크랭크 샤프트가 실패하는 원인은 무엇입니까?

크랭크 샤프트는 엔진의 심장 박동으로 피스톤의 선형 운동을 회전 전력으로 변환합니다. 실패하면 결과는 치명적일 수 있습니다. 크랭크 샤프트 고장의 근본 원인을 이해하는 것은 사전 유지 보수 및 엔진 수명을 연장하는 데 중요합니다. 아래에서는 기술적 통찰력과 실제 예방 전략에 의해 지원되는 크랭크 샤프트 실패의 가장 일반적인 요소를 분류합니다.

1. 피로 실패 : 사일런트 범인

그것이 발생하는 이유 : 피로 실패는 크랭크 샤프트 손상의 주요 원인이며, 중장비 디젤 엔진의 경우 최대 68%를 차지합니다 (Journal of Mechanical Engineering, 2023). 반복적 인 순환 부하 (예 : 굽힘, 비틀림 또는 전단 응력)에서 저널 필레, 오일 구멍 가장자리 또는 제조 결함과 같은 응력 집중점 (저널 필레, 오일 구멍 가장자리 또는 제조 결함)에서 작은 균열로 시작합니다. 시간이 지남에 따라,이 균열은 전파되어 샤프트가 골절 될 때까지 약화됩니다.

• 고위험 구역 :

• 저널 필레 : 저널이 크랭크 웹을 만나는 곳, 스트레스 집중의 일반적인 장소입니다.

• 오일 홀 가장자리 : 여기에서 날카로운 모서리는 비틀림 하중 하에서 스트레스 레이저 역할을합니다.

• 제조 결함 : 단조 또는 주조로 인한 결함은 약점을 만듭니다.

• 로드 유형 및 실패 위치 :

  로드 유형	크랭크 샤프트에 미치는 영향	일반적인 고장 위치
  굽힘 하중	중앙/끝에서의 최대 스트레스	저널 필레
  전단 하중	주기적 비틀림 힘	크랭크 핀 반경
  비틀림 하중	회전 응력	오일 구멍 가장자리

2. 윤활이 충분하지 않습니다. 엔진의 생명선이 손실되었습니다

중요한 이유 : 적절한 윤활은 협상 할 수 없습니다. 크랭크 샤프트는 고속 (일부 엔진에서 최대 6,500 rpm)에서 작동하며 실린더 폭발로 인한 엄청난 압력을 견뎌냅니다. 부적절한 오일 흐름 또는 저하 된 윤활유가 다음으로 이어집니다.

• 베어링 마모 : 저널과 베어링 사이의 금속-금속 접촉, 점수, 발작 또는 열 축적을 유발합니다.

• 열 응력 : 마찰은 과도한 열을 생성하고, 재료 완전성을 약화시키고 피로 가속화됩니다.

• 윤활 시스템 적기 깃발 :

• 스트레이트 샷 오일 링 시스템 : 메인 베어링의 우선 순위를 지정하지만 통로가 막히면 막대 베어링을 무시할 수 있습니다.

• 교차 구절 :로드 베어링 윤활을 개선하지만 잔해 막힘이 발생하기 쉽습니다.

• 예방 : 정기적으로 오일 점도, 압력 (작동 온도에서 25-65psi)을 정기적으로 점검하고 필터를 교체하여 깨끗하고 일관된 오일 전달을 보장합니다.

3. 기계적 과부하 및 갑작스런 재밍 : 한계를 넘어 밀기

과부하 시나리오 :

• 연속 과부하 : 엔진을 정격 토크 또는 RPM 이외의 엔진 실행 (예 : 설계 제한 시스템에서 6,500 rpm을 초과)하면 점진적인 굽힘 또는 비틀림이 발생합니다.

• 갑작스런 방해 : 기어 박스 고장, 피스톤 발작 또는 외국 물체 침입은 즉각적인 충격 하중을 생성하여 파단 위험이 30% 증가합니다 (Smith et al., 2022).

비정상적인 연소 효과 :

• 사전 정렬 : 초기 연료 공기 혼합물 점화는 압축 압력을 증가시켜 크랭크 샤프트를 변형시킵니다.

• 폭발 (엔진 노크) : 고압파는 실린더 벽과 샤프트를 진동시켜 금속 피로와 열 과부하를 유발합니다. 연소 온도는 200 ° C로 급증하여 마모가 가속화 될 수 있습니다.

4. 진동 및 동적 불균형 : 숨겨진 응력 승수

진동의 원천 :

• 비틀림 진동 (디젤 엔진) : 실린더 발사의 맥동 토크는 샤프트가 주기적으로 비틀어 크랭크 핀 반경에서 균열을 일으킨다.

• 동적 불균형 : 불균형 피스톤, 커넥팅로드 또는 느슨한 플라이휠 (오정렬> 0.05 mm)은 수직/측면-사이드 진동을 생성하여 베어링 및 저널을 강조합니다.

공명의 위험 : 진동 주파수가 크랭크 샤프트의 고유 주파수와 일치 할 때 공명은 스트레스를 증폭시켜 빠른 피로와 치명적인 실패로 이어집니다.

5. 베어링 문제 : 안정성의 기초

베어링 실패 경로 :

• 클리어런스 문제 : 너무 빡빡합니다 (0.025 mm <클리어런스 <0.075 mm 목표)는 금속 문지름을 유발합니다. 너무 느슨하면 오일 압력이 줄어들고 바람이 증가합니다.

• 잘못 조립 : 베어링 캡, 잘못 정렬 된 오일 구멍 또는 부적절한 토크 (캡 볼트의 경우 120 nm 또는 150 nm 이하)가 고르지 않은 하중 분포를 만듭니다.

• 오염 : 기름 긁힘 표면의 먼지 또는 잔해, 오일 필름을 깨고 점수를 유발합니다.

시각적 경고 신호 : 저널의 깊은 홈, 구리 층 베어링 또는 오일 팬의 잔해-즉각적인주의가 필요한 고급 마모의 표시.

6. 부식 및 제조 결함 : 내부의 약점

• 부식 : 수분 또는 부식성 오염 물질 (예 : 엔진 냉각수 누출)은 재료 강도를 저하시켜 녹슬과 응력 부식 균열을 초래합니다.

• 단조/주조 결함 : 불완전한 열처리, 다공성 또는 고르지 않은 곡물 구조는 샤프트를 약화시켜 정상 하중 하에서 고장에 취약합니다.

7. 부적절한 설치 : 재난을위한 레시피

임계 설치 오류 :

• 잘못된 토크 사양 : 아래 가중 된 캡 볼트 (예 : <120 nm) 베어링 움직임을 유발합니다. 과도하게 조기가 과도한 호감과 베어링 변형으로 이어집니다.

• 잘못 정렬 된 플라이휠 : 공차> 0.05 mm는 불균형을 생성하여 진동과 스트레스를 증가시킵니다.

• 무시한 윤활 프라이밍 : 사전 윤활 베어링없이 엔진을 실행하면 시작 마찰이 40%증가합니다.

사례 연구 : V-16 디젤 엔진 고장의 교훈

치명적인 조합으로 인해 20,000 시간 된 V-16 엔진이 실패했습니다.

1. 비정상 연소 (폭발로 인한 열 응력).

2. 연장 된 고 부하 작동으로 인한 저널 필레의 피로 균열.

3. 부적절한 오일 압력으로 인한 마모, 응력 농도 가속화.
   정기적 인 비틀림 진동 분석 및 엄격한 윤활 시스템 유지 보수로 실패를 피할 수있었습니다.

예방 전략 : 크랭크 샤프트를 강력하게 유지하십시오

1. 사전 유지 보수 :

• 정기적 인 NDT (비파괴 테스트, 예를 들어, 자기 입자 검사)를 수행하여 초기 균열을 감지합니다.

• 오일 품질과 압력을 모니터링하고 500 시간마다 필터를 교체하거나 제조업체를 권장합니다.

• 토크 렌치를 사용하고 OEM 사양을 따르십시오. 베어링 클리어런스 (0.025–0.075 mm)와 플라이휠 정렬 (<0.05 mm).

• 동적 균형 진동을 최소화하기 위해 모든 회전 구성 요소 (피스톤,로드, 플라이휠).

• 정격 RPM/토크를 초과하지 않습니다. 고위험 애플리케이션을 위해 과부하 보호 시스템을 설치하십시오.

• 스파크 타이밍과 연료 품질을 확인하여 즉시 폭발을 해결하십시오.

결론 : 수리보다 예방 우선 순위를 정합니다

크랭크 샤프트 실패는 갑자기 거의 없어서 경고 표시와 무시한 유지 보수의 결과입니다. 주파수, 윤활 실패, 오버로드 및 설치 오류와 같은 주요 원인을 이해함으로써 엔진의 가장 중요한 구성 요소를 보호하기위한 대상 전략을 구현할 수 있습니다. 정기적 인 검사, 정확한 설치 및 사전 예방 적 치료를 통해 비용이 많이 드는 가동 중지 시간을 절약하고 앞으로 몇 년 동안 최대 성능으로 엔진이 작동하도록합니다.

기억하십시오 : 건강이 좋은 크랭크 샤프트는 신뢰할 수 있고 효율적인 엔진의 기초입니다. 스트레스, 마모 및 부식을 유지하는 유지 보수 계획을 세우십시오.

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