柴油機(jī)曲軸臂距差檢驗

1、1 引言在機(jī)器的正常運(yùn)作中，曲軸直接決定著采油機(jī)運(yùn)作壽命的長短。曲軸的運(yùn)行狀態(tài)常常存在不同之處， 例如曲軸工作時常常會受到曲軸動力原料的影響，曲軸所處環(huán)境的影響，以及曲軸在運(yùn)作過程中受 到各種不同慣性的影響。曲軸在運(yùn)作時，他的轉(zhuǎn)速十分快，同時柴油機(jī)承受著巨大的液體和氣體壓 力。同時，柴油機(jī)在運(yùn)作時與曲軸之間常常存在摩擦力。因此，曲軸運(yùn)作狀態(tài)是多變的，在運(yùn)作過 程中，曲軸不能始終保持著絕對潤滑。 例如，在曲軸運(yùn)作過程中，曲軸中的潤滑油料的耗盡或者曲 軸中潤滑油料中存在其他雜質(zhì)時，貝 U 會直接造成曲軸運(yùn)作磨損。曲軸的動力若是柴油機(jī)混合動力， 則會出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)外部壓力不同情況，同時這種壓力使得曲軸

2、的運(yùn)作出現(xiàn)較為嚴(yán)重的應(yīng)力效應(yīng)。曲軸采取柴油機(jī)作為原動力，應(yīng)力過度集中常常會損害曲軸的曲軸頸和曲軸臂。在曲軸運(yùn)作過程中， 最容易出現(xiàn)的事情就是曲軸臂出現(xiàn)裂縫或者曲軸臂出現(xiàn)嚴(yán)重的扭曲。當(dāng)油道開口潤滑油料減少或者缺損，則會造成油道處于嚴(yán)重磨損階段，此時若是再次強(qiáng)行運(yùn)作則會造成曲軸臂直接出現(xiàn)裂縫。所以，我們?nèi)羰窍氡Ｗo(hù)曲軸臂不受到傷害， 則需要保證柴油機(jī)器的正常運(yùn)行， 同時設(shè)計正確的曲軸臂 損害距離差，保證足夠的潤滑油料的使用。2 柴油機(jī)曲軸臂距差2.12.1 臂距差檢測的意義通過觀察機(jī)器整體結(jié)構(gòu)可知，曲軸在運(yùn)作時的支撐主要位于機(jī)器上的主軸進(jìn)行承受，同時需要 多方面的因素同時不發(fā)生問題才能保證整個曲軸的

3、正常運(yùn)行。在曲軸運(yùn)作時，若是可以保證曲軸不受磨損，則可以保證曲軸不會出現(xiàn)玩去或者裂縫的存在。 但是在實際的運(yùn)作過程中，常常會出現(xiàn)曲 軸與主軸之間存在中心線不一致的情況。 也就是說，由于曲軸與主軸之間存在中心線不一致所以導(dǎo) 致曲軸的曲拐值出現(xiàn)誤差。在曲軸工作中，曲拐值的經(jīng)常性改變導(dǎo)致的結(jié)果則是曲軸臂容易發(fā)生扭 曲或者出現(xiàn)裂縫的情況，同時也會出現(xiàn)曲軸臂出現(xiàn)其他的意外情況。 通過研究我們發(fā)現(xiàn)，曲軸臂在 嚴(yán)重疲勞的情況下極易出現(xiàn)損壞。 通過詳細(xì)的計算我們得出：曲軸頸出現(xiàn)損害的幾率較小，曲軸柄 出現(xiàn)損害的幾率大于曲軸頸，而曲軸臂出現(xiàn)損害的幾率是曲軸頸出現(xiàn)損害幾率的五倍，是曲軸臂出現(xiàn)損害幾率的三倍。所以，

4、若是要保證曲軸得到正常的運(yùn)行，則需要保證柴油機(jī)可以正常的運(yùn)行。 柴油機(jī)的正常運(yùn)行是曲軸得到正常運(yùn)行的重要保證。在下面的表1 中，則是由于曲軸臂在出現(xiàn)應(yīng)力過于集中后導(dǎo)致的曲軸臂直接斷裂的實際事例。在現(xiàn)在的科技發(fā)展階段，最直接保證曲軸正常運(yùn)行的檢測方法是檢查曲軸與曲軸線之間的實際 差距。在檢測的過程中，曲軸臂差是檢測曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，他可以十分精確的反映出曲軸在運(yùn)作過程中出現(xiàn)的一系列錯誤運(yùn)行工作狀態(tài)，同時通過值之間的差距顯示曲軸整體的工作運(yùn)行狀態(tài)的好壞通過上面的論述我們可以得知，的曲軸臂之間的誤差直接影響著曲軸臂的壽命和曲軸運(yùn)行時間的長短。 但是在取值時常常存在取值不準(zhǔn)確的現(xiàn)象， 同時取

5、值不能直接反應(yīng)曲軸塑彎變形的情況,因此，需要曲軸與軸系之間的準(zhǔn)確度量值需要一個專業(yè)的數(shù)據(jù)來顯示，這個數(shù)據(jù)稱為跳動量表 1 曲臂出現(xiàn)斷裂的幾種晴朗分析主機(jī)型號功率轉(zhuǎn)速出廠年月斷軸時間斷軸原因(kW)(r/mi n)6160A-1316410001985.91988.10軸系對中誤差較大6200Z-125710001992.21986.8主機(jī)前端輸出軸對中不良6018ZCL-1220.67501986.51990.2機(jī)艙平板龍 骨與機(jī)座變 形第六缸臂 距差超大8E150C-A26010001993.61998.5機(jī)座變形致使第三缸臂距差較大2.22.2 臂距差的概念曲軸常常由多個部分組成，其中較為

6、重要的部分主要有以下幾個方面：如圖1 所示：圖 1 曲軸結(jié)構(gòu)在圖中我們可以觀察到曲軸臂與曲軸臂之間的距離則是曲軸臂差距值，在曲軸臂與曲軸柄之間常常會存在一定的角度，這種角度主要有以下幾個值：Oo、180o90o、2700。當(dāng)出現(xiàn)剛才描述的幾個值時，則稱為臂距差?，F(xiàn)在對于臂距差的準(zhǔn)確描述還沒有達(dá)成共識， 也就是說對于臂距差在國際上沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來敘述。通常情況下，我們常常使用使用以下統(tǒng)計方法對臂距差進(jìn)行計量：當(dāng)曲柄與曲臂之間的度數(shù)為 Oo 時，則他們的臂距差可以記為 L上，當(dāng)他們之間的角度差為 180o 時，則他們之間的臂距 差為丄=L上- L下。以此可以類推出曲柄與曲臂之間的度數(shù)為 270

7、o 時，則他們之間的臂距差 一=L左-L右。.當(dāng)厶0 時，臂距差值為零。在曲軸工作時，常常是以較快的速度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，常常存在臂距差一直改變的情況。同時我們在計算時得出曲軸的彎曲度與曲軸臂之間存在正比例關(guān)系9。567。3 臂距差檢測工具及方法3.13.1 測量工具依據(jù)我國現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)來說，常常使用拐檔表作為測量曲軸臂之間存在差距的精準(zhǔn)儀器。在實際的測量過程中，我們可以首先觀察到拐檔表主要的零部件有圖 3.1 所示。我們在這里詳細(xì)的介紹一 下拐檔表各個零件的主要作用：測量頭的主要作用是調(diào)節(jié)拐檔表測量誤差的長度，同時可以通過與接管之間進(jìn)行合作最終測量到不同型號柴油機(jī)曲軸臂之間的誤差

8、值。通過改變測量值我們常?？梢詼y量不同型號的柴油機(jī)中曲軸臂之間的誤差值，但是通過這樣的測量并不一定可以測量的十分精 準(zhǔn)。此時，我們則需要通過與柴油機(jī)型號相匹配的同等型號的拐檔表來進(jìn)行測量。與柴油機(jī)同等型號的拐檔表不僅可以對曲軸臂差進(jìn)行精確的測量， 同時還可以根據(jù)曲軸臂之間的不斷變化算出曲軸 變化的先對值與絕對值。我們通常將曲軸中心向上玩去時的取值成為負(fù)取值，此時取值與彎曲的角度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。也就是說，彎曲的角度越大，則度量表得出的結(jié)果則越小，而彎曲的角度越小，得 出的數(shù)值則越大。與之同理，向下彎曲則稱之為正值，此時取值與彎曲的角度呈現(xiàn)正相關(guān)。彎曲的 角度越大，則度量表得出的結(jié)果則越大，而彎曲的角

9、度越小，得出的數(shù)值則越小。圖 2 機(jī)械式拐檔表3.23.2 測量位置的選擇現(xiàn)在我國在市面上通常使用的拐檔表為機(jī)械形式，在本篇文章中，我們也是以機(jī)械拐檔表為研 究對象進(jìn)行了詳細(xì)的研究。此表一般來講是安裝在曲軸的曲柄臂的中軸線上， 也就是說測量點選在 此處，在工程實際中，由于曲軸是在不停的工作運(yùn)動中，因此測量點在會因為曲軸的負(fù)荷的變化在 中軸線上發(fā)生位移，因此測量的距離也是隨著不停變化的。 若是拐檔表安的離曲軸的曲柄銷中軸線 比較遠(yuǎn)，那么就會導(dǎo)致測量的距離變大，因此所計算的值也會與真值有出入。 因為在何處測距有一 定的爭議，全球范圍內(nèi)的大多數(shù)國家都在執(zhí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說如今我們所采用的臂距值是

10、根據(jù)一系列的嚴(yán)格規(guī)范的選擇測量點的方法來確定出的， 這種嚴(yán)格的規(guī)范是如今國內(nèi)外多個有關(guān)部門 共同討論而制定出的結(jié)果。正因如此，如今的很多關(guān)于船舶的書籍或是關(guān)于柴油機(jī)以及內(nèi)燃機(jī)的一 些技術(shù)文獻(xiàn)中，不僅要標(biāo)明臂距值，而且還要按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來支出測量點應(yīng)該處于的位置，并且應(yīng)做好標(biāo)記。（圖 3）。測量點應(yīng)該所處的位置 a 為：圖 3 測量拐檔表位置示意圖現(xiàn)在市面上能夠見到的較大型的中低速的雙沖程柴油機(jī)采用的曲軸大部分都是半套合式的曲軸，因為機(jī)器的功率需要較大，因此這種曲軸的占地也非常之大， 因此，在將上述 a 點作為拐擋差 的測量點的時候會因為此點處在的位置不合適， 對我們的測量和安裝帶來諸多不便。由

11、于以上的原因存在，廠家另選了一個測拐擋的測量點 b,選取此店的優(yōu)勢在于此點離曲軸的曲柄臂的開口比較 近，與中心線距離則遠(yuǎn)一些，因此，將測量點選在這個地方是非常合適的。由于測距離中心線比較遠(yuǎn)，在上一段的論述中作者已經(jīng)針對此問題做過了討論，因此我們應(yīng)該尋求辦法來將在新加點的測量值轉(zhuǎn)化成為在原點的測量值才行。使用如下公式：3.33.3 結(jié)果記錄及計算圖 4 (a)(b)所示為：當(dāng)如圖構(gòu)建還沒有連接時，讀數(shù)時應(yīng)該先把曲軸旋轉(zhuǎn)一周，并且記錄下待測部位分別在 00,90,180,270這 4 個角度的技術(shù)，并且錄入對應(yīng)的表內(nèi)。圖 4 (c)(d)所示為：若是圖上的裝置已經(jīng)連接完畢，若要記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)遵循如下

12、方法：當(dāng)活塞的連接部位，也就是曲柄銷運(yùn)動到最底端時，圖示構(gòu)建正在居中的位置上，因此時沒有辦法去 安裝測量表，所以我們在真正的測量中應(yīng)該在連接構(gòu)建的曲柄銷左右的15,測出點 a 和點 e 的值,并且計算出平均值(a+e) /2 來取代臂距值，所以 c=(a+e) /2。盤車至曲柄銷位于 195處安裝臂 距表，將表的指針調(diào)零后依次測量 195、270、0、90、165五個位置的臂距值并將讀數(shù)記錄于 表格中。圖 4 曲軸臂距差記錄圖3.3.2 臂距差的計算因世界上各個國家檢測部門以及機(jī)械制造廠家的標(biāo)準(zhǔn)不一，我們此節(jié)所述的計算的方法也不一而是，具體可以參見附錄章節(jié)表 1 和表 2。4 船舶柴油機(jī)曲軸臂

13、距差影響因素分析4.14.1 軸系校中對臂距差的影響如今的廠家在設(shè)計船舶的主動力裝置時所采取的理念以及方式不同，因此柴油機(jī)的曲軸的設(shè)計也是各有差別，我們可將曲軸連接的方式分為兩類，分為兩類的根據(jù)是看軸系里的軸承是否有軸向 推力來區(qū)分，如圖 5 中所示，軸系中有推力軸承的系統(tǒng)以及圖 6 沒有推力軸承的系統(tǒng)。對于圖 5 所示的曲軸系統(tǒng)來講，為了保證整個系統(tǒng)良好地運(yùn)行，應(yīng)該對系統(tǒng)進(jìn)行提前的校中?，F(xiàn)在被廣泛地使用的方法是將曲軸與推力軸各自放到兩個支架之上，先對齊兩個法蘭墊片，繼而用相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行較為精細(xì)的調(diào)整。若是法蘭盤的與軸心線未能重合則代表了同軸度有些偏差，按照規(guī)定，柴油機(jī)曲軸和推力軸位移偏差不能

14、大于0.05 毫米，曲折偏差不能大于 0.1 毫米。西。圖 5 有推力軸承的柴油機(jī) 圖 6 無推力軸承的柴油機(jī) 法蘭片連接起來了曲軸和推力軸，根據(jù)前文所述可以知道法蘭之間的偏差以及中軸線的曲折反映了 系統(tǒng)同軸度的偏差，有偏差就意味著有微觀變形，且離法蘭片近的一邊會受到較大的影響。4.24.2 主軸承磨損不均勻?qū)Ρ劬嗖畹挠绊懺谠O(shè)計以及制造的過程中機(jī)器的各個部分會出現(xiàn)一些偏差或是瑕疵，因此機(jī)器的每一個氣缸不會達(dá)到輸出功率全部一樣，因此沒個氣缸承受的壓力不同，對曲軸的反作用力也就不同，因此曲軸 的每個支撐部件以及軸承承受的壓力也各有差異，在使用時間過長后，會導(dǎo)致主軸承不均勻的被磨損，被磨損后的軸承因

15、為其不均勻性， 有的軸承磨損嚴(yán)重，有的磨損的輕一些，磨損嚴(yán)重的軸承出 曲軸會下沉幅度很大，磨損輕的軸承處曲軸也會下沉，但是幅度會輕一些，因此會引起曲軸有剪切 力以及扭轉(zhuǎn)力，造成曲軸的曲拐以及臂距差變化。4.34.3 大重量飛輪對臂距差的影響重量較大的飛輪一般情況下是配備在較大型的雙沖程的柴油機(jī)上，當(dāng)飛輪的質(zhì)量變大，曲軸的臂距差也會隨之變大。當(dāng)較大質(zhì)量的飛輪作用于曲軸上后， 離飛輪比較近的一端會因為重量過大發(fā) 生微觀的彎曲，從而造成飛輪端下沉，導(dǎo)致整個曲軸發(fā)生向下的如圖 7 所示的彎曲變形。這樣就使 得臂距差變小。不僅如此，質(zhì)量較大的飛輪還會影響其他的曲拐， 因為在飛輪的作用下，曲軸會產(chǎn) 生脫空

16、的現(xiàn)象，但是只會影響離飛輪比較近的曲拐， 然而對其他的曲拐卻沒有什么影響。 當(dāng)拆除飛 輪夠，臂距值勢必會變。圖 7 飛輪重量對臂距差的影響4.44.4 氣體力與活塞運(yùn)動裝置對臂距差的影響安裝柴油機(jī)的曲軸的流程應(yīng)該如下：曲軸應(yīng)該先被安裝自機(jī)座上，接著將活塞連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊 裝。有可能在還未吊裝活塞結(jié)構(gòu)之前，曲軸就會因為自身質(zhì)量過大或者飛輪的重量過大而產(chǎn)生曲軸 的中軸線向下彎曲的現(xiàn)象，并且在安裝了活塞連桿機(jī)構(gòu)之后此種狀況會更甚。不僅如此，機(jī)器內(nèi)部在經(jīng)過燃燒室中的燃油汽化壓縮沖程過程后，活塞會產(chǎn)生巨大的推力，這種推力會通過連桿傳導(dǎo)， 最后將作用到曲軸上，在此種推力的作用下，曲軸也會發(fā)生中軸線下沉的問題

17、。綜上所述，造成曲軸中軸線下沉的原因時因為曲軸自重或是因為發(fā)動機(jī)沖程過程中產(chǎn)生的巨大的推力，造成了曲軸的不可逆的彎曲，使中心線下沉。4.54.5 機(jī)座塑性變形對臂距差的影響因機(jī)器的機(jī)座是安裝曲軸的地方，機(jī)座又是直接固定在船板上的，倘若船板發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變形 會使柴油機(jī)發(fā)生偏移。因此船舶發(fā)生船體的塑性變形將直接導(dǎo)致柴油機(jī)中心線發(fā)生改變，從而影響柴油機(jī)曲軸臂距差值。船體塑性變形不易發(fā)生，多是由于猛烈撞擊等突發(fā)性事故或者是由于對柴油機(jī)具有長期力的作用的缺陷引起，例如：船舶擦底、坐灘，船舶相撞，貫穿螺栓由于柴油機(jī)長期運(yùn) 行過程中震動而發(fā)生松動引起柴油機(jī)機(jī)座受力不均勻，地腳螺栓松動，機(jī)座墊塊磨損等。以

18、上事故或缺陷都會引起柴油機(jī)機(jī)座變形而導(dǎo)致柴油機(jī)曲軸臂距差值超出標(biāo)準(zhǔn)值。5 柴油機(jī)曲軸臂距差影響因素的解決措施5.15.1 軸系校中對臂距差影響的解決措施我們可以使用刀口直尺測量同軸度偏差確定曲軸曲拐變形，方法為：將刀口直尺安放于曲軸和推力軸的外表面，分別在 Oo、90o、180o、270o 四個位置，用眼觀察兩者接觸點處是否有光線露出，外部環(huán)境光亮較強(qiáng)時可在刀口直尺背側(cè)用手電照射，用塞尺測量有光線泄露出處的間隙值， 將所得間隙值經(jīng)相關(guān)計算后可得出偏差值17o 偏差值決定了曲軸中心線的狀態(tài)，曲軸的中心線的形變將直 接影響相應(yīng)曲拐曲柄臂距差值。5.25.2 主軸承磨損不均勻?qū)Ρ劬嗖钣绊懙慕鉀Q措施因

19、主軸承被磨損的因素非常之多，并且這些因素的很難被管理這些設(shè)備的人員全部了解，并且總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律。然而管理輪機(jī)的人員應(yīng)該對某一個單獨的柴油機(jī)有足夠的了解，并且經(jīng)過長時間， 反復(fù)地與之相處，工作人員應(yīng)該能夠?qū)@臺機(jī)器出現(xiàn)的問題總結(jié)出一定的規(guī)律，并且在相同的問題出現(xiàn)時能夠較為快速地解決之。針對本節(jié)問題上，我們需要將工作人員總結(jié)的經(jīng)驗施用這個問題上。 然而，一個人的經(jīng)驗也僅僅只能針對某一臺特定的機(jī)器，或許工作人員總結(jié)的規(guī)律或是經(jīng)驗對其他的機(jī)器并不通用。若是工作人員在保養(yǎng)，維修或是管理機(jī)器時發(fā)現(xiàn)曲軸的臂距差太大， 并且已經(jīng)超 出了正常的范圍，應(yīng)該想到時否是因為金屬機(jī)座發(fā)生了不可逆的變形。并且可以通過測定相應(yīng)的數(shù) 據(jù)來查看是否發(fā)生不可逆變形，方法將在下節(jié)敘述。5.35.3 大重量飛輪對臂距差影響的解決措施使用把軸承的高度改變的措施，能夠使曲軸即使安裝了一定質(zhì)量的飛輪以后也能使得形變不 大，使得臂距差不超過范圍?；蚴菍w輪往曲軸的中間靠近， 使其靠近主軸承，然而這樣會有使主 軸承旁邊的軸承發(fā)生脫空現(xiàn)象的可能性。5.45.4 氣體力與活塞運(yùn)動裝置對臂距差影響的解決措施對于以上兩種影響因素，無論是曲軸自重、柴油機(jī)活塞運(yùn)動裝置部分的附加重量還是柴油機(jī)在 運(yùn)行過程中產(chǎn)生的巨大的推力，在實際生產(chǎn)