发动机曲轴的损伤及修复.doc

发动机曲轴的损伤及修复2007年5月农机化研究第5期发动机曲轴的损伤及修复么永强,王希望,沈建平,徐鹏云h(1.河北农业大学a.机电工程学院;b.信息学院,河北保定071001;2.保定师范专科学校数学与计算机系,河北保定071ooo)摘要:介绍了发动机曲轴的运行环境,分析了发动机曲轴的损伤形式,损伤部位及特点,简述了曲轴技术状况的检查方法.针对发动机曲轴的损伤程度和不同的损伤类型,给出了修理尺寸法,堆焊,电弧喷涂,电刷镀和手工电弧焊修复工艺,并对堆焊和电刷镀修复工艺进行了详尽地介绍和分析.关键词:车辆工程;曲轴损伤;综述;修理尺寸法;堆焊;电弧喷涂;刷镀中图分类号:U464.133.3文献标识码:A文章编号:1003188X(2007)05-021703O引言发动机在工作时,曲轴轴颈表面在承受很大的单位压力同时也具有很高的滑动摩擦速度,轴颈散热效果较差,各轴颈表面极易遭受磨料磨损,严重影响发动机的安全经济运行.因此,发动机在大修时必须对曲轴进行检验,查明情况,并选择正确的修理或修复方法,以保证曲轴所要求的尺寸误差,形位误差,疲劳强度和耐磨性等.1曲轴的损伤形式及检查1.1轴颈的磨损及检查轴颈表面的磨损是不均匀的,磨损后的轴颈出现圆度和圆柱度误差.主轴颈与连杆轴颈的最大磨损部位相互对应,即各主轴颈的最大磨损靠近连杆轴颈一侧,而连杆轴颈的最大磨损也靠近主轴颈一侧.另外,轴颈还有沿轴向的锥形磨损.轴颈的椭圆形磨损是由于作用于轴颈上的力沿圆周方向分布不均匀引起的.发动机工作时,连杆轴颈所受的综合作用力始终作用在连杆轴颈的内侧,方向沿曲柄半径向外,造成连杆轴颈内侧磨损最大,形成椭圆形.连杆轴颈产生锥形磨损的原因是由于通向连杆轴颈的油道是倾斜的.当曲轴回转时,在离心力的作用下,.润滑油中的机械杂质聚集在连杆轴颈的一侧,使该侧轴颈磨损加快,导致磨损呈锥形.此外,连杆弯曲,气缸中心线与曲轴中心线不垂直等原因都会使轴颈沿轴向受力不均而使磨损偏斜.主轴颈的磨损主要是由于受到连杆,连杆轴颈及曲柄臂离收稿日期:20061223作者简介:么永强(1975一),男,河北定州人,讲师,硕士,(Emai1)yaoyongq163.coin.心力的影响,使靠近连杆轴颈的一侧与轴承产生的相对磨损较大.曲轴轴颈的磨损可用外径千分尺测量,在每个轴颈上取两个截面(II和IIII),在每个截面上取与曲轴平行及其垂直的两个方向(AA和BB),如图1所示.然后计算轴颈的磨损量,圆度和圆柱度误差.图1曲轴轴颈的检查Fig.1Checkcrankshaftj0uFnal1.2曲轴的弯曲及扭曲当曲轴的弯曲度超过0.10.2mm时,应进行校正.测量时将曲轴主轴颈放置在检验平板上两个等高V型铁上.将千分表的表盘定在”0”位置并将其触头触及中间主轴颈表面,缓慢转动曲轴,千分表最大示值的1/2即为曲轴的弯曲度.扭曲检查时,曲轴的放置与弯曲检查相同.检查时,将曲柄臂置于水平位置,用千分表测量同一平面内第一缸和最后一缸的连杆轴颈高度,其差值即为曲轴的扭曲度.1.3裂纹检查由于应力集中在轴颈圆角部位和油孔周围易一2l7.2007年5月农机化研究第5期产生裂纹,裂纹的存在会导致曲轴的断裂.因此,要用探伤仪(如磁粉探伤仪,超声波探伤仪等)进行检测是否存在裂纹.若有环形裂纹或裂纹长度超过20mm的纵向裂纹,应用凿子或气割枪吹掉.,经电弧焊补后再采取相应的措施.2曲轴轴颈修复工艺一般来说,轴颈直径在80mm以下圆度及圆柱度误差超过0.025mm,或直径在80mm以上圆度及圆柱度误差超过0.040mm的曲轴,均应按规定尺寸(修理尺寸)进行修磨.当轴颈磨损严重,采用修理尺寸法不能达到修理效果时,应采用涂层技术修复后再磨削至规定的尺寸或修理尺寸.2.1修理尺寸法修理尺寸法是修复配合副零件磨损的一种常用方法.它是将待修配合副中的一个零件利用机械加工的方法使其恢复正确形状并且获得新的修理尺寸,然后选配具有相应尺寸的另一个零件与之相配,恢复配合性质的一种修理方法.对于磨损量不大的曲轴,可采用磨削的方法使其达到修理尺寸.对具有弯曲变形的曲轴,在磨削前,必须先进行校正.曲轴的磨削通常是在曲轴磨床上进行的.曲轴的磨削除了轴颈表面尺寸精度和表面粗糙度符合技术要求外,还必须达到形位公差的要求:磨削曲轴时必须保证主轴颈和连杆轴颈各轴心线的同轴度以及两轴心线间的平行度,限制曲柄半径误差并保证连杆轴颈相互位置夹角的精度.对于连杆轴颈可采用偏心磨削法和同心磨削法.同心磨削法是磨削后保持连杆轴颈的轴线位置不变,即曲柄半径和分配角不变.柴油机曲轴磨削时常采用同心法.偏心磨削法是按磨损后的连杆轴颈表面进行定位磨削.这时轴颈的中心线位置和曲柄半径均发生了变化,一般磨削后曲柄半径大于原曲柄半径,使压缩比增大,而且各缸变化不均匀,同时使整个曲轴的质量中心不处于曲轴主轴颈中心线上,易引起曲轴不平衡,造成转动时的附加动载荷.因此,在连杆轴颈磨削时,应尽量减少曲柄半径的增加量,保证同位连杆轴颈轴心线的同轴度误差不大于0.10mm,以保证曲轴运转中的平衡.2.2堆焊修复堆焊是在金属材料或零件表面熔焊上耐磨,耐蚀等特殊合金层的一种工艺方法.当曲轴轴颈磨损超限,不能按最后一级修理尺寸磨削修理时,可采用堆焊的方法增补磨损表面后再磨削.堆焊修复曲轴前,对待修复曲轴轴颈表面进行清洗,检查,磨削和预热等准备_丁作,可极大地提高修复质量.1)清洗.用煤油,汽油或碱液煮洗,然后用砂布打磨待修复轴颈以除去油污和锈迹,必要时可采用火焰烘烤曲轴以去除渗入到曲轴内部的油污.2)检查.检查曲轴是否有弯曲,扭曲,裂纹及磨损情况.3)磨削.磨削主要是用以去除轴颈表层变质金属以避免堆焊层产生裂纹和气孑L.另外,磨削可将偏磨部分磨圆以保证堆焊层厚度均匀.4)曲轴保护.仔细清除油孑L和油道里的油污,然后用碳棒或石墨膏堵塞油孑L.5)预热.曲轴堆焊前,适当的预热可避免跨焊道的纵向裂纹和堆焊层气孑L的产生,改善堆焊层与基体金属的熔合.预热时垂直吊放曲轴以免产生变形.预热温度一般为150.350.6)堆焊.选取1.6mm的50CrVA,30CrMnSiA或高碳钢丝,在NU一300振动堆焊设备上按以下工艺参数进行堆焊:堆焊速度460560mm/min;送丝速度2mm/min;堆焊螺距3.64mm/r;工作电压2123V;工作电流150180A.在堆焊时要注意以下几点:一是为了防止曲轴圆角处应力集中,在距曲柄22.5mm处不堆焊;二是在堆焊靠近圆角处开始或终了两圈焊道时不浇注冷却液;三是为了防止开始堆焊的地方有焊不透等缺陷,堆焊时应从曲柄臂的前侧方向起焊且圆角处不焊,如图2所示.图2曲轴开始堆位置Fig.2Theoverlayingweldingstartingpositionofcrankshaft7)后处理.为了减小曲轴变形和消除内应力,堆焊后将其放在l00.200的保温箱内保温12h,随炉冷却,然后钻通各油孑L,并检查有无缺陷,必要时进行焊接修复.然后再磨削.2.3电弧喷涂修复电弧喷涂技术是近年来在机械制造和设备维修中广泛应用的一项表面工程技术.它是将熔融状态的金属喷涂丝材通过高速气流雾化喷射在零件表面,形成喷涂层的一种金属表面涂层制备方法”.目前,它已广泛地应用于制造各种功能性涂层和机械零部件的修复中.待喷涂曲轴的清洗,检查,磨削方法与堆焊相同.为了使喷涂层与基体获得良好的结合,对待修一2l8一2007年5月农机化研究第5期复轴颈进行砂粗化处理.喷砂工艺参数为:喷砂压清水冲洗工件表面.力取0.65MPa,喷砂角度85.,喷砂距离为1804)去除多余活化液.由于疏松处缺陷里吸附200mm.然后,堵塞油孔并用铜皮对所要喷涂轴颈的着活化液,先用脱脂棉球把疏松处周围的活化液吸邻近轴颈进行遮蔽保护.附干净,再用脱脂棉球蘸上过镀层镀液涂在疏松处.选用CMDAS-1620电弧喷涂设备.先用镍一铝5)刷过镀层.用特殊镍TDY一101作过镀层的复合丝喷涂打底层;然后选用2mm的3Crl3喷涂镀液,先无电擦拭1020s;把工件接人电源负极,丝进行电弧喷涂,喷涂工艺参数为:电压3840V,电压调定1215V之间.工件与镀笔的相对速度为电流110130A,压缩空气压力0.65MPa.为了获得1218m/min,过镀层厚度一般为0.O02mm.致密的涂层,在喷涂时要连续喷涂,中间不应有较6)刷工作层.工作层刷镀选用快速镍TDY一102.长时间的停顿,否则会影响结合强度.喷涂厚度一用镀笔蘸快速镍无电擦拭58S,再把工件接人电般以留出0.8lmm的加工余量为宜.源负极,电压调定1215V,工件与镀笔的相对速喷涂后要检查喷涂层与轴颈基体是否结合紧度为12m/min20m/min,刷镀至所需厚度即可.密,如不够紧密,则除掉重喷;如检查合格,可对7)镀后处理.工作层镀至规定厚度后,用水曲轴进行磨削加工.磨削进给量以0.050.10mm清洗表面,取出油孔中的木楔.用油石打平油孔边为宜.磨削后,用砂条对油道孔研磨,经清洗后将缘,并用压缩空气吹净油孔道和表面,然后磨削加其浸人80.100的润滑油中煮810h,待润滑油工至要求的表面粗糙度和尺寸精度.充分渗人涂层后,即可装车使用.,2.4电届4镀修复一.电刷镀修复曲轴的一般工艺为:围绕发动机曲轴的损伤及修复技术进行了综1)表面准备.先进行磨削加工,消除轴颈的合的评价,并对应用的每一种修复技术,都给出了椭圆度,用油石或刮刀将油孔边缘倒成45.角,防较为详尽的分析方法,保证了曲轴能够满足所需要止应力集中而降低镀层与基体金属的结合强度以及的疲劳强度和耐磨性,以确保发动机的正常运行.:.,洗慧参考文献:烤等去除表层及渗人到曲轴内部的油污,然后用木楔堵塞油孔.1李志友.发动机曲轴的磨损与修复J.内燃机,2)电净.使用电净液TGY一1,工件接电源负极,2001(3):4748.电压调定在1218V之间,工件与镀笔相对运动速23中国农业大学设备工程系.机械维修工程与技术度为I2I8m/min,时间约4080s,至水膜均匀摊M.北京:中国农业科技出版社,1997:11卜133.开,然后用清水冲洗工件表面.3戴冠军.汽车维修工程M.北京:人民交通出版社,3)活化.先使用THY一2活化液,工件接电源1999:5658.正极,电压调定在612V之间,工件与镀笔的相对4马跃进,张建华,刘淑霞,等.干喷钢砂在电弧喷涂速度为1218m/min,至表面呈黑灰色,用水冲洗修复曲轴中的应用J.农业工程,2000(16):工件表面;然后再使用THY一3活化液,工件接电源7卜74.正极,电压调定在812V之间,工件与镀笔的相对53郝建军,马跃进,张建华.表面工程技术在车用发动速度为I2I8m/min,至表面呈现银灰色,最后用机上的应用现状J.车用发动机,2901(6):l3l5.DamageandRestoreofEngineCrankshaft:YAOYongqiang,WANGXiwang,SHENJianping,XUPengyun姐(1.a.CollegeofMechanical&ElectricEngineering;b.CollegeofInformation,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,China;2.DepartmentofMathematicsandComputer,BaodingTeachersCollege,Baoding071000,China)Abstract:Thispaperintroducedtheoperationalconditionofenginecrankshaft,analyzedthedamageform,damagepositionandfeaturesofenginecrankshaft.andintroducedthecheckmethodofcrankshafttechniquestate.Therestoretechnologyofrestoringsizemethod,overlayingwelding,arcspraying,brushplatingandhandworkbrushplatingareg