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1、毕业论文（设计）柴油机曲轴臂距差检验及影响因素分析Testing of Diesel Engine Crankshaft Deflection and Analysis of Influence Factors学 生 姓 名： 指导教师： 合作指导教师： 专业名称： 轮机工程 所在学院： 航海与船舶工程学院 二一三年六月目 录摘要IAbstractII第一章 前言1第二章 船用柴油机曲轴和臂距差22.1曲轴的工作状况22.2臂距差检测的意义22.3臂距差概念32.4曲轴臂距差与曲轴轴线状态的关系42.5 臂距差的标准值5第三章 臂距差测量工具与方法73.1测量工具73.2测量位置的选择93.3
2、结果记录及计算10第四章 船舶柴油机曲轴臂距差影响因素分析与对策124.1 影响因素简介124.2 轴系校中对臂距差的影响及对策124.3 柴油机垫块对臂距差的影响及对策134.4 主轴承磨损不均匀对臂距差的影响及对策144.5 大重量飞轮对臂距差的影响及对策144.6 气体力与活塞运动装置对臂距差的影响及对策154.7 船舶装载对臂距差的影响及对策154.8 柴油机曲轴温度对臂距差的影响及对策164.9 机座塑性变形对臂距差的影响及对策17第五章 总结与建议18致谢19参考文献20附录21摘要曲轴中心线的校中状态直接决定了柴油机的工作状况，同时影响船舶安全。船舶航行过程中，轮机员通过臂距差的
3、检测来确定曲轴的轴线状态。本文从柴油机曲轴臂距差的基本知识入手，介绍了曲轴轴系特点和臂距差检测在实际运用中的意义，曲轴臂距差的概念和曲轴臂距差与曲轴轴线之间的关系。并详细介绍了不同组织设定的臂距差标准值，从测量工具的选择，测量位置的选择，测量结果的记录与计算详细阐述了当今检测臂距差的主流方法。从柴油机状态，工作环境，外界环境等八个方面详细解释了影响柴油机曲轴臂距差测量结果的因素。并由此提出一些解决方案。从而达到简化测量，精确测量，降低轮机管理人员工作强度，改善柴油机曲轴工作状态，延长柴油机使用寿命的目的。关键词:曲轴，臂距差，检测，影响因素AbstractThe alignment of th
4、e crankshaft directly affects the running status of the diesel engine, which affects the safety of the navigation. Diesel engine crankshaft deflection shows the state of the axis the crankshaft. During sailing, the state of the crankshaft alignment can be confirmed by testing the deflection of the c
5、rankshaft. This paper starts with the basic knowledge of the crankshaft deflection, introduces the crankshaft system, the significance of the crankshaft deflection testing, the conception of the deflection, the relationship between deflection and crankshaft axis, the standard value of the deflection
6、 set up by different organizations. The mainstream approach to testing the deflection is described in details from selecting the measuring tools, measuring position, recording and calculating the measuring results. At last the paper explains the influence factors in detail from diesel engine state,
7、working environment, outside environment and other five aspects and put forward some solutions to these influences. Finally, the solutions can simplify the measurement and make the measurement more accurate, reduce the work intensity of engineers, improve the working conditions of crankshaft and pro
8、long the service life of the diesel engine.Keywords：crankshaft, deflection, testing, influence factor第一章 前言曲轴能否正常工作直接影响柴油机是否可以安全运行，曲轴的任何故障将影响船舶和船员的生命财产安全。曲轴的工作状况极其复杂多变，曲轴在周期性变化的可燃油气混合物作用力、往复直线运动和旋转运动惯性力以及它们力矩作用下工作，承受着复杂的弯曲、扭转应力。曲轴的工作运动速度很快，工作比压非常大，且工作过程中存在滑动摩擦。曲轴在实际工作中工况一直改变，无法保证始终处于液体动压润滑，特别是当润滑油中有
9、固体杂质和腐蚀性杂质时，曲轴工作表面会发生强烈的磨料磨损和腐蚀磨损，导致曲轴无法正常工作。除此之外，柴油机曲轴具有多变的内外部结构，其内外部结构变化急剧，在急剧变化处产生了严重的集中应力。曲轴轴颈、曲柄臂和油道开口附近区域是曲轴应力集中最严重的部位。曲轴轴颈和曲柄臂的连接过渡区域最容易出现由于弯曲疲劳破坏而产生的裂缝，大概以45角折断曲柄臂。曲轴表面会有油道开口，油道开口附近区域若加工过于粗糙，易产生扭转疲劳裂缝，大概成45角扭断曲柄销。曲轴各个部位受到的力的作用不同，通过统计资料我们可得知，在曲轴损坏中主轴颈损坏占10，曲柄销损坏占34，曲柄臂损坏占56。因此保证柴油机曲轴正常工作需从降低曲
10、柄臂损坏率开始，而降低曲柄臂的损坏率需要定期测量曲轴曲柄臂距差。对于作为商用船舶主推进动力装置的柴油机来说，曲轴的任何故障是极其致命的，由于在航行途中受客观因素的限制，故障难以排除，易引发影响船舶安全的事故。目前我国应用范围最广的检测柴油机曲轴曲柄臂的方法是检测柴油机曲轴的臂距差，工作人员可以通过拐档表检测曲轴的臂距差从而推断出曲轴的工作状态。在实际工作中，轮机员需要时刻注意柴油机臂距差值，通过消除造成臂距差不符合标准的各种因素，使柴油机曲轴的臂距差保持在规定的合理的范围内。因此必须对影响柴油机曲轴臂距差的相关因素详细进行定性、定量的分析研究，包括柴油机曲轴的设计、安装，到营运过程中维护保养以
11、及货物配载、工作温度、风浪等等各种主客观因素。由于船舶自身工作状况和航行条件的复杂性，因此还有很多其它影响臂距差的因素，如船舶自身温差、大气温差、船舶坞修时支撑物的反作用力、自然灾害事故等都会导致曲轴臂距差发生变化。第二章 船用柴油机曲轴和臂距差2.1曲轴的工作状况柴油机曲轴汇集各个汽缸活塞组件做功，并将活塞组件的往复运动转化为其自身的回转运动，向外输出功率以带动螺旋桨、发电机以及柴油机的附属设备（喷油泵、气阀、凸轮轴等），是柴油机功率输出的总枢纽。曲轴的外部形状变化十分急剧，可以看作由若干个彼此相错的曲拐组成，每个曲拐又分为轴颈、曲柄销、曲柄臂三部分。急剧变化的内外部形状导致应力集中，曲轴油
12、道开口周围、主轴颈至曲柄臂连接过渡部分是曲轴应力集中最严重的部位12。曲轴主轴颈底部到曲柄臂间的过渡区域易发生弯曲疲劳裂缝，大概成45角折断曲柄臂。另一个方面，由于柴油机曲轴多采用压力润滑，因此在曲轴内部设计有复杂的润滑油油道，在曲轴表面有油道开口，油道开口处若机械加工不良，易产生扭转疲劳裂缝，大概成45角扭断曲柄销。曲轴的工作状况极其复杂多变，曲轴在周期性变化的可燃油气混合物作用力、往复直线运动和旋转运动惯性力以及它们力矩作用下工作，承受着复杂的弯曲、扭转应力。而且曲轴的工作运动速度很快，工作比压非常大，且工作过程中存在滑动摩擦。曲轴在实际工作中工况一直改变，无法保证始终处于液体动压润滑，特
13、别是当润滑油中有固体杂质和腐蚀性杂质时，曲轴工作表面会发生强烈的磨料磨损和腐蚀磨损，导致曲轴无法正常工作。除此之外，柴油机曲轴具有多变的内外部结构，其内外部结构变化急剧，在急剧变化处产生了严重的集中应力。由于柴油机曲轴所用润滑方式为流体动压润滑，主轴颈与主轴承以及曲柄销和连杆大段轴承在工作中运动速度很快，工作比压非常大，因此使曲轴会产生滑动摩擦，特别是在有冲击、润滑不良、机座船体变形、启车、停车时更为严重使轴颈产生较为严重的磨损。曲轴各段轴系以及轴系与柴油机曲轴之间一般用法兰刚性连接，曲轴轴系要求各段轴的轴线在同一条直线上，即对轴系的校中质量要求较高，轴系校中质量的好坏直接影响船舶主机的正常运
14、转 34。2.2臂距差检测的意义曲轴依靠位于机座上的主轴承支撑，由于诸多不确定性因素的存在，因此无法保证各轴承均匀磨损或者是船体不发生变形，主轴承的中心线的一致性也无法得到保证，因此导致曲轴中心线发生弯曲。曲轴轴线发生变形后表示曲轴会有某一个或者某几个曲拐拐档差超出标准值。由于曲轴在实际工作中工况一直改变，因此应力集中部位会发生扭转或者弯曲疲劳破坏，甚至发生曲轴断裂事故，臂距差数值的大小与曲轴疲劳破坏的情况成正比。通过统计资料我们可得知，在曲轴损坏事故中，主轴颈事故占10，曲柄销事故占34，曲柄臂事故占56。因此保证柴油机曲轴正常工作需从降低曲柄臂损坏率开始，而降低曲柄臂的损坏率需要定时测量曲
15、轴曲柄臂距差，保证曲轴臂距差在规定的标准范围之内。表1是曲轴臂距差超限引起曲轴断裂的实例。曲轴臂距差的检测是目前检验曲轴及其轴系轴线状态的一种通用方法，臂距差作为一个非常重要的参数，它能准确地反映出曲轴及其轴系轴线的挠曲情况以及曲轴的整体工作性能和状况。曲轴臂距差数值的大小直接影响曲轴的寿命与可靠性，但是臂距差的数值只能反映曲轴及其轴系非塑性弯曲变形的状况，不能反映曲轴及其轴系的塑性弯曲变形的状况，曲轴及其轴系的永久弯曲状况需通过测量其跳动量来了解567。 2.3臂距差概念曲轴由多个曲柄部件、飞轮端、平衡块、自由端等组成。结构如图2.1：曲轴中任意两个相邻的曲柄臂间的间距即臂距，当相邻曲柄臂间
16、的曲柄销位于0、180时或者位于90、270时，臂距的差即为臂距差。当今行业中对臂距差的正负值没有统一的规定，但通常在船舶维护和管理过程中我们进行如下设定：曲柄销在0位置时，两相邻曲柄臂间的臂距为L上，曲柄销在180位置时，两相邻曲柄臂间臂距为L下，垂直平面内的臂距差值，臂距差值则为L上L下。同理曲柄销在270位置时，两相邻曲柄臂间臂距为L左，曲柄销在90位置时，两相邻曲柄臂间的臂距为L右，表示水平平面内的臂距差值，则L左-L右，当0时，臂距差为负值，当0时，臂距差为正值，当=0时，臂距差值为零8。而且曲轴的工作是以很大的相对速度转动，曲轴在实际运行中工作状况一直改变，因此曲轴曲柄臂间的臂距差
17、值也是一直改变的，曲轴的弯曲程度与曲轴曲柄臂间臂距差值成正比8。因此曲轴曲柄臂间臂距差值的大小可以表示曲轴的弯曲程度9。2.4曲轴臂距差与曲轴轴线状态的关系由于主轴承下瓦的高低直接影响曲轴中心线的状态，因此通过测量曲轴的变形情况即测量曲柄销位于0、180时或者位于90、270时的臂距值便可以了解曲轴中心线的状态，那么各道主轴承下瓦的磨损情况也就清楚了，如表2 所示。柴油机曲轴的臂距差值大小表示了柴油机曲轴中心线的弯曲程度。如果曲柄销位于0时的臂距值大于位于180时的臂距值，即0时，曲轴的轴线呈向下弯曲的弧线 10； 反之，当曲柄销位于0时的臂距值小于曲柄销位于180时的臂距值，即0时，曲轴轴心
18、线呈向上弯曲的弧线10，如图3.3所示。 2.5 臂距差的标准值因为柴油机曲轴臂距差值体现了柴油机曲轴中心线的弯曲情况，而柴油机曲轴中心线的状况决定了柴油机曲轴的工作状况，所以国内有关部门根据船舶航行区域和船舶具体情况对柴油机曲轴臂距差值制定了相关标准。如表3所示。国外的海事监管部门和柴油机生产厂商也对臂距差值制定了详细的规范。如表4、表5所示。表4. 国外著名船级社对船用柴油机曲轴臂距差的规定值 单位：毫米注： S为活塞行程第三章 臂距差测量工具与方法3.1测量工具3.1.1拐档表目前我国航运业和造船业广泛使用的用来测量船用柴油机曲轴臂距差的仪器是拐档表，拐档表的主要零部件有：拐档表显示表盘
19、、平衡配重、用于调节伸缩的螺栓和接管、测量头（图 3.1）。拐档表的测量测量头可以通过调节螺栓来自由调节长度，通过与接管配合使用可以扩大量程使拐档表可以在不同型柴油机臂距差检测中通用，虽然拐档表通过使用不同的附件可以测量不同型号柴油机，但是为了保证测量精度，目前国内外柴油机生产厂商都在柴油机配套附件中附带一套拐档表，只用于测量指定柴油机的曲轴臂距差。拐档表显示表盘附带有平衡配重，使显示表盘在测量过程中不会背对测量人员，简化测量过程。值得注意的是，曲轴在工作过程中其两曲柄臂间的距离不停变化，实际应用中拐档表测量的是运行中的柴油机的曲轴臂距差，曲轴中心线随曲轴变化而发生改变，因此其测量数值为相对值
20、，并不是曲轴位置不发生的改变时的绝对值。拐档表测量出的数值与曲轴中心线的形变有直接关系。当曲轴中心线向上弯曲时，测量出的臂距差数值为负值，曲轴中心线向上弯曲程度越大，其数值越小；当曲轴中心线向下弯曲时，测量出的臂距差数值为正值，曲轴中心线向下弯曲程度越大，其数值越大。3.1.2线阵 ccd 位移测量系统我国海军工程大学朱宝成、刘伯运等专家对船用柴油机曲轴臂距差测量仪器研制进行了深入研究，他们提出一套创新的测量方法：运用线阵 ccd 位移测量系统测量柴油机的曲轴臂距差11 12。如图3.2所示。该系统由线阵ccd传感器、数据采集模块、计算处理系统、激光器、反射镜、光杠杆等组件构成。使用该系统测量
21、柴油机曲轴臂距差时我们把测量部件分为A、B两组，A组包括：ccd传感器和激光器，B组包括：反射镜、光杠杆、弹簧。A、B两组部件分别固定在需要被测量的曲轴曲拐的两个曲柄臂内侧，通过一刚性连接将激光器和光杠杆相互连接起来。测量过程中，曲轴转动，被测量曲拐的两曲柄臂间距离随之改变，激光器和光杠杆之间的刚性连接牵动光杠杆，光杠杆的相对位置发生改变，由图4.2可知，光杠杆通过弹簧与被测量曲拐的一侧的曲柄臂相连接，此时，光杠杆在刚性连接拉力和弹簧拉力的共同作用下会发生转动，反射镜固定在光杠杆上，光杠杆发生转动，反射镜也随之发生转动，反射镜的作用是将对面曲柄臂上激光器发射的激光通过反射作用反馈给ccd传感器
22、，反射镜发生转动，反射镜反射给ccd的激光点的坐标也随之变化，ccd将接收到的激光点的信号传递给计算机，通过实现设定好的程序的计算便可以得出被测量曲拐的两曲柄臂间臂距差变化的精确数值。该系统从设计理论上讲可以实现，也有实物试验件生产，具有测量范围大、测量结果精确等优点。但是在实际应用中，该系统对于安装要求过高，部件过于精密脆弱，现场复杂的测量环境极易损坏测量部件，影响测量精度，且不适合在营运船舶上使用，目前没有生产价值，所以未投入生产。 线阵ccd 光杠杆数据 反射镜 采集系统 激光器 钢丝 弹簧 L 计算机图3.2线阵 CCD 位移测量系统3.1.3国外数显测量仪目前国外有多家公司生产电子曲
23、轴臂距差测量仪表，其中最具有代表性的是德国的P.T公司。P.T公司旗下的DI-4、DI-5型电子柴油机曲轴臂距差测量仪是其代表性产品，具有使用简单，测量精度高，对使用观景要求低等特点，经历多年的发展已得到广泛的认可，在欧洲、美洲等国家应用广泛。图 3.3所示 DI-4c 型柴油机曲轴臂距差电子测量仪。图3.3 DI-4C 型臂距差电子测量仪DI-4C型电子测量仪的精度为0.001mm，工作温度在 0-800摄氏度，测量范围是2.048mm，测量距离是 89-565mm，零位漂移平衡范围2.048mm。DI-4C型电子测量仪具有多套不同型号的测量杆，可以做到一仪多用，打破传统拐档表为保持测量精度
24、仅能用于指定柴油机的局面 13。除此之外，DI-4C型电子测量仪还可以连接计算机测量分析柴油机汽缸磨损量，用于计算汽缸圆度与圆柱度 14 15。DI-4C型臂距差电子测量仪的相关数据充分表明该测量仪在实际的测量条件下可以应对恶劣、复杂、多变的测量环境，操作简单易掌握，测量精度高，有很高的实用价值。但是该产品在国内的应用很少，仅限于科研单位和一些大型发动机厂商使用。主要是由于该产品在国内售价过高，阻碍了该产品的推广。3.2测量位置的选择目前我国使用最广泛的依然是机械式拐档表，因此本文以机械式拐档表为研究内容。由于拐档表是安装在被测曲拐曲柄臂的中心线上即测量点在被测曲拐曲柄臂的中心线上，若测量点在
25、曲柄臂中心线上移动，意味着测量点距曲柄销中心线的距离是改变的，因此臂距差的测量值是随着测量点的移动而改变的：拐档表安装位置距离曲柄销中心线距离远，测得的臂距差值大。基于以上原因国内外有关部门和柴油机生产厂商对测量点的选取都制定了详细而严格的规定，而且我们所执行的臂距差的标准值也是基于严格规范的固定测量点而制定出来的。因此在船舶或者柴油机的相关技术文件中，除注明规定的执行标准值，同时还会指定测量点的规定位置，即测量点相对于曲柄销中心线的距离。生产厂商一般在柴油机出厂前在该位置已做好标记（图3.4）。曲柄销中心线与测量点 a间的距离通常为： （3-1）目前大型低速二冲程柴油机多采用半套合式曲轴，这
26、种曲轴体积巨大，在普通柴油机中选择的测量点a点紧挨曲轴套合连接处，测量起来十分复杂，不易操作。因此在测量半套合式曲轴的臂距差时，生产厂商规定了另外一个测量点b点。测量点b点与被测曲拐的曲柄臂开口距离更近、与曲柄销的中心线的距离更远，这个位置更加方便测量，由上段介绍可知，测量点b点的测量值大于测量点a点的测量值。此时b点的测量值无法与臂距差的标准规范进行对比，因此需要将b点测量值转换为相应在a点的测量值才可以使用。转换公式如下： （3-2）3.3结果记录及计算3.3.1臂距差的记录方法图3.5（a）（b）所示为：未安装活塞连杆组件时按照曲柄销（臂距表）所在位置读数记录方法，曲轴回转一周，测量曲柄
27、销位于0、90、180、270四个位置的臂距值并将读数记录于表格中。图3.5（c）（d）所示为：已安装活塞连杆组件时按照曲柄销（臂距表）所在位置读数记录方法，由于曲柄销位于下止点时，活塞连杆组件的位置恰好居中，无法安装臂距表测量下止点的臂距值。因此在实际测量中用曲柄销位于下止点前后15，即165和195位置的臂距值a和e的平均值（a+e）/2代替下止点的臂距值，所以c=（a+e）/2。盘车至曲柄销位于195处安装臂距表，将表的指针调零后依次测量195、270、0、90、165五个位置的臂距值并将读数记录于表格中。3.3.2臂距差的计算由于我国相关部门与国外船检机构和柴油机生产厂商规定的柴油机曲
28、轴臂距差的计算方法不尽相同，详情见附录表1、表2。3.3.3主轴承位置调整如图3.6所示，斜线段I、II、III分别表示臂距差在柴油机曲轴管理、维修中的标准：线段I以左包围的面积表示在理想状态下测量出的理想臂距差值；线段I、II中间所包围的面积表示在臂距差值在此范围内属于正常状态，曲轴中心线状态正常，曲轴工作状况正常；线段II、III中间所包围的面积表示臂距差值在此范围内已超出臂距差标准值范围，但仍处于可接受状态，需按照要求进行维修；线段III以右所包围的面积表示臂距差值严重超出标准值，此时柴油机曲轴必须强制进行修理。 第四章 船舶柴油机曲轴臂距差影响因素分析与对策4.1 影响因素简介船舶柴油
29、机曲轴因其工作环境、自身情况和外界影响因素复杂，导致臂距差也会受到多种不同因素影响。作为轮机管理人员，对船舶柴油机进行维修、管理时，我们应该了解、掌握任何一项会影响到柴油机曲轴臂距差检测的因素，并根据实际情况下对现场具体情况的分析，综合分析各项潜在影响因素及未来发展趋势。本章从柴油机垫块、大重量飞轮、主轴承磨损不均匀、气体力与活塞运动装置、船舶装载、柴油机温度状态、机座变形下沉九个方面详细分析了影响柴油机曲轴臂距差的因素，并根据其各项因素的特点和原因提出相应应对措施，从而保证船舶柴油机安全使用。4.2 轴系校中对臂距差的影响及对策由于不同型号柴油机设计不同，轴系连接根据推力轴承的有无通常分为两
30、种形式。有推力轴承的柴油机，其连接方式如图4.1；无推力轴承的柴油机，其连接方式如图 4.2。对于有推力轴承连接的方式来说，推力轴中心线和曲轴中心线需事先进行校中和调整，为曲轴良好运转提供基础。目前使用的比较广泛的校中方法是将曲轴和推力轴分别置于两个固定的且分别独立的支架中，首先使两个法兰对齐，然后进一步用仪器进行精密调整。两轴法兰外圆的位移和中心线的曲折代表了中心线同轴度的偏差，柴油机曲轴与推力轴的中心线位移偏差应不大于0.05mm；曲轴中心线和推力轴中心线的曲折偏差每米应不大于0.10mm16。曲轴和推力轴之间依靠法兰连接，由上段可知两轴法兰外圆的位移和中心线的曲折代表了中心线同轴度的偏差
31、，曲轴和推力轴的同轴度存在偏差意味着曲轴存在形变，曲轴靠近连接法兰一侧的曲轴曲拐受到的影响最大。我们可以使用刀口直尺测量同轴度偏差确定曲轴曲拐变形，方法为：将刀口直尺安放于曲轴和推力轴的外表面，分别在0、90、180、270四个位置，用眼观察两者接触点处是否有光线露出，外部环境光亮较强时可在刀口直尺背侧用手电照射，用塞尺测量有光线泄露出处的间隙值，将所得间隙值经相关计算后可得出偏差值17。偏差值决定了曲轴中心线的状态，曲轴的中心线的形变将直接影响相应曲拐曲柄臂距差值，两者间具体关系见3.1.1内容。表6.是某轮轮于在船厂进行维修时所测数据。从表中数据可以了解到连接法兰后末端曲轴臂距差值增大。4
32、.3 柴油机垫块对臂距差的影响及对策垫块是船舶柴油机安装时不可缺少的部件，主要安装在柴油机机座和船体面板间，起到固定柴油机机座和微调柴油机机座位置的作用，柴油机机座、垫块、船体面板三者间应保持紧密接触。以金属为材料制成的柴油机垫块有多种形状。不论何种形状的金属材料垫块，其上表面和柴油机机座下表面间的间隙都不可插入0.05mm的塞尺，若有某些特殊区域0.05mm塞尺可插入，在不接触到地脚螺栓的前提下，塞尺插入的深度必须小于15mm。同理，依照上述检测方法，金属材料垫块的下表面与船体面板的接触等级也应该达到相同标准，而且此处需要用着色法检测垫块下表面和船体面板的接触面积是否达到标准，即：在船体面板
33、上均匀涂抹有色显示剂，显示剂涂抹不可过多，刚刚均匀覆盖船体面板就可以，然后将研磨完毕的垫块推入柴油机机座和船体面板之间，用铜棒轻轻敲击，之后用专用工具取出垫块，查看垫块与船舶面板接触表面，如均匀分布有面积大于下表面总面积50到60的着色剂，表明金属垫块与船体面板间接触良好，面积过小需要重新研磨配对。由于金属垫块以金属为原材料制作，具有热胀冷缩、易导热、隔振性能欠缺等特点，长期使用会引发机座变形从而导致曲轴臂距差发生变化，已逐渐被淘汰。目前业内主要使用高聚物环氧树脂制作柴油机垫块。环氧树脂垫块强度大，可以承担柴油机整机重量；可以和不规则形状表面形成完全接触，省略金属垫块进行机械预加工的步骤，降低
34、了劳动强度；导热性能差，热损耗小；隔振性能优越。柴油机以环氧树脂材料制作垫块可以忽略大部分外部震动及外部环境温度对于柴油机机座形状的影响，保持柴油机曲轴中心线状态正常，保证曲轴臂距差处于规定标准值内18 19 20。4.4 主轴承磨损不均匀对臂距差的影响及对策由于柴油机无法保证各个汽缸输出功率完全一致，因此支撑曲轴的各个主轴承无法保证磨损均匀；曲轴所使用的润滑油中的磨粒杂质和腐蚀性杂质的分布不均匀，同样会造成主轴承磨损不均匀。磨损程度大的主轴承下沉程度大，磨损程度小的主轴承下沉程度小，主轴承中心线的改变导致曲轴中心线弯曲，引起相应曲拐曲柄臂距差值改变。由于主轴承的磨损并非遵循某一固定模式，因此
35、轮机管理人员无法总结通用的规律。但是对于单独一个固定的柴油机来说，它有自己的运行特点，轮机管理人员可以在长期管理、维修过程中总结出针对性的规律，在具体需要调整柴油机曲轴臂距差时，需要将这些针对性的规律考虑在内，以保证调节的准确性21 22。但是这只是针对于单独一个固定的柴油机，这些规律没有代表性和通用性。若果在柴油机管理、维修过程中出现柴油机曲轴臂距差值过大，超出普通接受范围时，应考虑是否由机座金属产生塑性变形引起。可以通过同时测量桥规值和臂距差值来验证这一观点，如果两者测量数据所得出的结论相悖，则说明是有机座发生塑性变形引起。4.5 大重量飞轮对臂距差的影响及对策大型低速二冲程柴油机普遍配有
36、大重量飞轮，飞轮的重量与飞轮对曲轴臂距差的影响程度成正比。当曲轴安装飞轮之后，靠近飞轮端的曲轴会在飞轮自重的影响下下沉，从曲轴总体上看，曲轴中心线发生上拱变形（图4.4），此时相应曲拐臂距差值减小。同时，飞轮的重量还会影响从飞轮端数第二个曲拐的臂距差值，因为在飞轮自重作用下曲轴中心线发生上拱变形，该曲拐主轴颈与轴瓦脱离，发生脱空现象，此曲拐臂距差值变化与飞轮端曲拐臂距差值变化相同，只不过程度相对于飞轮端曲拐要轻。飞轮重量几乎不会对其他曲拐产生影响29。由上可知，当柴油机曲轴拆除飞轮后，臂距差值将增大。为了确保曲轴在安装飞轮之后曲轴中心线变形较小，使曲拐臂距差不超出规定值，我们可以采取改变轴承高
37、度的方法。一种是提高外伸轴承的高度，一种是提高靠近飞轮的主轴承，但是后者存在使飞轮端主轴承的相邻轴承脱空的风险23 24 25 26。（图4.5、图4.6）4.6 气体力与活塞运动装置对臂距差的影响及对策柴油机曲轴在安装过程中先将曲轴安装于柴油机基座上，然后吊装活塞运动装置部分。在安装过程中即使在安装活塞运动装置部分之前，也会由于曲轴体积、质量过大，因曲轴自重的原因发生曲轴中心线下沉的状况。当在安装活塞运动装置部分之后，活塞运动装置和曲轴自重叠加，会使柴油机曲轴中心线下沉的情况更加严重。从另外一个方面来说，柴油机在工作过程中，燃烧室中的油气混合物发生燃烧，体积迅速增大，会对活塞运动装置部分产生
38、巨大的推力，这个推力通过活塞运动组件中的连杆传递给柴油机曲轴，曲轴会同样产生轴线下沉的不良结果。综合以上两个方面来说，从柴油机曲轴的安装、活塞运动装置部件的安装到柴油机运行过程中油气混合物燃烧产生的巨大的推力都有使柴油机曲轴中心线向下弯曲的作用。对于以上两种影响因素，无论是曲轴自重、柴油机活塞运动装置部分的附加重量还是柴油机在运行过程中产生的巨大的推力，在实际生产、管理过程中我们都无法避免。对于前一种影响因素，我们可以在生产柴油机曲轴的过程中充分考虑、计算曲轴自重和柴油机活塞运动装置部分的重量，提前对柴油机曲轴做好反方向中心线预变形，从而在一定程度上抵消该因素对柴油机臂距差的影响。对于后一种影
39、响因素，虽然我们可以采用调节柴油机单个汽缸燃油供给量的方法进行避免，但是这种做法将严重影响柴油机各个汽缸功率输出的均匀性，采取这种预防措施对柴油机的损害更加严重。目前行业内对第二种影响因素尚未有较好的对应措施，需进行进一步研究。4.7 船舶装载对臂距差的影响及对策在实际的柴油机安装、修理工作中，我们都是在船舶未装载任何货物的情况下进行的。由于船舶的建造材料为钢铁，金属材料在实际应用中并不符合学术中刚体的定义，因此船舶自身也是具有弹性的。基于船舶自身具有弹性这一特点，当船舶装载货物后，根据货物装载位置的不同，装载数量的不同，船舶自身也会发生不同程度的弹性变形。船体发生变形进而导致柴油机机座发生变
40、形，从而使柴油机曲轴的中心线也会发生相应的形变。船舶装载货物后，可以等效为在柴油机曲轴上附加了一个大质量的物体。因此船舶装载货物后柴油机曲轴中心线的形变与章节4.6中发生的形变情况相同，同理柴油机曲轴臂距差也有相同的变化趋势。表7.为某轮空载时臂距差，表8.为装载货物后臂距差。因为船舶在装载货物前后船体会发生弹性变形从而导致柴油机曲轴的臂距差值发生变化。因此船舶在装载货物前后都必须测量曲轴的臂距差值以确保曲轴臂距差值在规定范围内，防止发生安全事故。如果曲轴臂距差值超出标准范围，船舶必须停止作业，重新进行装载，直到曲轴臂距差值在规定范围内才可放行27。4.8 柴油机曲轴温度对臂距差的影响及对策轮
41、机管理人员在长期管理、维修柴油机曲轴过程中总结出一些通用但并不具有针对性的经验，经过相关理论验证后，我们确定柴油机曲轴的臂距差值受温度影响。在温度较高的情况下测量出的柴油机曲轴臂距差值要大于在温度较低的情况下测量出的柴油机曲轴臂距差值。如表9、10所示。由于船舶柴油机曲轴臂距差对柴油机曲轴工作状况的影响主要产生在柴油机运转过程中，即在柴油机曲轴不停回转的状态下超出标准范围的臂距差值对柴油机产生不良影响。因此，理论上讲，在较高温度下，尤其是在柴油机工作温度下测量出的柴油机曲轴臂距差值最为精确。但是实际工作中测量柴油机曲轴的臂距差，我们无法保证柴油机在一个较高的并且不改变的温度下测量完毕。如果强行
42、在温度较高且温度时刻改变的情况下测量柴油机曲轴臂距差，只会产生更大的测量误差。综合考虑多种因素，行业内普遍采用在柴油机自然冷却完毕的状态下测量曲轴臂距差28。 4.9 机座塑性变形对臂距差的影响及对策由于柴油机曲轴安装在柴油机机座上，柴油机机座又通过螺栓和垫块直接固定在船舶面板上。因此船舶发生船体的塑性变形将直接导致柴油机中心线发生改变，从而影响柴油机曲轴臂距差值。船体塑性变形不易发生，多是由于猛烈撞击等突发性事故或者是由于对柴油机具有长期力的作用的缺陷引起，例如：船舶擦底、坐滩，船舶相撞，贯穿螺栓由于柴油机长期运行过程中震动而发生松动引起柴油机机座受力不均匀，地脚螺栓松动，机座垫块磨损等。以
43、上事故或缺陷都会引起柴油机机座变形而导致柴油机曲轴臂距差值超出标准值。对于柴油机机座是否发生塑性变形，我们可以通过同时测量桥规值和臂距差值的方法来验证：如果两者测量数据所得出的结论相悖，则说明是有机座发生塑性变形引起29。第五章 总结与建议本篇论文主要研究柴油机曲轴臂距差检测及影响因素分析，介绍臂距差产生机理、测量意义、检测工具和方法等。从柴油机垫块、大重量飞轮、主轴承磨损不均匀、气体力与活塞运动装置、船舶装载、柴油机温度状态、机座变形下沉九个方面详细分析了影响柴油机曲轴臂距差的因素。由于船舶自身工作状况和航行条件的复杂性，因此还有很多其它影响臂距差的因素，如船舶自身不同位置温度差异、船舶内部
44、和船舶外部空气和水的温度差异、船舶坞修时支撑物的反作用力、自然灾害事故等都会导致曲轴臂距差数值发生变化。因此无法找到适用于所有船用柴油机的经验数值和通用公式，也无法对臂距差的影响因素做定量分析，只能做定性分析。轮机管理人员只能对于某一型号特定的柴油机或者对于某一特定情况总结变化规律，从而开展预防工作，使船舶柴油机臂距差保持在标准值内，保证船舶安全航行。致谢能够成功完成这篇毕业论文，首先要感谢就是我的指导教师孙鹏老师。从一开始选择毕业论文的题目，到写论文时梳理论文思路、安排论文结构，到最后修改论文细节、审核论文内容，可以说孙鹏老师为这篇论文注入的大量的心血，帮助我从刚开始写论文时迷茫的状态逐步走
45、入正轨。在撰写论文的三个多月里，孙老师给予了我悉心的教导和耐心的帮助，从一个标点符号的使用，到每一个段落的格式，孙鹏老师无不认真仔细的检查，正是因为老师的辛劳付出才能使我顺利的完成毕业论文。导师广博的知识、严谨的治学态度和勤恳的工作精神深深的影响和教育了我。毕业论文是对一个大学生四年学习生涯的综合性检查，既检查了我们的专业基础知识，又检查了我们在本专业领域中运用基础知识的创新能力。通过写毕业论文，我明白了基础知识的重要性，任何方面的创新无不是在扎实的基础知识上产生的，我更加明白了严谨细致并不是一句口号，只有我们在生活中保持严谨细致的生活态度，做每一件事都有严谨细致的习惯我们才能在我们的专业领域有所成就。在这里我再次向孙鹏
