发动机曲轴断裂的原因分析与处理通用版

汽车发动机曲柄连杆机构常见故障诊断与排查
一、曲轴断裂
故障表现：曲轴断裂是一个非常严重的故障，常见于金属疲劳导致的断裂。

诊断与排查：
1. 检查曲轴是否有裂纹或损伤，特别是在曲柄与轴颈的连接处。

2. 确保曲轴的平衡达到标准，不平衡可能导致额外的应力。

3. 检查曲轴轴承和轴颈的磨损情况，过度磨损可能导致曲轴断裂。

二、连杆弯曲或断裂
故障表现：连杆弯曲可能会导致发动机振动或噪音，而连杆断裂则会导致发动机停止工作。

诊断与排查：
1. 检查连杆的直线度和弯曲度，确保其符合标准。

2. 检查连杆的轴承和衬套的磨损情况，过度磨损可能导致连杆断裂。

3. 检查连杆螺栓和螺母的紧固情况，确保其牢固。

三、活塞卡滞
故障表现：活塞卡滞会导致发动机运行不平稳，严重时可能导致发动机停机。

诊断与排查：
1. 检查活塞与缸套之间的间隙，确保其符合标准。

2. 检查活塞环的安装和磨损情况，确保其正常工作。

3. 检查机油的清洁度和粘度，不合适的机油可能导致活塞卡滞。

四、活塞环磨损
故障表现：活塞环磨损会导致发动机漏气和机油消耗增加。

诊断与排查：
1. 检查活塞环的磨损情况，特别是开口间隙和漏光度。

2. 检查活塞环的材料和硬度，确保其符合标准。

3. 检查缸套的磨损情况，过度磨损可能导致活塞环断裂。

五、缸体磨损
故障表现：缸体磨损会导致发动机漏气和压缩比下降。

诊断与排查：
1. 使用内窥镜检查缸体的磨损情况，特别是缸套和气缸壁。

一曲轴的结构形式和工作条件1.曲轴的结构形式曲轴功用：曲轴是发动机中最重要的部件之一，其作用是把活塞连杆组传来的气体作用力转变为转矩并对外输出。

另外，还用来驱动配气机构及其他各种辅助装置。

整体式曲轴具有工作可靠、重量轻、刚度、强度较高、加工表面较少的特点，中小型发动机中广泛采用，一般配合滑动轴承。

组合式曲轴，当曲轴尺寸较大，曲拐数较多时，采用整体式结构将导致加工非常困难，可采用组合式结构。

2.工作条件由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。

如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。

工作条件：要承受周期性变化的气体压力、往复惯性力、惯性力矩、离心力、缺油、高速、轴向窜动。

第一，受周期变化力和力矩作用，重点弯曲交变荷载（80%是弯曲疲劳破坏）；第二，曲轴形状复杂，应力集中严重；第三，曲轴轴颈比压大，摩擦磨损严重。

在材料的选择上，用高强度、高冲击韧性、耐磨性材料，主要采用中碳钢、中碳合金钢、稀土球墨铸铁模锻而成。

为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。

二曲轴的疲劳断裂柴油机在运转过程中经常发生曲轴断裂、裂纹、变形等现象，其中发生疲劳断裂现象最多。

曲轴的疲劳断裂是曲轴失效的情况之一，同时也是最严重的情况，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。

曲轴的受力情况比较复杂,它承受着气体爆发力、运动件的惯性力,各种振动以及与机体轴承等约束情况有关的反作用力,与被带动装置的反作用力等。

曲轴工作时,轴颈主要受扭转,曲柄臂主要受弯曲，这些载荷是周期性变化的，近似地可看作脉动循环载荷。

当曲柄处于上止点附近承受最大爆发压力时,曲柄臂承受最大弯矩，使曲柄臂与轴颈过渡圆角处产生很大的应力。

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（北京博睿通达大型二类维修企业,比4S店便宜30%-50% ,原厂配件质量保证）(1)曲轴是发动机中受力最复杂的零件，因此结构复杂，加工精度要求很高。

路虎轿车发动机把曲轴设计为全支承型，并在上边装有飞轮、正时齿轮、链轮、带轮、连杆等。

路虎车曲轴用球墨合金铸铁经精密铸造而成，一般发动机曲轴用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。

由于曲轴结构复杂、制造困难、加工成本高，为延长其使用寿命，对于标准曲轴在磨损后可以按级修复使用，但路虎轿车曲轴设计时只允许加工磨修一次。

(2)曲轴轴承曲轴装在缸体的座孔内，在二者之间也装有薄壁滑动轴承，以增长缸体和曲轴使用寿命、维修方便、易于保持应有的配合精度。

曲轴轴承(也称为主轴承、或主轴瓦)其结构与图2-19中连杆轴承基本相同，也是薄壁轴承，其区别为：1)标准级曲轴轴承厚度为1.829±0.003mm，修理级曲轴轴承厚度为1.979±0.003mm。

2)装在气缸体上的全部轴承(缸体上半片轴承)带有油槽。

路虎曲轴断裂不可信！装在主轴承盖(也就是曲轴箱上)的轴承在第二、四轴颈上的轴承有油槽；在第一、三、五轴颈的轴承无油槽。

曲轴主轴颈与主轴承装配标准间隙为0.03-0.09mm。

在主轴承处为保证足够刚度和强度，另设二个紧固螺栓。

先把此螺栓拧紧20N•m的预紧力矩后，再将螺母拧转45°后，加好防护装置，才能保持正常工作。

(3)曲轴的轴向间隙。

为了保证离合器的正常工作和活塞在气缸中的恰当位置，曲轴设有轴向定位装置，路虎发动机的轴向定位设置在第二道主轴颈处，由两片带有油槽的止推片来调整曲轴的轴向间隙，标准的轴向间隙为0.07-0.272mm。

案例分享：发动机曲轴的断裂失效分析展开全文断裂失效是指金属、合金材料、机械产品的一个具有有限面积的几何表面的分离过程，断裂是发动机曲轴在运行过程中的主要失效形式，且疲劳断裂居首位，占失效实例约60%，对企业生产和经营造成巨大浪费和损失。

曲轴断裂失效分析特别重要，可以防止同类失效现象的重复发生，为改进设计及加工工艺提供依据，消除隐患确保产品安全可靠等，同时也是企业节能增效的有利途径。

一、曲轴断裂简介曲轴作为发动机核心零件之一，由于加工基准在曲轴中心孔和主轴颈间经常转换，产生基准不重合误差，再加上各轴颈加工精度高和轴类零件加工过程中刚性差的特点，是发动机本体五大件中加工质量最难保证的零件。

同时，曲轴又是把燃烧气体推动活塞进行直线运动转变成回转运动的桥梁，曲轴的旋转运动是整车或发动机的动力源，因此曲轴的寿命是发动机考核的关键指标之一。

由于曲轴在工作中承受交变载荷，主轴颈和连杆颈圆角过渡处属于曲轴强度的薄弱环节，长期的高速旋转运转和较大的交变负荷应力将造成曲轴圆角处产生裂纹或断裂。

轴颈圆角处、轴颈表面如有缺陷，将成为裂纹源，易造成曲轴的早期非疲劳断裂。

裂纹源一般位于连杆颈R角处，沿着约45°方向往曲柄梢扩展，最后断裂，包括裂纹源、裂纹扩展、断裂三阶段。

如图1、图2所示。

曲轴的断裂大多是突然发生，易引起人员的伤亡和机器的损坏，造成的损失非常巨大，是曲轴生产厂家生产经营中特别关注的课题。

二、曲轴断裂分析曲轴断裂的原因主要有以下几种情况：1.机加工不符合要求（1）曲轴制造质量不好，加工粗糙、材质不佳，达不到设计要求。

（2）各缸工作不平衡，活塞连杆组重量偏差过大，引起曲轴受力不均而导致断裂。

（3）冷校直也是曲轴断裂的一个原因。

因为校直是塑性变形，会产生微裂纹，大大降低了曲轴的强度，因而在交变载荷的作用下，会导致曲轴断裂。

（4）各道主轴承中心线不同心，使曲轴受交变压力的作用，导致曲轴断裂。

造成主轴承不同心的原因，除了缸体热处理过程中自然失效机体本身变形引起的以外，往往还由于维修装配或刮瓦时主轴承不同心引起。

POWERTRAIN MANUFACTURING44・设计与开发2020-06大咖言论全媒体链接活动专题前沿技术成功案例行业新闻资讯所示，该锻造、控温冷却、表面淬直读光谱仪检验化HV-50拉伸试验机等检验材料的显微镜观察断口附近的显微组织。

通过以上方法，分析查找曲轴失效的原因。

检验结果与分析1. 宏观断口观察断裂位置位于第7曲柄毛坯面，如图2a所示；裂纹源区位于第7曲柄毛坯面圆角处，如图2c、图2d所示，断面可见清晰的贝纹线，呈现明显的疲劳扩展特征；瞬断区面积很小，推测断裂时的应力较小，属于低应力高周疲劳断裂。

2.化学成分检验在第7曲柄断裂位置附近的曲柄取样进行化学成分检测，结果见表1，符合技术要求。

图1 失效曲轴图2 断裂位置及断面a）第7曲柄毛坯面c）毛坯面开裂处放大b）断裂面d）裂纹源区侧视图设计与开发 2020-06・大咖言论全媒体链接活动专题前沿技术成功案例行业新闻资讯类≤2级），如图4a 所示。

依据GB/T 6394-2017和GB/T 13320-2007评判基体组织为珠光体+网状铁素体，晶粒度 7～7.5级（要求5～8级），带状组织1级（要求≤2级），≤0.4 mm ），依据JB/T 9211-2008评判淬火区组织为6级马氏体组织，如图4d 所示。

4.力学性能检验从失效曲轴后端大盘位置取轴向拉伸试样，按照GB/T 分析及改进1. 原因分析曲轴的理化检验未见明显缺陷，曲轴在材质和加工中没有质量问题。

根据曲轴在发动机工作过程中的受力分析，曲柄销与曲柄的过渡圆角处最容易产生应力集中，该处为失效的最危险截面，但失效曲轴并未在危险截面断开。

结合低应力高周疲劳断裂表1 化学成分检测结果质量分数（%）C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu 要求0.35～0.410.20～0.65 1.3～1.65≤0.025≤0.0250.1～0.2≤0.10≤0.20≤0.25检测值0.400.511.470.0110.0130.130.0250.0460.11图3 金相试样及毛坯面裂纹源区1-4和9-12曲柄臂毛坯面不存在过渡圆角（图5），而仅5-8曲柄臂存在毛坯面过渡圆角（图2）。

汽车发动机曲轴断裂失效分析陈渝【摘要】某厂生产的发动机曲轴在用户使用过程中，3个月内共发生了4起曲轴断裂失效事故，采用化学成分分析、金相检验、硬度测试以及断口的宏、微观形貌分析等方法对断裂曲轴进行了分析。

结果表明：曲轴断裂为高周低应力弯曲疲劳断裂，导致其断裂的主要原因是在曲轴第一曲拐过渡圆角R附近的曲柄表面聚集分布着机加工刀痕，形成了应力集中；在用户行驶过程中因车况、路面等复杂因素形成的过载或冲击载荷等作用下，在第一曲拐轴颈尺附近曲柄表面应力集中的机加工刀痕处萌生疲劳裂纹，并逐步扩展直至断裂失效。

%There have been four cases of engine crankshafts fracture failure accidents in uses runnmg process, and the fractured parts were analyzed by means of chemical compositions analysis, metallographic examination, hardness test and fracture analysis. The results show that the crankshafts failed in high cycle and low stress bending fatigue fracture mode, and the main reason for the fracture was that there were many gathered distribution of machining marks on the crank surface near the transition position where stress concentration formed. In the users running process, under the action of overload or impact load formed because of vehicle condition, pavement and other complex factors, fatigue cracks initiated at the stress concentrated machining marks, and the cracks gradually propagated until the engine crankshafts fractured.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2012(048)008【总页数】4页(P551-554)【关键词】发动机曲轴;机加工刀痕;高周低应力弯曲疲劳断裂【作者】陈渝【作者单位】重庆长安工业（集团）有限责任公司理化计量中心,重庆401120【正文语种】中文【中图分类】TG142.1;TH137.1某汽车发动机工厂生产的发动机曲轴在用户使用过程中，3个月内共发生了4起断裂失效事故，4件曲轴的断裂部位相同，均位于第一曲拐轴颈R处，详情见表1。