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1、毕业论文（设计）柴油机曲轴臂距差检验及影响因素分析Testing of Diesel Engine Crankshaft Deflection and Analysis of Influence Factors学 生 姓 名： 指导教师： 合作指导教师： 专业名称： 轮机工程 所在学院： 航海与船舶工程学院 二一三年六月目 录摘要IAbstractII第一章 前言1第二章 船用柴油机曲轴和臂距差22.1曲轴的工作状况22.2臂距差检测的意义22.3臂距差概念32.4曲轴臂距差与曲轴轴线状态的关系42.5 臂距差的标准值5第三章 臂距差测量工具与方法73.1测量工具73.2测量位置的选择93.3
2、结果记录及计算10第四章 船舶柴油机曲轴臂距差影响因素分析与对策124.1 影响因素简介124.2 轴系校中对臂距差的影响及对策124.3 柴油机垫块对臂距差的影响及对策134.4 主轴承磨损不均匀对臂距差的影响及对策144.5 大重量飞轮对臂距差的影响及对策144.6 气体力与活塞运动装置对臂距差的影响及对策154.7 船舶装载对臂距差的影响及对策154.8 柴油机曲轴温度对臂距差的影响及对策164.9 机座塑性变形对臂距差的影响及对策17第五章 总结与建议18致谢19参考文献20附录21大连海洋大学本科毕业论文（设计） 摘要摘要曲轴中心线的校中状态直接决定了柴油机的工作状况，同时影响船舶安
3、全。船舶航行过程中，轮机员通过臂距差的检测来确定曲轴的轴线状态。本文从柴油机曲轴臂距差的基本知识入手，介绍了曲轴轴系特点和臂距差检测在实际运用中的意义，曲轴臂距差的概念和曲轴臂距差与曲轴轴线之间的关系。并详细介绍了不同组织设定的臂距差标准值，从测量工具的选择，测量位置的选择，测量结果的记录与计算详细阐述了当今检测臂距差的主流方法。从柴油机状态，工作环境，外界环境等八个方面详细解释了影响柴油机曲轴臂距差测量结果的因素。并由此提出一些解决方案。从而达到简化测量，精确测量，降低轮机管理人员工作强度，改善柴油机曲轴工作状态，延长柴油机使用寿命的目的。关键词:曲轴，臂距差，检测，影响因素I大连海洋大学本
4、科毕业论文（设计） AbstractAbstractThe alignment of the crankshaft directly affects the running status of the diesel engine, which affects the safety of the navigation. Diesel engine crankshaft deflection shows the state of the axis the crankshaft. During sailing, the state of the crankshaft alignment can be
5、 confirmed by testing the deflection of the crankshaft. This paper starts with the basic knowledge of the crankshaft deflection, introduces the crankshaft system, the significance of the crankshaft deflection testing, the conception of the deflection, the relationship between deflection and cranksha
6、ft axis, the standard value of the deflection set up by different organizations. The mainstream approach to testing the deflection is described in details from selecting the measuring tools, measuring position, recording and calculating the measuring results. At last the paper explains the influence
7、 factors in detail from diesel engine state, working environment, outside environment and other five aspects and put forward some solutions to these influences. Finally, the solutions can simplify the measurement and make the measurement more accurate, reduce the work intensity of engineers, improve
8、 the working conditions of crankshaft and prolong the service life of the diesel engine.Keywords：crankshaft, deflection, testing, influence factor大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第一章 前言第一章 前言曲轴能否正常工作直接影响柴油机是否可以安全运行，曲轴的任何故障将影响船舶和船员的生命财产安全。曲轴的工作状况极其复杂多变，曲轴在周期性变化的可燃油气混合物作用力、往复直线运动和旋转运动惯性力以及它们力矩作用下工作，承受着复杂的弯曲、扭转应力。曲轴的工
9、作运动速度很快，工作比压非常大，且工作过程中存在滑动摩擦。曲轴在实际工作中工况一直改变，无法保证始终处于液体动压润滑，特别是当润滑油中有固体杂质和腐蚀性杂质时，曲轴工作表面会发生强烈的磨料磨损和腐蚀磨损，导致曲轴无法正常工作。除此之外，柴油机曲轴具有多变的内外部结构，其内外部结构变化急剧，在急剧变化处产生了严重的集中应力。曲轴轴颈、曲柄臂和油道开口附近区域是曲轴应力集中最严重的部位。曲轴轴颈和曲柄臂的连接过渡区域最容易出现由于弯曲疲劳破坏而产生的裂缝，大概以45角折断曲柄臂。曲轴表面会有油道开口，油道开口附近区域若加工过于粗糙，易产生扭转疲劳裂缝，大概成45角扭断曲柄销。曲轴各个部位受到的力的
10、作用不同，通过统计资料我们可得知，在曲轴损坏中主轴颈损坏占10，曲柄销损坏占34，曲柄臂损坏占56。因此保证柴油机曲轴正常工作需从降低曲柄臂损坏率开始，而降低曲柄臂的损坏率需要定期测量曲轴曲柄臂距差。对于作为商用船舶主推进动力装置的柴油机来说，曲轴的任何故障是极其致命的，由于在航行途中受客观因素的限制，故障难以排除，易引发影响船舶安全的事故。目前我国应用范围最广的检测柴油机曲轴曲柄臂的方法是检测柴油机曲轴的臂距差，工作人员可以通过拐档表检测曲轴的臂距差从而推断出曲轴的工作状态。在实际工作中，轮机员需要时刻注意柴油机臂距差值，通过消除造成臂距差不符合标准的各种因素，使柴油机曲轴的臂距差保持在规定
11、的合理的范围内。因此必须对影响柴油机曲轴臂距差的相关因素详细进行定性、定量的分析研究，包括柴油机曲轴的设计、安装，到营运过程中维护保养以及货物配载、工作温度、风浪等等各种主客观因素。由于船舶自身工作状况和航行条件的复杂性，因此还有很多其它影响臂距差的因素，如船舶自身温差、大气温差、船舶坞修时支撑物的反作用力、自然灾害事故等都会导致曲轴臂距差发生变化。17大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差第二章 船用柴油机曲轴和臂距差2.1曲轴的工作状况柴油机曲轴汇集各个汽缸活塞组件做功，并将活塞组件的往复运动转化为其自身的回转运动，向外输出功率以带动螺旋桨、发电机以及柴油机的附属
12、设备（喷油泵、气阀、凸轮轴等），是柴油机功率输出的总枢纽。曲轴的外部形状变化十分急剧，可以看作由若干个彼此相错的曲拐组成，每个曲拐又分为轴颈、曲柄销、曲柄臂三部分。急剧变化的内外部形状导致应力集中，曲轴油道开口周围、主轴颈至曲柄臂连接过渡部分是曲轴应力集中最严重的部位12。曲轴主轴颈底部到曲柄臂间的过渡区域易发生弯曲疲劳裂缝，大概成45角折断曲柄臂。另一个方面，由于柴油机曲轴多采用压力润滑，因此在曲轴内部设计有复杂的润滑油油道，在曲轴表面有油道开口，油道开口处若机械加工不良，易产生扭转疲劳裂缝，大概成45角扭断曲柄销。曲轴的工作状况极其复杂多变，曲轴在周期性变化的可燃油气混合物作用力、往复直线
13、运动和旋转运动惯性力以及它们力矩作用下工作，承受着复杂的弯曲、扭转应力。而且曲轴的工作运动速度很快，工作比压非常大，且工作过程中存在滑动摩擦。曲轴在实际工作中工况一直改变，无法保证始终处于液体动压润滑，特别是当润滑油中有固体杂质和腐蚀性杂质时，曲轴工作表面会发生强烈的磨料磨损和腐蚀磨损，导致曲轴无法正常工作。除此之外，柴油机曲轴具有多变的内外部结构，其内外部结构变化急剧，在急剧变化处产生了严重的集中应力。由于柴油机曲轴所用润滑方式为流体动压润滑，主轴颈与主轴承以及曲柄销和连杆大段轴承在工作中运动速度很快，工作比压非常大，因此使曲轴会产生滑动摩擦，特别是在有冲击、润滑不良、机座船体变形、启车、停
14、车时更为严重使轴颈产生较为严重的磨损。曲轴各段轴系以及轴系与柴油机曲轴之间一般用法兰刚性连接，曲轴轴系要求各段轴的轴线在同一条直线上，即对轴系的校中质量要求较高，轴系校中质量的好坏直接影响船舶主机的正常运转 34。2.2臂距差检测的意义曲轴依靠位于机座上的主轴承支撑，由于诸多不确定性因素的存在，因此无法保证各轴承均匀磨损或者是船体不发生变形，主轴承的中心线的一致性也无法得到保证，因此导致曲轴中心线发生弯曲。曲轴轴线发生变形后表示曲轴会有某一个或者某几个曲拐拐档差超出标准值。由于曲轴在实际工作中工况一直改变，因此应力集中部位会发生扭转或者弯曲疲劳破坏，甚至发生曲轴断裂事故，臂距差数值的大小与曲轴疲劳破坏的情况成正比。通过统计资料我们可得知，在曲轴损坏事故中，主轴颈事故占10，曲柄销事故占34，曲柄臂事故占56。因此保证柴油机曲轴正常工作需从降低曲柄臂损坏率开始，而降低曲柄臂的损坏率需要定时测量曲轴曲柄臂距差，保证曲轴臂距差在规定的标准范围之内。表1是曲轴臂距差超限引起曲轴断裂的实例。曲轴臂距差的检测是目前检验曲轴及其轴系轴线状态的一种通用方法，臂距差作为一个非常重要的参数，它能准确地反映出曲轴及其轴系轴线的挠曲情况以及曲轴的整体工作性能和状况。曲轴臂距差数值的大小直接影响曲轴的寿命与可靠性，但是臂距差的数
