曲轴修理

08-01
曲轴常见损伤形式是轴颈的磨损、划伤、擦伤、腐蚀、裂纹、弯曲、扭曲、折断及组合式曲轴套合处的滑移等,曲轴是发动机的主要运动机件装配的基础,曲轴的安装质量,对活塞连杆等发动机主要机件的位置有较大的影响;曲轴受力情况复杂,如果装配达不到要求,不仅影响曲轴自身的使用寿命,同时也影响发动机其它机件的使用寿命。那么曲轴发生损伤一般如何进行修理呢?下面我们一起来看一下

(一) 曲轴轴颈的磨损修理
曲轴轴颈磨损后修理原则上与制造曲轴一样,先车削磨损主轴颈,在修理曲柄销。
曲柄销的修理,除较短曲轴可进行车、磨修理外,中型以上柴油机曲轴由于设备条件的限制,一般采用手工挫削或夹环研磨的方法进行修理。如下图所示为硬木制的夹环构造,在夹环分界处留有3~5mm的间隙,其内圆沿纵向的半圆形槽内浇上铅,研磨时将磨料嵌入铅条面上,以保证研磨均匀。
主轴颈一般不用手工挫削法。若条件不允许用机械加工法而用手工挫削时,一定要仔细。
中型曲轴常根据直径尺寸采用分级修理尺寸法进行修理。通常采用直径每减少0.25mm(或0.25mm)为一级。修理时,应以磨损最厉害的轴颈为准,看轴颈接近哪一个分级修理尺寸,然后就按那个尺寸加工。其他轴颈都修理到与它相同的尺寸,换上加大尺寸的新轴瓦。这写都是针对薄壁轴瓦而言的。对于厚壁轴瓦,轴颈修理后,还可以一通过拂刮轴瓦和增减轴承垫片来达到同轴和配合间隙的要求。
若轴颈表面仅有轻微伤痕且尺寸公差没有超过规定的值的,可用细纱布条(最好用柴油浸过的砂布),拉磨一段时间后,除去砂布上脱落下来的砂粒,然后在磨。 若轴颈表面有较浅的条痕,可用油石顺着轴颈圆弧面轻轻打磨光顺。对较深的条痕,可用油光挫轻轻挫削,然后在光滑。为了提高轴颈表面的光洁度,光磨后再用干净柔软的麻绳或帆布涂上抛光蜡和汽油,绕轴颈两圈来回拉动抛光。

在挫削、光磨和抛光时要注意以下几点:
1.磨削前,先将轴颈上的油孔用黄油或布条堵住,防止赃物掉入孔内。 2.修理时,不得使轴颈与去臂过度处因加工而变小或产生凸台,否则会使过渡处应力加大,容易产生裂纹甚至折断。修理后要求用样板检查。样板与过渡圆弧之间间隙不得超过0.3mm。
3.在修理轴颈时,应同时考虑主轴颈和曲柄销轴线平行度要求。
4.若轴颈磨损过大,或经多次修理使轴颈直径减少到(或接近于)按规范计算的最小尺寸时,需要将轴颈外圆表面镀铬或镀铁(镀层厚度0.2~0.3mm)。但要注意,镀前必须将轴颈表面,不得有微小裂纹存在;过渡圆角处不得镀上铬层,因镀层有残余拉伸应力存在,会使该区域疲劳强度进一步下降。

(二)曲轴的弯曲修理
对于曲轴较小的弯曲变形的修理,要结合轴颈表面尺寸的变化一起考虑,一般采取车削、磨削或手工挫削等修理方法来修整曲轴的变形。 对曲轴较大弯曲变形可以采取热力校直法进行修理。具体方法是在曲轴弯曲部分凸起的一边进行局部迅速的加热(通常采用氧乙炔或柴油喷灯加热),加热 温度控制在500~600摄氏度之间,即相当于暗红色,使凸起的一边的金属局部膨胀。由于未受热部分的阻碍的作用,使受热部分的金属受到较大的压应力,当压应力超过材料在此温度下的屈服极限后,曲轴受热的一边就发生塑性变形。加热后,立即用石棉包好保温,经过30分钟至1小时后,在让其自然冷却。冷却后,金属收缩,就可以使原弯曲部分得到校直。然后,进行消除应力处理。消除应力处理方法是对加热部分进行局部退火(退火温度150摄氏度)。为使加热均匀起见,需将曲轴缓慢地转动,温度上升速度控制在150~200摄氏度/小时之间,在150摄氏度下保温不应少于与1小时;加热部位最好用石棉布覆盖,当温度下降到150~60摄氏度以下时,让其自然冷却。

(三)曲轴的裂纹修理
经检查,若发现曲轴有裂纹处。首先应确定裂纹的长度和深度,再确定修理方案。 如果曲轴裂纹的深度和长度不大,且经过强度校核确认为合格,需将裂纹凿除干净,凿出的槽子各个面应以圆滑过渡。为了安全起见,经此法修理后的柴油机在使用时需适当降低功率。
如果曲轴裂纹较深、较深,可用焊接法修复。对于组合式曲轴,可以单独更换有缺陷部分的曲拐或主轴颈。焊补曲轴时,要注意焊前预热,堆焊要分段分层进行,堆焊结束后,再使曲轴缓慢冷却。焊补后的曲轴,除了对焊补处进行必要的加工外,还必须对曲轴进行全面的检查。经焊补修理过的曲轴,建议在使用时也要降低功率。

(四)曲轴红套处发生滑移
可采用更换一端主轴颈的方法,使红套处的抓紧力恢复到原设计要求。这种方法虽好,但工程量却很大。 也可用温差法修复红套处滑移。温差法是利用加热曲臂或冷却轴颈的方法使已发生滑移的轴颈红套结合面松开,然后使曲臂复位。

曲轴臂距差的分析
曲轴的臂距差对曲轴的维护和修理都是必不可少的重要数据依据。 曲轴臂距差的大小与主轴承中心线的平直度和船体变形情况密切相关。主轴承中心线的平直度主要取决于柴油机的安装质量,故在机座固定后,必须测量一下曲轴的臂距差。根据测量结构调整主轴承的高低位置以保证曲轴中心线的平直。然而当柴油机使用后,各轴承的磨损不可能相同,曲轴的臂距差必然要随着主轴颈与主轴承磨损的不均匀程度发生变化。因此,对运转中的柴油机也必须定期测量曲轴的臂距差,以便于掌握主轴承的磨损情况。

曲轴臂距差的影响因素大致如下:

1.活塞连杆的本身重量对臂距差有一定的影响,特别是大型低速柴油机的影响更 为显著。
活塞连杆的重量对臂距差的影响的规律一般是:在各主轴承受重量均匀,各主轴颈与下轴瓦贴附良好的情况下,拆去活塞连杆,若原来臂距差为正值,则正值减少并趋近于零或负值,使曲轴轴线趋向上供方向弯曲。对于中小型柴油机来说,由于它的活塞连杆重量较轻,加之曲轴刚性大,因此活塞连杆拆卸前后对曲轴臂距差没有明显的影响,一般都不超过0.03mm。

2.船舶加载情况对曲轴臂距差的影响。
这是由于船体所受到的浮力和装载重量分布不均匀 ,使它产生弹性弯曲变形,从而影响到机座的变形,使曲轴臂距差发生变化。对船中机舱,货物集中在船的首尾两端时会引起船体中部向上拱的弯曲变形,这就使曲轴轴线也上拱弯曲。由于曲轴的安装和修理通常是在船舶空载状态下进行的,因此对装载情况必须引起充分注意。在机座定位时,最好使曲轴臂距差为正值(即使轴线呈凹形状态)。这样,在船舶重载时,船体将会产生凸形,使曲轴轴线近似成直线。这种方法不仅适用于船中机舱的,也适用于船尾机舱的。另外,船舶在压载,淡水和油料等对臂距差虽然也有与装货相同的影响,但因影响不大,往往忽略不计算。


3.主轴承的不均匀磨损对曲轴臂距差的影响。
主轴承中的 一个或几个磨损过重时,要引起主轴颈不均匀下沉,使曲轴臂距差发生变化。而主轴承的不均匀磨损主要是由于使用中各缸符合不均匀、主轴承装配不良、润滑系统发生故障、润滑油质量不佳或个别轴承耐磨合金质量不佳等原因所造成的。
4.柴油机冷却状态对曲轴臂距差的影响。柴油机的冷态是指它本身的温度与环境温度相同的状态,热态是指柴油机在运转一段时间后的温度状态。在其它条件的相同的状况下,柴油机的冷态与热态所测得的臂距差数值是不同的,一般规律是:热态时测量比冷态测量会是臂距差向负值方向增长。若冷态时臂距差为负值,则热态时,负值增加;若冷态时臂距差为正值,则热态时,正值减少并趋向于零或负值。热态时时曲轴轴线向上拱方向弯曲。 5.飞轮重量对曲轴臂距差的影响。飞轮装上后,使靠近飞轮端的那个曲柄的臂距差向负值增加或正值方向减少方向变化,并使曲轴轴线趋于上拱。飞轮重量的影响会涉及到从飞轮端数起第二个曲柄的臂距差,这是由于曲轴上拱变形后,与轴瓦发生离空现象的缘故。它的轴线与靠近飞轮端曲柄的轴线相同,只不过影响的程度轻罢了。

6.机座底角螺栓或贯穿螺栓松紧情况对曲轴臂距差的影响。
柴油机运行一段时间后,会使某些地脚螺栓和贯穿螺栓松动。影响柴油机的正常运转。有可能使机座状况发生变化,从而使曲轴臂距差发生变化。柴油机在进行修理时,在曲轴中心线检验前,首先应检查地脚螺栓有无松动,机座和船体基础之间的垫块有无松动。检查时,可用小锤轻击垫块。若敲打时发出响亮的声音,则表示接触良好。贯穿螺栓的拧紧程度必须严格按照使用说明书上规定的方法和要求进行,必须左右两边同时拧紧,并且分两次从中间开始交叉向两边进行。
经综合分析影响曲轴臂距差的各种因素后,可以得出这样的结论,即,“曲轴臂距差是在一定条件下的数值,是相对值。当条件变了,臂距差数值也要变化”。因此,分析臂距差时应先了解其测量时的条件,然后在大致相同的条件下进行比较,不然就没意义了。曲轴装上飞轮和活塞连杆后,若各主轴承同轴,则曲柄臂距差值不一定全部为零;反之,若各曲臂距差值全部为零,则并不能说明各主轴承就一定同轴。更不能笼统的认为,各曲柄臂距差调整到了零就是最理想的装配质量。

臂距差的标准
为了确保曲轴能在良好的状况下运转,以延长其使用寿命,要求曲轴在新装、修理和营运的过程当中,其臂距差必须在规定的范围之内。柴油机使用说明书中对此有明确的规定,各国验船部门对此也制定了各种规范和标准。

(一)《船舶柴油机修理技术标准》中规定,对于新早或经修理后的柴油机曲轴,其臂距差应符合如下要求在;

1.曲轴在车床或平台上检验时,曲柄在00、900、1800、2700四个位置所测得的臂距差,每1m活塞行程不大于0.075mm。
对于活塞行程小于或等于400mm者,可放宽每m行程不大于0.10mm。

2.曲轴装妥并与轴系连接后,曲柄在00、900、1800、2700
四个位置所测得臂距差, 每1m活塞行程不大于0.075mm表示良好;每1m活塞行程在0.75~0.125mm者表示安装合格。

3.船舶在营运期间臂距差的最大允许极限值为每1m活塞行程在0.75~0.125mm。
对于活塞行程小于或等于400mm者,臂距差值在每1m活塞行程不大于0.125mm时表示安装良好。对于重量大的飞轮且属弹性连接的法兰,当飞轮装妥后,近飞轮端的第一道曲柄臂距差可放宽为1m活塞行程不大于0.175mm。

曲轴常见故障及其排除
1.曲轴断裂
在小型柴油机中,曲轴断裂时有发生,这是一种重大事故。断裂的曲轴多为球墨铸铁铸成,当曲轴浇铸时质量控制不当;设计时过多考虑重量轻,尺寸紧凑,安全系数余度不够;使用中没有按技术要求进行正常维修保养都会酿成事故的发生。对曲轴进行及时保养与检修,尤其对表面裂纹的检查,以免重大事故的发生。
2.轴颈刮伤
轴颈刮伤一般由烧瓦引起的。当刮伤不严重时可用手工修磨;当刮伤严重时要进行喷镀或堆焊进行修复。
3.曲轴裂纹
柴油机长期超载运行,或轴瓦间隙过大使冲击载荷加大,导致曲轴弯曲变形,可能引起曲轴轴颈根部或曲轴与飞轮的连接处发生裂纹。曲轴产生裂纹后应及时更新防止重大事故的发生。

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来源:智能汽车网
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