一、曲軸提前斷裂面的主要特征

所有的曲軸的斷口上均有明顯的光滑區(qū)和粗糙區(qū)，說明曲軸是受疲勞應力發(fā)生斷裂的。曲軸幾何形狀突變，具備應力集中的條件。曲軸在交變應力和扭轉(zhuǎn)振動作用下，應力集中處首先形成微裂，經(jīng)過集結(jié)溝通形成裂紋。裂紋擴展過程中，裂紋的兩個側(cè)面形成斷口的光滑區(qū)。粗糙區(qū)則是在迅速斷開時形成的。

二、曲軸提前斷裂原因分析

1.不平衡載荷的影響

(1)不平衡重量。磨曲軸時，連桿軸頸尺寸變小后，重量會減小。

(2)不平衡力臂。在修正曲軸彎曲時所采用的磨主軸頸的方法來保證各軸頸的同心度工藝，會導致主軸重量減小、主軸軸線向曲柄方向平移而產(chǎn)生不平衡力臂。

(3)不平衡扭矩。不平衡重量和不平衡力臂導致不平衡扭矩的產(chǎn)生。曲軸在旋轉(zhuǎn)時，不平衡扭矩加劇了曲軸的扭振破壞作用。

2.扭振臨界轉(zhuǎn)速的影響

Z12V190柴油機曲軸自振頻率8 400次/min，曲軸的主臨界轉(zhuǎn)速1

400r/min，次臨界轉(zhuǎn)速933r/min。如果柴油機工作過程中把其轉(zhuǎn)速設(shè)置在這兩個轉(zhuǎn)速附近，對其曲軸來說都是比較危險的。

3.修理方法不當?shù)挠绊憽B氮層厚度的減少;未進行動平衡調(diào)試;過渡圓角變小均會使曲軸提前斷裂。

4.惡劣工況影響與局部結(jié)構(gòu)不合理的影響

(1)惡劣工況影響。新疆南疆境內(nèi)鉆機所鉆井深一般在5

000m以上，鉆井工作周期長、大鉤負荷大、轉(zhuǎn)盤扭矩大、泥漿泵功率大，使得鉆機上所配套的12V 190柴油機長時間大負荷工作。

(2)局部結(jié)構(gòu)的影響。主要原因是連桿軸頸表面油道口的位置及油道方向不當，導致曲軸的連桿軸頸內(nèi)側(cè)磨損大，使磨修曲軸導致的不平衡載荷增大。其次，當連桿大頭中心旋轉(zhuǎn)至主軸軸線以下位置時，連桿軸瓦滑動速度較低，油膜厚度變薄，可使軸頸表面產(chǎn)生磨損;第三，油道方向不當也降低了潤滑油的相對流動速度，致使所形成的油膜質(zhì)量變差。

除上述因素外，曲軸意外負荷的突增、沖擊、使用維護不當均成曲軸提前斷裂。

三、曲軸提前斷裂的預防措施

1.設(shè)置柴油機工作轉(zhuǎn)速時，避開1 400r/min和933r/min臨界轉(zhuǎn)速。

2.改變連桿軸頸表面油道口位置和油道方向避免油道口附近表面處于較高壓力位置。

3.加大過渡圓角半徑使R/D>0.05或R=0.05~0.06D (R-圓角半徑，D一主軸軸徑或連桿軸徑)。

4.滲氮。磨軸磨削量超過一定厚度后，要進行表面滲氮處理，以增加曲軸的耐磨性和抗擠壓強度。

5.做動平衡試驗。每次曲軸磨修完后，都要做動平衡試驗并配重，保證大修質(zhì)量。

6.嚴格認真執(zhí)行柴油機使用、維護、修理相關(guān)標準與規(guī)定。

采取上述措施后，所修理的柴油機在同一地區(qū)的鉆井作業(yè)中，出現(xiàn)曲軸提前斷裂的現(xiàn)象明顯減少。