zhuǎn)曲軸力矩大小，變化差異來具體確定 (但確定超差值的大小，則需解體柴油機，用專用檢具測定 )。 5 曲軸主軸頸、連桿軸頸形狀尺寸超差 曲軸主軸頸、連桿軸頸或缸體主軸承孔、連桿大頭孔圓柱度 或錐度差較大，均會使軸頸與軸瓦間隙斷續(xù) (間斷 )或呈錐形。不能保證形成較好的潤滑油膜。在新機或大修后柴油機投入使用時間不長，易發(fā)生上述現(xiàn)象，可對軸頸尺寸進行測量。若被測軸 頸燒蝕，可測相鄰相應軸頸 (因常規(guī)下相鄰相應軸頸采用同一設備、同一刃具加工，從而可代表燒蝕 軸頸的形狀誤 差 )。 6 曲軸主軸頸、連桿軸頸表面粗糙度超差 由于粗糙度差，在軸頸表面上存在許多金屬棱峰，它破壞了軸頸與軸瓦之間潤滑油膜的完整性和 連續(xù)性。金屬棱峰直接與軸瓦摩擦，造成曲軸燒蝕。 故障常發(fā)生在新機或大修后柴油機投入使用時間不長。若被測軸頸燒蝕，可用粗糙度檢測儀測 量相鄰相應軸頸 (因一般情況下，相鄰相應軸頸采用同一設備、同一刃具加工，從而所測粗糙度可代表其燒蝕軸頸粗糙度 )。 7 曲軸、飛輪、離合器動平衡超差 動平衡超差時，曲軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性力，會使曲軸軸頸與軸瓦配合間隙受到破壞，嚴重時會使 軸頸與軸瓦直接摩擦而造成曲軸燒蝕。 故障一般發(fā)生在機械行駛 10000km 以后，曲軸燒蝕后可清除軸頸上殘留的雜物，重新校檢動平 衡，其不平衡量基本上可表示其燒蝕軸頸動平衡超差量。 8 維護保養(yǎng)不當 柴油機運行一段時間后若不及時進行合理的維護與保養(yǎng)，將造成機