發動機曲軸斷裂失效原因分析

斷裂失效是指金屬、合金材料和機械產品有限面積幾何表面的分離過程。斷裂是發動機曲軸在運行中的主要失效形式，疲勞斷裂居首位，約占失效案例的60%，給企業的生產經營造成了極大的浪費和損失。因此，曲軸斷裂失效分析尤為重要，可以防止類似失效現象的再次發生，為改進設計和加工工藝提供依據，消除隱患，保證產品的安全可靠性。也是企業節能增效的有利途徑。

一、曲軸斷裂簡介

曲軸作為發動機的核心零件之一，是發動機機體五大主要零件中最難保證加工質量的零件。由于曲軸中心孔與主軸頸之間的加工基準變化頻繁，導致基準的不對中誤差，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。同時，曲軸是燃燒氣體推動活塞從直線運動到旋轉運動的橋梁。曲軸的旋轉運動是整車或發動機的動力源，因此曲軸的壽命是發動機考核的關鍵指標之一。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度的薄弱環節。長期高速旋轉和較大的交變載荷應力會使曲軸圓角處產生裂紋或斷裂。如果軸頸圓角和軸頸表面存在缺陷，就會成為裂紋源，容易導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、裂紋擴展和斷裂三個階段。如圖1和2所示。

曲軸斷裂往往是突然發生的，容易造成人員傷亡和機器損壞，造成巨大損失，是曲軸生產廠家在生產經營中特別重視的課題。

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)曲軸制造質量差，加工粗糙，材質差，達不到設計要求。

(2)各缸工作不平衡，活塞連桿組重量偏差過大，導致曲軸受力不均，斷裂。

(3)冷矯直也是曲軸斷裂的一個原因。因為矯直是塑性變形，會產生微裂紋，大大降低曲軸的強度。因此，在交變載荷的作用下，曲軸會發生斷裂。

(4)主軸承中心線不同心，使曲軸受到交變壓力，導致曲軸斷裂。主軸承的不對中，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主軸承的不對中造成的。

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

(6)曲軸和飛輪的錐孔不符合技術要求。如果兩部分是線接觸而不是接觸，發動機工作時飛輪會松動，造成曲軸和飛輪之間的撞擊。此時飛輪會受到兩個方向的沖擊，容易導致曲軸鍵槽兩側產生裂紋。如果繼續使用，裂紋會逐漸擴大，必然導致曲軸斷裂。這種情況在單缸機中很常見。

2.裝配問題

(1)軸承裝配間隙過大或合金脫落，導致沖擊載荷增大。曲軸轉動時有抖動，或機器運轉過快，撞缸，頂起氣門等。曲軸應力過大，也會導致曲軸斷裂。

(2)用不符合要求的平衡塊更換曲軸，或曲軸錯位或偏心

(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。修復后的圓角在幾何尺寸和粗糙度上往往達不到技術要求，容易導致曲軸圓角處產生較大的應力集中。特別是經過幾次磨削修復后，由于軸頸尺寸相應減小，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。由此產生的不平衡離心力會導致軸承過載，發動機強烈振動，曲軸斷裂。

(8)如果供油時間過早，柴油會在活塞到達死點前燃燒，導致曲軸受到過大的沖擊載荷。由于機車長期在這種條件下工作，曲軸會疲勞斷裂。

(9)使用和操作不當。如果拖拉機啟動過猛或長時間超載，曲軸會受到過大的扭矩或沖擊載荷，導致曲軸斷裂。此外，由于工作時操作不熟練，油門控制不好，導致發動機運轉不平穩，曲軸受到較大的沖擊載荷。在這種情況下長時間工作會導致曲軸斷裂。

(10)使用中，離合器踏板未踩下，猛烈緊急制動導致曲軸斷裂。

三、曲軸斷裂的預防措施

1.保證加工的技術要求和使用的合理性。

(1)首先保證材料符合技術要求，避免曲軸在運轉中承受的載荷遠遠超過曲軸本身的疲勞極限而導致過載和斷裂。

(2)軸頸尺寸、圓角、光潔度、動平衡等所有加工尺寸必須滿足技術要求。

(3)安裝曲軸前，嚴格檢查其主要技術要求(如曲軸連桿軸頸圓角、曲軸半徑、曲軸飛輪總成動平衡等。).)，應該符合標準。

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

(5)各缸供油(或點火)應均勻，供油提前或點火時間應滿足技術要求。

(6)曲軸軸頸與軸瓦的間隙應符合技術要求。間隙配合是為了更好的轉動和潤滑。過渡配合和過盈配合都可能使軸和軸套之間的摩擦系數過高，潤滑油無法進入工作面。

(7)按規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。

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

(9)保持發動機潤滑系統油路暢通，潤滑油充足。進行良好的潤滑，以避免軸瓦和軸頸之間的干摩擦。

(10)發動機大修時，應對曲軸進行磁探傷或油浸錘擊檢查。當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，不便于修理和使用，曲軸應b。

通過采用各種強化方法提高材料的強度，特別是表面強度，在軸頸R角表面形成殘余壓應力，可以顯著提高疲勞強度。此外，還可以修復各種缺陷、刀痕、尖角、斷面突變等造成的質量問題。這會導致曲軸上的應力集中，從而提高曲軸的抗疲勞性。圓角滾壓強化、滲氮圓角滾壓強化、感應淬火圓角滾壓強化等復合強化工藝是最有效的強化方法，不僅提高了曲軸的疲勞強度，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，滾壓輪在接觸壓力下沿凹槽圓周方向運動。根據金屬變形理論，在外力的作用下，零件表面被軋制金屬的原子間距會暫時減小或晶粒發生滑移。當外力達到一定值時，被加工表面的金屬會在形成塑性變形的同時發生彈性變形。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生了變化，圓角表面產生了一定的殘余壓應力，使金屬表面得到了強化，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度極限、屈服極限和疲勞極限。

軋制效果與曲軸的設計尺寸、材料強度、軋輥尺寸、軋制壓力和轉數有關。在實際應用中，滾輪、滾壓壓力、壓入角度、滾壓圈數等。應根據產品特點進行選擇，以充分發揮曲軸材料和圓角滾壓的優勢，提高產品質量。

四個。結論。

發動機曲軸在工作過程中斷裂是一種非常嚴重的故障事故。有材料、加工、裝配、使用、維護等多方面的原因。因此，通過分析斷裂機理和規律，優化制造工藝，嚴格控制生產和裝配過程，合理使用，定期維護和更換曲軸，使曲軸的質量要求和使用要求能夠滿足發動機正常運轉的需要。特別是在運行中禁止違章操作，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。