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摘 要：凸轮轴是发动机配气机构的重要零部件，作用是控制气门的开启和闭合，在工作运转中承受着交变载荷，其性能的好坏直接影响发动机的质量和寿命，文章从实际案例出发，着重研究分析案例中柴油机凸轮轴断裂原因。以典型的六缸发动机断裂凸轮轴为研究对象，利用热处理金相检测和机械性能检测手段，分析断裂原因，采取预防措施，避免同类事故发生。

关键词：凸轮轴；断裂；技术要求；同轴度

引言

某型号发动机机在作业时突然熄火，无法启动。经三包服务人员拆检发现发动机凸轮轴在1缸、2缸之间断裂。通过三包查询服务系统统计，当年共出现38台类似事故，为了查清原因，避免同类事故发生，选择一件典型的断裂凸轮轴进行分析。凸轮轴技术要求：材料精选45钢；轴颈及凸轮表面感应淬火，表面硬度HRC55.0～63.0，淬硬层深：2～6mm。

1 质量检验

1.1 宏观观察

从三包带回的断裂凸轮轴及相关件进行仔细观察，发现凸轮轴断在第二支撑轴颈一侧根部毛坯面处，推杆已弯曲，凸轮轴轴颈、凸轮及挺柱有磨损现象。断口为扭转弯曲疲劳断口，断口疲劳源处未发现有原始缺陷，且凸轮轴断裂部位处的第二支撑轴颈衬套均发生偏磨。

1.2 化学成分（质量分数，%）检测

在断裂的凸轮轴上取样，进行化学成分分析，检测结果见表1。

1.3 凸轮轴热处理金相检测

在断口两侧支撑轴颈、凸轮及断口疲劳源处取样进行热处理质量检测，其检测结果见表2。

1.4 机械性能

在断裂的凸轮轴上取样进行拉伸性能检测，其结果见表3。

2 分析讨论

（1）凸轮轴材料成分和基体的抗拉强度、屈服强度、伸长率及断面收缩率均符合技术要求。

（2）凸轮轴的热处理质量符合技术要求。

（3）凸轮轴断裂和偏磨的可能原因见鱼翅图，如图1所示。结合该凸轮轴断裂的实际情况和鱼翅图可看出，由于凸轮轴疲劳造成的凸轮轴断裂和偏磨。

通过现场了解，该批凸轮轴支撑颈缸体上的孔径是同时加工成型——为了保证其同轴度，但是该机型要求，第一支撑颈缸体上孔颈加粗（相对于其他支撑轴颈孔径而言），因此第一支撑颈缸体上孔颈是所有孔颈一次加工成型后，又重新单独扩孔。重新单独扩孔就有可能造成第一支撑轴颈孔颈和其他孔颈的不同心，这从断裂凸轮轴支撑颈的衬套有偏磨得到印证。

3 结论

该柴油机在使用过程中发生早期断裂是由于凸轮轴与缸体上支撑孔颈之间的同轴度不好，导致受力异常有关。

4 预防措施

（1）严格控制凸轮轴的同轴度，防止超差。（2）通过工装定位，保证第一孔颈在重新扩孔后，其缸体凸轮轴孔颈的同轴度符合图纸要求。

参考文献

[1]戴起勋.金属材料学[M].化学工业出版社，2005.

[2]陈全明.金属材料及强化技术[M].同济大学出版社，1992.

[3]吴连生.失效分析技术[M].四川科学技术出版社，1985.

[4]廖俊.柴油机发动机凸轮轴断裂故障分析及处理对策研究[M].中国机械出版社，2013.