船用主机曲轴臂距差的测量

在船用低速柴油机的生产制造以及运行、维护保养过程中，曲轴臂距差都是一个极其重要的参数，它反映了柴油机基座变形状态及曲轴弯曲变形、主轴瓦磨损状况。

臂距差也称为甩挡差，柴油机曲轴上两个相邻曲柄臂之间的距离称为臂距值（或称甩挡值），曲柄销在上、下死点或左、右位置时两臂距值之差即为甩挡差。 

船用柴油机曲轴质量及安装的优劣直接关系到柴油机的使用寿命。

曲轴作为一个结构复杂，刚性较差的部件，极易产生弯曲变形，而在柴油机的运行过程中曲轴周而复始的做回转运动，必然会产生弯曲变形，同时在做回转运动过程中，使主轴承轴瓦产生磨损，其磨损程度的不同将会造成各道主轴承下瓦的高低，曲轴轴线也将产生弯曲，运转过程中产生附加的弯曲应力；而这种弯曲应力造成的曲轴变形反过来加剧了轴瓦的磨损，形成恶性循环。

曲轴轴线的变化也使得整个曲柄也产生变形，曲柄臂周而复始的张开与张紧使得在曲柄臂与曲柄销连接的过渡圆角处产生周期性 变化应力，这种周期性变化应力在过渡圆角处产生应力集中，造成疲劳裂纹，严重者将导致曲轴断裂。

因此对曲轴臂距差的有效测量与分析可正确判断出主轴瓦及曲轴的运行状态，避免因错误的分析曲轴臂距造成不可挽回的后果，同时，臂距差在一定程度上也指导了对轴瓦的修复以及对柴油机机座变形的判断、船舶轴系校中。

1.测量条件与要求

臂距值是用专用的测量工具即臂距表来测量的。 

曲轴量表

曲轴臂距值测量点一般均设在距曲柄销中心线 (S+D)/2 处（S 为活塞行程，mm；D 为主轴直径，mm)。 

为便于迅速、准确地装表，一般在制造曲轴时在曲柄臂内侧中心对称线上(S+D)/2 处打上冲孔。 

为了测量准确，应尽量消除影响测量精度的因素，准确地反映曲轴轴线状态。

要求在以下条件下进行测量：

1）在柴油机冷态下进行测量。

柴油机停机后立即测量，机件热态使臂距表的测量值不准确，且随着温度的不断降低先后测量时的温度影响不同，导致测量值不稳定。 

2）夜间、清晨或阴雨天气时测量。

海水，气温直 接影响船体变形，进而影响曲轴臂距差值。

轮机员测量曲轴臂距差时应注意环境温度的影响，避免船舶在太阳暴晒下测量。 

3）船舶装载条件相同的情况下测量。

船舶装载条件不同船体变形不同，如空载与满载时的曲轴臂距差不同。

为了便于比较，应在相同的装载条件下进行测量。

通常新造船舶和修理船舶都在空载条件下测量臂距差。 

对测量的要求：

1）一次装表完成全部测量。

臂距表安装后，应完成曲轴回转一周中各要求位置臂距值的测量，测量过程中不允许改动臂距表的位置。

通常曲轴臂距差的测量位置是随柴油机安装完善程度而异。

2）柴油机正车回转进行测量。

测量曲轴臂距差应按照柴油机正车运转方向进行，使测量值符合实际情况，精度高。

2.测量分析 

柴油机装配过程中，由于机座与机架对中前后情况的不同，导致对臂距测量位置的不同，主要分为以下两种：

1）曲轴未装活塞运动装置，曲轴回转一周，测量曲柄销运动至 0°、90°、180°、270°四个位置的臂距值和记录读数；

2）曲轴已装活塞运动装置。

由于曲轴转至下止点时，活塞运动装置的位置恰好居中，不能安装臂距表和测量下止点的臂距值。

故生产中用曲柄销位于下止点前后各15°（以表不碰连杆为准）位置，即测量 0°、90°、165°、195°、270°五个位置的臂距值。

此时，下止点位置的臂距值用165°与 195°位置的平均值代替。

即L下=(L左下+L右下)/2=(L165+L195)/2。

曲轴臂距差的精度与臂距表的精度、表的安装精度、读数误差和测量技术等有关。

可用以下方法判断数据的可靠性：

将测得的上、下止点臂距值之和与左、右平臂距值之和比较，二者差值越小数据越可靠，建议在±0.03mm内，即(L上+L下)-(L左+L右)<±0.03mm，表明测量基本准确。

此方法与王富山（王富山. 柴油机曲轴拐挡值变化规律的研究与应用[J].  大连海运学院学报, 1982, 8(1): 85-104.）提出的“对称推定法”原理相同。

如果几次测量结果均超过±0.03mm，表明曲轴存在严重变形。 

必须指出，以上检验方法仅用来粗略判断自己测量的准确性，而非衡量臂距差的标准，切勿混淆。 

3.臂距差对主轴承高度影响

曲轴在柴油机中的重要性，不仅因其作用大、造价高，还因为它是活塞运动部件的安装基础。

曲轴的轴线状态直接影响活塞运动部件的对中性和柴油机的正常运转。

由于曲轴过大的弯曲变形会引起附加弯曲应力增大，招致曲轴的裂纹和断裂，而柴油机正常运转中曲轴轴线弯曲变形主要是主轴承下瓦不可避免的磨损造成的。

因此，了解和控制主轴承下瓦的磨损、确定各道主轴承的高低，就成为了解和控制曲轴轴线弯曲变形的关键。

而曲轴轴线弯曲变形可反映在臂距值的微量变化上，因此通过测量曲柄臂距的微量变化来了解曲轴整体的轴线状态。

根据臂距差的概念，可以得出垂直与水平方向的臂距差，分别表示为：

△⊥=L上—L下，△_=L左—L右 

（1）式中，△⊥、△_分别为垂直平面、水平平面内的臂距差，mm；

L上、L下分别为曲柄销在上、下止点位置时的臂距值，mm；

L左、L右分别为曲柄销在左、右平位置时的臂距值，mm。

根据上述计算式臂距差会出现两种可能的情况，如表1所示臂距差与轴承位置关系。

△⊥=L上—L下>0，即△⊥=(+)  

△⊥=L上—L下<0，即△⊥=(-)

从表1中可以得出如下结论： 

1）在垂直平面内，当曲柄的两个主轴承较低，曲轴轴线呈塌腰形或下弧线弯曲，即呈“∪”形时，该曲柄的臂距差△⊥为正值；当曲柄的两个主轴承较高，曲轴轴线呈拱腰形或上弧线弯曲，即呈“∩”形时， 该曲柄的臂距差△⊥为负值。 

2）同理，在水平平面内，当曲柄的两个主轴承位置偏右，曲轴轴线呈右弧线弯曲，即呈“）”形时，该曲柄的臂距差值为正值；当曲柄的两个主轴承偏左，曲轴轴线呈左弧线弯曲，即呈“（”形时，该曲柄的臂距差值为负值。 

曲轴臂距差值的大小表明曲轴弯曲变形的程度；臂距差值的符号表明曲轴轴线弯曲变形的方向。

另外，在船舶修理过程中，为了快速简易的调整曲轴臂距差，普遍用到的是经验判断法，直接依据所测臂距差进行判断，以此来确定抬高或刮低某一道主轴承时，对臂距差变化的影响。 

1）曲轴自由端曲柄或拆去飞轮端的曲柄，当臂距值为正值时，一般表示端部1#主轴承较相邻2#主轴承位置高；当臂距差值为负值时，则表示端部1#主轴承较相邻 2#主轴承位置低； 

2）若相邻两曲柄的臂距差值均为正值时，则他们中间的那道主轴承一般较低，臂距差值愈大则愈低。 

若相邻两曲柄的臂距差值均为负值时,则他们中间的那道主轴承一般较高，臂距差值愈大则愈高。

利用曲轴各曲柄在垂直平面内的臂距差△⊥作出曲轴轴线状态图，来判断各主轴承位置的高度。

表2为 MAN B&W 6S46MC-C 的某船舶主柴油机臂距值。

从表 2 可看出曲柄销位于上、下死点的臂距差之和与左、右弦时的臂距值之和大致相等，即 L上+L下=L左+L右，可看出，测量数据的准确性较高。

根据臂距差与主轴承高低关系，可推出各主轴承位置关系：

1）1# 缸△⊥=-0.12<0，该端部1#主轴承较2#主轴承低；6# 缸△⊥=+0.04>0，则端部7#主轴承较 6#主轴承高；

2）2#缸臂距差为负值，则2#与3#主轴承相对较高；3#缸臂距差为正值，3#与4#主轴承较低；4#缸臂距差为负值，则4#与5#主轴承位置相对较高；5#缸主轴承为负值，则 5#与6#主轴承位置相对较高。

臂距差绝对值越大，则相应的越高或者越低。 

根据上述臂距差曲线表中（表 2）所得的折线即为曲轴轴线状态图，折线上对应于臂距差的纵坐标，则表示各主轴承的相对高度，其折线为整个曲轴的轴线状况，如图2所示。

图2 曲轴轴线状态图

从图2可以看出，中间主轴承一般较高，且臂距差大部分为负值，数值相差不大，说明各主轴承下轴瓦没有严重的磨损，整个曲轴状态良好。 

当测得柴油机曲柄的臂距差，画出曲轴轴线状态图后，根据各种因素分析，确认引起曲轴轴线挠曲的原因是各道主轴承磨损不均、过度磨损或轴瓦安装不当及损坏。

这时需要用修刮主轴承（拂刮轴瓦）来校 正曲轴中心线，一般只能凭经验边刮边测量臂距差，用多次试验的方法逐步校正曲轴的中心线。

END