1、目 录 I 目 录 第 1 章 前 言 . 1 第 1 章 船舶柴油机曲轴故障诊断和修复对策的概况 . 2 1.1 船舶柴油机曲轴以及曲轴的作用 . 2 1.2 船舶柴油机曲轴的工作环境 . 3 第 2 章 船舶柴油机曲轴常见的故障诊断方法和产生原因 . 4 2.1 简述船舶柴油机曲轴的故障诊断 . 4 2.2 轴颈的磨损现象 . 5 2.3 轴颈表面缺陷现象 . 7 2.4 曲轴的弯曲与扭曲现象 . 8 2.5 曲轴的裂纹和折断现象 . 10 2.6 曲轴烧蚀现象 . 13 第 3 章 船舶柴油机曲轴故障的对策 . 15 3.1 简述船舶柴油机曲轴的故障对策 . 15 3.2 轴颈磨损现象的
2、对策 . 15 3.3 轴颈表面缺陷 现象的对策 . 15 3.4 曲轴的弯曲与扭曲现象的对策 . 15 3.5 曲轴的裂纹和折断现象的对策 . 15 3.6 曲轴烧蚀现象 的的对策 . 15 第 4 章 目前国内外先进的船舶柴油机曲轴故障诊断方法 . 16 4.1 金属磁记忆在线诊断技术 . 16 4.2 激光熔覆技术 . 16 4.3 曲轴系统动态特性分析方法 . 16 结 论 . 17 致 谢 . 18 参 考 文 献 . 19 附录 附录内容 . 20 英 文 摘 要 柴油 机曲轴故障诊断与对策 摘 要 船舶柴油机曲轴是船舶重要的运动部件，并且在运行的同时，面临着众多的复杂恶劣的工作环
3、境。通过分析船舶柴油机曲轴的各种故障现象：连杆轴颈的磨损、曲轴烧蚀现象、曲轴的弯曲与扭曲、曲轴的裂纹和折断、连杆轴颈表面缺陷等常见故障，研究柴油机曲轴故障分析和修复工艺，以保证柴油机曲轴在工作中高质量、高安全、高稳定的运行，避免重大事故的发生，保护人身财产安全。 关键词：柴油机曲轴；故障诊断；修复与对策 中文摘要 - 2 - Abstract Diesel engine crankshaft is one of the most important components of the marine diesel engine. It can make the link reciprocatio
4、n of the piston into rotary motion . The writing of this thesis Subject is through the analysis of a variety of marine diesel engine crankshaft failure phenomenon : the wear and tear of the connecting rod journal crankshaft ablation phenomenon, the crankshaft crack and break, connecting rod journal
5、surface defects common failure to study the diesel engine crankshaft failure analysis and repair process , promote and continuously improve the technical level, in order to ensure that the diesel engine crankshaft in the work of high quality , high security , high and stable operation ,avoiding the
6、occurrence of major accidents , to protect personal and property safety . Key Words： Diesel Engine Crankshaft； Fault Diagnosis； Repair And Countermeasures 2013 届轮机工程专业毕业论文 -1 - 前 言 船舶柴油机曲轴是船舶柴油机的最重要的运动部件之一，它的作用是汇集柴油机各缸的功率，然后向外输出。曲轴工作条件十分恶劣，在这种工作条件下，曲轴就会发生一系列的故障和问题。本篇论文的主题，就是分析船舶柴油机曲轴故障和它的修复，完善该方面的研究
7、水平，加强诊断和修复技术， 介绍当前国内外先进的曲轴故障诊断和分析技术以及工艺等等。 曲轴的工作条件恶劣表现在： 曲轴受到很大的交变扭力、弯曲力、压力、离心力和拉力的共同作用。同时，曲轴的各轴颈要在很高的比压下作高速旋转运动，使轴颈和轴承受到高强度的磨损。 曲轴在工作过程中面临着受力复杂，应力集中，轴颈磨损严重等众多难题。由于曲轴的工作环境是极其恶劣的，曲轴一旦损坏，不仅影响柴油机的动力性、经济性，对船舶柴油机产生致命的破坏，还可能直接威胁到船舶的航行安全。 发动机运行一定时间后 , 曲轴连杆轴颈表面会产生划痕、烧伤、硬度下降等缺陷。这些情况与曲轴工作条件和修理装配情况有关。 连杆轴颈表面会产
8、生划痕 , 是润滑油不清洁、滤清效果不好造成的。大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线 实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线。曲轴断裂是机械破坏的最终结果，其最初表现为裂纹。弯曲疲劳裂纹多开始于曲柄臂与轴颈的过度圆角处，然后向曲柄臂发展。扭曲疲劳裂纹则往往从园孔、圆角部位开始 ，与轴心线呈 45方向向轴颈发展。而许多裂纹往往是两种应力复合作用破坏的结果。 本篇论文的写作主旨就是通过分析船舶柴油机曲轴的各种故障现象：连杆轴颈的磨损、曲轴烧蚀现象、曲轴的弯曲与扭曲
9、、曲轴的裂纹和折断、连杆轴颈表面缺陷等常见故障，研究柴油机曲轴故障分析和修复工艺，以保证柴油机曲轴在工作中高质量、高安全、高稳定的运行，避免重大事故的发生，保护人身财产安全。 柴油机曲轴故障诊断与对策 - 2 - 第 1 章 船舶柴油机曲轴故障诊断和修复对策的概况 船舶柴油机曲轴是船舶柴油机中最重要的运动部件之一，把功率传给螺旋桨，带动螺旋桨旋转，然后促使船舶前进或者后退。 1.1 船舶柴油机曲轴以及曲轴的作用 船舶柴油机曲轴是船舶柴油 机 的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动。 它 是 船舶柴油机 上的一个重要的机件 。（如图 1.1）主轴颈被安装在缸
10、体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸 活塞 连接，是一个典型的 曲柄 滑块机构。曲轴的润滑主要是指与 摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 。柴油机曲轴是柴油机当中的 主要旋转机件， 它是船舶柴油机最主要的部件之一，造价高，它的造价占整部柴油机总造价的 1/4 左右，主要有主轴颈、曲柄臂和曲柄销组成1。 （图 1.1） 2013 届轮机工程专业毕业论文 -3 - 1.2 船舶柴油机曲轴的工作环境 曲轴由于在工作过程中受力复杂，应力集中，严重附加应力大，轴颈磨损严重等，并且受到运动机件的惯性和离心力的作用，使曲轴产生扭转、弯曲、剪切和拉伸、压缩等复杂的交变应力，同时受到海浪、风力、负荷的
11、影响，曲轴的工作环境是极其恶劣的。 曲轴是柴油机的重要运动件 之一 , 它是由主轴颈、曲柄臂和曲柄销等组成的。曲轴是一根弯曲刚度较大、扭转刚度较低的零件 , 它所受的力和力矩为 :( 1) 周期变化的燃气压力作用于各轴颈上 , 对其进行快速冲击 ;(2) 活塞连杆组上、下往复的运动质量惯性力 ;（ 3) 曲柄销、曲柄臂、连杆旋转质量和曲轴平衡块的离心力 ;( 4) 由各曲柄传递来的扭矩及反扭矩 , 相互作用于曲轴不同转角位置上 , 具有不同的大小和方向 ;( 5) 主轴承对主轴颈作用的支座反作用力 ;(6) 机体轴承孔的不同心度 , 轴颈和轴承磨损、变形产生的阶梯度以及机体变形引起的附加应力
12、;( 7) 扭振引起的附加应力等。因此 , 要求曲轴必须具有足够的疲劳强度、较高的弯曲强度和刚度以及扭转刚度和加工精度 , 并具有一定的自振频率 ; 同时 , 也要求曲轴轴颈必须耐磨 , 以提高使用寿命 2。 第 2 章 船舶柴油机曲轴常见的故障诊断方法和产生原因 故障诊断技术是 20 世纪六七十年代产生并发展起来的一门综合性边缘科学，是研究机器或者机组运行状态在诊断信息中的反应，其研究内容包括对机器运行现状的识别诊断，对其运行过程的检测以及运行发展趋势的预测等三个方面。 2.1 船舶柴油机曲轴的故障诊断 船舶机械 故障诊断是针对船舶机械特点研制专门用于船上的故障诊断装置或监控系统。比如船舶柴
13、油机运转状态下的性能参数：温度、压力、转速，零件尺寸变化，振动和噪声，滑油中的磨损产物等均是故障诊断的部位、原因和后果等做出正确的诊断。 柴油机曲轴故障诊断与对策 - 4 - 应用船舶故障诊断技术能有效的防止和减少故障，最大限度的缩短停机时间，具有操作方便、分析容易、诊断迅速和经济可靠的特点 3。 2.2 轴颈的磨损现象 一、曲轴轴颈的磨损现象的原因分析： 曲轴轴颈表面轻微磨损表现为表面擦痕，划痕变粗糙。发生轴颈的磨损原因有润滑油含杂质、表面不清洁或轴承粗糙等原 因所致。它的处理方法有伤痕时应用砂布，油石或修磨夹具加以去除，并应抛光，以减少造成应力集中源的可能。 轴颈磨损不均匀的影响因素： 1
14、) 曲柄销因受作用力比主轴颈大，故曲柄销磨损量大于主轴颈。 2) 曲轴中间主轴颈因受两个相邻气缸作用，故磨损量比两端的大些。 3) 因活塞不正、连杆弯曲或曲轴油道杂质在出口后沿长度方向分布不均等原因都会造成曲柄销长度方向磨损不均。 二、 6135 柴油机曲轴磨损故障分析： 我国的大部分国内中小型船舶 , 大都采用 135系列柴油机作为发动机 , 特别是 6135 柴油机机用量比例更大 , 现就 6135 柴油机曲轴故障及修理做一简述。 6135 柴油机曲轴为球墨铸铁、圆盘式组合曲轴，其特点是 : 每个曲拐单独制造 , 然后用螺栓联成一根完整的曲轴。这种曲轴制造方便，使用中若发现某曲拐损坏 ,
15、可单独更换损坏的曲拐 , 而无需将整根曲轴报废。 由于发动机的磨损及安装、调整维修不当等原因，造成发动机曲轴轴瓦与曲轴轴颈之间配合间隙过大，引起发动机振动冲击、噪声加剧的故障，简称为大瓦响故障当该故障发生时，它不仅影响发动机的动力性，同时还影响发动机的经济性及可靠性严重时能导致曲轴轴承烧毁和曲轴断裂等严重损 坏所以对其进行早期预测，视情修理是保证发动机良好运行的必要条件。 6135 柴油机的主轴承采用滚动轴承 , 主轴颈无磨损 ; 连杆轴承采用滑动轴承 , 轴颈磨损严重 ,而且很不均匀。其磨损的主要部位 , 在连杆轴颈彼此相对的内侧表面上。 2013 届轮机工程专业毕业论文 -5 - 2.3
16、轴颈表面缺陷现象 一、 6135 柴油机连杆轴颈表面磨损分析原因和分析： 6135船用发动机运行一定时间后 , 曲轴轴颈表面会产生划痕、烧伤、硬度下降等缺陷。这些情况与曲轴工作条件和修理装配情况有关。轴颈表面会产生划痕 , 是润滑油不清洁、滤清效果不好造成的。因此 , 6135 柴油机在工作 200 h( 或相应的公里数 ) 后 , 应拆洗刮片或粗滤器的滤芯和离心式细滤器的转子。 轴颈表面烧伤 , 是配合间隙过小或润滑油不足而造成的。因此 , 修理时必须留有合适的间隙 , 并保证运行时有足够的润滑油流量 , 以带走因摩擦而产生的热量。轴颈表面硬度下降的原因 , 主要是曲轴烧伤抱轴产生的高温使轴
17、颈退火 , 以及多次修磨使硬度高的热处理表面层减薄或修磨时受热退火而引起的 8。 2.4 曲轴的弯曲与扭曲现象 曲轴的基本工作载荷是弯曲载荷和扭转载荷；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取 扭转振动减振措施的曲轴还可能承受着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。曲轴是内燃机曲柄连杆机构的主要组成部分、三大运动件之一，是主要传力件。它的功用是把气缸中所作的功，通过活塞连杆汇总后以旋转运动形式输出。此外，曲轴还传动保证内燃机正常工作需要的机构和系统附件 (如配气机构、燃油泵、水泵、润滑油泵等
18、 )，因此曲轴工作的可靠性和寿命在很大程度上影响内燃机工作的可靠性和寿命。 大、中型柴油机的曲轴较细长，刚性较低。安装 后，自重使主轴颈座贴于主轴承下瓦表面。因此各主轴承孔的中心连线就是各主轴颈中心的连线 实际轴线。当各主轴承中心高低不一时，安装后的曲轴中心线就不是一根平直线而是呈弯曲弧线。 柴油机曲轴故障诊断与对策 - 6 - 若存在挠曲，曲轴在回转一周中，两个曲柄臂之间的距离（简称臂距）就会发生变化。当轴线呈下塌挠曲时，曲柄销在上止点时臂距就会比曲柄销在下死止点时的臂距大。若曲轴轴线呈上拱挠曲，则情况相反 5。 （图 2.4） 2013 届轮机工程专业毕业论文 -7 - 挠曲与臂距差（图 2.4.1） a)下弧线弯曲； b)上弧线弯曲 曲柄臂扩张 收拢变形主要发生在 曲柄臂与曲柄销连接处，造成曲柄臂与曲柄销连接过度圆角处产生交变的弯曲应力。 由于这种弯曲应力与气缸内气体压力无直接关系，故称附加弯曲应力，其数值大小难以精确计算与控制，但其反复作用是引起曲轴产生弯曲疲劳断裂的主要起因，所以在安装、管理中应该严加监视和严格限制。 通过测量曲柄销在不同位置时的曲柄臂距进行比较，即可判断该曲柄的轴线挠曲的情况 16 。
