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(shuō)明曲軸是受疲勞應(yīng)力發(fā)生斷裂的。曲軸幾何形狀突變，具備應(yīng)力集中的條件。曲軸在交變應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)作用下，應(yīng)力集中處首先形成微裂，經(jīng)過(guò)集結(jié)溝通形成裂紋。裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，裂紋的兩個(gè)側(cè)面形成斷口的光滑區(qū)。粗糙區(qū)則是在迅速斷開(kāi)時(shí)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(shí)，連桿軸頸尺寸變小后，重量會(huì)減小。

(2)不平衡力臂。在修正曲軸彎曲時(shí)所采用的磨主軸頸的方法來(lái)保證各軸頸的同心度工藝，會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致不平衡扭矩的產(chǎn)生。曲軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(jī)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(jī)工作過(guò)程中把其轉(zhuǎn)速設(shè)置在這兩個(gè)轉(zhuǎn)速附近，對(duì)其曲軸來(lái)說(shuō)都是比較危險(xiǎn)的。

3.修理方法不當(dāng)?shù)挠绊憽B氮層厚度的減少;未進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)試;過(guò)渡圓角變小均會(huì)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(jī)所鉆井深一般在5

000m以上，鉆井工作周期長(zhǎng)、大鉤負(fù)荷大、轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩大、泥漿泵功率大，使得鉆機(jī)上所配套的12V 190柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間大負(fù)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(dāng)，導(dǎo)致曲軸的連桿軸頸內(nèi)側(cè)磨損大，使磨修曲軸導(dǎo)致的不平衡載荷增大。其次，當(dāng)連桿大頭中心旋轉(zhuǎn)至主軸軸線以下位置時(shí)，連桿軸瓦滑動(dòng)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(dāng)也降低了潤(rùn)滑油的相對(duì)流動(dòng)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(fù)荷的突增、沖擊、使用維護(hù)不當(dāng)均成曲軸提前斷裂。

三、曲軸提前斷裂的預(yù)防措施

1.設(shè)置柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速時(shí)，避開(kāi)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(guò)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(guò)一定厚度后，要進(jìn)行表面滲氮處理，以增加曲軸的耐磨性和抗擠壓強(qiáng)度。

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

6.嚴(yán)格認(rèn)真執(zhí)行柴油機(jī)使用、維護(hù)、修理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定。

采取上述措施后，所修理的柴油機(jī)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。