发动机曲轴的失效及修复方法

磨界之神

发动机曲轴的失效及修复方法 / R( m% K- M* |' b/ x( w) {一、曲轴的损伤形式及检查 & K% F2 T N$ A. s3 _! P 曲轴常见损伤形式有轴颈磨损、裂纹、烧伤、弯曲或断裂等。 ' T# ^4 J' m2 `! d7 f' b 1、轴颈的磨损及检查 $ L( P! L% i: c0 H B1 k0 P8 P & Q: Y( ?+ M! g2 e3 S1 c' G0 T轴颈表面的磨损是不均匀的，磨损后的轴颈出现圆度和圆柱度误差。主轴颈与连杆轴颈的最大磨损部位相互对应，即各主轴颈的最大磨损靠近连杆轴颈一侧，而连杆轴颈的最大磨损也靠近主轴颈一侧，如图1。另外，轴颈还有沿轴向的锥形磨损。轴颈的椭圆形磨损是由于作用于轴颈上的力沿圆周方向分布不均匀引起的。发动机工作时，连杆轴颈所受的综合作用力始终作用在连杆轴颈的内侧，方向沿曲柄半径向外，造成连杆轴颈内侧磨损最大，形成椭圆形。连杆轴颈产生锥形磨损的原因是由于通向连杆轴颈的油道是倾斜的，当曲轴回转时，在离心力的作用下，润滑油中的机械杂质聚集在连杆轴颈的一侧，使该侧轴颈磨损加快，导致磨损呈锥形。此外，连杆弯曲、气缸中心线与曲轴中心线不垂直等原因都会使轴颈沿轴向受力不均而使磨损偏斜。主轴颈的磨损主要是由于受到连杆、连杆轴颈及曲柄臂离心力的影响，使靠近连杆轴颈的一侧与轴承产生的相对磨损较大。 * S; n% p! b2 J: ~" |* }0 n 曲轴轴颈的磨损可用外径千分尺测量，在每个轴颈上取两个截面（Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ），在每个截面上取和曲轴平行及其垂直的两个方向（A-A和B-B），如图2。然后计算轴颈的磨损量、圆度和圆柱度误差[1-2]。 1 l; P3 U" I- w) m ! _9 q: [# W( }0 Y0 f A/ I2、曲轴的弯曲及扭曲 当曲轴的弯曲度超过0.1mm（有的为0.2mm）时，应进行校正。测量时将曲轴主轴颈放置在检验平板上两个等高V型铁上。将千分表的表盘定在“0”位置并将其触头触及中间主轴颈表面，缓慢转动曲轴，千分表最大示值的一半即为曲轴的弯曲度。 3 K& R5 r7 z, d) q- s扭曲检查时，曲轴的放置与弯曲检查相同。检查时，将曲柄臂置于水平位置，用千分表测量同一平面内第一缸和最后一缸的连杆轴颈高度，其差值即为曲轴的扭曲度。 3 [2 T( e* l) Y% O2 Z# ~ $ m3 M+ o0 Z) {6 J: q) N+ ~3、裂纹检查 2 E$ G5 `5 q, e7 i由于应力集中在轴颈圆角部位和油孔周围易产生裂纹，裂纹的存在会导致曲轴的断裂。因此，要用探伤仪（如磁粉探伤仪、超声波探伤仪等）来检测是否存在裂纹。若有环形裂纹或裂纹长度超过20mm的纵向裂纹，应用凿子或气割枪吹掉[3]，经电弧焊补后再采取相应的措施。 3 O- i5 U& q* O! y此外，轴颈表面还可能出现擦伤与烧伤。擦伤主要是由于机油不清洁引起的。烧伤是由于润滑不足、机油过稀或油路阻塞等原因造成烧瓦引起的。 3 s4 \$ F8 U# K* @9 w- n( u 二、曲轴轴颈修复工艺 & M5 C& z3 z6 c/ @5 h# |一般来说，轴颈直径在80mm以下圆度及圆柱度误差超过0.025mm，或直径在80mm以上圆度及圆柱度误差超过0.040mm的曲轴，均应按规定尺寸（修理尺寸）进行修磨。当轴颈磨损严重，采用修理尺寸法不能达到修理效果时，应采用涂层技术修复后再磨削至规定的尺寸或修理尺寸。 【修理尺寸法】 修理尺寸法是修复配合副零件磨损的一种常用方法，他是将待修配合副中的一个零件利用机械加工的方法使其恢复正确形状并获得新的修理尺寸，然后选配具有相应尺寸的另一个零件与之相配，恢复配合性质的一种修理方法。对于磨损量不大的曲轴，可采用磨削的方法使其达到修理尺寸[3]。 . }& l! H5 W. K, d9 ^ " C+ m; G) V2 _' ~对具有弯曲变形的曲轴，在磨削前，必须先进行校正。曲轴的磨削通常在曲轴磨床上进行的。曲轴的磨削除了轴颈表面尺寸精度和表面粗糙度符合技术要求外，还必须达到形位公差的要求：磨削曲轴时必须保证主轴颈和连杆轴颈各轴心线的同轴度以及两轴心线间的平行度，限制曲柄半径误差并保证连杆轴颈相互位置夹角的精度。 ; k5 [; {/ C' }( \* {6 z2 |, `对于连杆轴颈可采用偏心磨削法和同心磨削法。同心磨削法就是磨削后保持连杆轴颈的轴线位置不变，即曲柄半径和分配角不变。柴油机曲轴磨削时常采用同心法。偏心磨削法是按磨损后的连杆轴颈表面来定位磨削的。这时轴颈的中心线位置和曲柄半径均发生了变化，一般磨削后曲柄半径大于原曲柄半径，使压缩比增大，而且各缸变化不均匀，同时使整个曲轴的质量中心不处于曲轴主轴颈中心线上，引起曲轴不平衡，造成转动时的附加动载荷。因此，在连杆轴颈磨削时，应尽量减少曲柄半径的增加量，保证同位连杆轴颈轴心线的同轴度误差不大于±0.10mm，以保证曲轴运转中的平衡。