新聞主題	柴油發電機的曲軸徑向和軸向間隙測量方法

 

導讀：曲軸是柴油發電機的重要機件，它的兩個重要部位是主軸頸和連桿頸。運轉時的游隙（稱做工作游隙）的大小對軸承的滾動疲勞壽命、溫升、噪聲、振動等性能有影響，從而影響到柴油發電機組的動力和經濟性。因此，為了確定該數據的是否符合要求，應對曲軸的徑向和軸向間隙進行有效測量。這兩項指標其實就是指軸承在未安裝于軸或軸承箱時，將其內圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做徑向或軸向移動時的移動量。根據移動方向，可分為徑向游隙和軸向游隙。

 

一、曲軸結構與作用

 

      曲軸是柴油機的心臟，如果它的功能無法準確的執行，那么柴油機的馬力就無法正常的發揮。曲軸的各相對角度必須正確，否則點火正時和氣門正時就無法準確有序的一個汽缸接著一個汽缸的運作。如果這順序出了問題，可以想見這結果就是爆震連連。 曲軸軸承的間隙也是另一個重點，主軸承和連桿軸承都必須有適當的間隙以使機油能夠流動產生潤滑和冷卻效果。如果太小汽缸壁、活塞、氣門機構....等就無法獲得充分的潤滑，會造成機件的磨損。

      如果太大拋出的機油量增加會使活塞和活塞環的工作加重，造成燃燒室過多的機油殘留，導致積碳及相關后遺癥。 曲軸的平衡是常被大家所提起的，曲軸的先天平衡性在柴油機制定的時候就已決定，實際的平衡度則會由于材質及制作精度的不同而有所差異，以市售車柴油機來說，4000rpm以下尚稱平衡，超過以后則會隨著rpm的提升而使狀況加劇，這種狀況又以國產柴油機嚴重，如果你常以高轉速行車，或是你的以解除了轉速限制，為了柴油機的長治久安，你必須好好合計曲軸平衡。

1、作用

      曲柄連桿機構（如圖1所示）的作用是提供燃燒場所，把燃料燃燒后產生的氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉變為曲軸旋轉的轉矩，不斷輸出動力。

（1）將氣體的壓力變為曲軸的轉矩。

（2）將活塞的往復運動變為曲軸的旋轉運動。

（3） 把燃燒作用在活塞頂上的力轉變為曲軸的轉矩，以向工作機械輸出機械能力。

      曲軸的作用是將柴油發電機活塞的往復直線運動，轉換為旋轉運動并輸出。曲軸軸頸配有瓦片（即滑動軸承），其潤滑條件要求很高。曲軸軸頸及軸瓦表面要求光滑、無損傷；軸瓦間隙是一項重要的裝配參數，柴油發電機在裝配前要進行間隙測量。

2、結構  

       曲軸柴油機的主要旋轉機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復)運動變成循環(旋轉)運動。

（1）曲軸由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成（圖1），它有兩個重要部位：主軸頸和連桿頸。全支撐曲軸連桿軸頸數等于氣缸數，主軸頸數比連桿軸頸多一個。如一臺四缸柴油發電機，主軸頸有5道，連桿軸頸有4道。

（2）主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。

（3）曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑。

3、曲軸間隙大小的調整

（1） 曲軸軸向間隙的調整

       曲軸軸向間隙的調整方法包括更換不同厚度的襯墊，或使用不同尺寸的曲軸軸承，來達到調整曲軸軸向間隙的目的。

（2）曲軸徑向間隙的調整

      曲軸徑向間隙的調整方法包括選擇不同尺寸的軸承殼，或更換軸承內環的不同厚度，以達到調整曲軸徑向間隙的目的。需要注意的是，在進行曲軸軸向徑向間隙的調整時，必須保證各部件配合的精度和質量，以免調整過程中出現誤差，導致發動機工作異常。

 

圖1  柴油機曲柄連桿機構三維圖

圖2  曲軸結構示意圖

 

二、曲軸徑向間隙檢查

 

      徑向間隙是指在曲軸軸向上的任意一個截面上，曲軸圓柱面和軸承內環之間的距離，一般為0.02-0.05mm。曲軸軸向徑向間隙的作用是保證曲軸正常工作，減小曲軸與軸承之間的摩擦力和磨損，降低曲軸疲勞強度，延長發動機的使用壽命。

1、測量曲軸各主軸頸尺寸

（1）測量前

      應檢查千分尺有無誤差。其方法是：

① 將校正桿和千分尺的端面擦拭干凈，然后將校正桿放入千分尺兩端之間。

② 旋轉活動套管使千分尺的端面與校正桿兩端接近，再旋轉棘輪，使兩端與校正桿端接觸，直至棘輪發出“咔咔”聲。

③ 查看活動套管的前端邊緣是否與固定套管的起始刻度線對齊，活動套管的“0”是否與固定套管的基準軸線對齊。若沒有對齊，應予校正。

（2）測量

① 測量時，端面和曲軸軸頸表面要清潔，千分尺兩端口的軸線應與曲軸軸線垂直，如圖3所示。

② 當千分尺兩端口接觸到曲軸軸頸表面時，旋轉棘輪發出聲響為止。此時的讀數即為該軸頸被測剖面的直徑。對每一道軸頸要選多個剖面，并且在每個剖面上進行多點測量。在同一剖面上最大直徑與最小直徑之差的一半，即為該剖面的圓度誤差。

③ 將一道軸頸中各剖面的圓度誤差進行比較，最大者即為該軸頸的圓度誤差。

④ 根據計算、對照，確定該曲軸修理尺寸和修理級別。

（3）測量位置圖解       

      在油道孔與兩邊曲柄的中間位置（圖4位置Ⅰ和位置Ⅱ）進行測量，兩個平面A向和B向各測得一個尺寸，這樣每個軸頸測得4個值。

2、測量主軸承孔徑

     將外徑干分尺調定在主軸頸最大值，然后固定于臺虎鉗上，校對內徑量表。內徑量表的安裝、調零方法同氣缸測量相同，不冉贅述。調表的要訣：插表到1，對表到2（這樣便有1mm左右量程）。

3、測量各道軸瓦內徑

      將曲軸主軸承瓦片安裝在缸體與曲軸箱座孔中，以250N·m（以N系列康明斯柴油發電機為例）的力矩擰緊。用內徑千分尺測量各道軸瓦內徑，如圖5所示。主軸承測量如圖6所示，在Ⅰ和Ⅱ兩個平面進行，每個平面在A、B、C三個方向測得3個值，結果每個主軸承得到6個測量值。注意：一般帶油槽的主軸瓦片是上瓦片，不帶油槽的瓦片是下瓦片，不得裝錯。

4、間隙計算

      測得軸頸尺寸和軸瓦尺寸后，以軸頸最大值來計算軸承間隙，同時記錄其值。檢測出的軸瓦間隙最小值應大于下限值；最大值應小于上限值。如康明斯柴油發電機主軸承標準間隙值為0.095～0.163mm，如果測得間隙最小值小于0.095mm，或間隙最大值大于0.163mm，則都需要維修（換瓦片或修磨曲軸）。

 

圖3 外徑千分尺測量曲軸主軸頸尺寸	圖4 曲軸主軸頸測量位置示意圖
圖5 用內徑千分尺測量各道軸瓦內徑	圖6 主軸承平面測量位置示意圖

 

三、曲軸軸向間隙檢查

 

      曲軸軸向間隙是指曲軸在軸向方向上的移動距離，它對發動機的正常運行具有重要意義。間隙過大或過小都會對發動機的性能產生不良影響。因此，定期檢查和調整曲軸軸向間隙是必要的。

1、用塞尺測量曲軸軸向間隙

      用塞尺直接測量曲軸止推軸承與間隙，測量時用撬棍前后撥動曲軸曲柄臂，塞尺所能塞進曲軸止推瓦片與曲軸止片之間的厚度即為曲軸軸向間隙。

2、用百分表測量曲軸軸向間隙

      用百分表測量曲軸從一個極限位置移動到另一個極限位置的距離。

① 若要測量曲軸的軸向間隙準確數據，應在油底殼法蘭上安裝千分表，如圖7所示。

② 如圖8所示，將千分表的尖端放在曲軸平衡重上，向缸體后部推動曲軸。

③ 將千分表歸零 (0)，如圖9所示。如果軸向間隙小于 0.10 mm [0.004 in]，將所有主軸承螺釘向外旋轉一圈。向缸體前端推動曲軸，然后再向缸體后端推動。

④ 如圖10所示，如果曲軸軸向間隙大于 0.50 mm [0.020 in]，必須拆下發動機才能更換曲軸。

 

圖7  柴油機曲軸軸向間隙測量工具安裝	圖8  曲軸的軸向間隙測量步驟（向后撬動）
圖9  曲軸的軸向間隙測量千分表指針歸零	圖10  曲軸軸向間隙過大示例

 

總結：

      曲軸在工作時，會因為溫度的上升而發生膨脹，有一定的軸向移動，預留的間隙是為保證其膨脹后仍能正常運轉。測量曲軸的徑向跳動量目的主要是為了檢測曲軸各主軸頸的同軸度；而曲軸軸向間隙的作用是防止曲軸及軸承發熱卡住而留的。這個間隙如果太小，會增加曲軸及軸承受熱后的運動阻力，太大會使曲軸軸向竄動，引起活塞偏缸、連桿彎曲。對于發動機試裝過程中的曲軸間隙測量，則僅依靠塞尺等原始工具進行手工測量，測試精度往往無法滿足試驗機型的需求，導致問題發動機無法被正確測量，從而影響相關的試驗數據，并導致試驗失敗。因此，在柴油發電機維修過程中，使用專業工具能提高柴油機零件精度的測量能力。

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