|
故障检修与技术维护 |
康明斯6BT柴油机凸轮轴半圆键磨损故障分析 |
摘要：凸轮轴半圆键是柴油机传动系统的关键部件，用于连接凸轮轴与齿轮，确保动力传递的同步性。若其发生异常磨损，可能导致正时偏差、动力下降、异响甚至柴油机失效。而引起磨损的的原因有很多，比如材料问题、设计不当、安装问题、润滑不良、过载或者长期使用后的自然磨损，需要逐一分析并综合考虑这些可能性。通过检查和分析具体原因，采取相应的解决和预防措施，才能有效解决问题并防止再次发生。
一、故障原因分析
1、材料与制造缺陷
（1）材质问题：键的材质不达标（如强度、硬度不足）或热处理工艺不当（如淬火不均匀）。
（2）加工缺陷：键或键槽表面粗糙度高，或尺寸超差（如公差配合不当）。
2、设计不合理
（1）键槽设计过紧或过松，导致应力集中或微动磨损。
（2）未考虑动态载荷影响，导致疲劳寿命不足。
3、安装问题
（1）安装时未对中，导致键承受偏心载荷。
（2）暴力敲击安装导致键变形或表面损伤。
4、润滑不良与污染
（1）润滑剂缺失或劣化，加剧摩擦磨损。
（2）磨粒污染（如金属碎屑、灰尘）引发磨粒磨损。
5、过载或冲击载荷
（1）柴油机超负荷运行或突加扭矩，超出键的承载能力。
（2）传动系统异常（如喷油正时错误）导致额外冲击。
6、维护不当
（1）未定期检查键的磨损状态，导致失效未及时更换。
（2）长期高负荷运行后未进行预防性维护。
|
图1 凸轮轴半圆键实物图 |
图2 凸轮轴半圆键尺寸 |
二、故障处理与预防方法
1、故障现象与诊断
（1）故障表现
① 柴油机异响（金属敲击声）。
② 动力输出下降、正时标记错位。
③ 拆检可见键磨损、变形或断裂，键槽边缘卷曲或扩孔。
（2）诊断方法
① 目视检查：观察键表面是否光滑，有无凹痕、裂纹或塑性变形。
② 尺寸测量：使用千分尺检测键宽、厚度及键槽配合间隙。
③ 振动分析：通过频谱分析判断是否因键失效引发异常振动。
④ 材料检测：金相分析确认材质及热处理状态。
2、解决方案与预防措施
（1）针对性修复
① 更换键与键槽：选用高强度材料（如40Cr，表面渗碳处理），确保公差配合（推荐过渡配合H7/k6）。
② 修复键槽：若键槽轻微磨损，可扩槽后配用加大尺寸键；严重磨损时需堆焊修复或更换凸轮轴。
（2）优化设计与工艺
① 改进键槽几何形状（如增加圆角减少应力集中）。
② 采用表面强化工艺（如喷丸处理、镀铬）提高耐磨性。
（3）规范安装与维护
① 使用专用工具安装，确保对中精度（同轴度≤0.05mm）。
② 定期检查键的配合状态（建议每500小时检查一次）。
③ 保持润滑系统清洁，使用高温抗磨润滑脂。
（4）负载与环境控制
① 避免柴油机长时间超负荷运行。
② 加装过滤装置防止磨粒进入键槽。
三、案例验证
1、故障现象
东风康明斯6BT5.9柴油发电机有异响、排气温度高，康明斯柴油机下降而进厂报修。经修理工拆检，发现活塞与排气门有撞击痕迹。检查各连杆瓦均配合松旷，达到或超过标准配合间隙下限。将连杆轴瓦全部更换，装复后试机，冷机时正常，热机后响声照旧。
2、故障查找分析
重点检查传动齿轮配对记号，如图3所示。经检查记号稍有误差，曲轴、凸轮轴正时齿轮啮合完整。该机型是6齿轮传动，齿轮箱正时齿轮包括机油泵齿轮、惰轮、空压机齿轮、喷油器齿轮、凸轮轴齿轮、曲轴齿轮。将凸轮轴联通凸轮轴正时齿轮从缸体内抽出，发现凸轮轴正时齿轮在凸轮轴上可以左右晃动。拆下凸轮轴齿轮，发现半圆键已经磨损变薄。正常凸轮轴与凸轮是过盈配合，通过半圆键定位传动。
现在由于凸轮轴齿轮在轴上有相对错位运动，造成配气相位延迟，导致排气门关闭推迟。因而与上行的活塞相撞。同时，高压油泵传动齿轮与凸轮轴正时齿轮啮合，有与凸轮轴传动滞后，造成供油提前角过小，燃油不能在上止点附近燃烧完毕；后燃增加，最高燃烧压力有所下降。但排气温度上升、柴油发电机过热，导致功率降低，油耗增加。通过分析检查，故障根源是凸轮轴键槽磨损。
3、故障排除
更换一台凸轮轴与凸轮轴正时齿轮，齿轮在装配前，要确保键与键槽对准，并使齿轮与轴肩紧贴，用0.05mm塞尺检查，不得塞入。装复拆油机试机，异响消除，柴油机恢复。
（1）拆卸步骤：取下凸轮轴正时齿轮、半圆键。按照先拆下第 1、3 道的轴承盖，再拆下第 2、5 道的轴承盖，最后拆下第 4道的轴承盖的顺序，拆下凸轮轴轴承盖，并按顺序放好。
（2）安装步骤：
① 安装凸轮轴之前，先装上各轴承盖，检查凸轮轴孔是否错位。
② 安装凸轮轴时，1缸的凸轮必须向上，不压迫气门。
③ 装上轴承盖后， 先按对角线交替旋紧第 2、 5 道的轴承盖，力矩为20N.m。然后再装上第 1、第 3 道的轴承盖，最后装上第 4 道的轴承盖，旋紧全部轴承盖螺栓，力矩为20N.m。
④ 安装凸轮轴油封，装上凸轮轴半圆键（安装位置如图4所示）和正时齿轮，旋紧螺栓，力矩为80N.m。
（3）拆装的注意事项：
① 安装或拆卸依靠阀门弹力工作的部件时，比如凸轮轴，要确保弹力保持水平方向。
② 固定凸轮轴的位置，以便凸轮轴能水平方向拆卸，并确保阀弹力均匀地加在凸轮轴上。
③ 每次少许均匀地松动固定轴承盖的螺栓，重复该操作，以卸掉所有的螺栓。
④ 凸轮轴的前端安装有正时齿轮或正时链轮，在装配曲轴与凸轮轴时，应将曲轴正时齿轮与凸轮轴正时齿轮的正时标记对好， 否则，轻者影响柴油机的正常工作，严重时将导致柴油机无法起动。
|
图3 凸轮轴半圆键和正时标记 |
图4 凸轮轴半圆键安装位置图 |
总结：
柴油机凸轮轴长期使用后的自然磨损是不可避免的，但如果磨损速度异常快，就需要考虑是否有其他加速磨损的因素存在。比如，维护保养是否到位，定期检查和更换情况如何？因此，凸轮轴半圆键磨损是多重因素综合作用的结果，需从设计、材料、工艺、维护全流程管控。通过系统性分析及预防性维护，可显著延长键的使用寿命，保障柴油机可靠运行。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
