曲轴断裂的主要原因

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§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 e

1 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 ，确保轴线的平直。- {2 X& ^% X9 y/ _

1.2 扭转疲劳裂纹（Torsion Fatigue Crack）三维,cad,机械,技术,汽

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扭矩产生的应力加上扭转振动产生的附加扭转应力。一般发生在油孔处，并在轴颈上沿与轴线成

45o角的两个方向扩展，且在运行初期发生，扭转振动节点附近的曲柄。

2 R& l* }6 ^1 弯曲—扭转疲劳裂纹（Compound Fatigue Crack）三维,cad,机械,技术,汽

车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江6 n" @9 i/ l% ?

（FIG.4-9）生产实践表明：曲轴的弯曲疲劳多于扭转疲劳。因为弯曲应力的应力集中系数比扭转

应力集中系数大，且弯曲应力难以精确计算（导致应力的因素：各主轴承的磨损难以掌握和控制，

因此造成的附加弯曲应力难计算）。

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|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa三维网技术论坛! i {: P5 ]1 T9 W6

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2 防止或减少疲劳裂纹的主要方法

$ U2 D$ o. d" a5 f: O7 }防止或减少船机零件的疲劳破坏，从根本上就要消除或降低零件上的应

力集中和附加应力，即消除或减少疲劳裂纹源和降低交变应力。具体措施要从零件的结构设计和制

造方面着手，对于轮机员来说则要从轮机管理方面来减少船机零件的疲劳破坏。; H1 E- _! L" Y 2.1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& O3 P8 t+ m三维|cad|机械|汽车|技术

车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江6 m# |4 R9 X/ T) r4 Z3

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2.2 制造方面2 V3 o0 B) W2 p/ S

1）消除加工制造过程中的各种应力。除应力退火。

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表面是裂纹的策源地。主要方法是：

' n* y0 j. C6 m* u三维网技术论坛★降低粗糙度，对表面进行强化处理（渗C、N等）。

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★对曲轴的过渡圆角进行滚压可使疲劳强度提高20～70％，球铁曲轴可提高50～90％。

4 ~. u$ E8 ?3 j2.3 使用管理方面

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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

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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。

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|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

3）柴油机运转时避免在转速禁区持续运转。

) M) I! f0 _. \; 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

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。

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# D3 {1 o. {( S/ R7 g' f三维|cad|机械|汽车|技术

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5．发动机爆燃、拖拉机起步过猛等，使曲轴所受冲击载荷加大。尤其是发动机在缺油或轴瓦间隙过小的情况下，当发动机出现烧瓦、抱轴事故后，曲轴将出现弯曲或变形，严重时会引起曲轴折断。 R3 z% L6 b% l7 I, `$ t

6．在修磨曲轴的主轴颈及连杆轴颈时，两轴颈同轴度超差，连杆轴颈与主轴颈中心线不平行。 e* l5 E- P* R

7．曲轴或平衡轴轴向间隙过大，使曲轴或连杆大头与平衡轴等部件产生撞击，导致曲轴断裂。

1 r) Z3 @" a& t4 Y& q" n. F. a8．曲轴连杆轴颈与连杆轴瓦、主轴颈与主轴承磨损过甚，配合间隙超限。当机车运转时，曲轴冲击载荷加大，也会导致曲轴断裂。三维,cad,机械,技术,汽

车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江1 W$ v/ ~! b \+ z6 F0 I 9．在双缸或多缸柴油机上，各缸活塞连杆重量差超过太多，使机器运输时失去平衡，超重的一组惯性加大，与其相连的曲轴轴颈易折断。三维|cad|机械|汽车|技术

在找准上述原因的基础上，便可针对性地采取防止和修复措施，减少曲轴折断事故的发生。

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