孫繼紅
(清原滿族自治縣農(nóng)機化技術推廣服務站，遼寧 清原 113300)
0 引言
曲軸是柴油機受力復雜和貴重的零件之一，其功用是將活塞和連桿傳來的氣體作用力轉變成扭矩輸出，用以驅(qū)動拖拉機等工程機械行駛。此外，柴油機配氣機構和一些附件如水泵、機油泵、噴油泵等也由曲軸驅(qū)動。柴油機工作時曲軸承受氣體作用力，往復慣性力和旋轉慣性力以及它們所產(chǎn)生的力矩作用，使曲軸處于交變應力狀態(tài)。曲軸形狀復雜，應力集中現(xiàn)象相當嚴重，特別是曲柄與軸頸的圓角過渡區(qū)、潤滑油孔附近。主軸頸和連桿軸頸在很高的比壓及相對速度下滑動，柴油機曲軸易發(fā)生磨損、變形、裂紋或折斷等損傷，為了保證柴油機的運行質(zhì)量和運行安全，維修人員需要了解曲軸的結構特點，以及常見損傷的修理方法。
1 柴油機曲軸的結構特點
柴油機曲軸通常由優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、優(yōu)質(zhì)合金鋼和高強度球墨鑄鐵制造，其中鍛造曲軸多采用45號優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼制造。強化程度較高的柴油機曲軸通常采用抗拉強度和屈服點較高的優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，如40Cr、38CrMo等。球墨鑄鐵曲軸的優(yōu)點是制造方便、成本低，可保證曲軸的形狀合理，耐磨性好，因而被廣泛應用。WD615系列、YC6105QC型柴油機均采用球墨鑄鐵曲軸。
柴油機曲軸的結構有整體式和組合式，大多數(shù)柴油機采用整體式，而6135系列和T815系列柴油機則采用組合式。
1.1 整體式曲軸
整體式曲軸由曲軸前端、曲拐、曲軸后端及平衡塊等組成。多缸柴油機曲拐的布置形式與曲軸的平衡性、柴油機著火順序及著火間隔有關。一般四沖程四缸柴油機均采用平面布置曲軸，常用的工作順序為l—3—4—2或1—2—4—3，可以保證兩缸之間均勻著火。由于四個曲拐對稱于曲軸軸線的中心平面，平衡性較好。四沖程六缸直列式柴油機工作順序有1—5—3—6—2—4或1—4—2—6—3—5兩種。無論采用哪一種工作順序，其點火間隔角均為120°，六缸柴油機曲軸能實現(xiàn)自身完全平衡。
柴油機曲軸均采用全支承的結構形式，即相鄰兩個曲拐之間都設有主軸頸。全支承曲軸剛度和強度較高，主軸頸載荷小，工作可靠。為了提高曲軸的整體剛度，鑄造曲軸的主軸頸多為實心結構。連桿軸頸又稱曲柄銷，大多數(shù)鑄造曲軸的連桿軸頸做成空心的，既可減少質(zhì)量，又可減小離心力。有些連桿軸頸的中心線稍向外偏移，可進一步減少連桿軸頸產(chǎn)生的離心力。有時將連桿軸頸中的孔道兩端密封起來形成潤滑油腔。油腔可對雜質(zhì)起離心過濾作用。應定期對油腔進行清洗，防止雜質(zhì)沉積過多而堵塞油道。曲柄臂多制成橢圓或圓形，以提高材料的利用率。
柴油機曲軸均布置有一定數(shù)量的平衡塊，平衡塊形狀大多為扇形。因為扇形重塊的質(zhì)心距曲軸旋轉中心較遠，用較小的質(zhì)量即可產(chǎn)生較大的離心力，有利于減輕曲軸的整體質(zhì)量。柴油機曲軸與平衡塊多制成一體結構，少數(shù)柴油機曲軸與平衡塊分開制造，加工后用螺釘裝在一起。
曲軸后端的密封一般采用回油螺紋配合甩油盤，擋油凸緣配合油封等措施，回油螺紋槽的螺旋方向與曲軸轉向相反。曲軸旋轉時螺紋槽中的潤滑油也隨之旋轉，由于潤滑油有黏度，在曲軸和汽缸體之間的潤滑油因汽缸體表面的附著作用，使?jié)櫥团c曲軸表面產(chǎn)生速度差，螺紋槽中的潤滑油被推向汽缸體內(nèi)，故有很好的密封效果。曲軸后端伸出汽缸體外，飛輪通過定位銷或凸緣與曲軸后端的飛輪接合盤定位裝配，然后用螺栓緊固。
柴油機曲軸的曲柄臂與汽缸體側壁和主軸承蓋的端面間都有一定的軸向間隙。若間隙過小，曲軸轉動阻力增大，嚴重時會卡死；若間隙過大，曲軸受軸向力時竄動，產(chǎn)生振動和噪聲，影響活塞連桿組的正常工作。為了保證曲柄連桿機構工作的位置，必須對曲軸的軸向竄動加以限制，而在受熱膨脹時又能允許它自由伸長，所以曲軸只能有一處設置定位裝置。曲軸軸向定位可以選擇在前端、后端或中間主軸頸處。
曲軸前端定位通常采用整體式止推環(huán)或雙金屬片，雙金屬片的一邊澆有減磨合金。兩雙金屬片分別置于主軸承兩側。雙金屬片與曲柄臂之間的間隙為0.05～0.25 mm，其余主軸承蓋與曲柄臂之間的軸向間隙不小于0.75 mm。
曲軸中間定位或后端定位多采用翻邊軸瓦和半圓止推片，其中半圓止推片應用較廣。YC6105QC型柴油機曲軸的四片半圓形止推片，上、下分別裝于第四道主軸承的兩邊，其軸向間隙為0.09～0.21 mm。這種定位方式的優(yōu)點是，后端受到較大軸向推力時可避免產(chǎn)生曲軸的較大彎曲變形，同時也可降低對汽缸體和曲軸加工尺寸鏈精度的要求。安裝止推片時，必須把開有油槽的減磨合金層正對曲軸曲拐。
1.2 組合式曲軸
組合式曲軸的特點是，主軸承采用滾動軸承，其過盈配合內(nèi)圈套在每兩節(jié)曲軸相連接的主軸頸上，軸承內(nèi)圈是需要在油中加熱到規(guī)定溫度下再進行裝配的。
T815-3-929型十缸柴油機曲軸由曲軸前端軸、后端軸和5個曲拐組成，兩節(jié)曲軸之間分別用四條短螺栓和一條長螺栓(穿過曲軸連桿軸頸中心孔)連接、緊固成一體，曲軸組裝好后應在平臺上檢測曲軸總成的徑向跳動量。徑向跳動量可用調(diào)整連接螺栓的擰緊力予以校正。
T815-3A-929型柴油機曲軸平衡塊有兩種，第一和第五節(jié)曲拐上的平衡塊相同，位于連桿軸頸一側，兩種平衡塊不能互換，第三節(jié)曲軸不帶平衡塊。曲軸向曲軸箱安裝時應先將平衡塊拆下，拆前要做記號，按原位裝復。由曲軸箱前端起，依次裝入曲軸箱內(nèi)。事先應對曲軸主軸承外圈加以選擇，使外圈內(nèi)徑，可以裝到曲軸箱臨末端座孔，向前各軸承依次增大，形成階梯形內(nèi)孔，這樣便可容易地將曲軸裝入曲軸箱內(nèi)。
組合式曲軸組裝時，為了保證其相對位置的準確性，把與后節(jié)連接的曲拐定為第一節(jié)，按順時針方向依次向前為第二、第三、第四、第五和前節(jié)。第一節(jié)與后節(jié)組裝夾角相隔72°，依此類推。
曲軸后節(jié)有一節(jié)V形缺口，組裝時缺口對準第一節(jié)曲拐。飛輪上有0刻線，在汽缸活塞上止點時飛輪0點刻線向上，為了保證飛輪與曲軸后節(jié)的正確安裝位置，飛輪螺栓孔是非均布的。曲軸后端裝有止推軸承，以限制曲軸軸向移動，安裝時鍍銅面向外(飛輪)。曲軸軸向間隙0.08～0.26 mm，間隙過大將會引起潤滑油泄漏。
2 曲軸維修的技術要點
2.1 變形
曲軸彎曲使連桿軸頸與主軸頸的中心線不平行，各主軸頸不同心，運轉過程，不僅使活塞連桿組的工作性能變壞，而且將會產(chǎn)生燒瓦、抱軸乃至斷軸等嚴重后果。軸頸磨損超限，需磨修的曲軸如果彎曲，若不校直，則會加大磨削量，造成浪費。所以，凡磨修的曲軸，在磨修前都要檢查曲軸的彎曲度。按技術要求，超過0.10 mm·m-1彎度的曲軸就應進行校直。
目前普遍的作法是當曲軸的彎度在0.10 mm以內(nèi)時，可用磨削的方法來消除。彎度過大時，一般都采用冷壓校直法。這種方法是在壓力機上進行的。有些維修廠無專用工作臺，操作起來既不方便，又不可靠。
有些修理廠自制了專用工作臺。工作過程是校直前先將曲軸置于特制的V型鐵上，然后沿曲軸的反方向施加壓力，如果彎曲度在1 mm以內(nèi)時，加壓后曲軸反向變形量大約是彎曲度的10～15倍，載荷要保持2 min左右，使曲軸產(chǎn)生一定的殘余變形，曲軸方可得到校直。
用這種校直方法，每次需要三個人合作。如果彎曲量過大，需要反復地進行幾次，以免一次加壓反向變形量過大而造成應力集中，使其疲勞強度降低。在操作過程中，由于不易掌握施壓大小，正反幾次施壓會使曲軸報廢。所以有時不得不采取大磨削量的方法消除彎曲，這樣就會使曲軸磨削掉1～2次的修理尺寸。
此外，還有修理廠采用火焰校直法。就是將軸頸一側加熱，然后使其急驟冷卻，產(chǎn)生局部變形而得到校直，此法易造成局部應力集中或產(chǎn)生裂痕。
2.2 裂紋
對曲軸裂紋的修理方案，要取決于裂紋的長度與深度，所以首先應進行探傷檢查。
(1)如果裂紋深度較淺，經(jīng)強度校核，不影響曲軸的使用，可以采用打磨的方法消除。但注意須將裂紋完全清除干凈，用油石打磨鑿出槽，使之圓滑過渡，以減小應力集中。為了安全可靠的使用，經(jīng)過這樣處理后，柴油機要降低功率使用。
(2)如果裂紋較深、較長，可考慮用焊補法修理；對組合式曲軸，可更換裂紋部分的曲柄或主軸頸。焊后要進行探傷檢查和對焊補處進行必要的加工。通常，經(jīng)焊補的曲軸，其柴油機要降低功率使用。
(3)修理時，遇到徑向裂紋應特別注意。當徑向裂紋離圓角距離在6 mm以內(nèi)，且裂紋較深的，已不可修理。裂紋較淺的可以根據(jù)曲軸斷面積實際損失大小再判斷是否可以修復。
來源：《農(nóng)機使用與維修》2021年4期
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