1、 毕业论文（设计 ） 柴油机曲轴臂距差检验及影响因素分析 Testing of Diesel Engine Crankshaft Deflection and Analysis of Influence Factors 学 生 姓 名： 指导教 师 ： 合 作 指 导 教 师 ： 专业名 称 ： 轮机工程 所在学 院 ： 航海与船舶工程学院 二一三 年六月 目 录 摘要 . I Abstract . II 第一章 前言 .1 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差 .2 2.1 曲轴的工作状况 . 2 2.2 臂距差检测的意义 . 2 2.3 臂距差概念 . 3 2.4 曲轴臂距差与曲轴轴线状态的关系
2、 . 4 2.5 臂距差的标准值 . 5 第三章 臂距差测量工具与方法 .7 3.1 测量工具 . 7 3.2 测量位置的选择 . 9 3.3 结果记录及计算 . 10 第四章 船舶柴油机曲轴臂距差影响因素分析与对策 . 12 4.1 影响因素简介 . 12 4.2 轴系校 中对臂距差的影响及对策 . 12 4.3 柴油机垫块对臂距差的影响及对策 . 13 4.4 主轴承磨损不均匀对臂距差的影响及对策 . 14 4.5 大重量飞轮对臂距差的影响及对策 . 14 4.6 气体力与活塞运动装置对臂距差的影响及对策 . 15 4.7 船舶装载对臂距差的影响及对策 . 15 4.8 柴油机曲轴温度对臂
3、距差的影响及对策 . 16 4.9 机座塑性变形对臂距差的影响及对策 . 17 第五章 总结与建议 . 18 致谢 . 19 参考文献 . 20 附录 . 21 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 摘要 I 摘要 曲轴中心线 的校中状态 直接 决定了柴油机的 工作状况 ， 同时 影响船舶 安全。船舶 航行 过程中 ，轮机员通过 臂距差的检测 来 确定曲轴的轴线 状态 。 本文 从柴油机 曲轴臂距差的 基本知识 入手 ， 介绍了 曲轴轴系特点和臂距差检测在实际运用中的意义，曲轴臂距差的概念和曲轴臂距差与曲轴轴线之间的关系。并详细介绍了不同组织设定的臂距差标准值，从测量工具的选择，测量位置的选择，测
4、量结果的记录与计算详细阐述了当今检测臂距差的主流方法。从柴油机状态，工作环境，外界环境等八个方面详细解释了影响柴油机曲轴臂距差测量结果 的 因素 。 并由此提出一些解决方案。从而达到简化测量，精确测量，降低轮机管理人员工作强度，改善柴油机曲轴工作状态，延长柴油机使用寿命的目的。 关键词 :曲轴，臂距差，检测，影响因素 大连海洋大学本科毕业论文（设计） Abstract Abstract The alignment of the crankshaft directly affects the running status of the diesel engine, which affects t
5、he safety of the navigation. Diesel engine crankshaft deflection shows the state of the axis the crankshaft. During sailing, the state of the crankshaft alignment can be confirmed by testing the deflection of the crankshaft. This paper starts with the basic knowledge of the crankshaft deflection, in
6、troduces the crankshaft system, the significance of the crankshaft deflection testing, the conception of the deflection, the relationship between deflection and crankshaft axis, the standard value of the deflection set up by different organizations. The mainstream approach to testing the deflection
7、is described in details from selecting the measuring tools, measuring position, recording and calculating the measuring results. At last the paper explains the influence factors in detail from diesel engine state, working environment, outside environment and other five aspects and put forward some s
8、olutions to these influences. Finally, the solutions can simplify the measurement and make the measurement more accurate, reduce the work intensity of engineers, improve the working conditions of crankshaft and prolong the service life of the diesel engine. Keywords： crankshaft, deflection, testing,
9、 influence factor 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第一章 前言 1 第一章 前言 曲轴能否正常工作直接影响柴油机是否可以安全运行，曲轴的任何 故障将 影响船舶和 船员的生命财产安全。曲轴 的 工作状况极其复杂多变， 曲轴在 周期性 变化的 可燃 油气混合物 作用力 、 往复直线运动 和 旋转 运动惯性力 以及它们 力矩 作用下 工作 ， 承受 着复杂 的 弯曲 、扭转 应力 。 曲轴 的工作 运动 速度 很快，工作比压 非常 大 ，且工作 过程中存在滑动摩擦。 曲轴 在 实际工作 中工 况 一直改变，无法保证 始终 处于液体 动压润滑，特别是 当润滑油 中 有固体 杂 质
10、和腐蚀 性杂质 时，曲轴工作 表面 会发生 强烈 的 磨料磨损 和 腐蚀 磨损， 导致 曲轴无法 正常 工作。 除此之外 ， 柴油机曲轴 具有多变 的 内外部结构 ， 其内外部 结构变化 急剧 ，在 急剧变化处产生 了严重 的 集中应力。 曲轴 轴颈 、曲柄臂 和 油道 开口附近 区域 是 曲轴应力集中最严重的 部位 。 曲轴轴颈和曲柄 臂 的 连接 过渡 区域 最容易 出现 由于 弯曲疲劳破坏而产生的裂缝 ， 大概 以 45角折断 曲柄臂 。 曲轴 表面会有油道 开口 ，油道 开口 附近 区域 若加工 过于粗糙 ，易产生 扭转疲劳 裂缝 ，大概 成 45 角 扭断曲柄销 。曲轴 各个部位 受
11、到的 力的作用 不同 ， 通过 统计 资料 我们可得知 ，在 曲轴损坏中主轴 颈损坏占 10 ，曲柄销损坏 占 34，曲柄臂 损坏占 56。因此保证柴油机 曲轴正常工作 需从降低 曲柄臂损坏 率开始，而降低曲柄臂 的损坏 率需要定期测量 曲轴 曲柄臂距差 。 对于作为商用船舶主推进动力装置的柴油机来说，曲轴的 任何 故障是极其致命的，由于在航行途中受客观因素的限制，故障 难以 排除 ， 易引发影响 船舶安全的事故 。目前我国应用 范围最广的 检测 柴油机曲轴 曲柄臂 的方法是检测 柴油机 曲轴的 臂距差 ， 工作人员可以通过拐档表检测曲轴的 臂距差 从而 推断出曲轴的工作状态 。 在实际 工作
12、中， 轮机员 需要时刻 注意柴油机 臂距差值， 通过消除造成臂距差 不符合 标准的各种因素 ，使柴油机曲轴的臂距差保持在规定的合理的范围内。因此必须对影响柴油机曲轴臂距差的相关因素详细进行定性、定量的分析研究，包括柴油机曲轴的设计、安装，到营运过程中维护 保养 以及货物配载、工作温度、 风浪 等等各种主客观因素。由于船舶自身工作 状况和 航行 条件 的 复杂 性，因此 还有很多 其它 影响臂距差的因素 ，如船舶自身 温差 、 大气 温差、船舶坞修时支撑物的 反作用力 、自然灾害事故等都会导致曲轴臂距差发生变化。大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差 2 第二章 船用柴
13、油机曲轴和臂距差 2.1 曲轴的工作状况 柴油机曲轴 汇集各个汽缸 活塞 组件做功， 并将活塞 组件的往复运动 转化为 其自身的 回转 运动 ，向外输出功率以带动螺旋桨、发电机以及柴油机 的附属 设备（喷油泵、气阀 、凸轮轴等） ，是柴油机功率输出的总枢纽。曲轴的 外部 形状变化 十分急剧， 可以看作 由 若干个 彼此 相错的曲拐组成，每个曲拐 又 分为 轴颈、 曲柄销、曲柄臂 三部分 。急剧 变化的 内外部形状 导致应力集中 ，曲轴 油道 开口周围、 主轴颈 至 曲柄臂 连接过渡部分是 曲轴应力集中最严重的 部位 12。曲轴主轴颈底部到曲柄臂 间 的 过渡区域 易发生 弯曲疲劳裂缝 ， 大概
14、成 45角折断 曲柄臂 。另一个方面 ，由于柴油机 曲轴多采用压力 润滑， 因此在 曲轴内部设计有 复杂的 润滑油油道 ，在 曲轴 表面有 油道开口，油道 开口 处若 机械加工不良 ，易产生 扭转疲劳 裂缝 ，大概 成 45 角 扭断曲柄销。曲轴 的 工作状况极其复杂多变， 曲轴在 周期性 变化的 可燃 油气混合物 作用力 、 往复直线运动 和 旋转 运动惯性力 以及它们 力矩 作用下 工作 ， 承受 着复杂 的 弯曲 、扭转 应力 。 而且曲轴 的 工作 运动 速度 很快，工作比压 非常 大 ，且工作 过程中存在滑动摩擦。 曲轴 在 实际工作 中工 况 一直改变，无法保证 始终 处于液体 动
15、压润滑，特别是 当润滑油 中 有固体 杂质 和腐蚀 性杂质 时，曲轴工作 表面 会发生 强烈 的 磨料磨损 和 腐蚀 磨损， 导致 曲轴无法 正常 工作。 除此之外 ， 柴油机曲轴 具有 多变 的 内外部结构 ， 其内外部 结构变化 急剧 ，在 急剧变化处产生 了严重 的 集中应力。 由于柴油机 曲轴 所用 润滑方式为流体 动压 润滑， 主轴颈与 主轴承以及 曲柄销和连杆 大段 轴承在 工作中运动 速度 很快，工作比压 非常 大 ，因此使曲轴会产生滑动 摩擦 ，特别是在有冲击、润滑不良、机座船体 变形 、启车、停车 时 更为严重使 轴颈产生 较为 严重的磨损 。曲轴各段轴系以及轴系与柴油机曲轴
16、之间一般 用 法兰刚性连接，曲轴轴系要求各段轴的轴线在同一条直线上，即对轴系的校中质量要求 较高 ，轴系校中质量的好坏直接影响船舶 主机 的正常运转 34。 2.2 臂距差检测的意义 曲轴 依靠 位于 机座上的主轴承 支撑 ， 由于 诸多 不确定性 因素的存在， 因此 无法保证各 轴承 均匀磨损 或者是 船体不发生 变形，主轴承 的 中心线 的一致性 也 无法 得到 保证 ，因此 导致曲轴 中心线发生弯曲 。曲轴轴线发生 变形后 表示曲轴 会有某一个或者某几个 曲拐拐档差超出 标准值。 由于 曲轴 在 实际工作 中工 况 一直改变 ，因此应力 集中部位会发生 扭转 或者 弯曲 疲劳破坏 ，甚至
17、发生曲轴断裂事故，臂距差数值 的大小与曲轴 疲劳 破坏的情况成正比 。 通过 统计 资料 我们可得知 ，在 曲轴损坏 事故中， 主轴颈 事故 占 10 ，曲柄销 事故占 34，曲柄臂事故 占 56。因此保证柴油机 曲轴正常工作 需 从降低 曲柄臂损坏 率开始，而降低曲柄臂 的损坏 率需要定时测量 曲轴 曲柄臂距差，保证 曲轴臂距差在 规定 的标准范围之内。 表 1是曲轴 臂距差 超限 引起曲轴断裂的实例 。 曲轴臂距差的检测是目前检验曲轴及其 轴系 轴线状态的一种通用方法，臂距差作为 一个非常重要的参数 ，它能准确地反映出曲轴及其 轴系 轴线的挠曲情况以及 曲轴的整体 工作 性能和状况 。 曲
18、轴臂距差数值的大小直接影响曲轴的寿命与 可靠性 ，但是臂距差的 数值 只能反映曲轴及其大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差 3 轴系 非塑性 弯曲变形 的状况，不能反映曲轴及其 轴系的 塑性弯曲 变形的 状况，曲轴及其 轴系 的永久弯曲状况需通过测量其跳动量来了 解 567。 2.3 臂距差概念 曲轴由 多 个曲柄 部件 、飞 轮端 、 平衡块 、 自由端 等组成。结构 如图 2.1： 曲轴中任意两个相邻的曲柄臂间的间距即臂距，当相邻曲柄臂间的曲柄销位于 0、 180时或者位于 90、 270时，臂距的差即为臂距差。 当今行业中对 臂距差的正负值没有统一的规定，但通
19、常 在船舶维护 和 管理 过程中 我们 进行 如下设定 ：曲柄销在 0位置时，两相邻曲柄臂间的 臂距为 L 上 ，曲柄销在 180位置时，两相邻曲柄大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差 4 臂间 臂距为 L 下 ， 垂直平面 内的 臂距差值， 臂距差值则为 L 上 L 下 。同理曲柄销在 270位置时，两 相邻 曲柄臂间 臂距 为 L 左 ，曲柄销在 90位置时，两 相邻 曲柄臂间的 臂距 为 L 右 ， 表示 水平平面内的 臂距差值 ， 则 L 左 -L 右 ，当 0 时，臂距差为负值，当 0 时，臂距差为正值，当 =0 时，臂距差值为零 8。 而且曲轴 的 工作
20、是 以很大的 相对速度 转动， 曲轴 在 实际 运行中工作状况一直改变，因此曲轴曲柄臂间的臂距差值也是一直改变的，曲轴的弯曲程度与曲轴曲柄臂间臂距差值成正比 8。因此曲轴曲柄臂间臂距差值的大小可以表示曲轴的弯曲程度 9。 2.4 曲轴臂距差与曲轴轴线状态的关系 由于主轴承 下瓦 的高低 直接影响曲轴中心线的 状态 ，因此 通过测量曲轴的变形情况即测量曲柄销 位于 0、 180时或者位于 90、 270时的 臂距值便可以 了解曲轴 中心线的 状态 ， 那么各道主轴承 下瓦 的 磨损情况 也就清楚了 ， 如表 2 所示 。 柴油机曲轴 的臂距差值大小 表示 了柴油机曲轴中心线的 弯曲程度 。 如果
21、曲柄销位于 0时的臂距值大于位于 180时 的臂距值，即 0 时，曲轴的轴线呈向下弯曲 的弧线 10； 反之，当曲柄销位于 0时的臂距 值 小于曲柄销位 于 180时 的臂距 值 ，即 0 时 ， 曲轴轴心线呈向上弯曲的弧线 10，如图 3.3 所示。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 船用柴油机曲轴和臂距差 5 2.5 臂距差的 标准值 因为 柴油机曲轴臂距差值 体现 了 柴油机 曲轴 中心线 的弯曲情况 ，而柴油机曲轴 中心线的状况决定了 柴油机 曲轴的工作状况 ，所以国内 有关部门根据 船舶 航行区域和船舶 具体 情况对 柴油机 曲轴臂距差值 制定 了相关标准 。如 表 3 所示 。
