【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(zhǔn)線 ? 圖中以第 7 道主軸承的連線 XX 作為基準(zhǔn)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(jiǎn)便、合理。 ③用首、尾主軸承中線與曲軸軸線的交點(diǎn)連線作為基準(zhǔn)線 。 ? 此法簡(jiǎn)便，為近似方法。 曲軸的裂紋和折斷現(xiàn)象 曲軸斷裂是機(jī)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(yīng)力復(fù)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(shí)間較長(zhǎng)的柴油機(jī)上。扭曲疲勞損壞一般出現(xiàn)在柴油機(jī)2021 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)論文 11 運(yùn)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(shí)際原因主要有： ①主軸承磨損不均，船體及機(jī)座變形等造成曲軸撓曲變形，運(yùn)轉(zhuǎn)中使曲軸在較大 的附加彎曲應(yīng)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(yīng)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(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)多次發(fā)生拉缸、咬缸等事故時(shí)，曲軸更易產(chǎn)生裂紋。 ④曲軸坯材中存在白點(diǎn)、夾渣等缺陷或因鍛造工藝不良，使軸頸表面高應(yīng)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(fù)載下，這些地方首先破壞并向外擴(kuò)展。 ⑤由于設(shè)計(jì)、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(yīng)力集中加劇，加 快圓角處破壞。 ⑥由于潤(rùn)滑油變質(zhì)，酸性物質(zhì)或水 分 對(duì)軸表腐蝕，使抗疲勞強(qiáng)度下降。軸表面被磨成粗糙劃痕，則亦會(huì)加快裂紋產(chǎn)生。 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對(duì)策 12 二、 6135 船舶柴油機(jī) 曲軸裂紋及斷裂的 分析 實(shí)例 ： 曲軸是船舶柴油機(jī)最主要的部件之一，它的作用是匯集柴油機(jī)各缸所做的功，并以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(duì)它的加工精度要求非常高，材料也要求具有良好的綜合機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度．曲軸造價(jià)特別高，一旦損壞，不僅直接影響柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船舶的安全航行 ，還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失．目前，人們通常是在設(shè)計(jì)階段對(duì)曲軸進(jìn)行應(yīng)力的核算，或者在事故發(fā)生之后對(duì)曲軸進(jìn)行檢查．然而由于安裝調(diào)試誤差、柴油機(jī)各缸發(fā)火不均勻、機(jī)件的磨損、老化，以及船舶軸系振動(dòng)失中等原因，曲軸實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)難于維持在理論設(shè)計(jì)狀態(tài) 柴油機(jī)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(shí)有發(fā)生．對(duì)曲軸裂紋及斷裂的原因、表現(xiàn)、及預(yù)防措施進(jìn)行研究，可以有效地避免機(jī)毀事故，極大地降低事故損失 [6]。 6135 船用柴油機(jī) 曲軸裂紋及斷裂故障多屬疲勞破壞。 因?yàn)榍S是一個(gè)彈性軸，在回轉(zhuǎn)中受到各缸交變的氣體壓力、往 復(fù)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(qiáng)迫扭轉(zhuǎn)振動(dòng) ，形成復(fù)雜的交變應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)或彎曲振動(dòng)附加應(yīng)力，加之曲軸形狀復(fù)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(duì)于 6135 船用柴油機(jī)曲軸，扭轉(zhuǎn)疲勞破壞一般產(chǎn)生在柴油機(jī)使用的初期，發(fā)生損壞的部位，一 般從應(yīng)力集中嚴(yán)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(gè)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(jī) 曲 軸的扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂．雖然在曲軸的設(shè)計(jì)和制造過程中一般都會(huì)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?yàn)榧ふ窳刂邪飧字袣怏w力產(chǎn)生的周期性變化的力矩、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的重力和慣性力的周期性變化的力矩以及曲軸所驅(qū)動(dòng)的各機(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)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(duì)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(dāng)各缸氣體壓力大小不等時(shí)，會(huì)在原有的扭振2021 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)論文 13 諧波中出現(xiàn)一個(gè) 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(fù)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(shí)踐證明，對(duì)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(jī)由于燃油系統(tǒng)使用柱塞式噴油泵對(duì)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(yīng)不大于 3％，怠速時(shí)供油量不均勻度應(yīng)不大于 30％ )．在柱塞偶件經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間磨損后，供油量不均勻現(xiàn)象更為嚴(yán)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(yán)重的功率不平衡現(xiàn)象 。 其后果是加劇了曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的附加應(yīng)力，容易發(fā)生曲軸扭轉(zhuǎn)疲勞破壞 。 同時(shí)，各缸功率大小不均又使得各道主軸承的磨損不均勻，導(dǎo)致曲軸軸線彎曲變形，使曲軸 回轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生過大的附加交變彎曲應(yīng)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(yīng)力沿其長(zhǎng)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(yuǎn)多于扭轉(zhuǎn)疲勞破壞 。 這是由于曲軸的彎曲應(yīng)力集中系數(shù)比扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù)大，但更主要的是因?yàn)榍S的彎曲應(yīng)力難于精確計(jì)算 。柴油機(jī)在運(yùn)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(yīng)力 。 運(yùn)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(yīng)力也就難以計(jì)算和控制 。 相反，曲軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可以通過扭振計(jì)算很準(zhǔn)確地獲得，并且可以采取有效的減震措施，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中避免扭轉(zhuǎn)過載，因此， 曲軸的扭轉(zhuǎn)疲勞破壞相對(duì)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(rùn)滑油膜，使得曲軸軸頸與軸瓦直接摩擦所 致。當(dāng) 柴油機(jī) 發(fā)生曲軸燒蝕時(shí)，會(huì)冒白煙，發(fā)出金屬撞擊異響聲，甚至?xí)斐汕S與軸瓦抱死在一起 而無法轉(zhuǎn)動(dòng)。 一、 發(fā)生曲軸燒蝕現(xiàn)象的原因和分析： 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對(duì)策 14 1 機(jī)油品質(zhì)差 1)機(jī)油品質(zhì)低劣。選用的機(jī)油質(zhì)量等級(jí)和粘度等級(jí)較低，或不同牌號(hào)機(jī)油進(jìn)行摻兌使用，造成機(jī) 油的使用性能達(dá)不到要求 ；機(jī)油使用過 程中混入了大量灰塵，以及因柴油機(jī)工作溫度過高等使機(jī)油氧化變質(zhì)。氧化變質(zhì)的機(jī)油呈黑色、無光澤，濃度增大，用兩手指捻機(jī)油，感覺機(jī)油里有粉塵、雜 質(zhì)等。若發(fā)現(xiàn)所用機(jī)油呈現(xiàn)以上現(xiàn)象時(shí)，必須及時(shí)更換。 2)機(jī)油變稀。由于一部分柴油機(jī)噴油泵潤(rùn)滑采用壓力潤(rùn)滑方式，一旦噴油泵與潤(rùn)滑油道密封失 效。柴油進(jìn)入潤(rùn)滑油腔，將會(huì)使柴油機(jī)潤(rùn)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(jī)油里也會(huì)使得機(jī)油變稀?？蓹z查柴油機(jī)上部零件(缸蓋上平面、氣閥機(jī)構(gòu)、缸蓋罩殼 )是否有水蒸氣或水珠。若發(fā)現(xiàn)使用中 機(jī)油容量增加，濃度下降，粘 度降低，并有生油味則說明機(jī)油中混入柴油。 2 機(jī)油存量不夠、機(jī)油壓力較低 機(jī)油存量不夠、機(jī)油壓力較低，會(huì)造成柴油機(jī)潤(rùn)滑機(jī)油流量不足，進(jìn)而不能保證柴油機(jī)曲軸軸頸 與軸瓦之間形成潤(rùn)滑油膜。 可檢查油底殼內(nèi)機(jī)油的數(shù)量和機(jī)油壓力表的讀數(shù)，進(jìn)一步檢查機(jī)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(jī)機(jī)油壓力較低，無法形成足夠潤(rùn)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(rùn)滑油膜。當(dāng)出現(xiàn)間隙過大或過小時(shí)，可用千分尺、量缸表檢查軸頸、軸承孔、軸瓦尺寸，計(jì)算其配合間隙， 也可用塞尺直接測(cè)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(dòng)超差較大，使軸頸與軸瓦間隙小或無間隙，潤(rùn)滑油膜厚度不夠或無潤(rùn)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(rùn)滑油膜厚度不夠或無潤(rùn)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(rùn)滑油膜厚度不夠 或無潤(rùn)滑油膜。在新機(jī)或大修后柴油機(jī)投入使用時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，往往會(huì)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(jī)曲軸 (旋轉(zhuǎn)費(fèi)力 )，然后逐缸松卸柴油機(jī)主軸承蓋和連桿軸承蓋，再轉(zhuǎn)動(dòng) 曲軸。2021 屆輪機(jī)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(jī)，用專用檢具測(cè)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(huì)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(rùn)滑油膜。在新機(jī)或大修后柴油機(jī)投入使用時(shí)間不長(zhǎng)，易發(fā)生上述現(xiàn)象，可對(duì)軸頸尺寸進(jìn)行測(cè)量。若被測(cè)軸 頸燒蝕，可測(cè)相鄰相應(yīng)軸頸 (因常規(guī)下相鄰相應(yīng)軸頸采用同一設(shè)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(rùn)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(jī)或大修后柴油機(jī)投入使用時(shí)間不長(zhǎng)。若被測(cè)軸頸燒蝕，可用粗糙度檢測(cè)儀測(cè) 量相鄰相應(yīng)軸頸 (因一般情況下，相鄰相應(yīng)軸頸采用同一設(shè)備、同一刃具加工，從而所測(cè)粗糙度可代表其燒蝕軸頸粗糙度 )。 7 曲軸、飛輪、離合器動(dòng)平衡超差 動(dòng)平衡超差時(shí)，曲軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性力，會(huì)使曲軸軸頸與軸瓦配合間隙受到破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(jī)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(dòng)平 衡，其不平衡量基本上可表示其燒蝕軸頸動(dòng)平衡超差量。 8 維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng) 柴油機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后若不及時(shí)進(jìn)行合理的維護(hù)與保養(yǎng)，將造成機(jī)