連桿曲軸故障與維護(hù)管理

1、第九節(jié) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障與管理一、連桿組件的常見(jiàn)故障與處理二、曲軸組件的常見(jiàn)故障與處理三、軸瓦常見(jiàn)故障與處理1一、連桿組件的常見(jiàn)故障與處理連桿組件工作中常見(jiàn)缺陷有桿身的彎曲塑性變形和裂紋，連桿螺栓變形斷裂和軸承損傷。 1. 桿身的彎曲塑性變形2. 桿身的裂紋3. 連桿螺栓變形斷裂21. 桿身的彎曲塑性變形在壓應(yīng)力及擺動(dòng)附加彎矩長(zhǎng)期作用下，連桿桿身尤如壓桿會(huì)產(chǎn)生彎曲塑性變形。桿身彎曲變形在最高爆發(fā)壓力過(guò)大或缸內(nèi)積水發(fā)生液擊現(xiàn)象時(shí)更易發(fā)生。連桿彎曲三種變形形式：擺動(dòng)平面的彎曲連桿大小端軸線平面內(nèi)彎曲扭曲3連桿變形42. 桿身的裂紋原因：連桿桿身裂紋是脈沖負(fù)荷反復(fù)作用的疲勞破壞。當(dāng)連桿受到?jīng)_擊力過(guò)大

2、以及桿身材料強(qiáng)度不足或應(yīng)力集中嚴(yán)重時(shí)都會(huì)產(chǎn)生裂紋。52. 桿身的裂紋易發(fā)部位：小型高速機(jī)連桿容易產(chǎn)生裂紋。桿身中部裂紋多由于桿身碰傷或運(yùn)轉(zhuǎn)操作不當(dāng)所致；在桿身與大端或小端過(guò)度處若圓弧不夠也會(huì)產(chǎn)生裂紋；在螺栓支承面與圓弧過(guò)度尖角處因應(yīng)力集中嚴(yán)重也易產(chǎn)生裂紋。尤應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出：使用中或修理中傷害桿身表面，會(huì)形成疲勞裂紋源。62. 桿身的裂紋處理：檢修中對(duì)有裂紋懷疑的連桿應(yīng)先徹底清潔懷疑處，再用色油法并借助放大鏡檢查裂紋。廠修時(shí)，可用磁力探傷來(lái)仔細(xì)檢查連桿裂紋。連桿發(fā)現(xiàn)裂紋則應(yīng)報(bào)廢。平時(shí)檢修對(duì)桿身任何傷痕都應(yīng)用油石等修整光潔。73. 連桿螺栓變形斷裂 連桿螺栓發(fā)生塑性變形伸長(zhǎng)甚至裂紋的主要原因有：預(yù)緊力

3、嚴(yán)重不均或過(guò)大；螺栓定位圓與孔間隙過(guò)大，使螺栓受剪切力；螺母或頭部與支承平面貼附不平，附加彎矩過(guò)大；螺母松動(dòng)或松脫；螺栓材質(zhì)差或表面受傷痕跡較重；柴油機(jī)發(fā)生拉缸或咬缸事故。83. 連桿螺栓變形斷裂處理：使用中應(yīng)首先記錄其原始長(zhǎng)度以及測(cè)量使用后的長(zhǎng)度，用來(lái)判斷連桿螺栓塑性伸長(zhǎng)量。當(dāng)塑性伸長(zhǎng)量超過(guò)規(guī)定值或累計(jì)使用時(shí)間達(dá)到工作周期，則應(yīng)報(bào)廢更新。檢修中應(yīng)用色油法或磁力探傷認(rèn)真檢查連桿螺栓表面裂紋，發(fā)現(xiàn)有橫向裂紋時(shí)一律更換，若有少于3根長(zhǎng)度不超過(guò)5mm且與軸線交角小于30的發(fā)紋還可使用。9二、曲軸組件的常見(jiàn)故障與處理曲軸在使用中常見(jiàn)缺陷有磨損、變形和損壞。損壞的形式有疲勞斷裂和紅套滑移。（一）曲軸磨損

4、（二）曲軸撓曲（三）曲軸塑性彎曲（四）曲軸斷裂（五）曲軸紅套滑移 10（一）曲軸磨損曲軸軸頸表面輕微磨損表現(xiàn)為表面擦痕，劃痕變粗糙。原因潤(rùn)滑油含雜質(zhì)、表面不清潔或軸承粗糙等原因所致。處理有傷痕時(shí)應(yīng)用砂布，油石或修磨夾具加以去除，并應(yīng)拋光，以減少造成應(yīng)力集中源的可能。 11（一）曲軸磨損軸頸磨損不均勻的影響因素：曲柄銷(xiāo)大于主軸徑（受力） 二沖程機(jī)外側(cè)磨損量大于內(nèi)側(cè) （ 氣體壓力為主） 四沖程機(jī)內(nèi)側(cè)表面磨損大（往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力大）12（一）曲軸磨損軸頸磨損不均勻的影響因素：曲柄銷(xiāo)因受作用力比主軸頸大，故曲柄銷(xiāo)磨損量大于主軸頸。 曲軸中間主軸頸因受兩個(gè)相鄰氣缸作用，故磨損量比兩端的大些。因活塞不正、連

5、桿彎曲或曲軸油道雜質(zhì)在出口后沿長(zhǎng)度方向分布不均等原因都會(huì)造成曲柄銷(xiāo)長(zhǎng)度方向磨損不均。13（一）曲軸磨損 影響：(1)曲軸軸頸產(chǎn)生圓度誤差、圓柱度誤差及直徑減小等缺陷，(2)造成主軸頸與軸承油膜間隙增大、接觸不良、沖擊性加劇等不良后果。 處理：當(dāng)軸頸形狀誤差超過(guò)規(guī)定值，則進(jìn)廠修理。14曲軸軸頸測(cè)量15（一）曲軸磨損對(duì)曲軸損傷最大的磨損是軸承對(duì)軸頸的熔著磨損。由于軸瓦裝配錯(cuò)誤，潤(rùn)滑油中斷等原因造成軸與軸承干摩擦，軸承工作溫度升高使軸承合金熔融，粘著于鋼頸又撕斷，若不及時(shí)處理，不斷加重，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致曲軸被熔著，軸瓦抱死，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。16（一）曲軸磨損熔著磨損是一種曲軸事故。重者使柴油機(jī)失去動(dòng)力，曲軸扭矩

6、過(guò)大損傷。輕者也使軸頸表面拉毛過(guò)熱等嚴(yán)重?fù)p傷。軸瓦產(chǎn)生熔著磨損還與軸瓦材料的性能、制造精度、滑油質(zhì)量、軸頸表面狀況等都有很大關(guān)系。17（一）曲軸磨損發(fā)生曲軸熔著磨損時(shí)，會(huì)有軸承溫度異常、曲軸箱冒煙、曲軸轉(zhuǎn)速下降等現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)該減低轉(zhuǎn)速及柴油機(jī)負(fù)荷，加大潤(rùn)滑油供給，使軸承溫度下降。熔著磨損后的曲軸表面只有經(jīng)車(chē)磨修整才能恢復(fù)正確形狀。在套合式曲軸中發(fā)生熔著磨損時(shí)還會(huì)產(chǎn)生紅套滑移。18（二）曲軸撓曲曲軸彎曲曲軸軸線離開(kāi)平直狀態(tài)，即各主軸頸中心連線不呈一直線。彎曲類型：彈性彎曲和塑性彎曲。曲軸旋轉(zhuǎn)一周中， 彎曲的方向不變曲軸旋轉(zhuǎn)一周中， 彎曲的方向旋轉(zhuǎn)19（二）曲軸撓曲大、中型柴油機(jī)的曲軸較細(xì)長(zhǎng)，剛性

7、較低。安裝后，自重使主軸頸座貼于主軸承下瓦表面。因此各主軸承孔的中心連線就是各主軸頸中心的連線實(shí)際軸線。當(dāng)各主軸承中心高低不一時(shí)，安裝后的曲軸中心線就不是一根平直線而是呈彎曲弧線。 20曲軸軸線撓曲21（二）曲軸撓曲若存在撓曲，曲軸在回轉(zhuǎn)一周中，兩個(gè)曲柄臂之間的距離（簡(jiǎn)稱臂距）就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)軸線呈下塌撓曲時(shí)，曲柄銷(xiāo)在上止點(diǎn)時(shí)臂距就會(huì)比曲柄銷(xiāo)在下死止點(diǎn)時(shí)的臂距大。若曲軸軸線呈上拱撓曲，則情況相反。 22撓曲與臂距差a)下弧線彎曲；b)上弧線彎曲23（二）曲軸撓曲曲柄臂擴(kuò)張收攏變形主要發(fā)生在曲柄臂與曲柄銷(xiāo)連接處，造成曲柄臂與曲柄銷(xiāo)連接過(guò)度圓角處產(chǎn)生交變的彎曲應(yīng)力。由于這種彎曲應(yīng)力與氣缸內(nèi)氣體壓力

8、無(wú)直接關(guān)系，故稱附加彎曲應(yīng)力，其數(shù)值大小難以精確計(jì)算與控制，但其反復(fù)作用是引起曲軸產(chǎn)生彎曲疲勞斷裂的主要起因，所以在安裝、管理中應(yīng)該嚴(yán)加監(jiān)視和嚴(yán)格限制。 24（二）曲軸撓曲通過(guò)測(cè)量曲柄銷(xiāo)在不同位置時(shí)的曲柄臂距進(jìn)行比較，即可判斷該曲柄的軸線撓曲的情況 25開(kāi)檔表及其安裝26（二）曲軸撓曲 直接原因(1)各檔主軸承中心高低不一，各中心連線不為直線；(2)主軸承磨損不均；(3)下瓦厚薄不一； (4)船體變形等使機(jī)座變形。 27（二）曲軸撓曲處理：1.測(cè)知各檔臂距差，畫(huà)出曲軸撓曲狀態(tài)圖2.用橋規(guī)法測(cè)各主軸頸下沉量或測(cè)量比較各主軸承下瓦厚度。 如果這兩種方法對(duì)于主軸承高低的判斷與臂距差對(duì)此作出的判斷是一

9、致的，說(shuō)明曲軸撓曲的原因在于主軸承磨損不均而高低不一所致3. 機(jī)座變形所致。28（二）曲軸撓曲如果因機(jī)座變形而引起曲軸撓曲，則應(yīng)檢查機(jī)座聯(lián)接螺栓的緊固情況或者重新配制墊塊，使各主軸承座孔達(dá)同軸度要求。然后再調(diào)配主軸承下瓦厚度。使各曲柄臂距差達(dá)規(guī)定要求。 29（三）曲軸塑性彎曲后果： 曲軸 塑性變形彎曲后，會(huì)造成活塞連桿工作失常，更加劇主軸承的損壞。塑性彎曲加重發(fā)展，還會(huì)造成曲軸本身斷裂。處理： 應(yīng)進(jìn)廠校直修理，可用靜力機(jī)械校直、熱力校直或熱力機(jī)械校直以及敲擊法校直。30（四）曲軸斷裂曲軸斷裂是機(jī)械破壞的最終結(jié)果，其最初表現(xiàn)為裂紋。彎曲疲勞裂紋多開(kāi)始于曲柄臂與軸頸的過(guò)度圓角處，然后向曲柄臂發(fā)展。

10、扭曲疲勞裂紋則往往從園孔、圓角部位開(kāi)始 與軸心線呈 45方向，向軸頸發(fā)展。而許多裂紋往往是兩種應(yīng)力復(fù)合作用破壞的結(jié)果。31曲軸疲勞裂紋32曲軸裂紋彎曲疲勞扭曲疲勞33曲軸斷裂34（四）曲軸斷裂彎曲疲勞損壞多發(fā)生于使用時(shí)間較長(zhǎng)的柴油機(jī)上。扭曲疲勞損壞一般出現(xiàn)在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期。彎曲疲勞損壞多于扭曲疲勞損壞。35（四）曲軸斷裂引起曲軸產(chǎn)生裂紋的實(shí)際原因主要有：主軸承磨損不均，船體及機(jī)座變形等造成曲軸撓曲變形，運(yùn)轉(zhuǎn)中使曲軸在較大的附加彎曲應(yīng)力下交變變形破壞。由于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振（在臨界轉(zhuǎn)速下）使曲軸承受過(guò)大的附加扭曲應(yīng)力而破壞。36（四）曲軸斷裂由于爆發(fā)壓力太高或因軸承燒熔，使曲軸受到過(guò)大的彎曲載荷或過(guò)大

11、扭曲載荷。在柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)多次發(fā)生拉缸、咬缸等事故時(shí)，曲軸更易產(chǎn)生裂紋。曲軸坯材中存在白點(diǎn)、夾渣等缺陷或因鍛造工藝不良，使軸頸表面高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生缺陷，或因熱處理不良產(chǎn)生裂紋源。工作中，在交變負(fù)載下，這些地方首先破壞并向外擴(kuò)展。37（四）曲軸斷裂由于設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量低，使軸頸與曲柄過(guò)度圓角處或油孔圓角處過(guò)度圓角半徑太小或太粗糙，故使應(yīng)力集中加劇，加快圓角處破壞。由于潤(rùn)滑油變質(zhì)，酸性物質(zhì)或水份對(duì)軸表腐蝕，使抗疲勞強(qiáng)度下降。軸表面被磨成粗糙劃痕，則亦會(huì)加快裂紋產(chǎn)生。 38（四）曲軸斷裂處理：1、注意檢測(cè)軸線狀態(tài)，軸瓦與軸頸貼合；2、盡快越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，注意檢查減振器；3、注意保持滑油的品質(zhì)；4

12、、及時(shí)或定期對(duì)曲軸進(jìn)行探傷裂紋檢查； 5、對(duì)表面淺微裂紋應(yīng)用磨削消除；6、較深裂紋者報(bào)廢。39（五）曲軸紅套滑移套合式曲軸的曲柄臂與軸頸紅套套合處相對(duì)位置發(fā)生變化，稱為紅套滑移。曲軸產(chǎn)生紅套滑移的原因，往往是由于曲軸受到過(guò)大的沖擊性扭矩引起的。曲軸產(chǎn)生紅套滑移后，柴油機(jī)各種定時(shí)將發(fā)生改變，工作循環(huán)將不正常，柴油機(jī)性能也不正常，所以航行中若發(fā)現(xiàn)曲軸紅套滑移，只能降低負(fù)荷暫時(shí)維持航行，待進(jìn)廠后修理。 40三、軸瓦常見(jiàn)缺陷與處理（一）常見(jiàn)缺陷 （二）維護(hù)管理 41（一） 常見(jiàn)缺陷柴油機(jī)軸承在工作中常見(jiàn)的缺陷主要有:1. 過(guò)度磨損 2. 咬粘燒熔 3. 裂紋4. 腐蝕和劃傷5. 其它缺陷421. 過(guò)度

13、磨損過(guò)度磨損在很短的工作時(shí)間，軸承的磨損量就已很大，甚至達(dá)到磨損極限。早期磨損。過(guò)度磨損較多地發(fā)生在連桿小端襯套式軸承中。 原因：柴油機(jī)起動(dòng)頻繁，軸頸軸承工作表面粗糙，柴油機(jī)負(fù)荷過(guò)重及潤(rùn)滑不良等。 432. 咬粘燒熔咬粘燒熔軸承惡性事故，又稱熔著磨損。原因 軸承減磨合金嚴(yán)重發(fā)熱時(shí)軟化甚至熔化，在軸頸壓力下被拖動(dòng)，軸承表面被撕成不規(guī)則形狀，合金熔化鋪開(kāi)痕跡在油孔、油槽及軸瓦邊緣明顯出現(xiàn)。熔化合金甚至粘結(jié)在軸頸表面，最終抱住軸頸。442. 咬粘燒熔 原因：柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷，軸承比壓或摩擦速度過(guò)大，使摩擦溫度特高。潤(rùn)滑油供應(yīng)不足，甚至中斷。軸承與軸頸間隙太小，潤(rùn)滑油在間隙中流量過(guò)小，使軸承工作溫度升

14、高異常。潤(rùn)滑油粘度過(guò)低，難以在軸頸軸承之間形成液體摩擦油膜。軸瓦與座孔貼合不良，甚至軸瓦在座孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅不能散發(fā)摩擦熱量，甚至切斷進(jìn)油口。潤(rùn)滑油中雜質(zhì)過(guò)多，使磨粒磨損太劇烈，摩擦產(chǎn)生熱量增大。 453. 裂紋合金層產(chǎn)生裂紋甚至剝落缺陷 合金材料在脈動(dòng)油膜壓力下發(fā)生的疲勞破壞。疲勞裂紋若向深度發(fā)展并在合金層和瓦背結(jié)合面發(fā)展，裂紋彼此交接，則會(huì)產(chǎn)生合金材料片狀剝落。產(chǎn)生裂紋或剝落缺陷。463. 裂紋原因：1)合金材料本身疲勞強(qiáng)度低 2)柴油機(jī)爆發(fā)壓力太高，或軸頸與軸承配合不良，局部負(fù)荷峰值過(guò)高，或者軸承軸頸間隙太大等原因造成軸承沖擊負(fù)荷過(guò)重。3)軸承合金和瓦背粘結(jié)性能或工藝質(zhì)量較差時(shí)，軸承合金的

15、龜裂剝落發(fā)生會(huì)更快。 474. 腐蝕和劃傷腐蝕是由于潤(rùn)滑油含有有機(jī)酸和強(qiáng)酸，使軸承合金產(chǎn)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。酸性成份與減磨合金中游離鉛作用使其松脆，脫離本身，而使軸瓦表面出現(xiàn)麻點(diǎn)。484. 腐蝕和劃傷劃傷是軸瓦表面有沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向粗細(xì)紋痕。它是由潤(rùn)滑油中雜質(zhì)造成的。大顆粒的硬質(zhì)異粒機(jī)械式刻劃軸承表面，就會(huì)留下數(shù)根較深劃痕。如果潤(rùn)滑油中有細(xì)及硬質(zhì)異粒，則會(huì)在局部區(qū)域劃出細(xì)密劃痕、劃傷，使軸承承壓面積減小，引起軸承發(fā)熱或燒熔。 495. 其它缺陷軸瓦襯背與座孔貼合不佳，熱量不能及時(shí)散出時(shí)，會(huì)在瓦背表面出現(xiàn)大面積發(fā)暗區(qū)，這叫做襯背燒損。如果軸瓦瓦背與座孔配合過(guò)盈不夠，在工作負(fù)荷作用下，貼合面兩金屬間

16、發(fā)生長(zhǎng)期的微小的錯(cuò)動(dòng)（振動(dòng)），使瓦背表面發(fā)熱、氧化，而形成大面積發(fā)暗的氧化層，這種現(xiàn)象叫做微動(dòng)腐蝕磨損。 505. 其它缺陷薄壁軸瓦使用后，鋼背經(jīng)過(guò)時(shí)效，內(nèi)應(yīng)力消除，使原有制造形狀發(fā)生變化，軸瓦開(kāi)口外徑和軸承座孔內(nèi)徑相等甚至還小，這種塑性變形叫軸瓦彈張量消失。 51（二）維護(hù)管理從軸承各種缺陷原因分析以及從形成液體潤(rùn)滑油膜的影響因素來(lái)看，軸承的工作狀況和使用壽命主要取決于維護(hù)安裝管理和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面，為此應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。 52（二）維護(hù)管理潤(rùn)滑油的供給狀況應(yīng)保證良好。潤(rùn)滑油壓力過(guò)低，會(huì)使軸承間隙處單位時(shí)間流過(guò)油量不足，摩擦熱散發(fā)少使軸承溫度升高異常。若潤(rùn)滑油中含有雜質(zhì)，軸承必會(huì)拉毛甚至發(fā)熱。變質(zhì)

17、的酸值升高的潤(rùn)滑油必然使軸瓦腐蝕損壞，所以潤(rùn)滑油的壓力，濾清以及限制酸值都必須達(dá)到規(guī)定要求。 53（二）維護(hù)管理柴油機(jī)操作中，應(yīng)盡量減少停車(chē)起動(dòng)的繁頻程度。因?yàn)橐淮纹饎?dòng)中的磨損量往往是正常運(yùn)轉(zhuǎn)幾小時(shí)的磨損。如果起動(dòng)時(shí)燃油量過(guò)大，軸瓦受沖擊負(fù)荷嚴(yán)重，容易產(chǎn)生裂紋。軸瓦許多缺陷都與柴油機(jī)負(fù)荷過(guò)大尤其是爆發(fā)壓力過(guò)高有關(guān)，所以應(yīng)避免柴油機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 54（二）維護(hù)管理注意檢查軸承的工作狀態(tài)。運(yùn)行中，定期檢查曲軸箱時(shí)，就應(yīng)壓油檢查各軸承處油流的情況。油路應(yīng)通暢，但各軸承處潤(rùn)滑油外流不應(yīng)太大。每次起動(dòng)前應(yīng)壓油，并監(jiān)視系統(tǒng)油壓是否在規(guī)定范圍。起動(dòng)后，若潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力過(guò)低，應(yīng)立即停車(chē)，查明原因消除故障。55（二）維護(hù)管理注意檢查軸承的工作狀態(tài)。柴油機(jī)運(yùn)