趙東輝

(青島北海船舶重工有限責任公司，山東 青島 266520)

0 前言

柴油機在工作時，曲軸軸頸表面承受很大的單位壓力及很高的滑動摩擦速度，軸頸散熱效果較差，各軸頸表面極易遭受磨料磨損。因此，柴油機在大修時必須對曲軸進行檢查，然后選擇正確的修理方法，以保證曲軸所要求的疲勞強度和耐磨性。

曲軸的修理是一項很復雜的工藝過程，其修理工程所需費用也較大，但由于曲軸的造價昂貴(約占整臺柴油機造價的20% ～30%)，制造周期長，故在可能的條件下，對損傷的曲軸盡可能進行修理。

在多年的輪機修理工作中，接觸到許多曲軸修理項目，既有中、小型曲軸，也有大型曲軸;既有常見的如軸頸磨損、拉傷的修理，也有像紅套滑移這樣難度很大的修理。修理曲軸最普遍的工藝原則是尺寸分級修理 (一般直徑減少0.25mm為一級)。即將主軸頸、曲柄銷頸按修級磨小，使主軸頸的圓柱度及對曲軸中心線的同軸度加工到符合要求的范圍。然后配上加厚瓦，有時由于不能配加厚瓦或要避免由于修理次數(shù)增多而造成軸頸逐步減少，也采用電鍍、噴焊、無刻蝕鍍鐵等方法進行恢復原尺寸修理。

1 曲軸的技術要求

1.1 曲軸的表面狀況

曲軸加工表面不允許有裂紋、麻點、凹陷、毛刺及碰傷等缺陷。非加工表面不允許有氧化皮、分層、裂紋、過燒等缺陷。曲軸軸頸及紅套孔的加工表面應經磁粉探傷，磁粉探傷后均應作退磁處理。整體式曲軸軸頸的圓角、油孔及距圓角、油孔5mm以內不允許有發(fā)紋。其余部分允許有與軸線夾角小于30°的縱向發(fā)紋存在，同一軸頸上總數(shù)不多于3條同一截面上不多于2條，其長度應符合表1的規(guī)定，超過規(guī)定的部分允許修除，但須征得有關部門的同意。

表1 曲軸軸頸與發(fā)紋長度對照表 mm

1.2 曲軸主要精度及形位公差

1)主軸頸與曲柄銷的精度，低速機按h7級，高速機按h6級。

2)主軸頸對曲軸軸心線的徑向跳動符合CB/T 3542－1994的規(guī)定。

3)主軸頸與曲柄銷的圓度與圓柱度符合CB/T 3542－1994的規(guī)定。

4)曲柄銷外圓工作母線與主軸頸軸心線的平行度，在0°、90°、180°、270°4個位置測量，每100mm不大于0.015mm。

5)曲軸主要表面的粗糙度主軸頸及曲柄銷，低速機不大于Ra3.2，中、高速機不大于Ra1.6，油孔孔口及軸頸過渡圓角不大于Ra1.6。

2 曲軸結構、材料和熱處理要求

曲軸結構形式:①整體式曲軸，整體鍛造而成，中、高速柴油機多用此形式;②半組合式，中、大型柴油機多用此形式;③組合式，消除大件制造困難，大型機多用此形式。

曲軸材料:大、中型柴油機曲軸常采用35#、40#、45#等鋼及40Cr、35CrMo等合金鋼，曲軸鍛件應經正火處理，粗加工后須經退火或調質處理，調質后的硬度碳鋼一般為HB207～269、合金鋼為HB241～352。同時，為了進一步提高曲軸的疲勞強度和軸頸的耐磨性，在曲軸制造中還常采取一些特殊的強化方法，對曲軸表面進行強化處理。如:圓角滾壓強化、曲軸整體氮化或軟氮化和主軸頸的高頻淬火。

3 曲軸常見損傷與修理

3.1 軸頸的圓度與圓柱度超差的形成與修理

1)軸頸的磨損。曲軸修理時最常見的現(xiàn)象是主軸頸與曲柄銷頸的不規(guī)則磨損而形成的圓度、圓柱度偏差。該損傷形成的原因很多，對4沖程機來說，軸柄銷頸內側的磨損量常比外側多，其原因是在工作時，活塞工作行程所產生的壓力僅占一個循環(huán)總平衡力的20%左右，此壓力由連桿傳至曲軸時，使曲柄銷外側磨損，而在其他3個行程中，由于連桿大端所產生的慣性離心力約為總平衡力的70%左右，它迫使連桿有與曲軸脫離的傾向，并經常壓向曲柄銷的內側，曲柄銷頸磨損的70%左右是由于不等速運動部件的慣性離心力引起磨擦所造成的。對主軸頸來說，由于作用力與反作用力的恒等原理，故主軸頸的磨損也是靠曲柄銷磨損多的一側較大。

曲柄銷頸磨損一般比主軸頸嚴重，主要原因有:①由于作用在曲柄銷頸全長上的壓力不均勻，而壓力不均勻是由于活塞連桿安裝不正確所致;②由于連桿或曲軸產生彎曲;③由于磨損大的部位集中于一端，加劇了曲軸的偏磨。

2)軸頸圓度、圓柱度超差時，應及時修正，一般采用車床光車，如果條件允許，最好采用曲軸磨床進行磨削到要求尺寸。但修理較大的曲柄銷頸時，由于設備條件限制，一般都采用硬模手工修復。

3.2 軸頸表面的擦傷與腐蝕

1)軸頸表面的擦傷表現(xiàn)在軸頸表面上擦出條痕、劃痕、凹痕和拉毛等，產生原因為:①潤滑油過濾不清，含有較多雜質;②曲軸和軸瓦安裝時清潔不徹底;③潤滑油量不足或斷油時，軸承燒熔，使軸頸擦傷、燒傷等。

2)軸頸表面的腐蝕表現(xiàn)在軸頸表面上的銹蝕和點觸，主要原因是:①潤滑油中有水分;②潤滑油油質不佳，含酸性物質過多;③硫氧化物和其他燃燒生成物竄入曲軸箱，腐蝕了軸頸。

3)軸頸表面擦傷與腐蝕的修理。軸頸表面有較淺的傷痕用油石磨削，然后拋光處理，較深傷痕用油光銼銼削，然后油石磨削，最后拋光處理。

3.3 主軸頸跳動量超差的修理

主軸頸跳動量反映各主軸頸的同軸度情況，產生超差的原因:①曲軸制造誤差;②曲軸運轉時的不均勻磨損，使主軸頸軸線在不同方向上偏離原曲軸軸心線;③曲軸產生的永久變形。

曲柄銷與主軸頸軸線平行度超差產生的主要原因是:①曲軸加工或套合時的誤差;②曲軸運轉時主軸頸和曲柄銷的不均勻磨損;③曲柄銷兩端主軸承高低相差較大;④軸頸咬合和曲柄夾角扭曲等。

1)主軸頸跳動量超差的修理。

中小型曲軸主軸頸跳動量的修理都是結合其圓度和圓柱度的情況，在車床上或磨床上同時進行。如跳動量由于曲軸嚴重彎曲引起，則應將曲軸校直后再進行機械加工。

營運中的大型低速柴油機曲軸即使主軸頸存在較大的跳動量，一般不作修理，因進行這樣的修理工程很大，經濟上不合算。由于這種曲軸剛性差，即使存在一些跳動量，一般也不會對曲軸正常運轉產生大的影響。

大型曲軸在新造時，由于紅套誤差，會使主軸頸跳動量較大，一般不采用手工修正而用機械加工方法修正。

2)裂紋和發(fā)紋的修理。

曲軸的裂紋是由于長期受彎曲和扭轉的復合應力所引起的疲勞造成的，產生裂紋的原因很復雜，主要有:①材料本身缺陷，材料中存在夾渣、縮孔、氣孔、微小裂紋等。②制造工藝的缺陷，軸頸過渡圓角半徑不夠大;油孔邊緣圓角小，這些地方的加工粗糙度低等。③維護管理不當，軸瓦間隙過大，曲軸中心線不正，沒能及時調整等。

在曲軸的裂紋中，危及曲軸使用壽命的主要是在軸頸圓角處、曲臂上和油孔附近。在軸頸表面上平行于其軸線的裂紋一般是不影響其使用壽命的。

曲軸上危及使用的裂紋，原則上應報廢、較輕者或進行工藝條件保證下給予焊補。如果裂紋長度和深度不大，在強度校核允許的范圍內，可將裂紋鑿修，鑿修處清理干凈，齒槽邊緣修成圓滑過渡，并用油石磨光后繼續(xù)使用。

3)彎曲和扭曲的修理。

(1)曲軸彎曲和扭曲產生的原因:①各主軸承同軸性遭破壞，機座安裝不良，船體、機座變形等;②曲軸安裝與修理工藝不當;③柴油機運行事故致使連桿螺栓斷裂，活塞卡住等。

(2)彎曲的修理:當曲軸的彎曲度較小時，一般采用機加工主軸頸的方法解決;彎曲較大時，為了減化主軸頸的加工工藝，可先用機械校直法、加熱校直法、加熱—機械校直法進行校直。

(3)扭曲的處理。扭曲主要發(fā)生在整體式曲軸上，會使曲柄夾角發(fā)生變化，超過10°應予以報廢。小于10°則不必修理，可適當改變柴油機的配氣定時和降低功率繼續(xù)使用。

4)曲軸套合處滑移的修復。

套合處滑移是指主軸頸與曲柄臂間相對位置發(fā)生滑動，產生滑移時，柴油機不能正常工作?；飘a生的原因:①設計或工藝上過盈量過大或過小;②材料選用不當，屈服極限太低，易產生塑性變形，表面粗糙度不夠，套合時不清潔等;③柴油機事故致使柴油機超負荷、飛車、運行時咬缸等。

5)滑移的修理。

一般可采用在紅套接合面處裝銷釘、溫差法、局部更換法等方法進行修理。

(1)在紅套接合面處裝止動銷法。在紅套接合面處裝止動銷，可以防止繼續(xù)滑移，然后通過調整定時的方法，使柴油機正常運轉。在裝配止動銷時，要注意以下問題:①必須用兩個止動銷，并且在圓周方向相隔90°夾角;②止動銷的長度應大于曲柄臂厚度的一半;③止動銷上沿軸向應開一條小槽，以便排出孔內氣體;④止動銷與止動銷孔應為過盈配合，可將銷釘在液氮中冷卻后裝入孔內，或用千斤頂壓入。這種辦法工藝雖然簡單，但不是長效措施，因為打了止動銷孔，就會引起應力集中，造成裂紋，所以，只能作為臨時性措施，而且，這種修理方法只能適合修理滑移角度小于7°的曲軸。

(2)溫差法。溫差法的原理為加熱曲柄臂或冷卻主軸頸，將主軸頸紅套接合面松開，迫使曲柄臂回到原來位置。因為當曲柄臂和主軸頸的溫度差達到一定數(shù)值時，可以減少它們之間的結合力。溫差法是修理曲軸紅套處滑移的較好辦法，但溫差法的適用范圍受到限制。如果加熱曲柄臂溫度過高或主軸頸溫度降得過低，都會對材料的性能產生影響。對發(fā)生滑移的主軸頸是中空的曲軸，可以采取曲柄臂加溫和主軸頸降溫同時進行的辦法，這樣效果最好。

(3)局部更換法。要使紅套處恢復到設計要求，可更換一段主軸頸，即局部更換法。局部更換法是仿造曲軸制造的方法進行修理，主要技術要求參考設計制造要求。對修理質量來說，采用局部更換的方法是最好的方法，但局部更換法的修理工程量也是最大的。

4 曲軸修理的幾點建議

1)曲軸修理技術復雜，涉及面廣，工程量大，如果曲軸能夠出艙是最可靠的修理方法，但這樣需解體柴油機，把曲軸吊拉出艙，拆除相關通道障礙，工程量大。因此，為達到省時、省力、效果好，在條件允許的情況下，盡量采用專用設備就地加工。

2)對曲軸主軸頸、曲柄銷頸的圓度、圓柱度超差修理占有相當大的比例，約占60%～70%。在恢復原尺寸修理中，常采用電鍍、噴焊和無刻蝕鍍鐵3種方法。電鍍鍍層不能太厚，時間長，鍍液不符合環(huán)保要求，但其鍍層牢固可靠;噴焊是過去常用的修復方法，由于噴焊參數(shù)不易控制，溫度高、變形大，盡可能不采用;無刻蝕鍍鐵，成本低，周期短、鍍層牢固，質量穩(wěn)定，是優(yōu)先考慮的方法。

3)曲軸檢測。在平臺上和機床上均可進行，但在車床上曲軸測量工具、儀表安裝方便，尤其在平行度的檢測中，盡可能在符合條件的機床上進行。

4)曲軸在起吊、運輸中，由于形狀不規(guī)則、剛性差，最好裝箱吊運。實際證明因夾板沒合理研裝，吊運后曲軸常出現(xiàn)嚴重變形。

5)曲軸各部位測量是修理的基礎工作，數(shù)據(jù)的可靠性決定修理效果，由于曲軸測量數(shù)據(jù)多、難度大，修者必須“不厭其繁”，準確無遺漏的測量出各種數(shù)據(jù)，制作多種表格，方便進行填寫數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析。

曲軸修理是一項很復雜的工程，先進完善的修理工藝，不僅可以恢復曲軸的使用性能，減輕工人的勞動強度，而且能夠節(jié)省曲軸換新、甚至柴油機換新的費用，在船舶修理中具有重大意義。

［1］CB/T 3544－1994，船舶柴油機曲軸修理技術要求［S］.

［2］陳大榮.船舶內燃機設計 ［M］.國防工業(yè)出版社，1992.

［3］劉正林.簡明內燃機維修手冊 ［M］.機械工業(yè)出版社，2001.

［4］李奉香.柴油機連桿部件變形和曲軸紅套處滑移的修理工藝 ［J］.中國修船，2008(1).