柴油发动机曲轴断裂的原因分析

翟志强 

1、不平衡载荷的影响

(1)不平衡重量。在磨曲轴时，连杆轴颈尺寸变小后，与原始出厂相比，重量会减小。

(2)不平衡力臂。曲轴弯曲所采用的磨主轴颈的方法来保证各个主轴颈的同心度工艺，会导致主轴重量减小，主轴轴线向曲柄方向平移，产生不平衡力臂。

(3)不平衡转矩。不平衡重量和不平衡力臂导致不平衡转矩产生。曲轴旋转运动时，不平衡转矩加剧了曲轴的扭振作用。 在柴油机曲轴的修理过程中，不平衡离心力对曲轴的工作影响不可忽视，应想办法消除不平衡离心力对曲轴寿命的影响。

2、扭振临界转速的影响

柴油机运转时，曲轴系统受到大小和方向周期性变化着的气体压力和运动零件惯性力的作用，这些力会使曲轴相对于飞轮发生扭转变形而引起扭振，即强制振动。柴油机运转时，易在工作转速范围内发生强烈共振，发生共振时的曲轴转速即临界转速，轻则引发较大的噪声，加剧与曲轴相连齿轮系的磨损，重则使曲轴扭断。柴油机曲轴的自振频率是8000次／min左右，当柴油机的转速为临界转速的某一分数时，曲轴的扭振振幅也可以超出允许限度。如果柴油机工作过程中，把其转速设置在主临界转速次临界转速这两个转速附近，对曲轴来说都是比较危险的。

3、修理方法不当的影响

(1)渗氮层厚度的减少。原厂的柴油机曲轴颈表面经氮化处理，具有较高的耐磨性。经过磨修后，轴颈表面渗氮层的厚度减少，降低了曲轴的抗疲劳性和耐磨性。

(2)未进行动平衡调试。曲轴经过磨修或矫直后，若不进行动平衡调试，未使不平衡载荷得到有效控制，曲轴的疲劳强度会大大降低。

(3)过渡圆角变小。经过磨修后的曲轴，各个过渡圆角半径R比设计图纸上标注的小，致使曲轴过渡圆角处应力集中加大，易促成曲轴在此产生初始微观裂纹。

4、局部结构不合理的影响 主要原因是连杆轴颈表面油道口的位置及油道方向不当，致使在局部形成的油膜质量变差，导致曲轴的连杆轴颈内侧磨损大，轴颈椭圆度超差，从而磨修曲轴，进而导致不平衡载荷的产生。尤其是当活塞处于膨胀做功下行过程中，连杆轴颈旋转到某特定位置时，使其承载宽度变小，单位面积上承受的压力相对较高，油膜易遭破坏；其次，当连杆大头中心旋转至主轴轴线以下位置时，连杆轴瓦内表面相对连杆轴颈表面滑动速度较低，油膜厚度变薄，均使轴颈表面产生磨损；油道方向不当也降低了润滑油的相对流动速度，致使所形成的油膜质量变差。除此之外，曲轴意外负荷突增、冲击、使用维护不当，均可促成曲轴断裂。

5、预防曲轴断裂的措施

（1）设置柴油机工作转速时，避开临界转速，主临界转速和次临界转速。

（2）改变连杆轴颈表面油道口位置和油道方向。当连杆轴颈表面承受连杆较大的单位面积作用力时，避免油道口附近表面处于较高压力位置；通过改变油道方向提高润滑油的相对流动速度，从而改善连杆轴颈内侧磨损大的现象。避免在一次大修周期内连杆轴颈偏磨或减小连杆轴颈偏磨，就可以在大修时按照修理标准要求不磨曲轴或减少磨削量。

（3）加大过渡圆角半径。使得R/D>0.05或R=0.05～0.06D(R—圆角半径，D—主轴直径或连杆轴径)，减小有效应力集中系数。

（4）渗氮。磨轴磨削量超过一定厚度后，进行表面渗氮处理，以增加曲轴的耐磨性和抗挤强度。

（5）做动平衡试验并配重。每次曲轴磨修完后，做动平衡试验并配重，保证大修质量。

（6）严格认真执行柴油机使用、维护、修理相关标准与规定。

（来源：网络）