曲轴引擎的主要旋转机件,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。是发动机上的一个重要的机件,其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的,有两个重要部位:主轴颈,连杆颈,(还有其他)。主轴颈被安装在缸体上,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. 曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源动力。
曲轴也是发动机中重要的部件。它承受连杆传来的力,并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用,使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度,轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。
因此材料不同也影响着曲轴的特性,下表是常用的曲轴材料及其特性对比表。
[图片0]
2曲轴磨削改善途径
磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤有两个途径:一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件,尽量使产生的热量少传入工件。
1.有沉割槽的曲轴止推轴颈
曲轴止推轴颈有较深的沉割槽,而沉割槽已在以前工序加工好,在磨削时不用磨削沉割槽,只需磨削止推轴颈和两个止推面。在这种情况下,即使是使用成形砂轮磨削,只要使用强力冷却、合理的磨削余量和选择好砂轮参数,一般情况下可以避免磨削烧伤缺陷的出现。在使用窄砂轮磨削止推轴颈时,可采用的方案是:调整程序和砂轮的角度磨削,再快速退出。在上述磨削时,要应用强力冷却。至此,止推轴颈及两侧面磨削完毕。
2.无沉割槽的曲轴止推轴颈
曲轴止推轴颈无沉割槽,在磨削时需磨削止推轴颈和两个止推面,另外还有两个成形圆角。在这种情况下,即 使是使用窄砂轮磨削,使用强力冷却,也很难避免磨削烧伤缺陷的出现。下面分两种磨削方式来分述解决方案:
(1)成形磨削。在成形磨削中,其产生烧伤的主要原因是磨削热的大量积累和冷却液无法进入而造成的退火烧伤,退火烧伤造成曲轴止推面硬度下降,表层产生退火组织,止推面的耐磨性变差,严重影响发动机的运行稳定性。根据其造成烧伤的主要因素,我们分别从3个方面入手:选择合适的砂轮、选择合理的磨削余量和改善冷却条件。
①选择合适的砂轮。淬火钢曲轴止推面硬度高、面积大,砂粒易磨钝。为了避免砂粒磨钝而产生大量磨削热,砂轮硬度宜选软些,以便磨钝的砂粒及时脱落,保持砂轮的自锐性。组织较软的砂轮气孔多,其中可以容纳切屑,避免砂轮堵塞,又可将冷却液或空气带入磨削区域,从而使磨削区域温度降低。
在确保曲轴止推面粗糙度要求的前提下,宜选择较粗粒度的砂轮,以达到较高的去除比率;另外,砂轮必须精细地平衡,以便砂轮工作时处于良好的平衡状态;砂轮必须及时修整以保持其锋利;影响砂轮修整频次的因素很多,包括被磨材料的纯度和类型、冷却液的净度等;修整砂轮的金刚石支座必须牢固,若金刚石表面上有~的磨损量,标志金刚石已磨钝了,应及时更换;严格控制砂轮传动系统及砂轮心轴的间隙;砂轮传动带松紧调整合适。
②选择合理的磨削余量和磨削参数。在生产实践中,常以提高工件速度,减少径向进给量来减少工件表面烧伤和裂纹。有一种经验为磨削法,即在后加工的余量中,逐渐减少进给量,可以去掉前两次磨削行程中产生的表面损伤层,以减少磨削烧伤。
根据以上理论,我们在生产实践中采用曲轴止推轴颈多工序磨削,分为粗磨、半精磨和静磨等工序。经过多工序磨削后,曲轴止推轴颈直径余量为~,止推面单边余量为~,成形磨削再配以强力冷却等措施,可有效避免烧伤缺陷的产生。值得一提的是,选择合理的磨削余量,还可以防止止推面出现喇叭口形状(因防止烧伤,一般选择较软的砂轮,余量太大,磨粒脱落较块,容易出现锥面)。
③改善冷却条件,实施强力冷却。冷却液必须有效充分,冷却液必须喷到磨削区域;流量一般为40~45L/min,以实现充分冷却;压力一般为~/mm2,以冲去粘在砂轮上的切屑;保持冷却液的纯净,妥善地过滤,以清除冷却液的切屑、磨粒等脏物;冷却液的容器要足够大,以免掺入过多的气体或泡沫;防止冷却液的温度急剧升高或降低,一般控制冷却系统的容积和工作间的室温,就足以控制冷却液的温度,然而在特殊储况下应当使用散热器。
(2)窄砂轮磨削(砂轮宽度低于止推轴颈档宽尺寸)。在使用窄砂轮磨削中,成形磨削采用的防烧伤措施均可应用于此种方法的磨削,只不过窄砂轮磨削在砂轮进给方式上可有更多的选择。一种是径向切入法磨削,此种磨削如调整不当可造成前文所述的喇叭口形状;另一种是斜切方式磨削,第一步,使砂轮从轴颈的右侧以斜切方式进入,第二步,使砂轮从轴颈的左侧以斜切方式进入,磨削至要求尺寸,再快速沿原角度方向斜退出;第三步,使砂轮从轴颈的中间快速切入磨削至要求尺寸,再快速推出。其工序磨削余量和冷却方式与成形磨削采用一致的参数。
3曲轴的检测修理
1.曲轴的常见损伤
曲轴的常见损伤形式有:轴颈磨损、弯扭变形和裂纹等。
(1)轴颈的磨损。曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损是不均匀的,且磨损部位有一定的规律性。
(2)曲轴的弯扭变形。所谓曲轴弯曲是指主轴颈的同轴度误差大于。若连杆轴颈分配角误差大于0度30分,则称为曲轴扭曲。
(3)曲轴的断裂。曲轴的裂纹多发生在曲柄与轴颈之间的过渡圆角处以及油孔处。
2.曲轴的检修
曲轴的检验主要包括裂纹的检验、变形的检验和磨损的检验。
(1)裂纹的检修。曲轴清洗后,首先应检查有无裂纹。可用磁力探伤器或染色渗透剂进行裂纹的检验。若曲轴检验出裂纹,一般应报废更换。
(2)曲轴弯曲的检修。检验弯曲变形应以两端主轴颈的公共轴线为基准,检查中间主轴颈的径向圆跳动误差。检验时,将曲轴两端主轴颈分别放置在检验平板的V型块上,将百分表触头垂直地抵在中间主轴颈上,慢慢转动曲轴一圈,百分表指针所示的大摆差,即中间主轴颈的径向圆跳动误差值,若大于,则应进行压力校正。低于此限,可结合磨削主轴颈予以修正。
曲轴弯曲变形的校正,一般可采用冷压校正法或敲击校正法。
冷压校正是将曲轴用v型铁架住两端主轴颈,用油压机沿曲轴弯曲相反方向加压。由于钢质曲轴的弹性作用,压弯量应为曲轴弯曲量的10~15倍,并保持2min~4min,为减小弹性后效作用,比较好采用人工时效法消除。人工时效处理,即在冷压后,将曲轴加热至573K~773K,保温~1h,便可消除冷压产生的内应力。
(3)曲轴扭曲变形的检修。曲轴扭曲变形的检验是将连杆轴颈转到水平位置上,用百分表分别确定同一方位上两个轴颈的高度差。这个高度差即为扭曲变形量。
曲轴若发生轻微的扭曲变形,可直接在曲轴磨床上结合对连杆轴颈磨削时予以修正。曲轴扭曲变形的校正可采用液压扳杆扭转校正法。
(4)曲轴轴颈磨损的检修。对经探伤检查而允许修复的曲轴,必须再进行轴颈磨损量的检查:先检视轴颈有无磨痕和损伤,再测量主轴颈和连杆轴颈的圆度误差和圆柱度误差。对曲轴短轴颈的磨损以检验圆度误差为主,对长轴颈则必须检验圆度和圆柱度误差。