连杆曲轴故障与维护管理

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1、第九节 曲柄连杆机构故障与管理,一、连杆组件的常见故障与处理 二、曲轴组件的常见故障与处理 三、轴瓦常见故障与处理,一、连杆组件的常见故障与处理,连杆组件工作中常见缺陷有杆身的弯曲塑性变形和裂纹，连杆螺栓变形断裂和轴承损伤。 1. 杆身的弯曲塑性变形 2. 杆身的裂纹 3. 连杆螺栓变形断裂,1. 杆身的弯曲塑性变形,在压应力及摆动附加弯矩长期作用下，连杆杆身尤如压杆会产生弯曲塑性变形。 杆身弯曲变形在最高爆发压力过大或缸内积水发生液击现象时更易发生。 连杆弯曲三种变形形式： 摆动平面的弯曲 连杆大小端轴线平面内弯曲 扭曲,连杆变形,2. 杆身的裂纹,原因： 连杆杆身裂纹是脉冲负荷反复作用的疲

2、劳破坏。当连杆受到冲击力过大以及杆身材料强度不足或应力集中严重时都会产生裂纹。,2. 杆身的裂纹,易发部位： 小型高速机连杆容易产生裂纹。杆身中部裂纹多由于杆身碰伤或运转操作不当所致；在杆身与大端或小端过度处若圆弧不够也会产生裂纹；在螺栓支承面与圆弧过度尖角处因应力集中严重也易产生裂纹。 尤应强调指出：使用中或修理中伤害杆身表面，会形成疲劳裂纹源。,2. 杆身的裂纹,处理： 检修中对有裂纹怀疑的连杆应先彻底清洁怀疑处，再用色油法并借助放大镜检查裂纹。厂修时，可用磁力探伤来仔细检查连杆裂纹。 连杆发现裂纹则应报废。平时检修对杆身任何伤痕都应用油石等修整光洁。,3. 连杆螺栓变形断裂,连杆螺栓发生

3、塑性变形伸长甚至裂纹的主要原因有： 预紧力严重不均或过大； 螺栓定位圆与孔间隙过大，使螺栓受剪切力； 螺母或头部与支承平面贴附不平，附加弯矩过大；螺母松动或松脱； 螺栓材质差或表面受伤痕迹较重； 柴油机发生拉缸或咬缸事故。,3. 连杆螺栓变形断裂,处理： 使用中应首先记录其原始长度以及测量使用后的长度，用来判断连杆螺栓塑性伸长量。 当塑性伸长量超过规定值或累计使用时间达到工作周期，则应报废更新。 检修中应用色油法或磁力探伤认真检查连杆螺栓表面裂纹，发现有横向裂纹时一律更换，若有少于3根长度不超过5mm且与轴线交角小于30的发纹还可使用。,二、曲轴组件的常见故障与处理,曲轴在使用中常见缺陷有磨损

4、、变形和损坏。损坏的形式有疲劳断裂和红套滑移。 （一）曲轴磨损 （二）曲轴挠曲 （三）曲轴塑性弯曲 （四）曲轴断裂 （五）曲轴红套滑移,（一）曲轴磨损,曲轴轴颈表面轻微磨损表现为表面擦痕，划痕变粗糙。 原因润滑油含杂质、表面不清洁或轴承粗糙等原因所致。 处理有伤痕时应用砂布，油石或修磨夹具加以去除，并应抛光，以减少造成应力集中源的可能。,（一）曲轴磨损,轴颈磨损不均匀的影响因素： 曲柄销大于主轴径（受力） 二冲程机外侧磨损量大于内侧 （ 气体压力为主） 四冲程机内侧表面磨损大（往复运动惯性力大）,（一）曲轴磨损,轴颈磨损不均匀的影响因素： 曲柄销因受作用力比主轴颈大，故曲柄销磨损量大于主轴颈。

5、 曲轴中间主轴颈因受两个相邻气缸作用，故磨损量比两端的大些。 因活塞不正、连杆弯曲或曲轴油道杂质在出口后沿长度方向分布不均等原因都会造成曲柄销长度方向磨损不均。,（一）曲轴磨损,影响： (1)曲轴轴颈产生圆度误差、圆柱度误差及直径减小等缺陷， (2)造成主轴颈与轴承油膜间隙增大、接触不良、冲击性加剧等不良后果。 处理：当轴颈形状误差超过规定值，则进厂修理。,曲轴轴颈测量,（一）曲轴磨损,对曲轴损伤最大的磨损是轴承对轴颈的熔着磨损。 由于轴瓦装配错误，润滑油中断等原因造成轴与轴承干摩擦，轴承工作温度升高使轴承合金熔融，粘着于钢颈又撕断，若不及时处理，不断加重，结果会导致曲轴被熔着，轴瓦抱死，停止

6、转动。,（一）曲轴磨损,熔着磨损是一种曲轴事故。重者使柴油机失去动力，曲轴扭矩过大损伤。轻者也使轴颈表面拉毛过热等严重损伤。 轴瓦产生熔着磨损还与轴瓦材料的性能、制造精度、滑油质量、轴颈表面状况等都有很大关系。,（一）曲轴磨损,发生曲轴熔着磨损时，会有轴承温度异常、曲轴箱冒烟、曲轴转速下降等现象，此时应该减低转速及柴油机负荷，加大润滑油供给，使轴承温度下降。 熔着磨损后的曲轴表面只有经车磨修整才能恢复正确形状。在套合式曲轴中发生熔着磨损时还会产生红套滑移。,（二）曲轴挠曲,曲轴弯曲曲轴轴线离开平直状态，即各主轴颈中心连线不呈一直线。 弯曲类型：弹性弯曲和塑性弯曲。,曲轴旋转一周中， 弯曲的方向

7、不变,曲轴旋转一周中， 弯曲的方向旋转,（二）曲轴挠曲,大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线。,曲轴轴线挠曲,（二）曲轴挠曲,若存在挠曲，曲轴在回转一周中，两个曲柄臂之间的距离（简称臂距）就会发生变化。当轴线呈下塌挠曲时，曲柄销在上止点时臂距就会比曲柄销在下死止点时的臂距大。若曲轴轴线呈上拱挠曲，则情况相反。,挠曲与臂距差 a)下弧线弯曲；b)上弧线弯曲,（二）曲轴挠曲,曲柄臂扩张收拢变形主要发生在曲柄臂与曲柄销连接处，造

8、成曲柄臂与曲柄销连接过度圆角处产生交变的弯曲应力。 由于这种弯曲应力与气缸内气体压力无直接关系，故称附加弯曲应力，其数值大小难以精确计算与控制，但其反复作用是引起曲轴产生弯曲疲劳断裂的主要起因，所以在安装、管理中应该严加监视和严格限制。,（二）曲轴挠曲,通过测量曲柄销在不同位置时的曲柄臂距进行比较，即可判断该曲柄的轴线挠曲的情况,开档表及其安装,（二）曲轴挠曲,直接原因 (1)各档主轴承中心高低不一，各中心连线不为直线； (2)主轴承磨损不均； (3)下瓦厚薄不一； (4)船体变形等使机座变形。,（二）曲轴挠曲,处理： 1.测知各档臂距差，画出曲轴挠曲状态图 2.用桥规法测各主轴颈下沉量或测量

9、比较各主轴承下瓦厚度。 如果这两种方法对于主轴承高低的判断与臂距差对此作出的判断是一致的，说明曲轴挠曲的原因在于主轴承磨损不均而高低不一所致 3. 机座变形所致。,（二）曲轴挠曲,如果因机座变形而引起曲轴挠曲，则应检查机座联接螺栓的紧固情况或者重新配制垫块，使各主轴承座孔达同轴度要求。然后再调配主轴承下瓦厚度。使各曲柄臂距差达规定要求。,（三）曲轴塑性弯曲,后果： 曲轴 塑性变形弯曲后，会造成活塞连杆工作失常，更加剧主轴承的损坏。塑性弯曲加重发展，还会造成曲轴本身断裂。 处理： 应进厂校直修理，可用静力机械校直、热力校直或热力机械校直以及敲击法校直。,（四）曲轴断裂,曲轴断裂是机械破坏的最终结

10、果，其最初表现为裂纹。 弯曲疲劳裂纹多开始于曲柄臂与轴颈的过度圆角处，然后向曲柄臂发展。 扭曲疲劳裂纹则往往从园孔、圆角部位开始 与轴心线呈 45方向，向轴颈发展。 而许多裂纹往往是两种应力复合作用破坏的结果。,曲轴疲劳裂纹,曲轴裂纹,弯曲疲劳,扭曲疲劳,曲轴断裂,（四）曲轴断裂,弯曲疲劳损坏多发生于使用时间较长的柴油机上。 扭曲疲劳损坏一般出现在柴油机运转初期。 弯曲疲劳损坏多于扭曲疲劳损坏。,（四）曲轴断裂,引起曲轴产生裂纹的实际原因主要有： 主轴承磨损不均，船体及机座变形等造成曲轴挠曲变形，运转中使曲轴在较大的附加弯曲应力下交变变形破坏。 由于产生扭转共振（在临界转速下）使曲轴承受过大的

11、附加扭曲应力而破坏。,（四）曲轴断裂,由于爆发压力太高或因轴承烧熔，使曲轴受到过大的弯曲载荷或过大扭曲载荷。在柴油机长期超负荷运转，主机多次发生拉缸、咬缸等事故时，曲轴更易产生裂纹。 曲轴坯材中存在白点、夹渣等缺陷或因锻造工艺不良，使轴颈表面高应力区产生缺陷，或因热处理不良产生裂纹源。工作中，在交变负载下，这些地方首先破坏并向外扩展。,（四）曲轴断裂,由于设计、制造质量低，使轴颈与曲柄过度圆角处或油孔圆角处过度圆角半径太小或太粗糙，故使应力集中加剧，加快圆角处破坏。 由于润滑油变质，酸性物质或水份对轴表腐蚀，使抗疲劳强度下降。轴表面被磨成粗糙划痕，则亦会加快裂纹产生。,（四）曲轴断裂,处理：

12、1、注意检测轴线状态，轴瓦与轴颈贴合； 2、尽快越过临界转速，注意检查减振器； 3、注意保持滑油的品质； 4、及时或定期对曲轴进行探伤裂纹检查； 5、对表面浅微裂纹应用磨削消除； 6、较深裂纹者报废。,（五）曲轴红套滑移,套合式曲轴的曲柄臂与轴颈红套套合处相对位置发生变化，称为红套滑移。 曲轴产生红套滑移的原因，往往是由于曲轴受到过大的冲击性扭矩引起的。 曲轴产生红套滑移后，柴油机各种定时将发生改变，工作循环将不正常，柴油机性能也不正常，所以航行中若发现曲轴红套滑移，只能降低负荷暂时维持航行，待进厂后修理。,三、轴瓦常见缺陷与处理,（一）常见缺陷 （二）维护管理,（一） 常见缺陷,柴油机轴承在

13、工作中常见的缺陷主要有: 1. 过度磨损 2. 咬粘烧熔 3. 裂纹 4. 腐蚀和划伤 5. 其它缺陷,1. 过度磨损,过度磨损在很短的工作时间，轴承的磨损量就已很大，甚至达到磨损极限。早期磨损。 过度磨损较多地发生在连杆小端衬套式轴承中。 原因：柴油机起动频繁，轴颈轴承工作表面粗糙，柴油机负荷过重及润滑不良等。,2. 咬粘烧熔,咬粘烧熔轴承恶性事故，又称熔着磨损。 原因 轴承减磨合金严重发热时软化甚至熔化，在轴颈压力下被拖动，轴承表面被撕成不规则形状，合金熔化铺开痕迹在油孔、油槽及轴瓦边缘明显出现。熔化合金甚至粘结在轴颈表面，最终抱住轴颈。,2. 咬粘烧熔,原因： 柴油机长期超负荷，轴承比压

14、或摩擦速度过大，使摩擦温度特高。 润滑油供应不足，甚至中断。 轴承与轴颈间隙太小，润滑油在间隙中流量过小，使轴承工作温度升高异常。 润滑油粘度过低，难以在轴颈轴承之间形成液体摩擦油膜。 轴瓦与座孔贴合不良，甚至轴瓦在座孔中转动，不仅不能散发摩擦热量，甚至切断进油口。 润滑油中杂质过多，使磨粒磨损太剧烈，摩擦产生热量增大。,3. 裂纹,合金层产生裂纹甚至剥落缺陷 合金材料在脉动油膜压力下发生的疲劳破坏。疲劳裂纹若向深度发展并在合金层和瓦背结合面发展，裂纹彼此交接，则会产生合金材料片状剥落。产生裂纹或剥落缺陷。,3. 裂纹,原因： 1)合金材料本身疲劳强度低 2)柴油机爆发压力太高，或轴颈与轴承配

15、合不良，局部负荷峰值过高，或者轴承轴颈间隙太大等原因造成轴承冲击负荷过重。 3)轴承合金和瓦背粘结性能或工艺质量较差时，轴承合金的龟裂剥落发生会更快。,4. 腐蚀和划伤,腐蚀是由于润滑油含有有机酸和强酸，使轴承合金产生化学腐蚀和电化学腐蚀。酸性成份与减磨合金中游离铅作用使其松脆，脱离本身，而使轴瓦表面出现麻点。,4. 腐蚀和划伤,划伤是轴瓦表面有沿转动方向粗细纹痕。它是由润滑油中杂质造成的。大颗粒的硬质异粒机械式刻划轴承表面，就会留下数根较深划痕。如果润滑油中有细及硬质异粒，则会在局部区域划出细密划痕、划伤，使轴承承压面积减小，引起轴承发热或烧熔。,5. 其它缺陷,轴瓦衬背与座孔贴合不佳，热量

16、不能及时散出时，会在瓦背表面出现大面积发暗区，这叫做衬背烧损。如果轴瓦瓦背与座孔配合过盈不够，在工作负荷作用下，贴合面两金属间发生长期的微小的错动（振动），使瓦背表面发热、氧化，而形成大面积发暗的氧化层，这种现象叫做微动腐蚀磨损。,5. 其它缺陷,薄壁轴瓦使用后，钢背经过时效，内应力消除，使原有制造形状发生变化，轴瓦开口外径和轴承座孔内径相等甚至还小，这种塑性变形叫轴瓦弹张量消失。,（二）维护管理,从轴承各种缺陷原因分析以及从形成液体润滑油膜的影响因素来看，轴承的工作状况和使用寿命主要取决于维护安装管理和质量两个方面，为此应做到以下几点。,（二）维护管理,润滑油的供给状况应保证良好。润滑油压力过低，会使轴承间隙处单位时间流过油量不足，摩擦热散发少使轴承温度升高异常。若润滑油中含有杂质，轴承必会拉毛甚至发热。变质的酸值升高的润滑油必然使轴瓦腐蚀损坏，所以润滑油的压力，滤清以及限制酸值都必须达到规定要求。,（二）维护管理,柴油机操作中，应尽量减少停车起动的繁频程度。因为一次起动中的磨损量往往是正常运转几小时的磨损。如果起动时燃油量过大，轴瓦受冲击负荷严重，容易产生裂纹。轴瓦许多缺陷都与柴油机负荷过大尤其是爆发压力过高有关，所以应避免柴油机长期超负荷运转。,