康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机的曲轴径向和轴向间隙测量方法

 

导读：曲轴是柴油发电机的重要机件，它的两个重要部位是主轴颈和连杆颈。运转时的游隙（称做工作游隙）的大小对轴承的滚动疲劳寿命、温升、噪声、振动等性能有影响，从而影响到柴油发电机组的动力和经济性。因此，为了确定该数据的是否符合要求，应对曲轴的径向和轴向间隙进行有效测量。这两项指标其实就是指轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向，可分为径向游隙和轴向游隙。

 

一、曲轴结构与作用

 

      曲轴是柴油机的心脏，如果它的功能无法准确的执行，那么柴油机的马力就无法正常的发挥。曲轴的各相对角度必须正确，否则点火正时和气门正时就无法准确有序的一个汽缸接着一个汽缸的运作。如果这顺序出了问题，可以想见这结果就是爆震连连。 曲轴轴承的间隙也是另一个重点，主轴承和连杆轴承都必须有适当的间隙以使机油能够流动产生润滑和冷却效果。如果太小汽缸壁、活塞、气门机构....等就无法获得充分的润滑，会造成机件的磨损。

      如果太大抛出的机油量增加会使活塞和活塞环的工作加重，造成燃烧室过多的机油残留，导致积碳及相关后遗症。 曲轴的平衡是常被大家所提起的，曲轴的先天平衡性在柴油机制定的时候就已决定，实际的平衡度则会由于材质及制作精度的不同而有所差异，以市售车柴油机来说，4000rpm以下尚称平衡，超过以后则会随着rpm的提升而使状况加剧，这种状况又以国产柴油机严重，如果你常以高转速行车，或是你的以解除了转速限制，为了柴油机的长治久安，你必须好好合计曲轴平衡。

1、作用

      曲柄连杆机构（如图1所示）的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。

（1）将气体的压力变为曲轴的转矩。

（2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。

（3） 把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能力。

      曲轴的作用是将柴油发电机活塞的往复直线运动，转换为旋转运动并输出。曲轴轴颈配有瓦片（即滑动轴承），其润滑条件要求很高。曲轴轴颈及轴瓦表面要求光滑、无损伤；轴瓦间隙是一项重要的装配参数，柴油发电机在装配前要进行间隙测量。

2、结构  

       曲轴柴油机的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。

（1）曲轴由碳素结构钢或球墨铸铁制成（图1），它有两个重要部位：主轴颈和连杆颈。全支撑曲轴连杆轴颈数等于气缸数，主轴颈数比连杆轴颈多一个。如一台四缸柴油发电机，主轴颈有5道，连杆轴颈有4道。

（2）主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

（3）曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑。

3、曲轴间隙大小的调整

（1） 曲轴轴向间隙的调整

       曲轴轴向间隙的调整方法包括更换不同厚度的衬垫，或使用不同尺寸的曲轴轴承，来达到调整曲轴轴向间隙的目的。

（2）曲轴径向间隙的调整

      曲轴径向间隙的调整方法包括选择不同尺寸的轴承壳，或更换轴承内环的不同厚度，以达到调整曲轴径向间隙的目的。需要注意的是，在进行曲轴轴向径向间隙的调整时，必须保证各部件配合的精度和质量，以免调整过程中出现误差，导致发动机工作异常。

 

图1  柴油机曲柄连杆机构三维图

图2  曲轴结构示意图

 

二、曲轴径向间隙检查

 

      径向间隙是指在曲轴轴向上的任意一个截面上，曲轴圆柱面和轴承内环之间的距离，一般为0.02-0.05mm。曲轴轴向径向间隙的作用是保证曲轴正常工作，减小曲轴与轴承之间的摩擦力和磨损，降低曲轴疲劳强度，延长发动机的使用寿命。

1、测量曲轴各主轴颈尺寸

（1）测量前

      应检查千分尺有无误差。其方法是：

① 将校正杆和千分尺的端面擦拭干净，然后将校正杆放入千分尺两端之间。

② 旋转活动套管使千分尺的端面与校正杆两端接近，再旋转棘轮，使两端与校正杆端接触，直至棘轮发出“咔咔”声。

③ 查看活动套管的前端边缘是否与固定套管的起始刻度线对齐，活动套管的“0”是否与固定套管的基准轴线对齐。若没有对齐，应予校正。

（2）测量

① 测量时，端面和曲轴轴颈表面要清洁，千分尺两端口的轴线应与曲轴轴线垂直，如图3所示。

② 当千分尺两端口接触到曲轴轴颈表面时，旋转棘轮发出声响为止。此时的读数即为该轴颈被测剖面的直径。对每一道轴颈要选多个剖面，并且在每个剖面上进行多点测量。在同一剖面上最大直径与最小直径之差的一半，即为该剖面的圆度误差。

③ 将一道轴颈中各剖面的圆度误差进行比较，最大者即为该轴颈的圆度误差。

④ 根据计算、对照，确定该曲轴修理尺寸和修理级别。

（3）测量位置图解       

      在油道孔与两边曲柄的中间位置（图4位置Ⅰ和位置Ⅱ）进行测量，两个平面A向和B向各测得一个尺寸，这样每个轴颈测得4个值。

2、测量主轴承孔径

     将外径干分尺调定在主轴颈最大值，然后固定于台虎钳上，校对内径量表。内径量表的安装、调零方法同气缸测量相同，不冉赘述。调表的要诀：插表到1，对表到2（这样便有1mm左右量程）。

3、测量各道轴瓦内径

      将曲轴主轴承瓦片安装在缸体与曲轴箱座孔中，以250N·m（以N系列康明斯柴油发电机为例）的力矩拧紧。用内径千分尺测量各道轴瓦内径，如图5所示。主轴承测量如图6所示，在Ⅰ和Ⅱ两个平面进行，每个平面在A、B、C三个方向测得3个值，结果每个主轴承得到6个测量值。注意：一般带油槽的主轴瓦片是上瓦片，不带油槽的瓦片是下瓦片，不得装错。

4、间隙计算

      测得轴颈尺寸和轴瓦尺寸后，以轴颈最大值来计算轴承间隙，同时记录其值。检测出的轴瓦间隙最小值应大于下限值；最大值应小于上限值。如康明斯柴油发电机主轴承标准间隙值为0.095～0.163mm，如果测得间隙最小值小于0.095mm，或间隙最大值大于0.163mm，则都需要维修（换瓦片或修磨曲轴）。

 

图3 外径千分尺测量曲轴主轴颈尺寸	图4 曲轴主轴颈测量位置示意图
图5 用内径千分尺测量各道轴瓦内径	图6 主轴承平面测量位置示意图

 

三、曲轴轴向间隙检查

 

      曲轴轴向间隙是指曲轴在轴向方向上的移动距离，它对发动机的正常运行具有重要意义。间隙过大或过小都会对发动机的性能产生不良影响。因此，定期检查和调整曲轴轴向间隙是必要的。

1、用塞尺测量曲轴轴向间隙

      用塞尺直接测量曲轴止推轴承与间隙，测量时用撬棍前后拨动曲轴曲柄臂，塞尺所能塞进曲轴止推瓦片与曲轴止片之间的厚度即为曲轴轴向间隙。

2、用百分表测量曲轴轴向间隙

      用百分表测量曲轴从一个极限位置移动到另一个极限位置的距离。

① 若要测量曲轴的轴向间隙准确数据，应在油底壳法兰上安装千分表，如图7所示。

② 如图8所示，将千分表的尖端放在曲轴平衡重上，向缸体后部推动曲轴。

③ 将千分表归零 (0)，如图9所示。如果轴向间隙小于 0.10 mm [0.004 in]，将所有主轴承螺钉向外旋转一圈。向缸体前端推动曲轴，然后再向缸体后端推动。

④ 如图10所示，如果曲轴轴向间隙大于 0.50 mm [0.020 in]，必须拆下发动机才能更换曲轴。

 

图7  柴油机曲轴轴向间隙测量工具安装	图8  曲轴的轴向间隙测量步骤（向后撬动）
图9  曲轴的轴向间隙测量千分表指针归零	图10  曲轴轴向间隙过大示例

 

总结：

      曲轴在工作时，会因为温度的上升而发生膨胀，有一定的轴向移动，预留的间隙是为保证其膨胀后仍能正常运转。测量曲轴的径向跳动量目的主要是为了检测曲轴各主轴颈的同轴度；而曲轴轴向间隙的作用是防止曲轴及轴承发热卡住而留的。这个间隙如果太小，会增加曲轴及轴承受热后的运动阻力，太大会使曲轴轴向窜动，引起活塞偏缸、连杆弯曲。对于发动机试装过程中的曲轴间隙测量，则仅依靠塞尺等原始工具进行手工测量，测试精度往往无法满足试验机型的需求，导致问题发动机无法被正确测量，从而影响相关的试验数据，并导致试验失败。因此，在柴油发电机维修过程中，使用专业工具能提高柴油机零件精度的测量能力。

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