发动机曲轴的常见损伤检修初探

陈毅 张彦龙 桑磊

摘 要：曲轴在使用过程中需要承受气体强大的爆发压力和惯性力的冲击与离心力的作用，除了其本身具备磨损的特质外，还会产生不正常损伤，轴颈表面出现划痕拉伤以及烧伤与裂纹，严重的还会现曲轴变形和断裂等一系列的故障与事故。本文针对这部分曲轴损伤问题进行相关分析，并给出了在平日使用过程中的预防措施。

关键词：发动机;曲轴损伤;原因分析

曲轴被当成是当前发动机主要的零件之一，发动机当前的所有功率都是由其输出。在应用过程中，曲轴需要承受非常大的气体压力和惯性力以及离心力的影响，除了具备磨损的特质外，还会产生不稳定损伤，轴颈表面出现划痕拉伤、烧伤和裂纹，导致曲轴产生变形以及断裂等故障和事故。

1 曲轴的结构特点

曲轴飞轮组当前主要由曲轴和主轴承以及飞轮等零件构成。曲轴自身的主要功用是把连杆传达的力转变成扭矩，再通过飞轮对外完成功率的输出，并使用齿轮以及皮带轮完成发动机多个不同机构以及多个系统的驱动工作。

主轴颈通过主轴承进行支撑，连杆轴颈绕主轴颈中心线完成旋转运动。曲柄连接主轴颈和连杆轴颈，一个连杆轴颈和两边的曲柄组成曲拐。在曲柄的反方向架设平衡块，其作用是减少曲轴旋转过程中产生的离心力，降低发动机产生的振动。

主轴颈与连杆轴颈彼此之间存在斜向油道连接，部分发动机曲轴连杆轴颈设置了离心净油腔，在曲轴进行旋转的时候，进入到油腔的杂质以及胶体会被甩出至油腔壁上，经过净化的机油进入到连杆轴颈以及轴瓦。净油腔所使用的加工孔使用螺塞密封，在使用一段时间之后，需将螺塞拧下，清洗油腔。

2 曲轴常见损伤

2.1 曲轴轴颈磨损

曲轴轴颈磨损之后和轴瓦配合存在较大的间隙，运转过程中产生较大的异响，工作状态持续恶化。

主要原因：①机油过少或机油里出现硬质磨料以及机油变质且包含酸性物质。②轴颈和轴瓦配合间隙过大或过小，无法构成油膜，出现干摩擦并导致初期磨损。③发动机持续超负荷工作，在较热的状况下完成做功，加速曲轴磨损。④曲轴在进行旋转时，因受到离心力影响，机油内的机械杂质朝油孔一侧偏离，变为磨料，使轴颈磨损不匀，出现锥度。⑤连杆弯曲或扭曲以及缸套偏斜，使在曲轴上的作用力出现不匀称分布，使其出现锥度。

2.2 曲轴轴颈表面划痕或拉伤

主要原因有：①装配的过程中忽视清洁度，导致发动机中被带入渣滓和金属物等磨粒。②未及时完成油底壳润滑油的更换，使润滑油里掺入金属物与磨粒造成了表面摩擦。③空气滤清器维护不适宜，缸套和活塞以及活塞环磨损间隙提升。

2.3 曲轴轴颈烧伤

轴颈烧伤是指该位置出现发蓝的一种烧蚀痕迹，烧伤磨损主要是因为烧瓦而导致的。基于这种情况，轴颈和轴瓦之间会出现较大的摩擦，润滑油膜受到损坏而出现抓粘，局部溫度快速提升而导致轴颈表面氧化呈现出蓝色，使得轴颈表层的硬度减弱。

2.4 曲轴轴颈表面产生裂纹

曲轴裂纹一般出现在曲柄以及轴颈彼此过渡的圆角位置与油孔位置，前者属于一种径向裂纹，存在的危害极大，容易产生曲轴折断，出现严重的毁机事故;后者则属于轴向裂纹，主要是沿油孔进行轴向发展。

产生裂纹的原因则是制造以及修理中存在的缺陷和使用不当：①使用过程中，轴颈表面相对粗糙度，经常会出现压痕和划伤，以及腐蚀与磨坑等缺陷，这一位置属于应力集中的一个发源地，如果不能够快速消除，疲劳裂纹则会在这里出现并不断发展。②润滑不充分会出现严重烧瓦，导致轴向裂纹。③持续使用，轴颈表面会出现金属疲劳过度，导致圆周方向出现裂纹。④经过修磨之后的轴肩圆角半径相对较小和过渡不圆滑以及表面具有一定的粗糙度，导致应力集中。⑤堆焊对轴颈进行修复的时候，在表层会出现较大的残余应力从而导致裂纹出现。

2.5 曲轴断裂

曲轴断裂可以导致发动机事故性的损坏，其断裂的位置有：①在曲轴轴颈相近的圆角交接的曲柄臂位置。②在连杆轴颈过油孔沿着45°的位置。③在连杆轴颈根部以及主轴颈的根部。④飞轮锥形面键安装槽的位置。曲轴断裂原因较为复杂，轴颈表面出现的裂纹以及引起曲轴弯曲和扭曲的因素，其都是导致曲轴出现断裂的原因。此外，还包含以下的几个原因：①曲轴自身的材质不佳和制造过程中存在缺陷以及无法保证热处理质量、加工上的粗糙程度无法满足设计要求。②飞轮不平衡，飞轮以及曲轴接盘不同轴，导致飞轮和曲轴之间的平衡被损坏，使曲轴出现一种惯性力，最终造成曲轴的疲劳断裂。③更换的活塞连杆组重量差超限，使各缸爆发力和惯性力大小不一致，曲轴各轴颈受力不平衡，引起曲轴断裂。④安装过程中，飞轮螺栓以及螺母之间的紧力矩不足，导致飞轮和曲轴连接位置出现松动，使飞轮在运转上缺少平衡，并出现一种大型的惯性力，使曲轴出现折断。⑤轴承以及轴颈出现较为严重的磨损，配合的间隙相对较大，转速突变的时候，曲轴被冲击性载荷影响。

3 预防措施

（1）有效保养，保证润滑油的质量;在进行装配维修的过程中，保证轴颈和轴瓦之间的配合间隙准确;防止发动机持续超负荷运转。

（2）在对发动机进行检修的过程中，一定要对曲轴应力集中部位进行裂纹检查，出现损伤需要立即修复。

（3）光磨曲轴的过程中需要使轴颈以及曲柄连接位置形成过渡圆角，保证其无法磨成尖角，否则会产生较为严重的应力，造成曲轴断损。

（4）注意曲轴与飞轮和离合器彼此的平衡，离合器总成要求在飞轮上安装，同时还需要对螺栓位置放置垫片，切忌产生抖振，预防使轴工作的情况恶化。

（5）定期检查轴承与飞轮等件固定螺栓之间的预紧力。在对曲轴主轴承盖螺母进行拧紧的过程中，要求参照规定的扭矩以及次序对其进行拧紧。

参考文献：

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[2]王玄，陶建峰，张峰榕等.基于预测控制的单向比例泵控非对称液压缸系统控制方法[J].上海交通大学学报，2016（05）.