发动机止推片异常磨损脱落故障浅析

1发动机止推片异常磨损、脱落故障浅析冯伟梁振北（广西玉柴机器股份有限公司）摘要本文主要就发动机曲轴止推片的定义、安装要求、润滑条件以及止推片本身质量特性来分析曲轴止推片异常磨损、脱落的原因。关键词：曲轴止推片异常磨损脱落分析前言随着我国经济的高速发展，对汽车尤其是商用车的需求迅速增加，对发动机的需求也随之增加。发动机作为汽车的核心零部件，其性能及可靠性直接影响到整车能否正常运行。发动机曲轴止推片异常磨损、脱落是发动机常见故障之一，本文仅对发动机曲轴止推片异常磨损、脱落做一些探讨和分析，寻找诱发故障的确切原因。1.止推片的定义、形状及材料止推片又称止推滑动轴承，在发动机中主要起着曲轴轴向支撑的作用，在保证曲轴周向转动的同时，阻止曲轴轴向窜动。止推片品种繁多，因为用在曲轴上，人们就称为曲轴止推片。曲轴止推片根据形状的不同有止推片(图1-1)和翻边主轴瓦（图1-2）之称。一般以采用半圆环型止推片形状为多，一台机为4片，以二个半圆环为一组，分上下片，一般下片设有一个定位舌或定位孔；翻边主轴瓦时为2片，翻边侧面就起到止推面的功能。图1-1图1-22止推片的材料，常用的有铝合金与钢的复合金属板和铜合金与钢的复合金属板，也有选用全铝合金或全铜合金的。止推片属于滑动轴承类，2003年3月出版的《中国机械工业标准汇编》中中国标准出版社和全国滑动轴承标准化技术委员会共同选编的[滑动轴承卷]中有32个国家标准，22个行业标准；其内容包括：术语、分类及符号，检验方法，材料和产品技术要求。常用止推片的止推表面镀有0.45～0.75mm厚度的合金层（图1-3）。图1-32.曲轴止推片所处的工作环境发动机轴瓦、止推片是发动机的主要摩擦副，它承受很高的动载荷，在发动机运行中相比于其它零件是处于最恶劣的工况下工作的零件。发动机80％以上的故障均与轴瓦止推片等摩擦副的磨损有关，而磨损故障的最直接、最根本的原因往往就是润滑失效。滑动轴承(止推片)系统实际上就是一个相对作用并相互作用且相互牵连的若干元素的有机结合体，作为摩擦副的止推片设有油槽一面与曲轴端平面的相对运动的表面之间，始终要求存在足够厚度的、完整的、连续的油膜，并保持和曲轴一定的轴向间隙。止推片的正常工作必须保持的主要条件：止推工作面有油槽或油穴，能抵抗和缓解短暂的缺油而避免干摩擦；适宜的工作间隙，工作时能产生足够厚度的完整的油膜；有流动的油膜带走因摩擦产生的热量，防止因高温使润滑油变质。3.曲轴止推片的安装要求曲轴止推片，在发动机内是一个较小的精密零件，它的作用是保护曲轴，同3时起定位作用的易损零件，硬度较低为HB30—40,而曲轴硬度高出它近十倍为HB240—320。所以止推片安装的正确与否直接关系到曲轴甚至是发动机寿命。止推片的安装要求都有哪些：(1)在安装前要在止推片钢背涂抹润滑脂。润滑脂的作用是将止推片粘在机体、主轴承盖或者曲轴箱的止推槽上，防止安装过程止推片掉落。(2)辨别正反面，不可装反。止推片的正面是合金面，硬度较低，并开设有油槽或油穴；背面是钢，硬度很高，与曲轴相当。装反会导致止推片和曲轴快速磨损。(3)合理的装配间隙。大中型发动机曲轴轴向间隙0.12—0.25mm，小型发动机曲轴轴向间隙可取0.08—0.15mm。下曲轴后没上主轴承螺栓前以及上主轴承螺栓拧紧后，均要用百分表测量此时的曲轴轴向间隙是否符合要求。过大或过小的曲轴轴向间隙都会使发动机不能正常稳定工作。4.止推片异常磨损、脱落的原因、造成止推片异常磨损、脱落的最直接原因是止推片与曲轴止推面间不能建立有效润滑，具体原因多种多样，主要有以下几种：(1)发动机零件质量问题，常见有：A．气缸体主轴承孔与止推片处安装面加工不合格，垂直度，平面度超差；B．曲轴主轴颈与止推面处加工不合格垂直度，平面度超差，止推面光洁度不达要求；C．止推片合金层材料不合格，止推片壁厚超差，止推面平面度、粗糙度超差。上述原因都会造成在止推片与曲轴止推面间隙过大或间隙过小，止推片合金面与曲轴止推面局部接触或线接触，出现无油摩擦和干摩擦现象。(2)离合器质量问题，常见有：A．离合器压盘内腔因设计或制造原因让位空间不够（图4-1），司机踩下离合踏板时，离合过程与膜片弹簧发生干涉，膜片弹簧在行程内继续变形，分离力会急剧上升。分离力传到曲轴，曲轴止推片面会产生一个很大的推力。B．膜片弹簧分离爪平面度超差，刚度差，变型大。各分离爪分离间隙不均匀，分离间隙变化大。4图4-1(3)离合器、离合总泵、离合分泵选型不当A．随着发动机最大扭矩的提升，为保证离合器的后备系数，离合器压盘卸载压紧力在不断提高，最大分离力也越来越大。离合的瞬间产生的较大分离力如超过了止推轴瓦允许范围，也影响发动机止推轴瓦寿命。B．离合分泵分离行程选择过大，对螺旋弹簧离合器，分离行程越大，分离力越大。螺旋弹簧离合器分离特性曲线见图4-2。图4-25C．选装免调试的离合器分泵机构，结构见图4-3：图4-3免调试的离合器分泵机构特点是分离轴承和分离爪之间为常压紧机构，无分离间隙，在使用过程中自动补偿，免除司机调整分离间隙的麻烦。但这套分离机构也有缺点：当司机踩下离合器踏板时，离合瞬间产生的推力是指向曲轴皮带轮减振器端，当司机松开离合器踏板时为防止离合器助力分泵推杆在行车过程中脱落，离合器分泵内腔都装有回位弹簧，推杆处有一定的预紧力，当离合总泵松压回位不好时，残留的油压和离合器助力分泵回位弹簧的预紧力一起叠加形成较大的推力。此推力通过分离叉臂杠杆比进一步放大，通过分离轴承和飞轮传到曲轴，推力方向也是指向曲轴皮带轮减振器端。这样司机踩下或松开离合器踏板，曲轴都不是浮动状态，始终受到推向曲轴皮带轮减振器端的推力，受力的一侧止推轴瓦和曲轴止推面间难形成润滑油膜，经长时间不断的研磨后出现了磨损。因此，选装免调试的离合器分泵机构时，止推轴故障率较高些。(4)止推片装反止推片背面材料是钢板，硬度很高，与曲轴相当，而且没有油槽或者油穴，在曲轴高速转动下，止推片和曲轴迅速磨损。止推片装反时，一般运行较短时间或行驶较少里程时发动机就会发生故障。止推片装反这种情况比较少，发生在发动机厂装配过程中更是不太可能，一般发生这种情况的都是车辆在一些技术水平相对较低、管理不严格的修理点维修发动机时发生。6(5)各传递扭矩零件同轴度或配合不良，以下情况也会让曲轴不是浮动状态，受力的一侧止推轴瓦和曲轴止推面间难形成润滑油膜：A．当发动机和变速箱固定零件出现故障时，会造成变速箱一轴与曲轴同轴度不良；B．离合器压盘安装不到位从动片花键套与变速箱一轴花键的配合不良；C．发动机一轴轴承位置安装不对，与变速箱一轴小头顶死，会使曲轴失去轴向间隙；D．离合器壳和飞轮壳是有配合间隙的，变速箱安装时在重力作用下产生偏心安装，也会引起变速箱的一轴轴头和发动机曲轴上的一轴轴承咬死。还会出现一轴轴承烧结，变速箱的一轴轴头磨出凹坑的现象（图4-4），在修理厂这点容易会被忽略。图4-4（6）使用劣质润滑油：不合格的润滑油起不到良好润滑效果，摩擦面温度会快速升高，摩擦副间的润滑油由于温度升高变质、粘度降低，润滑效果进一步恶化，止推片、轴瓦等零件就出现异常磨损。(7)离合器操纵机构故障，会导致离合器接合不到位或分离不彻底，从而使曲轴持续受到一个轴向力，造成止推片与曲轴紧密贴合，无法建立有效润滑油膜，继而出现异常磨损，常见有：A．离合器操纵机构气管和油管打折或不顺畅，阻力大；B．油路中残留有空气，没彻底排空；C．离合总泵推杆处没按要求留有0.5～1mm的间隙（图4-5）；7图4-5D．离合踏板回位弹簧过松过软或离合踏板限位螺钉没锁紧，在车辆运行过程因振动的影响，限位螺钉会改变其旋入的长度，致使离合器踏板不能完全回位，也即是离合总泵不能完全回位。这样一来，助力分泵控制压缩空气通断的阀门就不能完全关闭，助力分泵也同样不能完全回位，相当于车辆运行时半离合状态，曲轴也就一直受到这个向前作用的分离力。(8)路况影响：公交用车或行驶山路车辆，需频繁踩离合，离合的瞬间产生的分离力，对发动机止推轴瓦寿命不利。(9)驾驶员不良操作习惯驾驶员换完挡后脚始终踩在离合器踏板上；车辆通过路况较差路面时，驾驶员为避免发动机熄火，总是保持半离合状态行驶；等待红绿灯或者短时间停车时，驾驶员不切换到空挡而是通过踩离合来切断动力输出等不良驾驶习惯都会加快止推片的磨损。(10)维护保养不到位：A．可调试的离合器分泵机构，要求离合器分离爪和分离轴承保持有3～5mm的间隙（图4-6尺寸G），分离间隙会变化的，离合器分离爪的杠杆比通常在3.6～5.5间，从动盘的磨损值会通过分离爪杠杆比放大，即从动盘磨损薄了1mm，离合器分离爪会翘出3.6～5.5mm,特别是新的离合器从动盘会磨损得快些，要及时调整间隙。如果不及时调整分离间隙，分离爪和分离轴承顶在一起，分离爪的8反作用力通过飞轮传到曲轴。在推力的作用下曲轴也不是浮动状态，会被一直推向曲轴皮带轮减振器端，受力的一侧止推轴瓦和曲轴止推面间难形成润滑油膜，经长时间不断的研磨后会出现了磨损；图4-6B．维修保养时没检查曲轴串动量，没及时发现止推轴瓦异常磨损，扩大故障。常用的检查曲轴串动量方法：百分表座吸合在发动机齿轮室上，百分表头打在曲轴减振器上，往飞轮端撬曲轴减振器，百分表头对零，踩离合踏板，这时百分表读数应在0.1～0.2mm（图4-7）。图4-79C．整车厂和维修厂每次装好变速箱后，忽略检查曲轴前后窜动量是否在许可的范围内，如能按规定检查，发现窜动量不在许可范围就可查明原因，防止故障进一步扩大。5.结论：止推片异常磨损、脱落除了零件质量问题外，最主要原因是因为止推片是在最恶劣的工况下工作的零件，同时，很少有止推片采用强制润滑的，止推片主要是靠主轴瓦处渗出机油和飞溅过来的机油润滑，润滑条件很差。当曲轴长期受到同一方向的轴向力时，曲轴不是浮动状态，这时从主轴瓦处渗出机油会从不受力那侧止推轴瓦和曲轴止推面的间隙处泄掉，受力的一对止推片与曲轴止推面不能形成足够厚度的、完整的、连续的油膜，长期不断研磨，止推片与曲轴止推面产生干摩擦，摩擦部位温度升高加快磨损，当止推片耐磨合金面磨损后，止推片和曲轴会快速磨损，止推片变薄直至脱落。参考文献[1]郝连超.汽车发动机构造与维修.北京：北京航空航天大学出版，2009.8[2]黄玮.柴油发动机构造与原理.北京：科学出版社，2009.10[3]陈家瑞.汽车构造.（上、下册）北京：机械工业出版社，2009.2[4]吴建华.汽车发动机原理.北京：机械工业出版社，2005.7