曲轴断裂的主要原因.doc
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1、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 e1 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 bearin
2、gs)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 结论:必须控制主轴承的不均匀磨损,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,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江+ b6 M& N p
3、* Z3 f- k9 p! w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 1.3 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
4、的磨损难以掌握和控制,因此造成的附加弯曲应力难计算)。% + k) W, e f: 3 S三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa三维网技术论坛! i : P5 1 T9 W6 ( C2 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 Y2.
5、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|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa2)断面突变处的圆角过渡,降低应力集中。曲轴的过渡圆角半径不小于曲柄销径的5。三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江6 m# |4 R9 X/ T) r4 Z3 N( B |2.2 制造方面2 V3 o0 B) W2 p/ S1)
6、消除加工制造过程中的各种应力。除应力退火。 t# Q - a2 k U三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa2)改善表面质量和性能。三维网技术论坛* O7 l+ . Q3 d! b# v! J* ) M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)。三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江) N; Y6 I! F1 Q$ %
7、 f* c U 对曲轴的过渡圆角进行滚压可使疲劳强度提高2070,球铁曲轴可提高5090。4 . u$ E8 ?3 j2.3 使用管理方面: b2 Q D( u+ E$ O( v+ F0 f5 q: z三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa加强对主、副柴油机的管理,尤其加强曲轴的维护保养,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。三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江2 +
8、s! m H P3 _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。/ V( D- w/ j7 B) d- ?三维|cad|机械|汽车|技术|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|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa! N& A5 P0 J) L- _3 Y3)柴
9、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|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa4 y3 U+ U9 Z! e8 W! n ?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,ca
10、d,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。, s2 c4 S- 4 t% E# X# o三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|ca
11、xa2轴肩圆角半径过小或在磨削中烧伤,特别是曲轴几经磨修后轴颈尺寸相应减小,强度降低,极易断裂。# D3 1 o. ( S/ R7 g f三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa3曲轴上的平衡重块安装时错位或重量不符合规定,破坏了曲轴的平衡性,曲轴将承受很大的惯性力,导致折断。设有平衡轴的柴油机,其平衡轴主要平衡活塞组、连杆小头在缸套中运动所产生的往复惯性力。平衡轴由齿轮驱动,如果齿轮记号装错,则会使柴油机振动加大,曲轴也会受到很大的冲击力,导致疲劳折断。$ i0 q% r& n$ G9 P0 f! E
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