大功率發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦失效研究

費(fèi)運(yùn)嘉 魏順冬 鄭澤

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦也稱滑動(dòng)軸承，主要功能為支撐及傳遞軸系轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著現(xiàn)在柴油機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力已經(jīng)達(dá)到了20MPa以上，曲軸傳遞給軸瓦的壓力也隨之增高，一旦潤滑條件不充分，導(dǎo)致軸瓦與曲軸軸徑之間發(fā)生金屬硬接觸，導(dǎo)致軸瓦磨損，甚至摩擦的高溫導(dǎo)致軸瓦燒瓦、抱瓦失效。軸瓦的失效往往對發(fā)動(dòng)機(jī)破壞性極大，容易導(dǎo)致曲軸的斷裂失效，所以發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦對發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行極其重要，我們針對大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的軸瓦失效的問題進(jìn)行了全面的失效原因分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了整改措施，很好的解決了軸瓦失效的問題。

Abstract： Engine bearings， also known as sliding bearing， the main function for the support and transmission shaft rotation.As now strengthen index of diesel engine has become more and more high， the PFP of engine has reached more than 20 MPa， the crankshaft bearing pressure is increased， once the insufficient lubrication conditions， lead to the metal contact of the bearing shell and crankshaft， lead to bearing wear and friction heat even lead to bearing tileburning failure.Bearing failure tend to be devastating engine， easily lead to fracture failure of the crankshaft， so is extremely important to the normal operation of the engine， engine? in view of the high power enginebearings failure problem ，we has carried on the comprehensive analysis of the failure cause， and corrective measures are put forward according to the results of the analysis， a very good solve the problem of the failure of the bearing.

關(guān)鍵詞：軸瓦;清潔度;燒瓦

Key words： bearing;cleanliness;bearing tileburning

中圖分類號：U464.13? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0030-03

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦也稱滑動(dòng)軸承，主要功能為支撐及傳遞軸系轉(zhuǎn)動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲軸與主軸瓦、連桿瓦之間必然會存在摩擦，由于曲軸的主軸頸以及連桿軸徑與軸瓦之間均有一定的配合間隙，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸與軸瓦的間隙之間充滿了潤滑油，以降低摩擦，減小軸徑及軸瓦的磨損。

隨著現(xiàn)在柴油機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力已經(jīng)達(dá)到了20MPa以上，曲軸傳遞給軸瓦的壓力也隨之增高，一旦潤滑條件不充分，導(dǎo)致軸瓦與曲軸軸徑之間發(fā)生金屬硬接觸，導(dǎo)致軸瓦磨損，甚至摩擦的高溫導(dǎo)致軸瓦燒瓦、抱瓦失效。軸瓦的失效往往對發(fā)動(dòng)機(jī)破壞性極大，容易導(dǎo)致曲軸的斷裂失效，所以發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦對發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行極其重要，我們針對大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的軸瓦失效的問題進(jìn)行了全面的失效原因分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了整改措施，很好的解決了軸瓦失效的問題。

1? 問題描述

在某機(jī)型項(xiàng)目開發(fā)小批量試制的發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中，曲軸、連桿、軸瓦等核心零部件均為國內(nèi)知名廠家提供。在對下線發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺架檢測時(shí)，發(fā)生數(shù)起曲軸抱瓦失效現(xiàn)象（圖1）。

2? 原因分析

結(jié)合實(shí)際情況，軸瓦抱瓦燒瓦的原因主要有以下幾種：

①零部件尺寸不合格。

1）外購零部件尺寸不合格;

2）缸體曲軸孔尺寸不合格。

②裝配尺寸不合格。

1）油膜間隙不合格;

2）軸向間隙不合格。

③機(jī)油成分不合格。

④清潔度不合格。

1）外購零部件清潔度不合格（曲軸、連桿、軸瓦）;

2）缸體清潔度不合格。

首先引起曲軸抱瓦的外購零部件主要有曲軸、連桿、軸瓦，因此對發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸抱瓦的同一批次零部件的尺寸進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì)，判斷是否是造成曲軸抱瓦的原因。

經(jīng)過對曲軸軸徑的直徑、圓度、直線度等尺寸檢測（圖2），結(jié)果表明曲軸的相關(guān)尺寸均在公差要求的中值附近，符合要求。

經(jīng)過對連桿大頭的直徑、圓度、圓柱度的測量，對軸瓦半徑高的測量，結(jié)果（圖3）顯示，連桿的相關(guān)尺寸均在公差要求范圍內(nèi)，符合要求。

從在線實(shí)時(shí)測量工具M(jìn)ARPOSS中調(diào)取抱瓦發(fā)動(dòng)機(jī)同一批次缸體曲軸孔直徑數(shù)據(jù)，通過蔡司Piweb測量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)曲軸孔位置度、圓柱度尺寸，結(jié)果顯示符合圖紙要求。

雖然零部件的尺寸滿足要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配后，由于裝配的誤差、螺栓擰緊的誤差等因素，也無法確認(rèn)曲軸與軸瓦之間的油膜間隙在合格范圍內(nèi)。于是針對曲軸抱瓦同批次發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了軸瓦間隙測量實(shí)驗(yàn)（圖4），結(jié)果顯示軸瓦間隙均在要求范圍內(nèi)，滿足要求。

經(jīng)過上述對零部件的檢測后，排除了曲軸相關(guān)周圍零部件的尺寸及裝配問題，繼續(xù)進(jìn)行外購件清潔度的檢測，抽取抱瓦發(fā)動(dòng)機(jī)同批次多個(gè)曲軸、連桿，用5μm濾膜對其進(jìn)行清潔度檢測，結(jié)果顯示曲軸、連桿的清潔度都是合格的（圖5）。

軸瓦的失效可能會與潤滑油的質(zhì)量存在關(guān)聯(lián)，對下線測試臺架的機(jī)油進(jìn)行取樣，委托第三方權(quán)威機(jī)關(guān)進(jìn)行化學(xué)成分檢測，通過指標(biāo)值和分析結(jié)果的對比，各個(gè)分析項(xiàng)目都在合理的范圍內(nèi)，最終第三方檢測結(jié)果為潤滑油化學(xué)成分合格。

繼續(xù)對缸體的清潔度進(jìn)行檢測，抽取曲軸抱瓦同批次庫存多個(gè)缸體進(jìn)行清潔度檢測，發(fā)現(xiàn)存在清潔度不合格的缸體。同時(shí)，調(diào)去了缸體最初下線時(shí)清潔度檢測報(bào)告，發(fā)現(xiàn)清潔度是合格的，初步懷疑庫存缸體可能存在二次加工過程，且未再次進(jìn)行清洗。（圖6）

同時(shí)針對失效軸瓦，進(jìn)行電鏡掃描，對失效軸瓦的嵌入物成分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示嵌入物為氧化鋁硬質(zhì)顆粒及鐵屑（圖7）。

發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、曲軸、軸瓦是不含氧化鋁的，初步判斷為外來異物，打磨機(jī)磨頭磨粒成分為剛玉，剛玉的成分為氧化鋁，常被用作打磨時(shí)的磨料，硬度僅次于金剛石，判斷為磨頭磨粒打磨時(shí)進(jìn)入主油道，在曲軸和軸瓦上造成拉傷，導(dǎo)致抱瓦。結(jié)合缸體的清潔度不合格，主要調(diào)查缸體是否存在二次打磨造成氧化鋁顆粒進(jìn)入主油道。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，庫存缸體上線裝配時(shí)，發(fā)現(xiàn)某零部件安裝面有接刀痕，存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，因此臨時(shí)增加了打磨工序，在打磨過程中，防護(hù)不到位導(dǎo)致異物進(jìn)入缸體造成清潔度不合格，進(jìn)而導(dǎo)致了此次的抱瓦失效。

3? 整改措施

經(jīng)過原因分析后確定是由于打磨接刀痕時(shí)掉落的氧化鋁磨料造成缸體清潔度不合格，因此決定優(yōu)化調(diào)整刀具加工路線，減少接刀痕的產(chǎn)生，但是受刀具磨損的影響，接刀痕無法百分百消除，因此對少量存在的接刀痕的缸體，實(shí)時(shí)打磨時(shí)完全防護(hù)，打磨后百分百清洗。

上述措施實(shí)施后，曲軸抱瓦失效事故已經(jīng)完全消除。

通常軸瓦的抱瓦、燒瓦事故80%左右都是清潔度造成的，軸瓦失效的后果嚴(yán)重度極高，在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)要嚴(yán)格控制清潔度，并對下線發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行百分百臺架熱試檢測，防止不合格產(chǎn)品的流通。

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