發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂失效原因分析

斷裂失效是指金屬、合金材料和機(jī)械產(chǎn)品有限面積幾何表面的分離過程。斷裂是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在運(yùn)行中的主要失效形式，疲勞斷裂居首位，約占失效案例的60%，給企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成了極大的浪費(fèi)和損失。因此，曲軸斷裂失效分析尤為重要，可以防止類似失效現(xiàn)象的再次發(fā)生，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和加工工藝提供依據(jù)，消除隱患，保證產(chǎn)品的安全可靠性。也是企業(yè)節(jié)能增效的有利途徑。

一、曲軸斷裂簡(jiǎn)介

曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體五大主要零件中最難保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸中心孔與主軸頸之間的加工基準(zhǔn)變化頻繁，導(dǎo)致基準(zhǔn)的不對(duì)中誤差，加上軸類零件加工過程中各軸頸加工精度高、剛性差的特點(diǎn)。同時(shí)，曲軸是燃燒氣體推動(dòng)活塞從直線運(yùn)動(dòng)到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的橋梁。曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是整車或發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，因此曲軸的壽命是發(fā)動(dòng)機(jī)考核的關(guān)鍵指標(biāo)之一。由于曲軸在工作中承受交變載荷，主軸頸與連桿軸頸之間的圓角過渡是曲軸強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)和較大的交變載荷應(yīng)力會(huì)使曲軸圓角處產(chǎn)生裂紋或斷裂。如果軸頸圓角和軸頸表面存在缺陷，就會(huì)成為裂紋源，容易導(dǎo)致曲軸早期非疲勞斷裂。一般裂紋源位于連桿頸的R角處，以45左右的方向延伸至曲柄尖端，最終斷裂，包括裂紋源、裂紋擴(kuò)展和斷裂三個(gè)階段。如圖1和2所示。

曲軸斷裂往往是突然發(fā)生的，容易造成人員傷亡和機(jī)器損壞，造成巨大損失，是曲軸生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中特別重視的課題。

二、曲軸斷裂分析

曲軸斷裂的原因如下：

1.處理不符合要求。

(1)曲軸制造質(zhì)量差，加工粗糙，材質(zhì)差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

(2)各缸工作不平衡，活塞連桿組重量偏差過大，導(dǎo)致曲軸受力不均，斷裂。

(3)冷矯直也是曲軸斷裂的一個(gè)原因。因?yàn)槌C直是塑性變形，會(huì)產(chǎn)生微裂紋，大大降低曲軸的強(qiáng)度。因此，在交變載荷的作用下，曲軸會(huì)發(fā)生斷裂。

(4)主軸承中心線不同心，使曲軸受到交變壓力，導(dǎo)致曲軸斷裂。主軸承的不對(duì)中，除了缸體在熱處理過程中的自然失效和缸體本身的變形外，往往是由于維修裝配或刮瓦時(shí)主軸承的不對(duì)中造成的。

(5)曲軸軸線的偏轉(zhuǎn)使飛輪擺動(dòng)，曲軸在慣性力的作用下容易疲勞斷裂。根據(jù)要求，飛輪的擺差不應(yīng)超過0.8毫米。

(6)曲軸和飛輪的錐孔不符合技術(shù)要求。如果兩部分是線接觸而不是接觸，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)飛輪會(huì)松動(dòng)，造成曲軸和飛輪之間的撞擊。此時(shí)飛輪會(huì)受到兩個(gè)方向的沖擊，容易導(dǎo)致曲軸鍵槽兩側(cè)產(chǎn)生裂紋。如果繼續(xù)使用，裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，必然導(dǎo)致曲軸斷裂。這種情況在單缸機(jī)中很常見。

2.裝配問題

(1)軸承裝配間隙過大或合金脫落，導(dǎo)致沖擊載荷增大。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有抖動(dòng)，或機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過快，撞缸，頂起氣門等。曲軸應(yīng)力過大，也會(huì)導(dǎo)致曲軸斷裂。

(2)用不符合要求的平衡塊更換曲軸，或曲軸錯(cuò)位或偏心

(6)曲軸修整過程中，曲軸主軸頸和連桿軸頸的圓角處理不夠重視。修復(fù)后的圓角在幾何尺寸和粗糙度上往往達(dá)不到技術(shù)要求，容易導(dǎo)致曲軸圓角處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。特別是經(jīng)過幾次磨削修復(fù)后，由于軸頸尺寸相應(yīng)減小，曲軸軸頸更容易斷裂。

(7)曲軸彎曲變形超差，大大超過允許值。由此產(chǎn)生的不平衡離心力會(huì)導(dǎo)致軸承過載，發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)，曲軸斷裂。

(8)如果供油時(shí)間過早，柴油會(huì)在活塞到達(dá)死點(diǎn)前燃燒，導(dǎo)致曲軸受到過大的沖擊載荷。由于機(jī)車長(zhǎng)期在這種條件下工作，曲軸會(huì)疲勞斷裂。

(9)使用和操作不當(dāng)。如果拖拉機(jī)啟動(dòng)過猛或長(zhǎng)時(shí)間超載，曲軸會(huì)受到過大的扭矩或沖擊載荷，導(dǎo)致曲軸斷裂。此外，由于工作時(shí)操作不熟練，油門控制不好，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，曲軸受到較大的沖擊載荷。在這種情況下長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致曲軸斷裂。

(10)使用中，離合器踏板未踩下，猛烈緊急制動(dòng)導(dǎo)致曲軸斷裂。

三、曲軸斷裂的預(yù)防措施

1.保證加工的技術(shù)要求和使用的合理性。

(1)首先保證材料符合技術(shù)要求，避免曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中承受的載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過曲軸本身的疲勞極限而導(dǎo)致過載和斷裂。

(2)軸頸尺寸、圓角、光潔度、動(dòng)平衡等所有加工尺寸必須滿足技術(shù)要求。

(3)安裝曲軸前，嚴(yán)格檢查其主要技術(shù)要求(如曲軸連桿軸頸圓角、曲軸半徑、曲軸飛輪總成動(dòng)平衡等。).)，應(yīng)該符合標(biāo)準(zhǔn)。

(4)曲軸與飛輪錐孔的配合應(yīng)符合技術(shù)要求，曲軸與飛輪的結(jié)合面應(yīng)在75%以上，避免因結(jié)合面過小造成飛輪松動(dòng)，以及曲軸與飛輪之間的沖擊。

(5)各缸供油(或點(diǎn)火)應(yīng)均勻，供油提前或點(diǎn)火時(shí)間應(yīng)滿足技術(shù)要求。

(6)曲軸軸頸與軸瓦的間隙應(yīng)符合技術(shù)要求。間隙配合是為了更好的轉(zhuǎn)動(dòng)和潤(rùn)滑。過渡配合和過盈配合都可能使軸和軸套之間的摩擦系數(shù)過高，潤(rùn)滑油無法進(jìn)入工作面。

(7)按規(guī)定的順序和扭矩距離擰緊飛輪和曲軸的連接螺栓，并鎖緊以防松動(dòng)。

(8)避免發(fā)動(dòng)機(jī)過載和突然爆炸；機(jī)車超載時(shí)，起步平穩(wěn)，不要抬腳太快。遇到障礙物時(shí)，不要加大油門，松開離合器，使勁沖。機(jī)車運(yùn)行時(shí)，一般需要踩離合器制動(dòng)停車；正確控制油門，不要忽大忽小。

(9)保持發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)油路暢通，潤(rùn)滑油充足。進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，以避免軸瓦和軸頸之間的干摩擦。

(10)發(fā)動(dòng)機(jī)大修時(shí)，應(yīng)對(duì)曲軸進(jìn)行磁探傷或油浸錘擊檢查。當(dāng)曲柄頸表面有徑向裂紋或軸向裂紋延伸到軸肩圓角處較深時(shí)，不便于修理和使用，曲軸應(yīng)b。

通過采用各種強(qiáng)化方法提高材料的強(qiáng)度，特別是表面強(qiáng)度，在軸頸R角表面形成殘余壓應(yīng)力，可以顯著提高疲勞強(qiáng)度。此外，還可以修復(fù)各種缺陷、刀痕、尖角、斷面突變等造成的質(zhì)量問題。這會(huì)導(dǎo)致曲軸上的應(yīng)力集中，從而提高曲軸的抗疲勞性。圓角滾壓強(qiáng)化、滲氮圓角滾壓強(qiáng)化、感應(yīng)淬火圓角滾壓強(qiáng)化等復(fù)合強(qiáng)化工藝是最有效的強(qiáng)化方法，不僅提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度，還提高了曲軸表面的耐磨性。就圓角滾壓而言，它可以使

咬邊滾壓原理：在曲軸圓角處加工咬邊槽。采用滾壓技術(shù)，滾壓輪在接觸壓力下沿凹槽圓周方向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)金屬變形理論，在外力的作用下，零件表面被軋制金屬的原子間距會(huì)暫時(shí)減小或晶粒發(fā)生滑移。當(dāng)外力達(dá)到一定值時(shí)，被加工表面的金屬會(huì)在形成塑性變形的同時(shí)發(fā)生彈性變形。由于塑性變形，零件加工表面的形狀、顯微組織和物理性能發(fā)生了變化，圓角表面產(chǎn)生了一定的殘余壓應(yīng)力，使金屬表面得到了強(qiáng)化，提高了零件表面的冷加工硬化硬度，使微觀粗糙度變平，降低了零件的表面粗糙度，提高了軋制金屬表面的強(qiáng)度極限、屈服極限和疲勞極限。

軋制效果與曲軸的設(shè)計(jì)尺寸、材料強(qiáng)度、軋輥尺寸、軋制壓力和轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，滾輪、滾壓壓力、壓入角度、滾壓圈數(shù)等。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行選擇，以充分發(fā)揮曲軸材料和圓角滾壓的優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

四個(gè)。結(jié)論。

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在工作過程中斷裂是一種非常嚴(yán)重的故障事故。有材料、加工、裝配、使用、維護(hù)等多方面的原因。因此，通過分析斷裂機(jī)理和規(guī)律，優(yōu)化制造工藝，嚴(yán)格控制生產(chǎn)和裝配過程，合理使用，定期維護(hù)和更換曲軸，使曲軸的質(zhì)量要求和使用要求能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。特別是在運(yùn)行中禁止違章操作，特別是通過提高曲軸本身的疲勞性能，可以顯著降低斷軸率。