柴油机曲轴的结构特点与维修注意事项

孙继红

(清原满族自治县农机化技术推广服务站，辽宁 清原 113300)

0 引言

曲轴是柴油机受力最复杂和最贵重的零件之一，其功用是将活塞和连杆传来的气体作用力转变成扭矩输出，用以驱动拖拉机等工程机械行驶。此外，柴油机配气机构和一些附件如水泵、机油泵、喷油泵等也由曲轴驱动。柴油机工作时曲轴承受气体作用力，往复惯性力和旋转惯性力以及它们所产生的力矩作用，使曲轴处于交变应力状态。曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别是曲柄与轴颈的圆角过渡区、润滑油孔附近。主轴颈和连杆轴颈在很高的比压及相对速度下滑动，柴油机曲轴易发生磨损、变形、裂纹或折断等损伤，为了保证柴油机的运行质量和运行安全，维修人员需要了解曲轴的结构特点，以及常见损伤的修理方法。

1 柴油机曲轴的结构特点

柴油机曲轴通常由优质碳素结构钢、优质合金钢和高强度球墨铸铁制造，其中锻造曲轴多采用45号优质碳素结构钢制造。强化程度较高的柴油机曲轴通常采用抗拉强度和屈服点较高的优质合金钢制造，如40Cr、38CrMo等。球墨铸铁曲轴的优点是制造方便、成本低，可保证曲轴的形状合理，耐磨性好，因而被广泛应用。WD615系列、YC6105QC型柴油机均采用球墨铸铁曲轴。

柴油机曲轴的结构有整体式和组合式，大多数柴油机采用整体式，而6135系列和T815系列柴油机则采用组合式。

1.1 整体式曲轴

整体式曲轴由曲轴前端、曲拐、曲轴后端及平衡块等组成。多缸柴油机曲拐的布置形式与曲轴的平衡性、柴油机着火顺序及着火间隔有关。一般四冲程四缸柴油机均采用平面布置曲轴，常用的工作顺序为l—3—4—2或1—2—4—3，可以保证两缸之间均匀着火。由于四个曲拐对称于曲轴轴线的中心平面，平衡性较好。四冲程六缸直列式柴油机工作顺序有1—5—3—6—2—4或1—4—2—6—3—5两种。无论采用哪一种工作顺序，其点火间隔角均为120°，六缸柴油机曲轴能实现自身完全平衡。

柴油机曲轴均采用全支承的结构形式，即相邻两个曲拐之间都设有主轴颈。全支承曲轴刚度和强度较高，主轴颈载荷小，工作可靠。为了提高曲轴的整体刚度，铸造曲轴的主轴颈多为实心结构。连杆轴颈又称曲柄销，大多数铸造曲轴的连杆轴颈做成空心的，既可减少质量，又可减小离心力。有些连杆轴颈的中心线稍向外偏移，可进一步减少连杆轴颈产生的离心力。有时将连杆轴颈中的孔道两端密封起来形成润滑油腔。油腔可对杂质起离心过滤作用。应定期对油腔进行清洗，防止杂质沉积过多而堵塞油道。曲柄臂多制成椭圆或圆形，以提高材料的利用率。

柴油机曲轴均布置有一定数量的平衡块，平衡块形状大多为扇形。因为扇形重块的质心距曲轴旋转中心较远，用较小的质量即可产生较大的离心力，有利于减轻曲轴的整体质量。柴油机曲轴与平衡块多制成一体结构，少数柴油机曲轴与平衡块分开制造，加工后用螺钉装在一起。

曲轴后端的密封一般采用回油螺纹配合甩油盘，挡油凸缘配合油封等措施，回油螺纹槽的螺旋方向与曲轴转向相反。曲轴旋转时螺纹槽中的润滑油也随之旋转，由于润滑油有黏度，在曲轴和汽缸体之间的润滑油因汽缸体表面的附着作用，使润滑油与曲轴表面产生速度差，螺纹槽中的润滑油被推向汽缸体内，故有很好的密封效果。曲轴后端伸出汽缸体外，飞轮通过定位销或凸缘与曲轴后端的飞轮接合盘定位装配，然后用螺栓紧固。

柴油机曲轴的曲柄臂与汽缸体侧壁和主轴承盖的端面间都有一定的轴向间隙。若间隙过小，曲轴转动阻力增大，严重时会卡死；若间隙过大，曲轴受轴向力时窜动，产生振动和噪声，影响活塞连杆组的正常工作。为了保证曲柄连杆机构工作的位置，必须对曲轴的轴向窜动加以限制，而在受热膨胀时又能允许它自由伸长，所以曲轴只能有一处设置定位装置。曲轴轴向定位可以选择在前端、后端或中间主轴颈处。

曲轴前端定位通常采用整体式止推环或双金属片，双金属片的一边浇有减磨合金。两双金属片分别置于主轴承两侧。双金属片与曲柄臂之间的间隙为0.05～0.25 mm，其余主轴承盖与曲柄臂之间的轴向间隙不小于0.75 mm。

曲轴中间定位或后端定位多采用翻边轴瓦和半圆止推片，其中半圆止推片应用较广。YC6105QC型柴油机曲轴的四片半圆形止推片，上、下分别装于第四道主轴承的两边，其轴向间隙为0.09～0.21 mm。这种定位方式的优点是，后端受到较大轴向推力时可避免产生曲轴的较大弯曲变形，同时也可降低对汽缸体和曲轴加工尺寸链精度的要求。安装止推片时，必须把开有油槽的减磨合金层正对曲轴曲拐。

1.2 组合式曲轴

组合式曲轴的特点是，主轴承采用滚动轴承，其过盈配合内圈套在每两节曲轴相连接的主轴颈上，轴承内圈是需要在油中加热到规定温度下再进行装配的。

T815-3-929型十缸柴油机曲轴由曲轴前端轴、后端轴和5个曲拐组成，两节曲轴之间分别用四条短螺栓和一条长螺栓(穿过曲轴连杆轴颈中心孔)连接、紧固成一体，曲轴组装好后应在平台上检测曲轴总成的径向跳动量。径向跳动量可用调整连接螺栓的拧紧力予以校正。

T815-3A-929型柴油机曲轴平衡块有两种，第一和第五节曲拐上的平衡块相同，位于连杆轴颈一侧，两种平衡块不能互换，第三节曲轴不带平衡块。曲轴向曲轴箱安装时应先将平衡块拆下，拆前要做记号，按原位装复。由曲轴箱前端起，依次装入曲轴箱内。事先应对曲轴主轴承外圈加以选择，使外圈内径最小，可以装到曲轴箱最后端座孔，向前各轴承依次增大，形成阶梯形内孔，这样便可容易地将曲轴装入曲轴箱内。

组合式曲轴组装时，为了保证其相对位置的准确性，把与后节连接的曲拐定为第一节，按顺时针方向依次向前为第二、第三、第四、第五和前节。第一节与后节组装夹角相隔72°，依此类推。

曲轴后节有一节V形缺口，组装时缺口对准第一节曲拐。飞轮上有0刻线，在汽缸活塞上止点时飞轮0点刻线向上，为了保证飞轮与曲轴后节的正确安装位置，飞轮螺栓孔是非均布的。曲轴后端装有止推轴承，以限制曲轴轴向移动，安装时镀铜面向外(飞轮)。曲轴轴向间隙0.08～0.26 mm，间隙过大将会引起润滑油泄漏。

2 曲轴维修的技术要点

2.1 变形

曲轴弯曲使连杆轴颈与主轴颈的中心线不平行，各主轴颈不同心，运转过程，不仅使活塞连杆组的工作性能变坏，而且将会产生烧瓦、抱轴乃至断轴等严重后果。轴颈磨损超限，需磨修的曲轴如果弯曲，若不校直，则会加大磨削量，造成浪费。所以，凡磨修的曲轴，在磨修前都要检查曲轴的弯曲度。按技术要求，超过0.10 mm·m-1弯度的曲轴就应进行校直。

目前普遍的作法是当曲轴的弯度在0.10 mm以内时，可用磨削的方法来消除。弯度过大时，一般都采用冷压校直法。这种方法是在压力机上进行的。有些维修厂无专用工作台，操作起来既不方便，又不可靠。

有些修理厂自制了专用工作台。工作过程是校直前先将曲轴置于特制的V型铁上，然后沿曲轴的反方向施加压力，如果弯曲度在1 mm以内时，加压后曲轴反向变形量大约是弯曲度的10～15倍，载荷要保持2 min左右，使曲轴产生一定的残余变形，曲轴方可得到校直。

用这种校直方法，每次需要三个人合作。如果弯曲量过大，需要反复地进行几次，以免一次加压反向变形量过大而造成应力集中，使其疲劳强度降低。在操作过程中，由于不易掌握施压大小，正反几次施压会使曲轴报废。所以有时不得不采取大磨削量的方法消除弯曲，这样就会使曲轴磨削掉1～2次的修理尺寸。

此外，还有修理厂采用火焰校直法。就是将轴颈一侧加热，然后使其急骤冷却，产生局部变形而得到校直，此法易造成局部应力集中或产生裂痕。

2.2 裂纹

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。为了安全可靠的使用，经过这样处理后，柴油机要降低功率使用。

(2)如果裂纹较深、较长，可考虑用焊补法修理；对组合式曲轴，可更换裂纹部分的曲柄或主轴颈。焊后要进行探伤检查和对焊补处进行必要的加工。通常，经焊补的曲轴，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失大小再判断是否可以修复。

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