【正文】 通過分析船舶柴油機(jī)曲軸的各種故障現(xiàn)象： 連桿軸頸的磨損 、曲軸燒蝕現(xiàn)象 、 曲軸的彎曲與扭曲 、 曲軸的裂紋和折斷 、 連桿軸頸表面缺陷 等常見故障， 研究柴油機(jī)曲軸故障分析和修復(fù)工藝，以保證柴油機(jī) 曲軸在工作中高質(zhì)量、高安全、高穩(wěn)定的運行，避免重大事故的發(fā)生，保護(hù)人身財產(chǎn)安全。曲軸工作條件十分惡劣，在這種工作條件下，曲軸就會發(fā)生一系列的故障和問題。 曲軸的工作條件惡劣表現(xiàn)在： 曲軸受到很大的交變扭力、彎曲力、壓力、離心力和拉力的共同作用。 曲軸在工作過程中 面臨著 受力復(fù)雜，應(yīng)力集中，軸頸磨損嚴(yán)重等眾多難題。 發(fā)動機(jī)運行一定時間后 , 曲軸連桿軸頸表面會產(chǎn)生劃痕、燒傷、硬度下降等缺陷。連桿軸頸表面會產(chǎn)生劃痕 , 是潤滑油不清潔、濾清效果不好造成的。安裝后，自重使主軸頸座貼于主軸承下瓦表面。當(dāng)各主軸承中心高低不一時，安裝后的曲軸中心線就不是一根平直線而是呈彎曲弧線。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。方向 向軸頸發(fā)展。 本篇論文的寫作主旨就是通過分析船舶柴油機(jī)曲軸的各種故障現(xiàn)象： 連桿軸頸的磨損、曲軸燒蝕現(xiàn)象、曲軸的彎曲與扭曲、曲軸的裂紋和折斷、連桿軸頸表面缺陷等常見故障， 研究柴油機(jī)曲軸故障分析和修復(fù)工藝，以保證柴油機(jī)曲軸在工作中高質(zhì)量、高安全、高穩(wěn)定的運行，避免重大事故的發(fā)生，保護(hù)人身財產(chǎn)安全。 船舶柴油機(jī)曲軸 以及曲軸的作用 船舶柴油機(jī)曲軸是船舶柴油機(jī) 的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下（往復(fù)）運動變成循環(huán)（旋轉(zhuǎn)）運動。 （如圖 ）主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸 活塞 連接，是一個典型的 曲柄 滑塊機(jī)構(gòu)。 柴油機(jī)曲軸是柴油機(jī)當(dāng)中的 主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件， 它是船舶柴油機(jī)最主要的部件之一，造價高，它的造價占整部柴油機(jī)總造價的 1/4 左右，主要有主軸頸、曲柄臂和曲柄銷組成[1]。 曲軸是柴油機(jī)的重要運動件之一 , 它是由主軸頸、曲柄臂和曲柄銷等組成的。(2) 活塞連桿組上、下往復(fù)的運動質(zhì)量慣性力 。( 4) 由各曲柄傳 遞來的扭矩及反扭矩 , 相互作用于曲軸不同轉(zhuǎn)角位置上 , 具有不同的大小和方向 。(6) 機(jī)體軸承孔的不同心度 , 軸頸和軸承磨損、變形產(chǎn)生的階梯度以及機(jī)體變形引起的附加應(yīng)力 。因此 , 要求曲軸必須具有足夠的疲勞強(qiáng)度、較高的彎曲強(qiáng)度和剛度以及扭轉(zhuǎn)剛度和加工精度 , 并具有一定的自振頻率 。 第 2 章 船舶柴油機(jī)曲軸常見的故障診斷 方法 和產(chǎn)生原因 故障診斷技術(shù)是 20 世紀(jì)六七十年代產(chǎn)生并發(fā)展 起來的一門綜合性邊緣科學(xué)，是研究機(jī)器或者機(jī)組運行狀態(tài)在診斷信息中的反應(yīng)，其研究內(nèi)容包括對機(jī)器運行現(xiàn)狀的識別診斷，對其運行過程的檢測以及運行發(fā)展趨勢的預(yù)測等三個方面。比如船舶柴油機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的性能參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速，零件尺寸變化，振動和噪聲，滑油中的磨損產(chǎn)物等均是故障診斷的部位、原因和后果等 做 出正確的診斷。 軸頸的磨損 現(xiàn)象 一、曲軸 軸頸的磨損現(xiàn)象的原因分析： 曲軸軸頸表面輕微磨損表現(xiàn)為表面擦痕，劃痕變粗糙。 它的 處理 方法 有傷痕時應(yīng)用砂布，油石或修磨夾具加以去除，并應(yīng)拋光，以減少造成應(yīng)力集中源的可能。 2) 曲軸中間主軸頸因受兩個相鄰氣缸作用，故磨損量比兩端的大些。 二 、 6135 柴油機(jī)曲軸磨損故障分析 ： 我國的大部分國內(nèi)中小型船舶 , 大都采用 135系列 柴油機(jī)作為發(fā)動機(jī) , 特別是 6135 柴油機(jī)機(jī)用量比例更大 , 現(xiàn)就 6135 柴油機(jī)曲軸故障及修理做一簡述。這種曲軸制造方便 ， 使用中若發(fā)現(xiàn)某曲拐損壞 , 可單獨更換損壞的曲拐 , 而無需將整根曲軸報廢。 6135 柴油機(jī)的主軸承采用滾動軸承 , 主軸頸無磨損 。其磨損的主要部位 , 在連桿軸頸彼此相對的內(nèi)側(cè)表面上。這些情況與曲軸工作條件和修理裝配情況有關(guān)。因此 , 6135 柴油機(jī)在工作 200 h( 或相應(yīng)的公里數(shù) ) 后 , 應(yīng)拆洗刮片或粗濾器的濾芯和離心式細(xì)濾器的轉(zhuǎn)子。因此 , 修理時必須留有合適的間隙 , 并保證運行時有足夠的潤滑油流量 , 以帶走因 摩擦而產(chǎn)生的熱量。 曲軸的彎曲與扭曲現(xiàn)象 曲軸的基本工作載荷是彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷；對內(nèi)不平衡的發(fā)動機(jī)曲軸還承受內(nèi)彎矩和剪力；未采取扭轉(zhuǎn)振動減振措施的曲軸還可能 承受 著幅值較大的扭轉(zhuǎn)振動彈性力矩。實踐表明，彎曲載荷具有決定性作用，彎曲疲勞失效是主要破壞形式。它的功用是把氣缸中所作的功，通過活塞連桿匯總后以旋轉(zhuǎn)運動形式輸 出。 大、中型柴油機(jī)的曲軸較細(xì)長，剛性較低。因此各主軸承孔的中心連線就是各主軸頸中心的連線 —— 實際軸線。 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對策 6 若存在撓曲，曲軸在回轉(zhuǎn)一周中，兩個曲柄臂之間的距離（簡稱臂距）就會發(fā)生變化。若曲軸軸線呈上拱撓曲，則情況相反 [5]。 由于這種彎曲應(yīng)力與氣缸內(nèi)氣體壓力無直接關(guān)系，故稱附加彎曲應(yīng)力，其數(shù)值大小難以精確計算與控制，但其反復(fù)作用是引起曲軸產(chǎn)生彎曲疲勞斷裂的主要起因，所以在安裝、管理中應(yīng)該嚴(yán)加監(jiān)視和嚴(yán)格限制。 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對策 8 6135 柴油機(jī)曲軸 根據(jù)臂距差判斷主軸承的高低 實例 定性判斷方法 主要有 ： 1） 分析法 對臂距差、軸線狀態(tài)和軸承位置基本關(guān)系分析軸承高度： 當(dāng)測得臂距差△⊥＞ 0→該曲柄軸線呈塌腰形狀態(tài)，兩主軸承低于相鄰軸承；△⊥＜ 0 軸線呈拱腰形狀態(tài)，兩主軸承高于相鄰軸承。 2） 橋規(guī)法 （ 1）以機(jī)座上平面為基準(zhǔn)，測取主軸頸距橋規(guī)的距離； ? 將曲柄轉(zhuǎn)至上止點測量， （或測取 0、 90、 180、 270176。 （ 2）主軸頸的下沉量 ? 測取的橋規(guī)值與初始的橋規(guī)值之差為下沉量。 3） 臂距差法 （ 1）經(jīng)驗判斷法 ①以端部曲柄開始 (自由端、或拆去飛輪的飛輪端 )。 （ 2）簡單作圖法 以 7 號 缸機(jī)為例 ， 其臂距差值△⊥為： 曲柄號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ △⊥ + + + + + 作圖步驟： 2021 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)論文 9 圖中，第 5 道主軸承位置最高，第 7 道主軸承位置最低。 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對策 10 ? 過首、尾端主軸承中點畫主軸承中線分別與曲軸軸線相交于一點，自該點分別向上截取線段等 于各自的橋規(guī)值，連接首、尾橋規(guī)值線段終點的直線即為基準(zhǔn)線。 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，此法簡便、合理。 ? 此法簡便，為近似方法。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。方向 向軸頸發(fā)展。 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(jī)上。彎曲疲勞損壞多于扭曲疲勞損壞 [6]。 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。在柴油機(jī)長期超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，主機(jī)多次發(fā)生拉缸、咬缸等事故時，曲軸更易產(chǎn)生裂紋。工作中，在交變負(fù)載下，這些地方首先破壞并向外擴(kuò)展。 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(qiáng)度下降。 馮宏偉：柴油機(jī)曲軸故障診斷與對策 12 二、 6135 船舶柴油機(jī) 曲軸裂紋及斷裂的 分析 實例 ： 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(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度．曲軸造價特別高，一旦損壞，不僅直接影響柴油機(jī)的正常運轉(zhuǎn)和船舶的安全航行 ，還會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失．目前，人們通常是在設(shè)計階段對曲軸進(jìn)行應(yīng)力的核算，或者在事故發(fā)生之后對曲軸進(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，以及船舶軸系振動失中等原因，曲軸實際應(yīng)力狀態(tài)難于維持在理論設(shè)計狀態(tài) 柴油機(jī)曲軸斷裂事故雖不是特別常見，但曲軸出現(xiàn)裂紋的事故卻時有發(fā)生．對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]。 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(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 ，形成復(fù)雜的交變應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)或彎曲振動附加應(yīng)力，加之曲軸形狀復(fù)雜。 對于 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。角的傾斜狀，斷面上的裂紋近似為螺旋線 。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(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)動的各機(jī)構(gòu)的周期性變化的阻力矩等。在多缸發(fā)動機(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。 )。 多數(shù)柴油機(jī)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(yīng)不大于 3％，怠速時供油量不均勻度應(yīng)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(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 。 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(dǎo)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(yīng)力，這是發(fā)生曲軸彎曲疲勞破壞的主要原因之一 。 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 。柴油機(jī)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(yīng)力 。 相反，曲軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力可以通過扭振計算很準(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 。當(dāng) 柴油機(jī) 發(fā)生曲軸燒蝕時，會冒白煙，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。選用的機(jī)油質(zhì)量等級和粘度等級較低，或不同牌號機(jī)油進(jìn)行摻兌使用，造成機(jī) 油的使用性能達(dá)