曲轴断裂的主要原因

4-3 曲轴（Crankshaft）的疲劳破坏 o: K“ 4 q3 i3 K9 N C# K2 Q曲轴在回转中受到各缸交变的气体力、往复惯性力和离心力以及由其所引起的弯矩、扭矩的作用。这些力不仅随曲柄转角变化，也随负荷变化。曲轴的形状复杂，截面变化多，刚度不足，受力复杂。属于高周低应力疲劳破坏。( y Y! 0 y8 G9 w w! 4 6 e1 曲轴疲劳裂纹的种类三维网技术论坛: R1 C! ; r/ Z. C4 W% Q! 1.1 弯曲疲劳裂纹（Bending Fatigue Crack）三维网技术论坛) ?“ Z2 S6 U) i一般发生在曲轴长期运转后，由于主轴承（main bearings）的不均匀磨损，造成曲轴轴线不正。使附加弯曲应力加大。: b. q; d) c# I% : M7 7 W0 J* t断裂部位一般为：曲柄销（Crankpin）或主轴颈（Crankshaft journal）与曲柄臂连接的过渡圆角处，沿曲柄臂断裂。X/ G0 e% I1 O/ C6 结论：必须控制主轴承的不均匀磨损，确保轴线的平直。- 2 X H1 E- _! L“ Y2.1结构设计方面$ . X: W* W. ; |; u6 Y( k三维网技术论坛1）改进不合理的设计；* m) A Y6 I! F1 Q$ % f* c U 对曲轴的过渡圆角进行滚压可使疲劳强度提高2070，球铁曲轴可提高5090。4 . u$ E8 ?3 j2.3 使用管理方面: b2 Q“ D( u+ E$ O( v+ “ F0 f5 q: z三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa加强对主、副柴油机的管理，尤其加强曲轴的维护保养，对减少曲轴的疲劳破坏，延长曲轴的使用寿命和柴油机的正常运转十分重要。三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江2 + s! m H P3 _1）定期检测曲轴臂距差，监控曲轴轴线状态和监控主轴承下瓦的磨损情况，防止曲轴的弯曲疲劳破坏；及时了解曲轴轴线状态并及时调整。减少附加弯曲应力。/ V( D- “ w/ j7 B) d- ?三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa2）加强主轴承润滑，定期检测主轴颈与主轴承的配合间隙，防止轴承下瓦过度磨损，减少冲击。三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa! N R4 O. O三维网技术论坛4）加强扭振减振器的维护管理，保证其在运转中处于良好的工作状态曲轴折断的九种主要原因* a, f7 |2 “ E5 1 w. C9 U+ 三维网技术论坛关秀武 宋宏艳三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa4 y3 U+ U9 Z! e8 W! n ?柴油机曲轴折断多数发生在曲柄与曲轴轴颈的连接处，有的在连杆轴颈油孔处或安装飞轮锥形面键槽处。曲轴断裂时，柴油机发出强烈敲击声，冒黑烟。完全断开时，柴油机熄火。三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江! T1 A- g* q* R4 d8 X8 b折断原因除曲轴材质缺陷，热处理不符合要求，硬度过高，韧性差外，主要有以下九种原因：“ k. v8 P, % u- Q/ e三维网技术论坛1飞轮与曲轴接盘同轴度出现超差，飞轮不平衡或飞轮与曲轴连接处出现松动；飞轮反复撞击曲轴平键，导致曲轴在键槽处折断。, s2 c4 S- 4 t% E# X# o三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa2轴肩圆角半径过小或在磨削中烧伤，特别是曲轴几经磨修后轴颈尺寸相应减小，强度降低，极易断裂。# D3 1 o. ( S/ R7 g f三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa3曲轴上的平衡重块安装时错位或重量不符合规定，破坏了曲轴的平衡性，曲轴将承受很大的惯性力，导致折断。设有平衡轴的柴油机，其平衡轴主要平衡活塞组、连杆小头在缸套中运动所产生的往复惯性力。平衡轴由齿轮驱动，如果齿轮记号装错，则会使柴油机振动加大，曲轴也会受到很大的冲击力，导致疲劳折断。$ i0 q% r严重的超载、超挂，造成发动机长期超负荷运行而出现烧瓦事故。由于发动机烧瓦，曲轴受到严重磨损。发动机曲轴采用换修修理，即购一根新曲轴装机，将损坏曲轴送制造厂修理后备用。部分用户在车辆出现了曲轴磨损的问题后，出于费用、时间的考虑，在本地找一些小厂修理加工，将严重磨损的曲轴进行堆焊，加工，整体热处理后磨削加工。由于修理手段及工艺问题，曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角发生了变化，造成局部应力集中;由于曲轴为精45号钢模锻，堆焊又使曲辆的金相织发生了变化。上述两项是造成曲轴断裂的主要原因。(2)发动机修好后，装车没经过磨合期，即超载超挂，发动机长期超负荷运行，使曲轴负荷超出容许的极限。(3)在曲轴的修理中采用了堆焊，破坏了曲轴的动力平衡，又没有做平衡校验，不平衡量超标，引起发动机较大的振动，导致曲轴的断裂。(4)由于路况不佳，车辆又严重超载超挂，发动机经常在扭振临界转速内行，减振器失效，也会造成曲轴扭转振动疲劳破坏而断裂。曲轴磨损后的修复一般来说，轴颈直径在80mm以下，圆度及圆柱度误差超过0.025mm；或轴颈直径在80mm以上。圆度及圆柱度误差超过0.0400的曲轴，均应按规定尺寸进行修磨，或进行振动堆焊、镀铬、镀铁后再磨削至规定购尺才或修理尺寸。 1、曲轴的磨削 曲轴轴颈的磨削是在曲轴校正的基础上进行的。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。曲轴的磨削通常是在专用的曲轴磨床上进行的。 2、连杆轴颈的磨削 由于连杆轴颈磨损不均匀，由此产生两种磨削方法：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，保持曲柄半径不变，柴油机的压缩比不变，但每次的磨削量大。当前，在汽车使用期内，大修次数减少，用同心法可以确保发动机性能不变。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，造成运转时的附加动载荷。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010mm，这样才能保证曲轴运转中的平衡。 3、曲轴严重磨损后的修复 如果发动机曲轴磨损严重，磨削法无法修复或效果较差，可采用等离子喷涂法来修复。（1）喷涂前轴颈的表面处理根据轴颈的磨损情况，在曲轴磨床上将其磨圆，直径一般减少050100mm。用铜皮对所要喷涂轴颈的邻近轴颈进行遮蔽保护。用拉毛机对待涂表面进行拉毛处理。用镍条作电极，在69V、200300A交流电下使镍熔化在轴颈表面上。 （2）喷涂将曲轴卡在可旋转的工作台上，调整好喷枪与工件的距离(100mm左右)。选镍包铝(NiAL)为打底材料，耐磨合金铸铁(NT)与镍包铝的混合物为工作层材料；底层厚度一般为020mm左右，工作层厚度根据需要而定。喷涂规范见表1。喷涂过程中，所喷轴颈的温度一般要控制在150170。喷涂后的曲轴放入150180的烘箱内保温2h，并随箱冷却，以减少喷涂层与轴颈间的应力。（3）喷涂后的处理喷涂后要检查喷涂层与轴颈基体是否结合紧密,如不够紧密，则除掉重喷。如检查合格，可对曲轴进行磨削加工