船用曲轴是船舶动力系统的核心部件，用于将发动机（如柴油机等）活塞的往复运动转化为旋转运动，驱动螺旋桨或其他传动装置，是船舶推进系统的关键动力传递元件。其可靠性直接影响船舶的航行安全、动力输出效率及使用寿命，需具备高强度、耐腐蚀、抗疲劳等特性，适应海洋环境的严苛要求。
船用曲轴分类
1. 按结构形式：
- 整体式曲轴：适用于中小型船舶或高速柴油机，整体锻造或铸造，结构简单，维护方便。
- 组合式曲轴（半组合/全组合）：
- 半组合式：将曲拐（曲臂+曲柄销）整体锻造后与主轴颈热装组合，刚度高，适用于大型低速柴油机，是主流技术。
- 全组合式：各部件独立锻造后通过焊接或螺栓连接，灵活性高但强度略低，常用于特殊工况。
2. 按发动机类型：
- 低速机曲轴：转速低（<300转/分），尺寸大、重量重，如万吨轮用的超大型曲轴（长度可达20米以上，重量数百吨）。
- 中高速机曲轴：适用于中小型船舶或发电用柴油机，转速较高，尺寸相对较小。
规格
1.尺寸范围：
- 直径：主轴颈直径可达2.5米以上（大型低速机），曲拐半径超2米。
- 长度：从几米到数十米不等（如488吨船用曲轴长达23.5米）。
2.材料：
- 高强度合金钢（如42CrMo、35CrMo）、锻钢或球墨铸铁（QT700-2），需满足高承载与抗腐蚀需求。
- 重量：单根曲轴重量从数十吨到数百吨（如全球W12X92型曲轴重488吨）。
设计参数
1.尺寸参数
- 主轴颈直径：影响曲轴的支撑和承载能力，通常为主轴颈直径为0.65~0.75倍的气缸直径。
- 连杆轴颈直径：与连杆连接，承受活塞的推力，通常为0.60~0.65倍的气缸直径。
- 曲柄半径：决定活塞行程和发动机排量，通常为0.25~0.33倍的气缸直径。
- 曲柄臂尺寸：曲柄臂厚度为0.18~0.25倍的气缸直径，宽度为0.75~1.20倍。
2.材质选择
- 常用材料：铸铁、锻钢、合金钢等，根据发动机类型和工作条件选择，以保证强度、耐磨性和耐腐蚀性。
3.强度参数
- 弯曲和扭转强度：曲轴需承受复杂的弯曲和扭转载荷，要求有足够的强度和刚度。
- 疲劳强度：通过优化圆角设计、表面强化处理等方法提高曲轴的疲劳强度。
4.平衡设计
- 平衡重设计：为平衡旋转离心力和往复惯性力，曲轴上设置平衡重，其数目、尺寸和位置根据发动机的气缸数和排列形式确定。
精度要求
- 表面粗糙度：轴颈表面的粗糙度影响润滑和耐磨性，Ra值一般为0.4~0.8 μm。
- 圆度和圆柱度：轴颈的几何精度影响轴承配合和运转平稳性，圆度≤0.005 mm，圆柱度≤0.005 mm。
适用范围
- 大型远洋船舶：集装箱船、油轮、散货船等，配套低速大功率柴油机。
- 内河与沿海船舶：中小型货船、渔船、工程船等，使用中高速柴油机曲轴。
- 海洋工程装备：钻井平台、浮式生产储油装置（FPSO）的动力系统。
- 发电领域：船舶电站或陆用发电站的大型柴油发电机组。
重要特征
1. 超强的承载能力：适应船舶长期高负荷运行，设计寿命与船舶同寿命（20年以上）。
2. 抗腐蚀设计：表面涂层或特殊材料处理，抵御海水及燃油腐蚀。
3. 高可靠性：终身免维护，避免海上故障导致的重大风险。
4. 精密制造与动态平衡：减少振动与噪音，提升航行舒适度与安全性。
5. 模块化组合设计：大型曲轴采用分段制造组合，降低运输与安装难度。
工艺介绍
1. 锻造与铸造：
- 大型低速机曲轴：采用半组合式工艺，曲拐整体锻造+主轴颈热装组合；或电渣熔铸提高材料均匀性。
- 中小曲轴：整体模锻或精密铸造，控制晶粒结构提升强度。
2. 机加工艺：
- 高精度磨削：CNC车削、跟踪磨削确保轴颈精度。
- 深孔加工：油孔、平衡孔等关键孔道精密加工。
3. 强化处理：
- 圆角滚压强化：提高疲劳强度30%以上。
- 表面淬火+氮化：形成高硬度表层，延长使用寿命。
4. 检测技术：
- 无损检测（超声波、磁粉探伤）排查内部缺陷。
- 动平衡试验：确保旋转时的振动幅度≤0.02mm。
关键词
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船用曲轴
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