實船柴油機曲軸臂距差的測量與分析

福建 方小明

曲軸是船舶柴油機極為的重要零件之一，其重量占整臺柴油機重量的7%～15%，造價占柴油機造價的10%～20%。曲軸的技術狀態直接影響柴油機的正常運轉、船舶的安全航行和經濟性。但曲軸形狀復雜、剛性差，柴油機在長時間運轉中，各道主軸承因柴油機各缸功率、軸承負荷及軸承間隙、潤滑等的不同，使下瓦產生不均勻磨損，即各道主軸承中心不等高，落坐其上的曲軸其軸線發生彎曲變形，引起曲軸產生附加彎曲應力，嚴重時會引起曲軸材料疲勞以致產生裂紋和折斷，所以應加強曲軸的維護保養，減少曲軸的磨損，控制曲軸的變形和防止曲軸斷裂。

1 曲柄臂距差的概念

在曲柄上，兩個曲柄臂之間的距離稱為臂距，其值用L表示，俗稱拐檔值。那么在曲軸回轉一周中，曲柄分別在上止點、下止點位置或左平、右平位置時，曲柄的臂距值之差就稱為臂距差，俗稱拐檔差，用符號Δ表示。曲柄臂距差的計算公式：

Δ⊥＝L上—L下Δ－＝L左—L右

式中：Δ⊥為垂直平面內臂距差，即上下臂距差。單位：mm

Δ－為水平平面內臂距差，即左右臂距差。單位：mm

式中：L上為曲柄銷在上止點位置時的臂距值，L下為曲柄銷在下止點位置時的臂距值。單位：mm，L左為曲柄銷在左水平位置時的臂距值，L右為曲柄銷在右水平位置時的臂距值。單位：mm。

柴油機在運轉中曲軸會因各主軸承高低不等而產生整體變形。曲軸回轉一周每個曲柄都會隨之產生微量變形，且曲柄銷所處的轉角位置不同，曲柄臂距也不同。曲軸整體彎曲變形越嚴重，曲柄的微量變形就越大，曲柄臂距值變化就越大。所以可通過測量曲柄臂距的微量變化來了解曲軸整體的軸線狀態。

當臂距差為（＋）值時，表示Δ⊥＝L上—L下＞0即Δ⊥＝（＋）值，說明曲柄銷在上止點時兩曲柄臂距值要比曲柄銷在下止點時的曲柄臂距值大，所以＞0為正值。

當臂距差為（－）值時，表示Δ⊥＝L上— L下＜0，即Δ⊥＝（－）值，說明曲柄銷在上止點時兩曲柄臂距值要比曲柄銷在下止點時的曲柄臂距值小，所以＜0，為負值。

2 曲軸量表的使用方法

曲軸量表由百分表、接桿、可換量頭、滾花鎖緊螺母、重錘等組成。重錘的作用，是在曲柄銷處于不同位置時,可以使百分表表面始終朝上，便于讀數。旋轉可換測頭可使曲軸量表兩測頭的距離增大或減小。

①檢查曲軸量表的靈敏度。用手指按動曲軸量表一端的頂尖（即活動測頭），看表上的指針擺動是否靈活，放松后指針能否回到原來的位置。檢查無誤后，根據曲柄臂距的大小選擇并調整曲軸量表測量桿的長度，使之比標準臂距大于1mm～2mm。

②將曲軸量表兩端的頂尖（測頭）壓裝入兩曲柄臂的沖孔之后，轉動表盤將表指針調到“0”位，然后將整個表用手慢慢來回擺動2～3次,觀察表指針應無擺動。

③讀取曲軸量表的值。當將曲軸量表的觸頭（測頭）向表內壓入時表盤上的讀數應減少，在記錄此數據時可直接讀作“負”值，用“－”號表示。當曲軸量表的觸頭外伸時，表盤上的讀數應增大，在記錄此數據時可直接讀作“正”值，用“＋”號表示。即縮小為“－”增大為“＋”。

3 曲柄臂距差的記錄方法

按曲柄銷所在位置記錄讀數的方法。曲軸上帶有活塞連桿裝置的記錄形式，按曲柄銷轉到五個不同的測量位置來記錄讀數。

臂距差計算：如果按曲柄銷所在位置進行記錄，那么臂距差Δ⊥＝L上－L下，Δ－＝L左－L右把圖中所記錄數值帶進去計算即可。

4 臂距差測量步驟

①組配好曲軸量表。

②按所測量機型的正車轉向做好臂距差測量記錄表，如表1所示。

③打開曲軸箱兩側道門（或蓋板）。將需測量臂距差的曲柄銷轉到195°左右的位置。尋找并仔細清潔兩曲柄臂的沖孔，沖孔應在距曲柄銷軸線為：（S+D）/2處（S為活塞行程mm；D為主軸直徑mm），除去孔中油污和雜物以免引起誤差。正確安裝曲軸量表，安裝時特別要注意連桿和連桿螺栓會不會碰到曲軸量表。安裝表的方法：先將曲軸量表的一尖端（活動測頭）放入一曲軸臂沖孔中。表的另一尖端（可換測頭）對準另一曲柄臂的沖孔。用手向外旋轉可換測頭使測頭尖端進入沖孔并壓縮（即預緊）約1 mm～2mm（看表面小指針偏轉1～2格），然后用滾花螺母將可換測頭鎖緊。

④將已安裝好的曲軸量表的表盤大指針調至“0”位，然后用手撥轉曲軸量表2～3轉，看表指針是否還指在“0”位，指在“0”位是正確的，否則應重新檢查調“0”。

⑤確定盤車方向（即柴油機的正車轉向）、起始測量點（下止點后15°）后，曲柄銷自 195°位置開始，經 270°、0°、90°、及 165°五個位置測量和記錄。

⑥取下曲軸量表，進行下一缸測量。

將每次測量的臂距值填入臂距差測量記錄表1。

表1 臂距差測量記錄

5 繪制曲軸軸線狀態圖,作圖步驟如下

①畫出橫坐標，并在其上等距畫出各缸中心線（即曲柄中心線）Ⅰ.Ⅱ.……Ⅵ和各道主軸承中心線1.2.……7.

②畫出縱坐標令其表示臂距差值Δ⊥ 且在原點0以上為負值（根據臂距差為負值則主軸承偏高，因此把負臂距差值取在橫軸之上），原點0以下為正值（根據臂距差為正值則主軸承偏低，因此把正臂距差值取在橫軸之下）。

③將各缸的曲柄臂距差值Δ⊥ 分別標于各缸中心線上。

④把各缸曲柄的臂距差值確定的點Ⅰ.Ⅱ.……Ⅵ連接起來，所得折線即為曲軸軸線狀態圖。折線上對應于各主軸承位置點的縱坐標，則表示各主軸承的相對高度。