发动机曲轴断裂的原因分析与处理通用版
柴油机曲轴断裂的原因分析与处理
图 ３所 示 的 是 曲轴 弯 曲疲 劳 断 裂 的 断面 。其 特 征 是 裂 纹
源出现在轴颈与 曲柄臂的过渡 圆角处 （ 图中断面 的右侧 ） ，断
面 与 曲 柄 中心 对 称 线 垂直 ，断 面 上 明显 地 存 在 贝 纹 状 扩 展 区 和 瞬 时 断 裂 区 。贝 纹 状 扩 展 区 占整 个 断 面 的 ２ ／ ３左 右 。曲轴
第 ９期 平 、 晶 粒 明 亮 的撕 裂 状 。
梁 福 权 等 ：柴 油机 曲轴 断 裂 的原 因 分析 与 处 理
８ ７
疲劳破坏 经常 出现在 曲轴 中间或两端 的曲柄上 （ 如 图 ３ 所
示） 。此外 ，在 增 压 柴 油机 上各 缸 功 率大 小 不 均 ，曲轴 的转 速 出 现 波 动 ，又 会 使 增 压 器 发 生 喘 振 现 象 ，这 将 影 响各 缸 供 气 量 的 均 匀 性 ，使 功 率 不 平 衡 现 象 加 剧 （ ６ ＲＮＤ７ ２ Ｍ 型 柴 油机
断裂故 障除上述受力原因外 ， 还 与曲轴的结构 因素 （ 如设计、 材料 、制造工艺 ）和使 用因素等对 曲轴 的疲 劳强度的影 响有
关 。从 图 中 所 显 示 的 断面 情 况 看 ，最 终 瞬 时 断 裂 区 仅 占 曲轴 断面 的 １ ／ ４ － １ ／ ３ 。这 说 明 该 曲轴 在 运 转 中 无 过 载 或 过 载 很 小 ，是 曲轴 正 常 运 转 中所 承 受 的 载 荷 是 在 设 计 、 制造 的 许 用 范 围 之 内 的 。因此 ，应 从 使 用 因素 分 析 曲轴 疲 劳 破 坏 的原 因 。 柴 油 机 的 曲轴 扭 转 断 裂 的直 接 原 因 是 ， 曲轴 发 生 强 迫 扭 转 振 动 时 所受 到 的 交 变 作 用 力 矩 （ 亦称 激 振 力 矩 ）是 随 曲 柄 转 角 变 化 的复 杂 周 期 函 数 ，使 用简 谐 分 析 可 以把 它 分 解 为 无 数 个 简 谐 次 数 不 同 的 简 谐 力 矩 。 当激 振 力 矩 分 解 出 的某 次 简 谐 力 矩 在 某 一 转 速 范 围 的 变 化 莫 测 频 率 等于 曲轴 的某 个 固 有 自振 频 率 时 ，就 会 发 生 共 振 ｌ ２ ｌ 。共 振 时 会 出 现 曲 轴 扭 振 振 幅 增 大 ，但 在 扭 振 节 点 处 振 幅 为 零 、 附加 应 力 最 大 且 温 度 升 高 等 现 象 。 当 扭 振 附加 应 力超 过 曲轴 的疲 劳 强 度 时 ，就 会 在 节 点 处 发 生 曲轴 的 扭 转 疲 劳 断 裂 ｌ ２ 】 。一 般 ，在 曲轴 的设 计 、 制 造 中 就 已 采 取 多 种 措 施 ， 调 整 曲轴 的 固有 自振 力 矩 的 变 化 频 率 ，仍 有 可 能 发 生 共 振 现 象 。 这 是 因为 激 振 力 矩 中 包 括 气 缸 中气 体 力 产 生 的 周 期 性 变 化 的 力 矩 、 曲柄 连 杆 机 构 的 重 力 和 惯 性 力 的 周期 性 变 化 的力 矩 以 及 曲 轴 所 驱 动 的各 机 构 的周 期 性 变 化 的 阻力 矩 等 。其 中气 缸 中 气 体 力 产 生 的周 期 性 变 化 的 力 矩 是 使 曲轴 扭 振 的主 要 激 振 力 矩 。 在 多 缸 发 动 机 上 ，各 缸 的 气 体 力 产 生 的 周 期 性 变 化 力 矩 大小 是 否 均 匀 ，对 激 振 力 矩 的 变 化 频 率 有 着 直 接 的 影 响 ，是 发 生 曲 轴 共 振 的潜 在 威 胁 。
汽车发动机曲柄连杆机构常见故障诊断与排查
汽车发动机曲柄连杆机构常见故障诊断与排查
一、曲轴断裂
故障表现：曲轴断裂是一个非常严重的故障，常见于金属疲劳导致的断裂。
诊断与排查：
1. 检查曲轴是否有裂纹或损伤，特别是在曲柄与轴颈的连接处。
2. 确保曲轴的平衡达到标准，不平衡可能导致额外的应力。
3. 检查曲轴轴承和轴颈的磨损情况，过度磨损可能导致曲轴断裂。
二、连杆弯曲或断裂
故障表现：连杆弯曲可能会导致发动机振动或噪音，而连杆断裂则会导致发动机停止工作。
诊断与排查：
1. 检查连杆的直线度和弯曲度，确保其符合标准。
2. 检查连杆的轴承和衬套的磨损情况，过度磨损可能导致连杆断裂。
3. 检查连杆螺栓和螺母的紧固情况，确保其牢固。
三、活塞卡滞
故障表现：活塞卡滞会导致发动机运行不平稳，严重时可能导致发动机停机。
诊断与排查：
1. 检查活塞与缸套之间的间隙，确保其符合标准。
2. 检查活塞环的安装和磨损情况，确保其正常工作。
3. 检查机油的清洁度和粘度，不合适的机油可能导致活塞卡滞。
四、活塞环磨损
故障表现：活塞环磨损会导致发动机漏气和机油消耗增加。
诊断与排查：
1. 检查活塞环的磨损情况，特别是开口间隙和漏光度。
2. 检查活塞环的材料和硬度，确保其符合标准。
3. 检查缸套的磨损情况，过度磨损可能导致活塞环断裂。
五、缸体磨损
故障表现：缸体磨损会导致发动机漏气和压缩比下降。
诊断与排查：
1. 使用内窥镜检查缸体的磨损情况，特别是缸套和气缸壁。
船舶柴油机曲轴断裂失效分析
一曲轴的结构形式和工作条件1.曲轴的结构形式曲轴功用：曲轴是发动机中最重要的部件之一，其作用是把活塞连杆组传来的气体作用力转变为转矩并对外输出。
另外，还用来驱动配气机构及其他各种辅助装置。
整体式曲轴具有工作可靠、重量轻、刚度、强度较高、加工表面较少的特点，中小型发动机中广泛采用，一般配合滑动轴承。
组合式曲轴，当曲轴尺寸较大，曲拐数较多时，采用整体式结构将导致加工非常困难，可采用组合式结构。
2.工作条件由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。
如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。
工作条件：要承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、惯性力矩、离心力、缺油、高速、轴向窜动。
第一，受周期变化力和力矩作用，重点弯曲交变荷载（80%是弯曲疲劳破坏）；第二，曲轴形状复杂，应力集中严重；第三，曲轴轴颈比压大，摩擦磨损严重。
在材料的选择上，用高强度、高冲击韧性、耐磨性材料，主要采用中碳钢、中碳合金钢、稀土球墨铸铁模锻而成。
为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。
二曲轴的疲劳断裂柴油机在运转过程中经常发生曲轴断裂、裂纹、变形等现象，其中发生疲劳断裂现象最多。
曲轴的疲劳断裂是曲轴失效的情况之一，同时也是最严重的情况，是发动机严重的机件故障，断裂一般发生在曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角处或轴颈油孔等应力集中部位。
曲轴的受力情况比较复杂,它承受着气体爆发力、运动件的惯性力,各种振动以及与机体轴承等约束情况有关的反作用力,与被带动装置的反作用力等。
曲轴工作时,轴颈主要受扭转,曲柄臂主要受弯曲，这些载荷是周期性变化的，近似地可看作脉动循环载荷。
当曲柄处于上止点附近承受最大爆发压力时,曲柄臂承受最大弯矩，使曲柄臂与轴颈过渡圆角处产生很大的应力。
路虎发动机曲轴断裂及故障分析
路虎发动机曲轴断裂曲轴断裂主要原因路虎发动机曲轴断裂故障分析路虎公司(Land Rover)以四驱车而举世闻名：自创始以来就始终致力于为其驾驶者提供不断完善的四驱车驾驶体验。
在四驱车领域中，路虎公司不仅拥有先进的核心技术，而且充满了对四驱车的热情：他是举世公认的权威四驱车革新者。
（北京博睿通达大型二类维修企业,比4S店便宜30%-50% ,原厂配件质量保证）(1)曲轴是发动机中受力最复杂的零件，因此结构复杂，加工精度要求很高。
路虎轿车发动机把曲轴设计为全支承型，并在上边装有飞轮、正时齿轮、链轮、带轮、连杆等。
路虎车曲轴用球墨合金铸铁经精密铸造而成，一般发动机曲轴用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。
由于曲轴结构复杂、制造困难、加工成本高，为延长其使用寿命，对于标准曲轴在磨损后可以按级修复使用，但路虎轿车曲轴设计时只允许加工磨修一次。
(2)曲轴轴承曲轴装在缸体的座孔内，在二者之间也装有薄壁滑动轴承，以增长缸体和曲轴使用寿命、维修方便、易于保持应有的配合精度。
曲轴轴承(也称为主轴承、或主轴瓦)其结构与图2-19中连杆轴承基本相同，也是薄壁轴承，其区别为：1)标准级曲轴轴承厚度为1.829±0.003mm，修理级曲轴轴承厚度为1.979±0.003mm。
2)装在气缸体上的全部轴承(缸体上半片轴承)带有油槽。
路虎曲轴断裂不可信！装在主轴承盖(也就是曲轴箱上)的轴承在第二、四轴颈上的轴承有油槽；在第一、三、五轴颈的轴承无油槽。
曲轴主轴颈与主轴承装配标准间隙为0.03-0.09mm。
在主轴承处为保证足够刚度和强度，另设二个紧固螺栓。
先把此螺栓拧紧20N•m的预紧力矩后，再将螺母拧转45°后，加好防护装置，才能保持正常工作。
(3)曲轴的轴向间隙。
为了保证离合器的正常工作和活塞在气缸中的恰当位置，曲轴设有轴向定位装置，路虎发动机的轴向定位设置在第二道主轴颈处，由两片带有油槽的止推片来调整曲轴的轴向间隙，标准的轴向间隙为0.07-0.272mm。
案例分享：发动机曲轴的断裂失效分析
案例分享：发动机曲轴的断裂失效分析展开全文断裂失效是指金属、合金材料、机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程，断裂是发动机曲轴在运行过程中的主要失效形式，且疲劳断裂居首位，占失效实例约60%，对企业生产和经营造成巨大浪费和损失。
曲轴断裂失效分析特别重要，可以防止同类失效现象的重复发生，为改进设计及加工工艺提供依据，消除隐患确保产品安全可靠等，同时也是企业节能增效的有利途径。
一、曲轴断裂简介曲轴作为发动机核心零件之一，由于加工基准在曲轴中心孔和主轴颈间经常转换，产生基准不重合误差，再加上各轴颈加工精度高和轴类零件加工过程中刚性差的特点，是发动机本体五大件中加工质量最难保证的零件。
同时，曲轴又是把燃烧气体推动活塞进行直线运动转变成回转运动的桥梁，曲轴的旋转运动是整车或发动机的动力源，因此曲轴的寿命是发动机考核的关键指标之一。
由于曲轴在工作中承受交变载荷，主轴颈和连杆颈圆角过渡处属于曲轴强度的薄弱环节，长期的高速旋转运转和较大的交变负荷应力将造成曲轴圆角处产生裂纹或断裂。
轴颈圆角处、轴颈表面如有缺陷，将成为裂纹源，易造成曲轴的早期非疲劳断裂。
裂纹源一般位于连杆颈R角处，沿着约45°方向往曲柄梢扩展，最后断裂，包括裂纹源、裂纹扩展、断裂三阶段。
如图1、图2所示。
曲轴的断裂大多是突然发生，易引起人员的伤亡和机器的损坏，造成的损失非常巨大，是曲轴生产厂家生产经营中特别关注的课题。
二、曲轴断裂分析曲轴断裂的原因主要有以下几种情况：1.机加工不符合要求（1）曲轴制造质量不好，加工粗糙、材质不佳，达不到设计要求。
（2）各缸工作不平衡，活塞连杆组重量偏差过大，引起曲轴受力不均而导致断裂。
（3）冷校直也是曲轴断裂的一个原因。
因为校直是塑性变形，会产生微裂纹，大大降低了曲轴的强度，因而在交变载荷的作用下，会导致曲轴断裂。
（4）各道主轴承中心线不同心，使曲轴受交变压力的作用，导致曲轴断裂。
造成主轴承不同心的原因，除了缸体热处理过程中自然失效机体本身变形引起的以外，往往还由于维修装配或刮瓦时主轴承不同心引起。
曲轴断裂原因及预防
、
曲轴 断裂 的 主要 原 因
５ ． 各缸 工作 不平衡 ， 活塞连
杆组组合重量偏差过大 ， 飞轮螺 栓松动等 ， 均能 引起曲轴受力不 均， 导致 曲轴 产生疲劳损坏而断 裂。 ６ ． 工作 中超 负荷 ， 曲轴负荷 过大； 发动机 发生飞 车 ， 出现 捣 缸、 烧瓦、 抱轴 、 主轴 承盖断裂 、 活 塞 顶 气 门 等 导 致 曲轴 损 坏 而 断裂 。 ７ 参 理时因校直或修复方法
座孔不同轴度过大 ， 三是轴瓦间
３ ６
５ ． 运转中严格控制柴油机 的
２ ０ １ ４ ． ０ ５ 啊蕊圈■
如何通过发动机异响进行故障诊断
发动机发 出异响 ， 主要是 由
于 内部 机 件 磨损 松 旷 、 调整 不 当
响的影响。
（ ４ ） 对于 多缸发 动机 ， 应 首
一
或使用不 当而引起 的 ， 说明发动 机存在或大或小的故障 ， 应及时
先用 单缸断 油断 火的方 法检查 异响与缸位是否有关联 。 若某缸 断油断火后异 响有明显的变化 ，
进行检查 ， 并采取有效的防范维 修措施。 就异响出现的时期和连
续存在的时间而言 ， 异响一般分 别 存在于 ：怠速或低 速运转 期 间、 高速运 转期 间 、 整 个行 车期 间 等几 种时 期 。 １ ． 对于怠速或低速运转期间 出现的异响 （ １ ） 首先应检查异响与工作 循环 是否有关联 ， 并进一步判定
忽小 ， 紧急制动频繁或长时间超
３ ． 机油油路不 畅 ， 机油泵磨
损严重 ， 主 油 道 限 压 阀开 启压 力
过低 ， 机油质量 差等 ， 导致的润 滑不 良， 致使 曲轴轴颈 与轴 瓦长
负荷 、 超速运 转 ， 也会使 曲轴 因 受 到 过 大 的 扭 矩 或 冲 击 载 荷 而 导致 断 裂 。
锻钢曲轴疲劳断裂原因分析与改善
POWERTRAIN MANUFACTURING44・设计与开发2020-06大咖言论全媒体链接活动专题前沿技术成功案例行业新闻资讯所示，该锻造、控温冷却、表面淬直读光谱仪检验化HV-50拉伸试验机等检验材料的显微镜观察断口附近的显微组织。
通过以上方法，分析查找曲轴失效的原因。
检验结果与分析1. 宏观断口观察断裂位置位于第7曲柄毛坯面，如图2a所示；裂纹源区位于第7曲柄毛坯面圆角处，如图2c、图2d所示，断面可见清晰的贝纹线，呈现明显的疲劳扩展特征；瞬断区面积很小，推测断裂时的应力较小，属于低应力高周疲劳断裂。
2.化学成分检验在第7曲柄断裂位置附近的曲柄取样进行化学成分检测，结果见表1，符合技术要求。
图1 失效曲轴图2 断裂位置及断面a）第7曲柄毛坯面c）毛坯面开裂处放大b）断裂面d）裂纹源区侧视图设计与开发 2020-06・大咖言论全媒体链接活动专题前沿技术成功案例行业新闻资讯类≤2级），如图4a 所示。
依据GB/T 6394-2017和GB/T 13320-2007评判基体组织为珠光体+网状铁素体，晶粒度 7～7.5级（要求5～8级），带状组织1级（要求≤2级），≤0.4 mm ），依据JB/T 9211-2008评判淬火区组织为6级马氏体组织，如图4d 所示。
4.力学性能检验从失效曲轴后端大盘位置取轴向拉伸试样，按照GB/T 分析及改进1. 原因分析曲轴的理化检验未见明显缺陷，曲轴在材质和加工中没有质量问题。
根据曲轴在发动机工作过程中的受力分析，曲柄销与曲柄的过渡圆角处最容易产生应力集中，该处为失效的最危险截面，但失效曲轴并未在危险截面断开。
结合低应力高周疲劳断裂表1 化学成分检测结果质量分数（%）C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu 要求0.35～0.410.20～0.65 1.3～1.65≤0.025≤0.0250.1～0.2≤0.10≤0.20≤0.25检测值0.400.511.470.0110.0130.130.0250.0460.11图3 金相试样及毛坯面裂纹源区1-4和9-12曲柄臂毛坯面不存在过渡圆角（图5），而仅5-8曲柄臂存在毛坯面过渡圆角（图2）。
曲轴常见缺陷及对策
谢谢观看
磨损
总结词
磨损是曲轴常见的另一种缺陷，通常是由于润滑不良或发动机长时间高负荷运 行引起的。
详细描述
曲轴的磨损通常发生在轴颈和轴承接触区域。如果润滑不良或发动机长时间高 负荷运行，轴承和轴颈之间的摩擦就会加剧，导致轴颈磨损。磨损严重时，曲 轴的动平衡会被破坏，影响发动机的性能和寿命。
疲劳断裂
总结词
润滑油的作用是减少摩擦和磨损，如 果未按时更换，会导致曲轴的磨损加 剧。
未定期检查紧固件
未及时修复损坏零件
曲轴上的损坏零件如果不及时修复， 会导致其工作状态恶化，甚至引发更 大的故障。
曲轴的紧固件如果松动，会导致曲轴 的振动和位移，从而影响其正常工作。
03
对策与解决方案
制造工艺改进
01
02
03
曲轴材料选择
采用高强度、耐磨损的材 料，如合金钢、钛合金等， 以提高曲轴的机械性能和 抗疲劳强度。
热处理工艺优化
通过改进热处理工艺，如 淬火、回火等，提高曲轴 的硬度和耐磨性，同时增 强其抗疲劳性能。
加工工艺改进
优化曲轴的加工工艺，减 少加工过程中的残余应力， 降低曲轴开裂的风险。
使用环境优化
工作温度控制
保持曲轴工作在适宜的温 度范围内，避免因过热而 导致材料疲劳和开裂。
劳断裂是一种突发性的破坏形式，一旦发生就会造成严重机械事故。
02
曲轴缺陷产生原因
制造工艺问题
铸造缺陷
01
如气孔、缩孔、夹渣等，这些缺陷会影响曲轴的强度和疲劳寿
命。
热处理问题
02
如淬火不均、回火不当等，会导致曲轴内部组织结构不均匀，
降低其力学性能。
加工误差
03
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
操作规程编号：YTO-FS-PD498
发动机曲轴断裂的原因分析与处理通
用版
In Order T o Standardize The Management Of Daily Behavior, The Activities And T asks Are Controlled By The Determined Terms, So As T o Achieve The Effect Of Safe Production And Reduce Hidden Dangers.
标准/ 权威/ 规范/ 实用
Authoritative And Practical Standards
发动机曲轴断裂的原因分析与处理
通用版
使用提示：本操作规程文件可用于工作中为规范日常行为与作业运行过程的管理，通过对确定的条款对活动和任务实施控制,使活动和任务在受控状态，从而达到安全生产和减少隐患的效果。
文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。
摘要：主要论述了发动机曲轴断裂的原因，通过分析和检测，找出曲轴断裂原因，提出处理方案，提高维修质量。
关键词：曲轴断裂原因分析处理
一台CPB14RHH日本实力载重货车，发动机型号为日本尼桑NE6，行驶30万公里时由于润滑油原因引起第二缸连杆瓦烧蚀，经探伤仪探测曲轴未见伤痕，曲轴加大校正后修复发动机。
行驶2万公里左右时，曲轴在第三缸连杆轴颈与第四道主轴颈联节处断裂，我们认为是交通道路较差，曲轴加大后不能承受额定载重工作，而货车经常是额定载货甚至超载工作造成的。
因此再更换一条新曲轴，行驶2万多公里后曲轴又在第二缸连杆轴颈与第三道主轴颈联节处断裂，这次事故引起我们的重视。
1、曲轴断裂的原因
曲轴断裂的原因归纳起来一般情况有如下几点：
超载行驶，发动机经常处于高速或超速运转状态;高速行驶中，经常急刹车;道路状况较差，驾驶员操作不当;曲轴材质不均，抗疲劳强度差;曲轴本身有暗伤;润滑油质差，有抱瓦现象;主轴承松动;主轴承座孔变形
2、分析与检测
2.1询问
根据上述曲轴断裂的原因，我们与司机和副手交谈，仔细了解该车的使用情况，驾驶员反映该车发动机修复后，发动机有力而且声音小，不冒黑烟，耗油量正常。
近期都是在城市道路上运行，车速不快，没有出现过急刹车现象，该司机是我公司开20年车的老司机，驾驶经验丰富。
并且据我公司近期经营情况可以证明以上交谈内容属实。
因此可以排除“超载行驶、急刹车、路况差”等原因。
2.2检测
除上述“曲轴材质不均，抗疲劳强度差”暂时无法检测外，发动机解剖后从曲轴断裂的接面观察，未见旧伤痕;连杆轴承与连杆瓦结合面磨损正常，未见抱瓦现象;拆除主轴承瓦，装上主轴承瓦盖，螺栓按规定力上紧，用百分表测量孔径，其偏差不到0.01mm，但第三、四道座孔上有
一点刮伤痕迹;再拆除主轴承瓦盖，按油道孔为基准，用钢板尺测量七道孔偏差，发现三、四道孔与其它孔比相差0.5mm。
由此可见，曲轴断裂的原因是孔座刮伤和孔座变形所致。
3、修复与处理
该车已行驶将近40万公里，考虑到已接近报废期，如果更换一个新缸体，从经济角度考虑不合算。
但从该车的整体性能角度考虑，该车还有利用价值。
因此我们采用了机加工法:购买一条新曲轴，缸体主轴承座孔镗大2mm，按照加大2mm的曲轴孔座，重新配制一副加厚2mm的主轴瓦，其内径按曲轴标准件加工。
发动机修复后已经行驶了4万多公里，从发动机的声音、烟色、动力、耗油量等方面评价，该车性能正常。
该位置可输入公司/组织对应的名字地址
The Name Of The Organization Can Be Entered In This Location。