柴油机曲轴弯曲变形和间隙数据检测方法

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柴油机曲轴弯曲变形和间隙数据检测方法

发布时间：2022-05-24 11:46:03 ▏阅读：次

故障检查与技术维护

康明斯柴油发电机主轴结构和检测装置

摘要：曲轴是柴油发动机上重要的零部件，曲轴的成本大约占整机成本的十分之一，因此也是柴油机中最贵的零件。它的作用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，将活塞是直线运动转化为旋转运动，用以驱动柴油机的传动系统和配气机构以及其他辅助装置。曲轴最常见的损坏原因是弯曲疲劳，所以保证曲轴有足够的弯曲疲劳强度是曲轴设计的首要问题。曲轴各轴颈的尺寸还应满足轴承承压能力和润滑条件的要求。

一、曲轴结构组成

曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈（曲柄销）、曲柄臂、平衡重（并非所有曲轴都有）、前端（自由端）和后端（功率输出端）等组成。曲轴几何图如图1所示，结构如图2所示。

1、主轴颈与连杆轴颈

柴油发电机的主轴颈与连杆轴颈都是尺寸精度较高和粗糙度较低的圆柱体，它们以较大的圆弧半径与曲柄臂相连接。主轴颈是用来支承曲轴的，曲轴绕主轴颈中心高速旋转。主轴颈多为实心的，而球墨铸铁的曲轴主轴颈与连杆轴颈大多是空心的，其优点是可以减少旋转质量，从而减少其离心力；同时可作为润滑油离心滤清的空腔。主轴颈与连杆轴颈采用压力润滑，润滑油通过曲柄臂中的斜油道被压送至连杆轴颈空腔内，在旋转离心力的作用下，将机油中密度大的金属磨屑及其他杂质甩向空腔的外壁，内侧干净的机油通过油管流到连杆轴颈及轴承摩擦表面。

2、曲柄臂

曲柄臂简称“曲柄”，它的作用是连接主轴颈与连杆轴颈，通常制成椭圆形或圆形，其厚度与宽度应使曲轴有足够的刚度和强度。

3、平衡重

平衡重通常设在与连杆轴颈相对的一侧曲柄臂上，其形状多为扇形。平衡重的作用是平衡连杆轴颈及曲柄臂的重量、离心力及其力矩，以减轻主轴承的载荷，增加运转的平稳性。

4、曲轴的前端

曲轴的前端制成有台肩的圆柱形。其上分别装有正时齿轮、挡油圈、油封、带轮和止推片等零件。有些中小功率柴油发电机曲轴前端设有启动爪，另有一些高速柴油发电机曲轴前端装有扭转减振器，还有些工程机械用柴油发电机的曲轴前端设有动力输出装置。

5、曲轴的后端

一般曲轴的后端设有油封、回油螺槽、后凸缘等结构。曲轴后端的尾部伸出机体外，以便将柴油发电机的功率输送给配套机具的传动装置。后端多装有飞轮，通过花键或凸缘与其相配，然后用螺栓固紧。山于飞轮尺寸大而重，因此对螺栓的紧固有一定的要求。

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图1 发动机曲轴的几何结构

曲轴构造图-柴油发电机组.png

图2 曲轴组成部分结构图

二、曲轴的工艺要求

曲轴的受力是复杂的，它在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷（主要受力部位如图3所示）。因此，要求曲轴有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性。

1、设计要求

曲轴基本上由若干个单元曲拐构成。一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。

（1）有足够的疲劳强度；

（2）有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨；

（3）尽量减少应力集中；

（4）刚度好，变形小。

2、材料要求

（1）中碳钢：如45＃，绝大多数采用模段制造；锻造后进行正火或调质处理，然后在各轴颈表面实施感应加热表面淬火。钢曲轴也可以进行渗氮处理，以提高疲劳强度。

（2）合金钢：在强化程度较高的发动机中采用。

（3）球墨铸铁：在强度和刚度要求一定是，使用球墨铸铁材料能减少制造成本，且其阻尼特性能减小扭转振动的幅值。

在曲轴设计中，曲轴的结构、材料、工艺三因素各自有独立规律，且相互影响。其主要参数和精度如图4所示。

曲轴和轴承表面的压力分布图.png

图3 曲轴和轴承表面的压力分布图

曲轴基本参数和精度.png

图4 曲轴基本参数和精度

三、曲轴检测

1、轴颈的圆度和圆柱度测量

发动机工作时，由于曲轴主轴颈及连杆轴颈各个部位所受的载荷、润滑情况不同，磨损是不均匀的。磨损后，在径向会成为椭圆形，在轴向会成为锥形。因此，测量曲轴的主轴预及连杆轴颈的直径。如图5所示，用千分尺在各道轴颈的I、II两个位置和A、B两个方向测量其直径，在A, B两个方向上所侧得的最大与最小直径差的一半即为轴颈的圆度误差，而在I、 II位置上所侧得的最大与最小直径差的一半则为轴颈的圆柱度误差。当曲轴轴颈的圆度和圆柱度误差超过磨损极限时，应修磨曲轴。

2、弯曲变形的检验

如图6所示。将曲轴的两端用V型块支承在检测平板上；用百分表的触头抵在中间主轴颈表面；转动曲轴一周，百分表上指针的最大与最小读数之差，即为中间主轴颈对两端主轴颈的径向圆跳动误差(通常也用指针的最大与最小读数差值之半做为直线度误差或弯曲度值)；发动机曲轴的直线度误差不大于0.03mm，否则进行冷压校正或更换曲轴。

曲轴的冷压校正：曲轴冷压校正通常在压力机上进行。

将曲轴放在压力机工作平板的V型块上；在压力机的压杆与曲轴轴颈之间垫以铜皮，防止压伤曲轴轴颈工作表面；对于钢制曲轴，压弯量应为曲轴弯曲量的10~15倍，并保持1.5～2分钟后再释放。弯曲变形较大时需多次反复进行，直到符合要求。曲轴校正需进行时效处理，即将曲轴放置10~15天，再重新检校，或将冷压后的曲轴加热至300℃~500℃，保持1～1.5h；对于球墨铸铁曲轴，压校变形量不得大于变形量的10倍。

3、曲轴轴向间隙的检测

将曲轴撬向一端，用塞尺检查第三道主轴承的轴向间隙（配合间隙），新的轴承轴向间隙为 0.07 ～ 0.17mm , 磨损极限值为 0.25mm 。轴向间隙超过极限值时，应更换第三道主轴承两侧的半圆止推环。

4、曲轴径向间隙的检测

已装好的发动机可用塑料间隙测量片检查径向间隙。

如图7所示。拆下曲轴主轴承盖，使用百分表测量径向间隙。新轴承径向间隙应为0.03～0.08mm ，磨损极限值为 0.17mm 。超过磨损极限时，应对相应轴承进行更换。

5、注意事项

（1）曲轴轴颈表面不允许有横向裂纹，可采用探伤法，如图8所示。对横向裂纹，其深度如在轴颈修理尺寸以内，可通过磨削磨掉，否则应予以报废。

（2）发动机曲轴圆度、圆柱度误差大于0.025mm时，应按修理尺寸磨修。

（3）发动机曲轴轴颈修理分为三级修理尺寸，每0.25mm为一级。

（4）曲轴的材质不同，冷压校正时操作要求不同，注意防止曲轴折断或出现新的裂纹。

（5）注意区分轴颈径向圆跳动误差、曲轴轴线的直线度误差及弯曲度等指标之间的关系。

（6）测量曲轴轴颈尺寸及圆度、圆柱度误差时，应与油孔错开。