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 Deflectionand 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摘要 IAbstract II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 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 the 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 crankshaft. 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 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, 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 prolong 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皿⑵。
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转BE。
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丘叫7］。
表1.短汨机的轴臀市於超限引起曲轴断裂几例主机戛号由率i k?J转速(r/min)出厂牛弓断轴时间卧轴原区1弱了年8月入坞修理时,轴系由一位学徒工对中：未报检轴6160A431鬲1UUUi?8j. y19KH. 1U辛时市径差秋*，甚成省六钉唇距毛将衬掘*，乱曲钠销与 也柄彗走渡国隹姓斯裂主机前端输出袖::机械传幼起网机、度电机」则中不良，•使第6200Z-110001992. 21996. 8—舌I皆距差迢运规定，蒙使第一缸曲辂断裂IM#年「月哇海水退削,江;:＜水位下降而在机船位置触葫：61S0ZCL 122 0.675015*66. 51990.2引起叽凯平械JE骨与机座艾形，木引起重帆：■土机即在带 六缸彗距差诺大的不良状况下运持,导致断裂仲穿年无司机器吊机大修’机座底抑瞄栓拧素方不均嘶，引£E1 50C-A260100019 93. 6199S. 5起机圭安形,日笫三击I喷油较五，致使篇三击I彗也差和受力 较大，苣成旺轴期芸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2.1：1曰清2、曲很铐八曲甘孩卜平商重M 5..事力可6、M八I.花图2,1曲轴姑构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△【nL上一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，△一 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®2,2主轴承后低不--致弓:起的曲轴弯曲变形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，曲轴轴心线呈向上弯曲 的弧线［10］，如图3.3所示怪J.3曲轴背距差小苣图 3；曲柄呈一心|曰 51曲柄呈二j| 口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所示机器状况数值修理试车后管运中允许值最大植眼小于或等于0.00015S0.
如表4、表5所示船嘏社和公司良好范围内容许可曾距差值许用范围的皆距差值日本海事协会Cnk)a 5S/100001, OS/1QOOO美国验船协会Cab)OL 8S/100001. 25S/1000D英国劳氏船级社tLR)o. aos loooo1+ 25S/100M俄罗斯船舶登记局(RS30. 82S/100001, 25S/10000表4.〜国外著名船级社对船用柴油机曲轴臂距差的规定值惟单位：毫米米注：s为活塞行程^呈机型对于新机或刚修理过的主抓的正常值须重撕对中的推荐楚最大的允许值1+21212L50MC/MCE0. 170. 340.450.510.680. 6SSaOMC/ilCE0+23Q. 460.6L0.690192Q &2L60MC MC：0. 200. 400.540.61o.ai0. 81SfiOMC.^lCEQ.270. 550.730.S21. wL 10L70MC/UCE0.240. 490.630.710.950 95S70MCA1CED+320 640+350.95L28L 2SL80MC/MCE0.270. 540.720.011.081. 08SSOMC^CE0.360. 73S 970,10L搅L 46K80MC/MCE0. 240.480. 640.720.960. 96L90MC/yCE0. 300. 600.910,92L 22L22S90MC/MCE0.270. 540.720.811.081. 08表.5 MAN_B^W公问对船斗船用柴油矶曲轴臀距差的标准观定>1 : 1一一正常值52——蒂LL基闩湖曲振嚣"®i论，辿担有日。
等时；首尽矛'住柄邹芋为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、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，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。
囹3 1机械式耕垮表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，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，测量范围是土2.048mm， 测量距离是89-565mm，零位漂移平衡范围土2.048mmDI-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：S + D2 （3-1）圈*4测星拐挡表位置小意图目前大型低速二冲程柴油机多采用半套合式曲轴，这种曲轴体积巨大，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)a — b .©a-ob3.3结果记录及计算图 3.5 （a） （b） 法，曲轴回转一周， 格中图 3.5 （c） （d）3.3.1臂距差的记录方法所示为：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 测量曲柄销位于0°、90°、180°、270°四个位置的臂距值并将读数记录于表（a+e） /2盘车至曲柄销位于195°处安装臂距表，90°、165五个位置的臂距值并将读数记录于表格所示为：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= 将表的指针调零后依次测量195°、270°、0°、 中。
拐挡差记录图（己装连杆活塞组件）修）按曲柄箱所在位置记亲读数做I按曲轴琵表所在位直记录诙数拐挡差记录图（未装连肝活塞沮件） 茴按曲柄销所在位我记录读数 E按曲轴量表所在位置记我读教图3一5曲轴皆距差记录囹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轴臂距差的计算方法 不尽相同，详情见附录表1、表23.3.3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^、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1400行程-isna16恤3 6曲轴皆距差规范标准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0.10mm［i6］。
国4. 1有推力袖承的柴油机 图4. 2无推力轴琦的柴油机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，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表&曲轴，轴系汰兰连接前后曾距差的变化里位：皿状态偏移曲折末端曲柄曾距差曲轴与轴系调节状态1划轴比轴系高0. 12卜升口 0. 21旌接前-32曲蛔与轴系调节状态2曲袖比轴系低0,07下开口 0, 14近接后-L54.3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]间4一 3环氧树葫浇行电图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[2即由上可知，当柴油机曲轴 拆除飞轮后，臂距差值将增大图4.4飞轮虫量对冒距差的影响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）426图4.5拾高外伸釉承调整警距差2图4&抬高飞轮端主岫承调整霄距差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表7.某轮空载时骨距差洌量值12L£5000000C-0. 04-0. 02+0.01-0. 0L-0.01+0. 0 L■D. CC-CL 06-0“ 05-0. 04-0.队-0. 02+0. 09-U. 1U-O.OL+0i 02()5-0. 04-0. 04-HL 10-U. 11-O.OLCL UL• 0. 02C-CL 0405-U. L4-H 05CL队-0.010-口. 020. 025-U. LC-0. 030+0. 05-CL 0JP 0J0.06U. Do-0. 065-D. 055-0. 03-0. 05C-0. 065-D. 08T-E5置BP竺注_L&呈耳：MAN 利径:50（hmi中 程191 Onm■-吃水 苗4一丽一'札.n 7. 4表8,其轮糅时督距差测星信校宣5e7备注12:!B?0000000土机至号；MAN E&W 7S50MC,?■?. “■u.二c-0, Ul■o.盛■-0.. 04-0」05型准：XXhnni.辿云 191 Omin<■1(J. WE■u.二-o. UJ-U.CL■0.0'U-o. Q9水前8.33米=后9.85 f5tj, m+0. U1J-0. Oj0. 05-0. 06■Q.炒+0. 1jTE3+0. c;■ 0. C2■o. 040. 010. 03-0. 02+0. Oa
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］。
表9.冷态时臂距差11壬T号n'J-牛 也且134S6邑iTP+一［-（；.01.D-0.-0, 04一门.QL曲轴与轴系连接对中JS000C00后，曲车主是内fi玄P-o. C2-U. 01-0. 00. 02-0. 1_-J. 01gsr （冷态九二-0. 07-G. 02-0. 01-o. 0L-0. 030TPB-0. 08-0. 01P 02-0. 05-0. 07-3. 01PAAsIJ.. 005-0.0050-0, 01_0. 02-0.005p \7 sP-S+D. C5-C. 03-o.-0. 0L-0. 02-0. 01T-B-C.085+G.03a+Q, 02W. 01+ D. 05-0. 015衷10.热志时臂距差值但直12315b•罕王TP+D. 010-C. 02-C.Cl 5-C. 33-0. 02船舶航行试验后测量,TS00Qr0「J曲轴箱内温度6成（热P-C.Cl 5-o. 03-0. Olo-o. 0 z-C. 09-0. 015态）1>5-D. Oi-C.015-C. 35-D. 02-C. 050B-C.H45-IJ. 丁.（）-0. 01-a. Uh■+■：! '：）h.iT0. 0050-C. 31-0.0075-0. 0L5-0. 01ITT：一 1*.-0, Cl m0. （Klh-0. 02-0.04-：L'：）lnT-E+D. 05-o.工-C. 31-0.0025+Q. 035-0. 065B4.9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老师我表达我最真诚的感谢，感谢您的悉心指点和帮助同时我也要感 谢的我的家人和朋友，是你们一直站在我的身边给我无尽的帮助和支持在此真诚的向你们说一 声谢谢参考文献[1] 周协东.曲轴臂距差的成因分析和调整方法.中国修船，1998,3:23-25.[2] 船舶钳工工艺编写组.船舶柴油机曲轴的修造与调整.北京:人民交通出版社.1978.[3] 詹宇，林富强，马瑞云.大船轴系校中的检验.中国船检，2003,6:77-79.[4] 王世佳.发电机轴为单头支承时柴油发电机组两轴之间不同轴度的检查与调整海南大学学 报.1994.9:197-201.[5] 陈仪.关于柴油机曲轴臂距差测量的研究.装备制造技术，2008,7:41-42[6] 陈玲.柴油机曲轴变形的定性分析及解决措施.茂名学院学报,1999,9(3):42-45.[7] 周瑞平，胡立华等船舶推进轴系校中若干技术问题研究.船舶工程，2004, 26(6)： 48-52.[8] 杜荣铭.船舶柴油机.大连：大连海运学院出版社，1992.[9] 满一新.船机维修技术.大连:大连海事大学出版社.1999.[10] 船舶钳工工艺编写组.船舶柴油机曲轴的修造与调整.北京:人民交通出版社.1978.[11] 刘伯运，朱宝成，李发光等.线阵CCD在机械微变距离测量中的应用.海军工程大学学报， 2002,14(2):85-92.[12] 李发光，刘镇，倪庆棋.位敏光电探测器在柴油机曲轴臂距差测量中的应用.中国汽车工程 学会学术年会论文集.北京，2002： 621-626.[13] Design in Reference Manual .Analog Devices Inc,1995[14] user manual crankshaft deflection indicator DI-4C & DI-4CR[15] WDS 4004-Web Deflection System[16] 中华人民共和国交通部.船用柴油机修理技术标准.北京:人民交通出版社,1980.[17] 李福任.在轴系校中过程中怎样考虑对主机臂距差的影响.造船技术，1981,5:15-20.[18] 钮心宪.主机采用环氧树脂树脂垫片时的轴向及侧向止推问题造船技术1997, 7:6-8.[19] 刘建国.船舶主机采用环氧树脂基座垫片的工艺特点及监造要谛.中国航海1995, 2： 24-31.[20] 余宪海.船舶主机机座环氧树脂垫片可靠性与经济性研究.广州航海高等专科学校学报， 2000,2:17-22.[21] 周协东.曲轴臂距差的成因分析和调整方法.中国修船,1998.3:23-25[22] 葛鸿仁.船舶柴油机臂距差的分析与调整.江苏船舶[23] 陈俊华.飞轮对末档曲柄臂距差影响的模拟计算及克服措施.柴油机，2001,5:45-48.[24] 张孝谦.飞轮端曲柄臂距差及其调整探讨.武汉造船，1990，2:24-27.[25] 陈俊华.飞轮对柴油机曲轴拐档差的影响.机电工程技术，2002[26] 程红山.柴油机曲轴臂距差测量数据分析与影响因素.天津航海[27] 杨锦章.船舶装载对主机曲轴臂距差的影响与调整方法.造船技术，1986.11:21-28[28] 魏松柳.柴油机曲轴臂距差检验及影响因素分析.造船技术，2000,2:29-32.[29] 陈俊华.飞轮对末档曲柄臂距差影响的模拟计算及克服措施.柴油机，2001,05期.附录表1.我国相关部门规定船舶柴油机曲轴臂距差极限值及计算方式顺名称状况曲轴臂距差极限值计算式新 造修理试车后车间台架 安装船上安装与轴系或从动机连接。