汽车曲轴出现裂纹和断裂的原因分析及检修

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汽车的曲轴是柴油机的重要运动部件。由于曲轴断裂造成断裂是汽车的一个严重事故。在曲轴即将断裂时,发动机振动极大,有重、粗、闷的异常声音,下曲轴箱回音很大,随之发动机停止运转,则曲轴已完全断裂。柴油机曲轴的断裂不仅由于成本太高,而且维修或更换新曲轴所需的时间也太长。整块曲轴开裂通常发生在曲轴臂中部,曲轴臂与连杆轴颈的端部,或曲轴臂与曲轴颈的连接处;半组合式曲轴开裂主要发生在曲柄销上,而整块曲轴开裂主要发生在铸钢曲轴柄上。裂缝的形成会导致曲轴断裂。牵引车曲轴断裂是严重的事故,对柴油机是致命的。 本文对曲轴断裂的原因进行了分析,并介绍了导致曲轴断裂的主要因素—裂纹的检查方法,及曲轴裂纹的修理方法。

汽车曲轴


一、曲轴裂纹和断裂产生的原因
曲轴产生裂纹的主要原因是疲劳破坏,它是由弯曲、扭曲或两者合成的交变应力所引起的,而弯曲应力是两者中的主要因素。这是因为扭转应力通常可根据转矩、扭转振动计算掌握,而要准确计算弯曲应力就比较困难,并且曲轴主轴承的磨损又会引起附加弯曲应力。磨损越大越不均匀,附加弯曲应力越大。所以曲轴由弯曲应力引起的裂纹比扭曲应力引起的要多。弯曲应力与扭曲应力在轴颈的过渡圆角处、油孔边缘、材料有缺陷的部位等处易产生裂纹,继而向四周发展。具体原因如下:


1.材料本身有缺陷
制造曲轴的材料可能存在有气孔、缩孔、发裂(白点)、夹渣、偏析等缺陷,其中以发裂、夹渣及偏析影响较大。在交变载荷作用下,材料缺陷处因应力集中而产生裂纹。整根锻造的曲轴,如曲柄是机械加工形成的,则钢锭中的硫、磷偏析和氧化物夹渣造成的带状组织缺陷会出现在曲柄销与曲柄臂之间的圆角处。这是该类曲轴产生裂纹的主要原因。球墨铸铁曲轴因球化不良、球径过大等材料缺陷,会使其疲劳强度下降,从而产生裂纹。


2.修造工艺方面的缺陷
连杆轴颈小于曲轴轴颈,因此,弯曲应力又以连杆轴颈侧面为最大,故裂纹和折断多发生在该处。轴颈过渡圆角半径过小,油孔边缘圆角过小,或表面粗糙度过高,甚至于表面存在加工痕迹,都会使应力集中而产生裂纹。在镀铬修复轴颈时,圆角处也镀上铬,则会产生残余拉应力,使疲劳强度降低,产生疲劳裂纹。光磨轴颈时,没有使轴颈与曲轴臂连接处保持一定的过渡内圆角。当内圆角磨损引起应力集中,将造成疲劳损伤而折断。


3.维护管理不当
柴油机工作过程中,轴承间隙太大造成严重冲击,润滑油污染或渗入水分造成轴颈腐蚀;轴承径向间隙过小,轴瓦烧损,合金脱落,引起冲击载荷增大。轴瓦烧损后,如仍继续行驶,将促使曲轴裂断。主轴承不均匀磨损,气缸体变形,曲轴轴承座孔不正、不圆,修配曲轴轴承时各轴承不在同一轴线上,使曲轴轴心线弯曲过大,也会使曲轴产生裂纹。经常超负荷运行,也会产生裂纹。机油道不通,曲轴处于干摩擦状态,温度过高,导致曲轴折断。曲轴经常处在临界(危险)转速运转,曲轴或飞轮的平衡遭到破坏,曲轴受很大的惯性力冲击,使曲轴疲劳而折断。曲轴轴线不正,使飞轮偏摆,跳动量超过规定,在惯性力作用下,使曲轴产生疲劳而折断。曲轴后端与飞轮连接螺栓(母)松动,运转时曲轴发生抖动,使曲轴在尾端折断。柴油机发生飞车捣缸事故引起曲轴折断。

二、检查曲轴裂纹的方法
1.将曲轴支承在木架上,用小铁锤轻击曲轴,无裂纹时发出锵、锵的金属声,有裂纹则发出璞、璞的声音。
2.用五倍以上放大镜,在强烈的灯光下循轴颈检查。
3.将曲轴放在煤油中浸2h,取出擦干在可疑处撒一层白粉,轻敲曲轴,如有裂纹则会出现条痕。有条件可采用磁力探伤、超声波探伤、着色法检验。磁力探伤用电磁探伤器,先将曲轴磁化,再用铁粉撒在需要检查的部位,用小锤轻轻敲击曲轴,若有裂纹,则在铁粉聚积的地方就会出现清楚的裂纹线条。


三、曲轴裂纹的修理
对曲轴裂纹的修理方案,要取决于裂纹的长度与深度,所以首先应进行探伤检查。
1.如果裂纹深度较浅,经强度校核,不影响曲轴的使用,可以采用打磨的方法消除。但注意须将裂纹完全清除干净,用油石打磨凿出槽,使之圆滑过渡,以减小应力集中。为完全可靠起见,经过这样处理后,柴油机要降低功率使用。


2. 若裂缝深且长度长,可考虑采用焊接修复;对于组合式曲轴,此部分的曲柄或主轴颈可更换。在焊接修复过程中应注意两点:一是开裂后裂纹必须彻底清除;二是焊接后曲轴变形要尽可能小。堆焊应分段、分层进行,焊后缓冷,以消除或降低内部应力,最后进行探伤检查,并在必要时对焊补进行必要的处理。曲轴一般都是焊接补丁,其柴油机要降低功率使用。


3.修理时,遇到径向裂纹应特别注意。当径向裂纹离圆角距离在6 mm以内,且裂纹较深的,已不可修理:裂纹较浅的可以根据曲轴断面积实际损伤大小再判断是否可以修复。

 

 

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汽车的曲轴是柴油机的重要运动部件。由于曲轴断裂造成断裂是汽车的一个严重事故。在曲轴即将断裂时,发动机振动极大,有重、粗、闷的异常声音,下曲轴箱回音很大,随之发动机停止运转,则曲轴已完全断裂。柴油机曲轴的断裂不仅由于成本太高,而且维修或更换新曲轴所需的时间也太长。整块曲轴开裂通常发生在曲轴臂中部,曲轴臂与连杆轴颈的端部,或曲轴臂与曲轴颈的连接处;半组合式曲轴开裂主要发生在曲柄销上,而整块曲轴开裂主要发生在铸钢曲轴柄上。裂缝的形成会导致曲轴断裂。