陳毅 張彥龍 桑磊

摘 要：曲軸在使用過程中需要承受氣體強(qiáng)大的爆發(fā)壓力和慣性力的沖擊與離心力的作用，除了其本身具備磨損的特質(zhì)外，還會(huì)產(chǎn)生不正常損傷，軸頸表面出現(xiàn)劃痕拉傷以及燒傷與裂紋，嚴(yán)重的還會(huì)現(xiàn)曲軸變形和斷裂等一系列的故障與事故。本文針對(duì)這部分曲軸損傷問題進(jìn)行相關(guān)分析，并給出了在平日使用過程中的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);曲軸損傷;原因分析

曲軸被當(dāng)成是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)主要的零件之一，發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的所有功率都是由其輸出。在應(yīng)用過程中，曲軸需要承受非常大的氣體壓力和慣性力以及離心力的影響，除了具備磨損的特質(zhì)外，還會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定損傷，軸頸表面出現(xiàn)劃痕拉傷、燒傷和裂紋，導(dǎo)致曲軸產(chǎn)生變形以及斷裂等故障和事故。

1 曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

曲軸飛輪組當(dāng)前主要由曲軸和主軸承以及飛輪等零件構(gòu)成。曲軸自身的主要功用是把連桿傳達(dá)的力轉(zhuǎn)變成扭矩，再通過飛輪對(duì)外完成功率的輸出，并使用齒輪以及皮帶輪完成發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)不同機(jī)構(gòu)以及多個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)工作。

主軸頸通過主軸承進(jìn)行支撐，連桿軸頸繞主軸頸中心線完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲柄連接主軸頸和連桿軸頸，一個(gè)連桿軸頸和兩邊的曲柄組成曲拐。在曲柄的反方向架設(shè)平衡塊，其作用是減少曲軸旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力，降低發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)。

主軸頸與連桿軸頸彼此之間存在斜向油道連接，部分發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿軸頸設(shè)置了離心凈油腔，在曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，進(jìn)入到油腔的雜質(zhì)以及膠體會(huì)被甩出至油腔壁上，經(jīng)過凈化的機(jī)油進(jìn)入到連桿軸頸以及軸瓦。凈油腔所使用的加工孔使用螺塞密封，在使用一段時(shí)間之后，需將螺塞擰下，清洗油腔。

2 曲軸常見損傷

2.1 曲軸軸頸磨損

曲軸軸頸磨損之后和軸瓦配合存在較大的間隙，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的異響，工作狀態(tài)持續(xù)惡化。

主要原因：①機(jī)油過少或機(jī)油里出現(xiàn)硬質(zhì)磨料以及機(jī)油變質(zhì)且包含酸性物質(zhì)。②軸頸和軸瓦配合間隙過大或過小，無法構(gòu)成油膜，出現(xiàn)干摩擦并導(dǎo)致初期磨損。③發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)超負(fù)荷工作，在較熱的狀況下完成做功，加速曲軸磨損。④曲軸在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，因受到離心力影響，機(jī)油內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)朝油孔一側(cè)偏離，變?yōu)槟チ?，使軸頸磨損不勻，出現(xiàn)錐度。⑤連桿彎曲或扭曲以及缸套偏斜，使在曲軸上的作用力出現(xiàn)不勻稱分布，使其出現(xiàn)錐度。

2.2 曲軸軸頸表面劃痕或拉傷

主要原因有：①裝配的過程中忽視清潔度，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)中被帶入渣滓和金屬物等磨粒。②未及時(shí)完成油底殼潤滑油的更換，使?jié)櫥屠飺饺虢饘傥锱c磨粒造成了表面摩擦。③空氣濾清器維護(hù)不適宜，缸套和活塞以及活塞環(huán)磨損間隙提升。

2.3 曲軸軸頸燒傷

軸頸燒傷是指該位置出現(xiàn)發(fā)藍(lán)的一種燒蝕痕跡，燒傷磨損主要是因?yàn)闊叨鴮?dǎo)致的?；谶@種情況，軸頸和軸瓦之間會(huì)出現(xiàn)較大的摩擦，潤滑油膜受到損壞而出現(xiàn)抓粘，局部溫度快速提升而導(dǎo)致軸頸表面氧化呈現(xiàn)出藍(lán)色，使得軸頸表層的硬度減弱。

2.4 曲軸軸頸表面產(chǎn)生裂紋

曲軸裂紋一般出現(xiàn)在曲柄以及軸頸彼此過渡的圓角位置與油孔位置，前者屬于一種徑向裂紋，存在的危害極大，容易產(chǎn)生曲軸折斷，出現(xiàn)嚴(yán)重的毀機(jī)事故;后者則屬于軸向裂紋，主要是沿油孔進(jìn)行軸向發(fā)展。

產(chǎn)生裂紋的原因則是制造以及修理中存在的缺陷和使用不當(dāng)：①使用過程中，軸頸表面相對(duì)粗糙度，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壓痕和劃傷，以及腐蝕與磨坑等缺陷，這一位置屬于應(yīng)力集中的一個(gè)發(fā)源地，如果不能夠快速消除，疲勞裂紋則會(huì)在這里出現(xiàn)并不斷發(fā)展。②潤滑不充分會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)?，?dǎo)致軸向裂紋。③持續(xù)使用，軸頸表面會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞過度，導(dǎo)致圓周方向出現(xiàn)裂紋。④經(jīng)過修磨之后的軸肩圓角半徑相對(duì)較小和過渡不圓滑以及表面具有一定的粗糙度，導(dǎo)致應(yīng)力集中。⑤堆焊對(duì)軸頸進(jìn)行修復(fù)的時(shí)候，在表層會(huì)出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力從而導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

2.5 曲軸斷裂

曲軸斷裂可以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)事故性的損壞，其斷裂的位置有：①在曲軸軸頸相近的圓角交接的曲柄臂位置。②在連桿軸頸過油孔沿著45°的位置。③在連桿軸頸根部以及主軸頸的根部。④飛輪錐形面鍵安裝槽的位置。曲軸斷裂原因較為復(fù)雜，軸頸表面出現(xiàn)的裂紋以及引起曲軸彎曲和扭曲的因素，其都是導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)斷裂的原因。此外，還包含以下的幾個(gè)原因：①曲軸自身的材質(zhì)不佳和制造過程中存在缺陷以及無法保證熱處理質(zhì)量、加工上的粗糙程度無法滿足設(shè)計(jì)要求。②飛輪不平衡，飛輪以及曲軸接盤不同軸，導(dǎo)致飛輪和曲軸之間的平衡被損壞，使曲軸出現(xiàn)一種慣性力，最終造成曲軸的疲勞斷裂。③更換的活塞連桿組重量差超限，使各缸爆發(fā)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安裝過程中，飛輪螺栓以及螺母之間的緊力矩不足，導(dǎo)致飛輪和曲軸連接位置出現(xiàn)松動(dòng)，使飛輪在運(yùn)轉(zhuǎn)上缺少平衡，并出現(xiàn)一種大型的慣性力，使曲軸出現(xiàn)折斷。⑤軸承以及軸頸出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，配合的間隙相對(duì)較大，轉(zhuǎn)速突變的時(shí)候，曲軸被沖擊性載荷影響。

3 預(yù)防措施

（1）有效保養(yǎng)，保證潤滑油的質(zhì)量;在進(jìn)行裝配維修的過程中，保證軸頸和軸瓦之間的配合間隙準(zhǔn)確;防止發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修的過程中，一定要對(duì)曲軸應(yīng)力集中部位進(jìn)行裂紋檢查，出現(xiàn)損傷需要立即修復(fù)。

（3）光磨曲軸的過程中需要使軸頸以及曲柄連接位置形成過渡圓角，保證其無法磨成尖角，否則會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的應(yīng)力，造成曲軸斷損。

（4）注意曲軸與飛輪和離合器彼此的平衡，離合器總成要求在飛輪上安裝，同時(shí)還需要對(duì)螺栓位置放置墊片，切忌產(chǎn)生抖振，預(yù)防使軸工作的情況惡化。

（5）定期檢查軸承與飛輪等件固定螺栓之間的預(yù)緊力。在對(duì)曲軸主軸承蓋螺母進(jìn)行擰緊的過程中，要求參照規(guī)定的扭矩以及次序?qū)ζ溥M(jìn)行擰緊。

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