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发动机滑动(润滑)轴承的分析

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-11-28

一台发动机上的滑动轴承有很多种。无论是衬套还是轴瓦都属于滑动轴承。为了保证发动机的运转精度，这些滑动轴承的运转间隙要求也是很高的。发动机滑动轴承的故障原因都可以归根于：润滑临界状态和引起破坏运转间隙的任何干扰及破坏油膜的任何物质。例如安装调整不准确、零件有磕碰损伤和清洁度差、使用方法不正确、有害的化学反应等，都会导致滑动轴承的损坏。根据美国康明斯发动机故障分析一书中统计，造成滑动轴承损坏的主要原因有四个方面。这四个方面分别占故障的百分比如下： 1、由于清洁方面造成的损坏为45%； 2、由于润滑方面引起的损坏为25%； 3、由于使用方面、安装方面的损坏为15%； 4、由于表面反应和其他方面造成的损坏为15%。 从这个统计比例数中我们可以看出，清洁度对轴承造成的损坏为主要原因。防止因清洁度差造成损坏的工作是多方面的：在发动机组装时保证零件的清洁度只是一个方面，另一方面是发动机在使用过程中。操作员和维修员一定要按规定正确地使用及时的保养检查，特别是长期在尘土飞扬和化工原料的环境下工作的发动机，一定要采取措施，防止尘土和化学气体的侵蚀，保证发动机的使用寿命。发动机中的主轴瓦、连杆瓦表面合金层最软，承受载荷最大，也最容易损伤，所以下面就以主轴瓦和连杆瓦的表面损坏现象，分析原因，以避免修复后的故障重复发生。一、因清洁度问题造成的故障 1、微小颗粒异物对轴瓦造成的磨伤 当机油滤芯中和发动机油底壳放油塞处，最先流出的几十毫升机油中，有肉眼能够直接看清且较多的合金粉末时，轴瓦就已经被磨伤。这是由于微小颗粒的杂质进入轴瓦合金层的运动表面造成的，虽然对轴瓦没有造成严重的损伤，但是此类现象若继续发展下去，不但轴瓦早期损坏，轴也会受到严重的损伤，所以必须根据故障的原因及时地排除，避免造成零件的损坏。故障排除后发动机轴瓦的使用寿命不能按正常磨损的使用时间计算，因为出现一次微小颗粒的异常磨损量相当于发动机正常使用2500小时的磨损量。 微小颗粒进入的原因：一是空气滤清器的滤清效果差或进气系统密封不好，要检查进气系统各部管路和连接处，有无破裂和松动，同时检查滤芯有无松动、纸芯有无破裂。无论是维修还是保养整个进气系统的检查是非常重要的，必须确保可靠性。二是润滑油被污染后加入发动机或机油及滤芯使用时间过长全部机滤芯被堵塞，则使各润滑表面的机油未经滤清就直接进入。所以加注润滑油时要注意油的清洁，配备必要的滤清机器，同时按使用规定及时的更换润滑油和滤芯。三是燃油供油量过大燃烧不完、喷嘴渗漏，造成燃油渗入曲轴箱，同时一些杂质随燃油进入曲轴箱和机油混合在一起降低润滑效果。因此发动机在使用中要注意观察发动机的排烟和运转情况，如有异常要及时查清原因进行修复或更换。四是发动机组装时，内部零件的清洁度差。在维修和保养发动机时，一定要注意零件的清洁，安装时要注意防止再污染，确保安装后内部的清洁度。 无论是哪一种原因，在排除故障后都必须更换发动机机油和机滤芯。维修后的发动机启动空运转两小时停止运转进行检查，机油中没有合金粉末，方可投入半负荷使用，但是在使用的最初几天必须注意观察，经过60～120小时运转判定确认异常磨损被彻底排除后，再更换机油，发动机就可以投入正常使用了。如果异常磨损在继续发展，就必须停止使用进行解体检查和修复。 2、较大颗粒异物和劣质润滑油对轴瓦造成的损坏 在机油滤芯中和发动机油底壳中发现有较大颗粒的合金块或薄片时，轴和轴瓦已被严重损伤了，必须立即停机拆检和修复，如果继续使用会造成更多的零件损坏。 较大颗粒进入的原因：安装时零件没有清洗干净，如加工连杆衬套内孔时产生的金属屑存留在连杆油道内、零件及油道内粘有切削或泥沙、安装前清洗不彻底或与运动面相关的加工件的加工毛刺翻边未清除、安装轴瓦时粘有较大颗粒的异物或轴的表面被碰伤。这些现象对轴瓦造成的损坏都是很严重的。所以在维修安装时要认真仔细的清理清洗和检查。 劣质润滑油的润滑效果和散热效果达不到要求，使轴瓦和轴磨损加剧，运动表面温度过高造成轴瓦的合金熔化而损坏，同时劣质润滑油的杂质较多机油滤芯很快被堵塞，含有杂质的润滑油不经滤清直接进入运动表面，进一步加速了轴和轴瓦的损坏。所以购买和更换润滑油时一定要按规定严格地控制润滑油的质量，按规定选用润滑油。 3、不移动异物对轴和轴瓦造成的损坏 有较大的异物夹在轴瓦和与瓦安装孔内壁之间，轴瓦的运动表面就会产生凸点，当轴运转时，异常磨损就会从凸点上开始，而且向周边扩展，造成轴和轴瓦的早期损坏；如有较大异物在轴瓦的运动面和轴之间，安装后就会嵌入轴瓦的合金层中，运转时在损坏轴的同时也损坏轴瓦；轴和瓦及安装孔等与其相关的零件如有碰磕凹凸点都会对轴和瓦造成损坏或损伤。 产生的原因和预防：轴、轴瓦、轴瓦孔（机体、连杆）锈蚀产生氧化物或粘有泥沙，安装前要认真检查清洗，特别是油道和油管内腔；安装现场必须远离有尘土飞扬和有碎屑飞溅的场地；安装使用的工具要清洁干净，并采取必要的保护措施，以免再次污染，同时在装配中使用的润滑油要清洁，防止尘土混入；轴和轴瓦及轴瓦孔的存放和安装，要保证不与任何金属物体接触和不得有任何碰磕操作。二、润滑系统的原因造成轴和轴瓦的损坏及损伤 1、 润滑效果不良造成的损坏和损伤现象 轴和轴瓦的润滑效果达不到要求时，会出现多种的故障特征。如机油压力低，轴和轴瓦之间的局部就会因直接接触产生干摩擦而导致运动表面的损伤和损坏，此时的轴表面呈蓝色。如果润滑油失效或压力建不起来，运动表面就完全失去了油膜的保护，直接接触进行干摩擦。温度升高轴瓦的合金层熔化，及时停机就产生“抱瓦”的现象，不及时停机就会造成更严重的零件损坏。 产生的原因：机油油面过低或润滑油道破裂；吸油滤网、油道、油孔被堵塞；机油油泵磨损或吸油管路漏气；压力调节阀、限压阀损坏；发动机怠速运转时间过长；发动机起动后不经升温运转就直接进行高速运转和全负荷作业；全负荷作业后，在温度较高的情况下未经空负荷中低速运转降温就停机，使发动机内的热量沉积，温度升高；没有按规定选用标准油和定期地更换油。 2、润滑油中有水，造成轴和轴瓦的损坏和损伤 润滑油中的水份对轴和轴瓦的损伤是比较严重的，因为水会使润滑油变质破坏油膜。轴瓦的合金层表面的摩擦面边缘出现孔状灰色物，并在合金面形成黑色的腐蚀物，使轴瓦合金摩擦表面出现不规则的凹坑和局部的片状剥落。 产生的原因：缸套密封圈密封不良，冷却液渗入曲轴箱；发动机机油散热器损坏，油水混合；加润滑油时有水进入或加油口及油尺密封不良，冲洗车和下雨时水进入曲轴箱；燃料中有水进入曲轴箱。所以在每次启动发动机前，一定要检查润滑油的油面和油质，这是必须做到的。 3、润滑油中有燃油引起的轴和轴瓦的损伤 燃油进入曲轴箱后，会使润滑油变稀，油膜变薄降低润滑效果，同时对轴和轴瓦造成腐蚀。轴瓦合金表面呈黑绿色，有轻微的穴蚀。特别是含硫量较高的燃油燃烧后产生的副产品，被燃油带进通风不良的曲轴箱后，生成的硫酸物质会对轴的表面造成严重的穴蚀。 产生的原因：燃油系统的供油量过大，喷入燃烧室的燃油不能完全燃烧；进气受阻进气量不够，燃油不能充分的燃烧；喷嘴密封失效燃油渗入曲轴箱；缸盖内燃油道有气孔砂眼或裂纹；怠速动转时间过长，发动机温度低燃油不能完全燃烧。 防止润滑系统引起的轴和轴瓦损坏及损伤必须做到： A、在没有手动润滑设备的情况下，安装发动机时要在各轴和轴瓦的运动表面涂与使用标号相同的清洁润滑油，发动机安装后，初次启动前先关闭燃油开关，用启动机带动发动机空转几次，当发动机油压表有显示后，再接通打开燃油开关，油门定在中低速，启动发动机进行运转观察。 B、发动机长期存放后，初次启动时也要经过启动机带动空转后，再进行启动。 C、必须按规定的时间对发动机进行保养、检查、更换润滑油和滤芯。 D、发动机的润滑油油面，必须在标准范围内，润滑油和加油用工具必须清洁，防止任何污物和水的进入，同时保证发动机各部的密封效果。 E、避免发动机怠速运转时间过长，怠速运转不能超过5分钟。 F、发动机启动后必须经过中速升温运转，当水温升至70℃以上时再投入使用。 G、发动机结束长时间全负荷工作后，不能马上停机，必须让发动机空载中低速动转15分钟后才能停机，否则内部的热量就散不出来。 三、不正确使用造成的损坏和损伤 1、怠速运转时间长引起的损坏和损伤现象：轴瓦的表面合金层，被挤压移位和翻边及片状剥落。 原因是：发动机怠速动转时间过长，发动机处于低于正常工作温度的情况下运转，喷入燃烧室内的燃油不能完全燃烧，一部分未能燃烧的燃油顺缸壁流入曲轴箱，破坏了润滑油的油膜降低润滑效果。同时怠速动转转速低，机油泵供油量小，所以就造成轴瓦受力表面与轴的轻微干摩擦，使轴瓦的合金层表面被损伤，在损伤的同时产生磨屑加速轴和轴瓦的磨损和损坏。防止这类问题的发生就要按操作规程，每次启动发动机后怠速运转不能超过5分钟，发动机空载运转不能低于850转/分。 2、发动机长时间工作后就停机（关机）引起的损坏和损伤现象：轴瓦合金表面被磨伤，有凹凸不平的表面合金从中间向两侧移位。 原因是：发动机在长时间较大负荷工作后，内部零件都处于最高工作温度状态，特别是燃烧室部分处于高温，发动机停止运转后，冷却系统和润滑系统都停止了工作，热量散不出去而使相关零件温度升高，使各润滑表面上的油膜破坏，当再启动时，在各润滑表面的油漠还没有形成时，轴瓦的异常磨损已发生了。特别是对增压器的滑动轴承损伤更为严重，同时过高的温度会造成轴孔的变形，破坏运转精度加速发动机的损坏。这种现象的发生对活塞、缸套和缸套密封圈都会造成严重的损伤。因此发动机在长时间较大负荷工作后，要让发动机空载中低速运转10分钟以上，内部温度降低以后再停机。 3、发动机启动后直接进入高速运转和全负荷作业对轴瓦的损坏或损伤现象：发动机第七道和第六道主轴瓦严重磨损，其它轴瓦有损伤。 原因是：发动机启动后未进行空载升温运转，就投入高速运转和全负荷作业。因为发动机没有达到工作温度要求时，各部的受力接触面和运转间隙未进入最佳状态，而且温度低的润滑油流动性差，各运动表面的热量不能迅速被润滑油带走等原因，就会造成轴瓦的损伤或损坏。外界温度越低对轴瓦的损伤越严重。防止这类问题的发生必须按规定进行升温运转，发动机启动后进行中低速空运转，当发动机水温升至70℃以上时才能投入作业。 4、由于调整和操作失误引起轴瓦损伤或损坏的现象：曲轴止推轴承（止推环）严重磨损或损坏，第七道主轴瓦损坏。 原因是：曲轴的轴向间隙过大或过小，都会造成曲轴止推轴承的损坏。在使用过程中轴向间隙大产生冲击，轴向间隙小温度升高都会产生异常磨损而导致第七道主轴瓦的损坏。防止这类问题的发生，要在发动机安装时必须保证曲轴的轴向间隙在0.18～0.35mm的标准范围。 四、安装不正确引起轴瓦损坏或损伤的现象 1、个别轴瓦单侧磨损严重，瓦合金表面磨伤。 原因是：连杆的变形量超过标准允许范围；轴瓦盖螺栓坚固力矩不均匀；安装时轴瓦单侧背面被碰伤；轴瓦安装位置不准确和上下不对中。 2、七道轴瓦单侧磨损严重，中间轴瓦比两端轴瓦磨损更严重。 原因是：轴瓦孔变形有锥度；曲轴弯曲（造成曲轴弯曲的原因是：运转间隙不均匀、相关零件磨损严重或损坏产生的振动、平衡减震器失效。平衡减震器失效也可造成曲轴断裂）；轴瓦安装时定位部分位置未对正或反装：上下瓦片错位油孔不畅通。 3、轴瓦背有腐蚀或有微量移动磨痕；轴瓦定位台损坏轴瓦无规则的走外圆。 原因是：安装时为了修正运转间隙，锉削了轴瓦的两面侧平面，破坏了轴瓦与轴孔的弹性接触力；轴瓦盖装反，改变了轴瓦与轴的接触面积和运动间隙；轴瓦盖上的螺栓紧固时，没有按规定的方法和力矩紧固。力矩过大或过小及同一瓦盖上的螺栓紧固力矩不均匀都会引起轴瓦的损坏。
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