滑動(dòng)軸承故障分析

王志祥

軸承和軸的故障能直接追溯到潤滑不足或油膜間隙被破壞。任何會(huì)干擾和破壞油膜的材料、故障、不對(duì)正或化學(xué)反應(yīng)等都將會(huì)導(dǎo)致某種損壞和失效。造成軸瓦損壞的主要原因有四個(gè)方面:污垢引起的失效、潤滑油及相關(guān)因素引起的失效、運(yùn)行和安裝引起的失效、表面反應(yīng)引起的失效。污垢是運(yùn)動(dòng)的金屬部件的首要敵人。并且它常常是柴油機(jī)故障的致命原因，工作在較臟的環(huán)境中尤其如此。

1 污垢引起的失效

1.1 刮傷

1)與軸徑一起運(yùn)動(dòng)的硬顆粒與摩擦表面接觸，這時(shí)顆粒與金屬表面的接觸應(yīng)力較低，它們?cè)谳S瓦表面上劃出線狀傷痕;半嵌入軸瓦表面的硬顆粒在軸徑表面上也會(huì)劃出線狀傷痕，均稱為刮傷。硬顆粒嵌入軸瓦表面又脫落，造成點(diǎn)狀傷痕的刮傷。上述的顆粒多半是鐵末和砂粒。刮傷導(dǎo)致摩擦副表面粗糙化，從而降低了潤滑油膜的承載能力，并且會(huì)形成新的可以刮傷摩擦表面的硬顆粒，造成惡性循環(huán)。

2)來源。進(jìn)氣(空氣濾清不良);潤滑油(濾清不良);燃油(突然啟動(dòng)或過量供油);噴油器“O”形密封圈泄漏;噴油器單向閥球泄漏;大修期間積塵;處理潤滑油或零件不小心。

1.2 磨粒磨損和粘著磨損

1)進(jìn)入軸承間隙的較小硬顆粒，游移于兩摩擦表面之間，在摩擦表面上產(chǎn)生極高的接觸應(yīng)力，硬顆粒與摩擦表面之間的高接觸應(yīng)力使韌性金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞損傷，使脆性金屬的摩擦表面出現(xiàn)脆裂或剝落。當(dāng)出現(xiàn)邊緣接觸、缺少潤滑油或油膜破裂等情況將會(huì)產(chǎn)生劇烈的磨粒磨損。磨粒磨損將導(dǎo)致軸徑和(或)軸瓦幾何尺寸與形狀改變、精度喪失、軸承間隙加大，使滑動(dòng)軸承性能在預(yù)期壽命前急劇劣化。2)在潤滑油膜破裂或缺油的狀態(tài)下，大的摩擦因數(shù)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的摩擦熱，軸承溫度升高。在高溫下，一個(gè)摩擦表面的低熔點(diǎn)金屬因軟化而粘附在另一摩擦表面上，隨著軸徑旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成的剪切作用，粘連的金屬從原表面脫離，轉(zhuǎn)移到另一摩擦表面，造成摩擦表面明顯的凹坑和凸起狀傷痕。出現(xiàn)咬粘時(shí)，摩擦急劇增大，軸承溫度進(jìn)一步升高，形成惡性循環(huán)。當(dāng)粘附嚴(yán)重，軸徑轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力不再能剪切開粘結(jié)點(diǎn)時(shí)，將使軸徑運(yùn)動(dòng)終止，俗稱“抱軸”，軸承徹底損壞。3)來源。缸體的機(jī)械加工;缸套珩磨;活塞、缸套、氣門以及其他運(yùn)動(dòng)部件不正常磨損;銅套;潤滑油使用不當(dāng);濾清不良。

1.3 固定的污垢顆粒

裝配期間留在軸承背和軸承孔之間的大顆粒使得軸承不能正確安裝到位。顆粒的形狀通常會(huì)顯示在鋼背上，而且過度的磨損會(huì)從這個(gè)顆粒開始。如果一個(gè)大顆粒被嵌入軸承襯中，就會(huì)造成軸頸損壞。如果它進(jìn)入軸承蓋接觸面，這個(gè)硬顆粒將會(huì)破壞軸瓦壓緊并使軸瓦松動(dòng)。

來源:機(jī)械加工的碎屑(包括制造、修理或大修期間產(chǎn)生的)。

1.4 防止污垢引起失效的措施

1)使用制造商推薦的、經(jīng)過濾清和保養(yǎng)的正確規(guī)格的清潔潤滑油;2)裝配前和裝配期間徹底清潔內(nèi)孔、油道以及所有零部件;3)小心保存和處理軸承，并要保證軸承絕對(duì)清潔保持注油、處理和測(cè)量設(shè)備清潔，不能讓灰塵進(jìn)入潤滑系統(tǒng);4)保持工作區(qū)域清潔整齊，保護(hù)裝配工作不受飛揚(yáng)的灰塵和磨削碎屑的影響。同時(shí)使工具上不積灰塵和金屬顆粒。

2 潤滑不當(dāng)引起的失效

2.1 潤滑不充分

如果潤滑不充分，運(yùn)動(dòng)表面就失去了油膜的保護(hù)，直接接觸進(jìn)行干摩擦。檢查是否存在下列情況:1)油底殼油位較低;2)吸油濾網(wǎng)、管道或油道堵塞;3)軸承供油孔未對(duì)正;4)潤滑油泵或?yàn)V清器效率較低;5)吸油管泄漏;6)冷啟動(dòng)操作不恰當(dāng);7)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長(zhǎng);8)熱停機(jī);9)曲軸油封泄漏。

2.2 潤滑油中有水

潤滑油中的水分對(duì)軸和軸瓦的損傷是比較嚴(yán)重的，因?yàn)樗畷?huì)使?jié)櫥妥冑|(zhì)破壞油膜。潤滑油中含有水分還會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的點(diǎn)蝕和表面剝落。來源:1)通過缸套密封泄漏;2)潤滑油冷卻器密封圈泄漏;3)儲(chǔ)存燃油或潤滑油時(shí)不小心，使得它們暴露而進(jìn)水。

2.3 潤滑油中有燃油

燃油進(jìn)入曲軸箱后，會(huì)使?jié)櫥妥兿?，油膜變薄降低潤滑效果，同時(shí)對(duì)軸和軸瓦造成腐蝕。原因:1)不完全燃燒;2)活塞環(huán)磨損;3)怠速時(shí)間過長(zhǎng)(發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低)。

2.4 防止?jié)櫥划?dāng)引起失效的措施

1)確保油道清潔、安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)要在各軸和軸瓦的運(yùn)動(dòng)表面涂與使用標(biāo)號(hào)相同的清潔潤滑油;2)按制造商的建議保養(yǎng)濾清器、濾網(wǎng)和油管;3)保持油底殼中的潤滑油處于正確的油位;4)對(duì)準(zhǔn)軸承潤滑油孔與供應(yīng)油道;5)使用規(guī)定等級(jí)的潤滑油，仔細(xì)儲(chǔ)存，使用時(shí)特別注意保持清潔;6)避免長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、冷機(jī)時(shí)突然滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及熱停機(jī)。

3 表面反應(yīng)引起的失效

1)腐蝕。潤滑油在使用過程中不斷氧化，氧化時(shí)常產(chǎn)生弱的有機(jī)酸，它對(duì)軸承材料特別是鑄造銅鉛合金的鉛有腐蝕性，其特征是鉛呈點(diǎn)狀脫落，使表面變粗糙。錫基軸承合金中的錫被氧化后，在軸瓦表面形成一層由SnO2和SnO組成的黑色硬覆蓋層。這一覆蓋層對(duì)軸承極為有害，它很硬，能刮傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。

2)氣蝕。氣蝕是固體表面與液體接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的表面損傷形式。當(dāng)潤滑油在油膜低壓區(qū)時(shí)，油中會(huì)形成氣泡，氣泡運(yùn)動(dòng)到高壓區(qū)后，在壓力作用下氣泡潰滅，在潰滅的瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高的溫度，固體表面在這沖擊力的反復(fù)作用下，材料發(fā)生疲勞脫落，使摩擦表面出現(xiàn)小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀傷痕。重載、高速，且載荷和速度變化較大時(shí)，易發(fā)生氣蝕。

3)電侵蝕。由于電機(jī)或電器漏電，在摩擦表面間產(chǎn)生電火花，造成點(diǎn)狀傷痕，其特征是損傷往復(fù)出現(xiàn)在較硬的軸頸表面上。

4 操作技術(shù)引起的失效

4.1 長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)

通常發(fā)動(dòng)機(jī)在600 r/min范圍運(yùn)轉(zhuǎn)了很長(zhǎng)時(shí)間，使得發(fā)動(dòng)機(jī)溫度降到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的水平以下。未燃燒的燃油會(huì)稀釋潤滑油，并使其粘度下降。防止辦法:將怠速時(shí)間限制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)或提高怠速設(shè)置速度。

4.2 熱停機(jī)

當(dāng)一臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)在沒有經(jīng)過一個(gè)較短的怠速期就立即停機(jī)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量沒有來得及散失，而且所有部件的溫度很高，油膜會(huì)遭到破壞。

每本發(fā)動(dòng)機(jī)手冊(cè)都給出了正確停機(jī)的步驟，應(yīng)當(dāng)遵循這些步驟。由于散熱不良也會(huì)損壞活塞、缸套和發(fā)動(dòng)機(jī)軸承，遵循正確的停機(jī)步驟對(duì)自然吸氣式和渦輪增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)都是必要的。

4.3 冷啟動(dòng)

當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并在發(fā)動(dòng)機(jī)暖車前重負(fù)荷或幾乎全速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致軸承嚴(yán)重?fù)p壞。

5 安裝技術(shù)引起的失效

5.1 粗顆粒造成的磨損

當(dāng)潤滑油濾清器芯中有看得見的顆粒時(shí)，軸承表面可能會(huì)顯示長(zhǎng)而深的刮痕。這些刮痕降低了潤滑效果和散熱能力。刮掉的金屬加重了磨損而且產(chǎn)生的熱量很快熔化了表面鍍層中的鉛。

5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)軸承定位不正確

1)定位凸緣或定位舌可能部分或全部敲成與分型面平齊;2)軸承背部出現(xiàn)潤滑油孔印痕意味著軸承裝反了或使用了錯(cuò)誤的零件，以及潤滑油供應(yīng)孔不匹配;3)一個(gè)軸承失效而其他軸承只發(fā)生部分擦傷，表明沒有潤滑油孔的軸瓦取代了帶有潤滑油供應(yīng)孔的軸瓦或軸承供油孔被堵塞。當(dāng)碎屑從失效的軸承進(jìn)入循環(huán)后，其他的軸承表面也會(huì)損壞。

5.3 軸承蓋安裝技術(shù)

分解一臺(tái)懷疑軸承有問題的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意每個(gè)軸承蓋和螺栓或螺母的位置及其狀況。在一些發(fā)動(dòng)機(jī)中，軸承蓋有可能裝反，而且未能立即意識(shí)到這種錯(cuò)誤。

盡管配合顯示正常，軸承蓋裝反了或者螺栓或螺母不能達(dá)到正確的扭矩可能會(huì)導(dǎo)致嵌入其中的軸瓦松動(dòng)。

5.4 軸瓦嵌入安裝技術(shù)

當(dāng)軸承顯示軸承孔太松或過緊的跡象時(shí)，這可能是由于在裝入軸瓦時(shí)不正確擠壓造成的。分型面被銼平——軸瓦設(shè)計(jì)成在軸承孔和軸承蓋的分型面上都稍微凸起。當(dāng)擰緊軸承蓋時(shí)，壓力作用在軸瓦上，將其固定到位，不得銼掉凸出面。軸承蓋接觸面被銼平——銼平這些部位并不能達(dá)到降低油膜間隙的目的。這樣做會(huì)導(dǎo)致軸瓦上的壓力太高，并導(dǎo)致分型面處的軸承表面磨損。

減小軸承擴(kuò)張量——軸瓦設(shè)計(jì)成在分型面之間的開口比軸承孔寬，改變擠壓時(shí)，不得減小軸承擴(kuò)張量。

5.5 裝配期間暴露

軸承和軸必須仔細(xì)處理以防止損壞，并且要避免其他金屬零件接觸。要防止軸承受到大修車間內(nèi)的污垢和機(jī)加工碎屑的污染。污垢會(huì)在工作完成后帶入發(fā)動(dòng)機(jī)，造成損壞:

1)如果不用軸承，請(qǐng)不要去掉軸承上的保護(hù)層;2)在安裝過程中將工具和部件放在清潔的紙上;3)小心使用壓縮空氣——不要將灰塵從一個(gè)零件吹到另一零件上;4)如果一個(gè)軸承的安裝需要隔夜或較長(zhǎng)時(shí)間才能完成，用干凈的覆蓋物蓋住它;5)要特別小心地安裝活塞和連桿，一個(gè)銳邊就能導(dǎo)致曲柄劃傷或毛刺。