【汽车曲轴知识】2

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

在图1中，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，只需磨削止推轴曲轴颈和两个止推面。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

图2所示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。

在保证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0.5~0.6mm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0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm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0.15~0.25mm，止推面单边余量为0.04~0.07mm，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0.8~1.2N/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。

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0.05mm。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，百分表指针所示的最大摆差，即中间主轴颈的径向圆跳动误差值，若大于0.15mm，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，最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O.5h~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。

磨损原因

曲轴轴颈表面的磨损是不均匀的，主轴颈与连杆轴颈的径向磨损主要呈椭圆形，且其最大磨损部位相互对应，即各主轴颈的最大磨损处靠近连杆轴颈一侧;而连杆轴颈的最大磨损处也是靠近主轴颈一侧。曲轴轴颈沿轴向还有锥形磨损。

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曲轴的。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，方向沿曲轴半径向外，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偏积在连杆轴颈的一侧，加速了该侧轴颈的磨损，使连杆轴颈的磨损呈锥形。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。

主轴颈的磨损呈椭圆形，主要是由于受到连杆、连杆轴颈及曲柄臂离心力的影响，使靠近连杆轴颈的一侧与轴承产生的相对磨损较大。

此外，轴颈表面还可能出现擦伤与烧伤。擦伤主要是由于机油不清洁，其中较大的坚硬机械杂质在轴颈表面刻划引起的。轴颈表面的烧伤是由于烧瓦引起的，烧瓦主要是由于润滑不足、机油过稀、油路阻塞等原因造成的。

磨损修复

一般来说，轴颈直径在80mm以下，圆度及圆柱度误差超过0.025mm;或轴颈直径在80mm以上。均应按规定尺寸进行修磨，或进行振动堆焊、镀铬、镀铁后再磨削至规定购尺才或修理尺寸。

1曲轴的磨削

曲轴轴颈的磨削是在曲轴校正的基础上进行的。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。曲轴的磨削通常是在专用的曲轴磨床上进行的。

2连杆轴颈的磨削

由于连杆轴颈磨损不均匀，由此产生两种磨削方法:偏心磨削法和同心磨削法。

同心磨削法就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，保持曲柄半径不变，柴油机的压缩比不变，但每次的磨削量大。当前，在汽车使用期内，大修次数减少，用同心法可以确保发动机性能不变。

偏心磨削法是按磨损后的连杆轴颈表面来定位磨削的，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，引起曲轴不平衡，造成运转时的附加动载荷。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，这样才能保证曲轴运转中的平衡。

3曲轴严重磨损后的修复

如果发动机曲轴磨损严重，磨削法无法修复或效果较差，可采用等离子喷涂法来修复。

(1)喷涂前轴颈的表面处理

①根据轴颈的磨损情况，在曲轴磨床上将其磨圆，直径一般减少0.50-1.00mm。

②用铜皮对所要喷涂轴颈的邻近轴颈进行遮蔽保护。

③用拉毛机对待涂表面进行拉毛处理。用镍条作电极，在6~9V、200~300A交流电下使镍熔化在轴颈表面上。

(2)喷涂

将曲轴卡在可旋转的工作台上，调整好喷q与工件的距离(100mm左右)。选镍包铝(Ni/AL)为打底材料，耐磨合金铸铁(NT)与镍包铝的混合物为工作层材料;底层厚度一般为0.20mm左右，工作层厚度根据需要而定。喷涂规范见表1。曲轴

喷涂过程中，所喷轴颈的温度一般要控制在150~170℃。喷涂后的曲轴放入150-180℃的烘箱内保温2h，并随箱冷却，以减少喷涂层与轴颈间的应力。

(3)喷涂后的处理

喷涂后要检查喷涂层与轴颈基体是否结合紧密,如不够紧密，则除掉重喷。如检查合格，可对曲轴进行磨削加工。由于等离子喷涂层硬度较高，一般选用较软的碳化锡砂轮进行磨削，磨削时进给量要小一些(0.05-0.10mm)，以免挤裂涂层。另外，磨削后一定要用砂条对油道孔进行研磨，以免毛刺刮伤瓦片。经清洗后，将曲轴浸入80-100℃的润滑油中煮8~10h，待润滑油充分渗入涂层后即可装车使用。

发动机在大修中必须对曲轴进行检验，查明磨损情况，并进行正确的修理，保证曲轴所要求的疲劳强度和耐磨性。

面临问题

汽车发动机曲轴制造业如下:

1。多品种，小批量生产;

2。交货时间大大减少;

3。降低生产成本;

4。难切削材料出现显着增加加工难度，加工提出了许多问题，如硬切削，需要加以解决;

5。为了保护环境，需要很少或无切削液，干切削或干切削也就是说，它是基于上述自21世纪初，高速度，高精度，高效率的加工技术和设备，汽车曲轴生产迅速得到应用，生产效率大大提高，因此发动机曲轴生产线设备，以减少数量。

曲轴所有设备(包括热处理，硬化)，只有13件设备，产品流线短，加工效率高，易于质量控制管理。曲轴加工技术在20世纪80年代后期的发展，德国勃林格公司和Heller公司先后开发了完善的汽车曲轴汽车，机床的加工，技术是转动曲轴与曲轴车拉工艺生产高效率的完美结合，准确，灵活性和自动化程度高，换刀时间短，尤其是对沟槽下沉曲轴加工，加工后可直接曲轴磨床，消除粗磨过程。因此，曲轴车车拉加工技术是国际上流行的曲轴加工区。 90年代中期一个新的数控高速曲轴铣床，使曲轴粗加工工艺和新的水平。数控铣床，数控曲轴曲柄的速度进行铣，磨有以下缺点:不容易对刀，切削速度较低(通常不超过160m/min)，非切削时间，机床投资，流程周期时间。和数控高速曲轴铣床，具有以下优点:切削速度高(高达350m/min)，切削短，工艺周期短，切削力小，工件温度低，高，刀具寿命变化较少的加工精度，更灵活，更好。因此，数控高速曲轴铣床，将是曲轴粗加工的发展方向。据专家介绍，曲轴车车拉机床特别适合于杂志和曲轴加工水槽切割，无槽，平衡块的一面;和高速铣削的外部接收器是不处理的曲轴轴向切槽。为德国勃林格公司的偏氟乙烯315奥姆- 4高速伺服外部铣床铣床，它是专为德国勃林格公司的汽车发动机曲轴设计和灵活的数控铣床，工件的旋转装置的应用和制造铣刀伺服连动控制技术，可以不改变一个夹紧曲轴旋转中心和伺服跟踪铣削曲轴连杆杂志。偏氟乙烯高速伺服- 315奥姆- 4采用复合整体铣床，工件旋转，两端é同步，干式加工，加工精度驱动，高切削效率高的特点;用西门子840D数控系统铣床，通过输入基本参数的一部分自动生成加工程序，可以加工长度在450~700毫米，直径为转折点，在380毫米的曲轴，连杆作者:外径公差± 0.02mm的。

从顶部，你可以看出，曲轴粗加工比较流行的工艺是:主要使用汽车拉技术和高速外部铣，连杆期刊使用高速外部铣削和高速伺服外部往往铣，使用的干式加工。由于国外此类设备价格昂贵，产品加工的成本非常高，一些机床制造商(如青海第二机床制造有限公司。有限公司)先后开发数控曲轴车床，数控铣床，数控曲轴车拉曲轴转速机床，专用机床。曲轴磨削加工国产数控磨床已相当普遍，产品加工精度已大大改善。为适应曲轴加工要求的增加，使曲轴磨床很高的要求。现代曲轴磨床，此外还有一个非常高的静态和动态刚度和精度高的机器，它也需要很高的磨削效率和更灵活。更要求曲轴磨削加工精度与稳定的机器，为此，曲轴磨床的工序能力系数规定茂≥1.67，这意味着比实际要求曲轴磨床曲轴加工小半个给予宽容公差机。

随着现代驱动和控制技术，测量控制，CBN(立方氮化硼)砂轮和先进的机械零件，曲轴磨床，高精度的应用，高效率的研磨。一种适用于磨削颈椎伺服呼叫链接技术。它体现了新技术综合应用的具体成果。该伺服磨削工艺可显着提高磨曲轴，连杆期刊效率，准确性和灵活性。

一个在脖子连杆，后续的曲轴磨床主轴轴旋转颈部，并在一个由所有磨削连杆杂志夹紧。在研磨过程中，磨头往复旋转饲料，保持磨削偏心旋转杆颈的轨道。要运动磨削时，X轴必须具有高动态性能，你必须有足够的跟踪精度，并保证连锁脖子形状公差要求。 CBN砂轮的应用连杆期刊上磨削伺服重要条件。高耐磨性由于CBN砂轮在车轮直径几乎不变，可以是一个修整磨削曲轴600-800。 CBN砂轮还可以使用很高的磨削速度，曲轴磨床一般可高达120~140米/速S磨，磨削效率非常高。对于提到的曲轴加工机床复合加工技术，你不得不提到复合机，联合机的定义也随着时间的变化。过去的加工中心称为复合机，但由于工具交换过程中的各种限制，而且还走出去伐区，复合机应具有流程整合能曲轴力，以及处理和集成能力等。从生产环境，复合机床将始终专注于机床产品，功能，发展会朝着成为"一台机器到一个小工厂"。在曲轴加工机床，奥地利水平建立WFL车铣加工中心公司，拥有一定的代表性产品。

曲轴建立WFL公司提出了"一卡收费，完成"的概念。 M40G车铣中心集成了双主轴车铣加工中心电脑双主轴车削中心，五轴加工中心，深孔镗，铣，钻和三坐标，可充分曲轴加工，曲轴加工可直接转移到后道工序。推出了类似的复合机床，数控CIMT2005，沈阳机床有限公司。有限公司展出CKZ80 - 5车铣加工中心是一个复杂的机器，以代表最高水平的一种机床。在X，Y，Z轴，B轴五轴联动机床用直线光栅尺或闭环控制圆光栅检测。加工中心是48 - 96位工具配备能够自动换刀，一次可卡车，铣，钻，镗孔，攻丝等加工。在曲轴加工中，有一对CBN数控磨床一体化进程，即夹紧所有曲轴主轴颈和连杆轴承磨床，这与一般的磨床头架装有双轮式。日本TOYADA工机，德国容克(勇克)，德国和拿索斯等生产数控磨床等相对成熟的设备。这里是一个在日本TOYADA田弘毅发展情况的简要外观和GF70M - T的曲轴磨床生产性能:本机是专为满足多品种，低成本，高精度，高产量生产的数控曲轴的应用需求研磨机，砂轮工件旋转伺服联动控制技术，可以不改变一个夹紧曲轴旋转中心来完成磨削所有期刊，包括伺服跟踪磨削连杆期刊;的静压主轴，静压导轨，静压使用进给丝杠(砂轮头架)和线性光栅闭环控制，使用TOYADA田弘毅GC50数控生产控制系统，精密磨削轴颈圆度可达0.002mm的;陶瓷结合剂CBN砂轮使用两线速度可达1亿2千万/秒，轮头架，磨削效率非常高。曲轴加工刀具材料的多样性切割效率高，高速处理性能的提高提供了开发工具，除了高速钢的可能性，硬质合金，超硬材料的发展发挥了重要作用。的PCD，PCBN刀具切削难以切削材料，干切削，硬切削加工等。

为了适应曲轴加工高速，高效率，干式加工需要，现大量涂层刀具。从AS氧化铝涂层，碳化钛，锆，钛等材料，根据加工要求，以提高耐高温性能，并开发了氮碳化钛，氮化铝钛，CrSiN TiSiN，化学气相沉积(化学气相沉积)技术，由单层发展，多层复合涂层，深油钻加工代替普通加曲轴长高速钢钻头，钻孔和攻丝孔加工的胶结而在过去的高速钢材料的硬质合金材料。曲轴的精加工也渐渐开始使用CBN砂轮，立方氮化硼是昂贵的，但由于效率和耐用性高，对各种工具成本比廉价的普通砂轮片分配。至于德国纳克索CBN砂轮磨削时间机器厂，经常可以减少50%，而处理成本可节省50%以上。从以上讨论的主要结论曲轴加工曲轴加工的进展，可以达到以下结论:曲轴多刀车削技术将逐渐退出历史舞台，尽管这一时期较长;在曲轴生产高速，高效加工已相当程度的应用，对许多品种，小批量的加工工艺复杂的理想是一个关于改善刀具高效，高速性能的未来方向曲轴加工，复合加工的发展提供技术支持。

断裂原因

曲轴断裂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。

曲轴断裂的主要原因

(1)个别用户由于选用机油不当，或者是不注意"三滤"的清洗更换，机油长期使用变质;严重的超载、超挂，造成发动机长期超负荷运行而出现烧瓦事故。由于发动机烧瓦，曲轴受到严重磨损。发动机曲轴采用换修修理，即购一根新曲轴装机，将损坏曲轴送制造厂修理后备用。部分用户在车辆出现了曲轴磨损的问题后，出于费用、时间的考虑，在本地找一些小厂修理加工，将严重磨损的曲轴进行堆焊，加工，整体热处理后磨削加工。由于修理手段及工艺问题，曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角发生了变化，造成局部应力集中;由于曲轴为精45号钢模锻，堆焊又使曲辆的金相织发生了变化。上述两项是造成曲轴曲轴断裂的主要原因。

(2)发动机修好后，装车没经过磨合期，即超载超挂，发动机长期超负荷运行，使曲轴负荷超出容许的极限。

(3)在曲轴的修理中采用了堆焊，破坏了曲轴的动力平衡，又没有做平衡校验，不平衡量超标，引起发动机较大的振动，导致曲轴的断裂。

(4)由于路况不佳，车辆又严重超载超挂，发动机经常在扭振临界转速内行，减振器失效，也会造成曲轴扭转振动疲劳破坏而断裂。

故障原因

① 起动机与飞轮齿啮合不良。齿圈与起动机齿轮在起动发动机时会发生撞击，造成牙齿损坏或牙齿单面磨损。若牙齿连续三个以上损坏或磨损严重，起动机齿轮与齿圈牙齿便难以啮合。

② 粘缸。发动机温度过高时停车熄火，热量难以散出，高温下的活塞环与气缸粘连，冷却后无法起动。

③ 曲轴抱死。由于润滑系故障或缺机油造成滑动轴承干摩擦，以致最终抱死曲轴而无法起动。

④ 喷油泵柱塞卡死。

修复方法

① 若飞轮有连续三个以上牙齿损坏，且与起动机齿正好相对，就会导致两者齿轮不能啮合。在这种状态下，只需用撬棒将飞轮撬转一个角度，再按起动按钮便可顺利起动。对于损坏的飞轮牙齿，一般可采用焊接修复。

② 齿圈松动时可从飞轮壳起动机安装口处确认。若齿圈松动，则须更换新件。在安装时，应先将齿圈放在加热箱中加热，而后趁热压在飞轮上，冷却后即可紧固于飞轮上。

③ 齿圈牙齿单边磨损严重时，可将齿圈压下，前后端面翻转后，再装在飞轮上使用。

④ 经检查齿轮啮合正常，起动时飞轮不转动，则应视为发动机内部故障，如曲轴抱死，活塞粘缸，离合器卡滞等，对此应进一步观察。可先查离合器有无破损卡滞，再检查喷油泵柱塞是否卡滞和发动机内部有无异物等故障。

磁能来源

低轴阻发电机在原理设计上虽然只能将50﹪左右的负转矩磁能转化为正转矩磁能，但是所产生的正转矩也足以去抵消负转矩了(因为实际上是不可能将负转矩磁能全部转化为正转矩磁能的)。

通过对常规发电机的构造及工作原理进一步研究分析后，我们最终找到了突破口，既是在常规发电原理构造的基础上运用"能量缓存转移法"来实现上述目的;也就是将部分固定方向的感应电流进行暂存处理后，再在滞后的时间内释放，所释放的能量不仅可以继续输出供给负载，而且在电枢续流绕组中所产生的附加磁能还可以对转子做正功(产生正转矩)。这就是低轴阻发电机正转矩磁能的来源。