搜索
2013-10-11汽车发动机滑动轴承罗世明功能、装配及失效分析2013-10-11目录一、轴瓦的功能二、轴瓦的装配与使用三、轴瓦的失效分析和纠正四、案例2013-10-11第一部分轴瓦的功能一、轴瓦的作用轴瓦也称滑动轴承，它在轴与座孔之间主要起支承载荷和传递运动的作用。作为运动学来说，轴瓦是主要的摩擦副，大家都知道对于两个相对运动的物质（零件）来说，必然有一个要磨损乃至损坏。那么在发动机里面，无任是主轴还是机体磨损后的更换其成本都很高，所以人们就想到在轴与机体座孔之间增加一种容易更换且成本较低的零件-----那就是轴瓦。要损坏就首先损坏轴瓦。所以有专家说，轴瓦相当于电路中的保险丝，当电路短路时或负荷增大时，首先烧坏的就是保险丝。2013-10-11二、轴瓦材料1、轴瓦对材料的要求⑴、高的疲劳强度：疲劳强度是材料在弹性极限以下受周期性载荷的作用而不致发生开裂或产生表面凹坑的能力。⑵、良好的摩擦相容性：摩擦相容性是指主轴与瓦在相对运行中，轴瓦材料防止与轴颈材料发生冷焊和咬合的能力。⑶、良好的顺应性：所谓顺应性是指轴瓦材料通过弹性变形和塑性变形而自行适应轴的挠曲或轻微不对中（由于安装不良，轴和轴瓦座孔不同心，以及轴和轴瓦变形或磨损所致）而保持正常运转的能力。2013-10-11⑷、良好的嵌入性：嵌入性是指轴瓦材料可嵌进硬的污物微粒，从而防止或减轻它们将轴和轴瓦表面擦伤与磨损的能力。即使在精心维护的情况下，也很难使内燃机保持绝对清洁，很难避免污物微粒进入轴和轴瓦的间隙内。⑸、良好的耐蚀性：润滑油在高温下易氧化，生成腐蚀性物质-----有机酸和氧化物，此外油中的某些添加剂，特别是含硫、磷的添加剂，在很高的温度下，易于形成无机酸和氧化物，所有这些会引起轴瓦和轴颈的严重腐蚀。因腐蚀而形成的凹坑，一方面会影响正常的油膜的建立，加之腐蚀脱落的小颗粒会作为磨粒，从而使磨损加重，另一方面,这些小凹坑能形成疲劳源，使轴承加速疲劳失效。2013-10-11⑹、高的承载能力：承载能力是指轴瓦材料在不致产生过渡摩擦、磨损和疲劳损伤下所承受的最大单位压力。⑺、高的熔点：以防止由高温引起的损坏。现代重载内燃机的曲轴轴瓦材料应能在200℃之内的温度下长期稳定的工作而不致熔化或软化。⑻、较低的线膨胀系数，以便轴瓦间隙在工作中不会有很大的变化。2013-10-112、轴瓦材料的种类目前使用的轴瓦材料均为钢背--合金双金属材料使用最广泛的是钢背--铝基合金和钢背--铜基合金。⑴铝基合金主要是铝、锡及硅组成。①高锡铝合金：内圆表面不需电镀减磨合金层。具有中等疲劳强度、承载能力、良好的耐蚀性，有较好的轴承表面性能。适用于软曲轴。②中锡铝合金：内圆表面不需电镀减磨合金层。具有中等疲劳强度、承载能力、良好的耐蚀性，有较好的轴承表面性能。特别适用于球铁曲轴。③低锡铝合金：内圆表面需电镀减磨合金层。具有中等疲劳强度、承载能力、良好的耐蚀性，有较好的轴瓦表面性能。适用于硬曲轴。2013-10-11⑵铜铅合金主要由铜、铅及少量的锡组成。铜铅合金：内圆表面需电镀减磨合金层。具有高的疲劳强度、承载能力、抗冲击能力、耐蚀性，有较好的轴瓦表面性能。用于高速、重载的柴油机。铜铅合金表面镀层材料有铅锡铜三元和铅锡铜铟四元合金材料。三元镀层轴瓦适用于普通的柴油机。四元镀层轴瓦适用于强化的柴油机和高转速的柴油轿车。2013-10-11⑶轴瓦的材料结构①铝基瓦的材料结构②铜铅合金的材料结构2013-10-11三、轴瓦的结构要素1、自由状态弹开量轴瓦在自由状态下并非正圆，它是一个椭圆形的，其开口尺寸大于座孔尺寸。它的主要目的是使轴瓦与座孔产生过盈配合，在工作时轴瓦不发生转动。2013-10-112、厚度（壁厚）轴瓦的厚度主要是保证装配后工作时，轴瓦内圆与主轴颈具有一定的间隙。2013-10-113、对口减薄量轴瓦对口要有一定的减薄量，因为轴瓦在装配压紧后起对口会增厚，容易引起咬轴烧瓦。2013-10-114、半圆周长高出度（简称半径高）半圆周长高出度主要是保证轴瓦压入座孔后产生过盈配合，使轴瓦外圆与座孔紧紧贴合。不使轴瓦产生转动和有良好的导热性。2013-10-115、油槽及油孔油槽及油孔主要是保证油压的正常供给。2013-10-116、定位唇定位唇有2个作用，其一是保证轴瓦在座孔中的正确装配位置；其二是保证轴瓦因弹开量缩小而防止轴瓦转动。2013-10-11四、叙语1、上连杆瓦：安装在连杆体上的轴瓦称为上连杆瓦。2、下连杆瓦：安装在连杆盖上的轴瓦称为下连杆瓦。3、上主轴瓦：安装在缸盖上的轴瓦称为上主轴瓦。4、下主轴瓦：安装在缸体上的轴瓦称为下主轴瓦。其称法与发动机的工作位置恰好相反。2013-10-11第二部分轴瓦的装配与使用轴瓦的装配部位：连杆瓦、曲轴瓦、连杆衬套统称为轴瓦，它们都是安装在发动机的内部，连杆瓦安装在连杆和曲轴的连接部位，曲轴瓦安装在曲轴和缸体的固定托架上，连杆衬套是安装在连杆小端与活塞销的链接部位。2013-10-11第二部分轴瓦的装配与使用轴瓦的装配要注意以下几点：一、要有良好的清洁度因清洁度不好，轴瓦内圆表面有颗粒杂质或因油中或油道中的颗粒杂质夹在轴与轴瓦之间，很容易并很快使轴与瓦发生划伤，且产生烧瓦。二、要有良好的贴合度轴瓦外圆与座孔的贴合度主要是保证其导热性。特别对于旧车或连杆、主轴损坏比较大的车，其座孔变形均比较严重，那么在装配时必须要修磨座孔。不允许因座孔的变形而加垫铜片等异物。三、预紧力装配时座孔盖的预紧力要适当。预紧力过大容易使2013-10-11轴瓦产生塑性变形，而使瓦的弹开量消失导致咬轴烧瓦。预紧力过小会使轴瓦在工作时产生微量转动而使瓦异常磨损。四、装配间隙发动机在工作时，其主轴与瓦之间是有一层润滑油膜将主轴浮起来而使轴与瓦产生相对运动。那么就要求轴颈与瓦之间具有一定的配合间隙。装配间隙的大小与轴瓦材料和主轴颈的大小有关。其装配间隙具体的大小在我们的产品使用说明中已明确。在调整装配间隙时严禁在瓦背与座孔间垫铜片、纸片等物质；严禁铲刮轴瓦内圆。2013-10-11五、润滑油一定要按照发动机的使用说明来选用更换润滑油。要定期更换润滑油。不能使用老化的润滑油。六、不得长时间超负荷工作。七、避免频繁的急刹车或快速（不换档）启动。八、更换轴瓦后一定要使车空转2小时左右，保证轴与瓦的充分磨合。决不能带负荷立即行使。2013-10-11第三部分轴瓦的失效分析和纠正大家都知道，轴瓦是易损零件，其正常的失效形式为磨损失效。当工作很长时间（运行了很长的路程）后，轴与瓦之间的间隙经过磨损后超过了极限，即轴瓦磨损得已不能正常工作。此时轴瓦的磨损寿命已达到了设计寿命。此类磨损属于正常的磨损，也称为正常失效。在此我们仅对非正常的失效进行分析和采取纠正措施。2013-10-111、嵌入与拉伤A形貌特征⑴在轴瓦滑动表面散布着许多小黑点，用肉眼或放大镜观察有的为压入物，有的为小凹坑-----嵌入。(2)在滑动表面有沿运动方向的长擦痕或具有明显终止界线的无数细微划痕-----擦伤或划伤。(3)沿圆周方向有较深的拉伤沟槽，有的边部有材料迁移；严重时有可能深及钢背-----拉伤或刮伤。B损坏机理润滑油中的硬质颗粒对合金作用的结果：有的被压入，并将周围合金挤高。挤高合金被磨平，其中有的被旋转的轴颈刮落则留下的陷坑；有的被轴颈带动一同旋转，并随杂质本身大小为细微、细小或较大的差异而在合金表面留下深浅宽窄不一的运动轨迹，轻微的为擦伤、较重的为划伤、严重的为拉(刮)伤。C发生原因(1)发动机零件加工，组装过程中清洁度差、切屑、焊渣、型砂等积存与主油道及钻孔中的死角处未清理干净。(2)配件毛刺未除尽，在工作中脱落而混入润滑油。(3)使用中其他配件产生的磨粒或损坏碎屑进入润滑油。(4)机油滤清器过滤元件损坏短路或过滤精度太低，不能阻止机械杂质进入润滑油中。(5)道路上的沙尘因空气滤清元件精度或损坏而侵入发动机。2013-10-11D预防和纠正措施(1)提高配件及发动机组装清洁度。(2)按规定周期及时检修或更换空气及润滑油的滤清器元件。(3)加强机油中机械杂质含量的分析监控并及时更换润滑油。(4)更换严重拉伤的轴瓦。(5)检查并在必要时磨削拉伤的曲轴。2磨损A形貌特征(1)工作表面主要承载区呈现大面积沿旋转方向的细微磨痕，有时为发亮的抛磨痕迹，轴承间隙加大。2013-10-11(2)在油孔，油槽边缘出现冲刷状磨痕。(3)工作表面主要承载区出现比较光滑的磨痕，从无磨损区到磨损区过渡平滑，磨损总量明显可测，油隙显著加大。B损坏机理(1)形貌(1)为机油中含有大量细小杂质长期缓慢磨损的结果-----磨粒磨损。(2)形貌(2)为高速流动的滑油中含有磨粒，长期冲蚀合金的结果-----侵蚀磨损。(3)形貌(3)为油隙偏小，轴承长期混合油膜润滑状态的结果-----混合摩擦磨损。2013-10-11C发生原因(1)润滑油滤器精度低导致大粒度磨粒污染润滑油。(2)油膜厚度太薄，油膜承载力不够；发动机长时间过载或频繁启动、停机。D预防和纠正措施(1)提高滤清元件精度。(2)提高发动机零部件及整机组装清洁度，减少机械杂质对润滑油的污染。2013-10-113偏磨A形貌特征（1）上瓦和/或下瓦的同一端部出现月牙形或D字形磨损区域（2）上瓦和/或下瓦的两端边缘出现宽度不大的磨损带。（3）上瓦和/或下瓦中部出现带状磨损区。（4）上下瓦相反端或对角线方向出现局部磨损区。（5）上下瓦相反的对口面一侧合金出现局部磨损。B损坏机理轴颈、轴承孔的形状误差，使得某些区域油隙不足，2013-10-11造成轴颈对轴瓦表面施加额外的附加载荷，增加了摩擦热，加速了轴瓦（也包括轴颈）的磨损。C发生原因（1）轴颈锥形或座孔锥形。（2）轴颈马鞍形或轴承座孔马鞍形。（3）轴颈鼓形或座孔鼓形。（4）连杆杆身弯曲或扭曲，造成大小端孔轴线在垂直平面和/或水平投影平面内的不平行。（5）轴承盖在径向偏移。D预防和纠正措施（1）提高曲轴、机体和连杆（轴瓦座孔）的加工精度，减小形状误差。（2）已发生偏磨的，要针对性地检查：①轴颈有无严重磨损，必要时予以磨修消除缺陷。②检查连杆，若发现扭曲或弯曲，应修复或更换。③组装之前，要采取妥善措施避免连杆受到摔打、瞌碰，已防变形。④采取正确的组装工艺，防止轴瓦盖径向错位（包括认真检查轴瓦座孔在剖分面上下15。范围处的直径差）。2013-10-11⑤防止超速超载之类极端工作状态，以免连杆杆变形。4疲劳A形貌特征（1）下主轴瓦、上连杆瓦主要承载区出现大面积合金或镀覆层网状裂纹及龟裂脱落。（2）轴瓦合金局部龟裂脱落。①偏磨部位合金龟裂、脱落。②定位唇对应的冲槽周围合金局部龟裂脱落。③对口面附近合金局部龟裂脱落。④油槽边缘对应部位合金局部龟裂脱落。（3）这种龟裂脱落有如下显著特点：①脱落部位留下一层薄薄的不规则的合金残留物。②定位唇对应的冲槽周围合金局部龟裂脱落，往往在脱落区的附近有严格接触磨损和刮伤痕迹。B损坏机理由于发动机施加于轴瓦的重交变载荷，导致轴瓦表面金属材料因疲劳而龟裂。随后，疲劳裂纹逐渐加宽加深，当接近结合面时，转向沿平行与结合面方向发展，最终裂纹相连，导致合金或镀层呈片状脱落，由于几何形状误差和不对中造成的轴颈与轴瓦局部接触而产生的附加静载荷，以及高温等原因，使疲劳损坏的危险进一步增加。2013-10-11C发生原因（1）下主轴瓦、上连杆瓦主要承载区大面积疲劳的主要原因：①可能是轴瓦使用时间超过了规定寿命期；②汽缸爆发压力过高；③超速超载；④工作温度太高，使轴承材料机械性能降低等原因。（2）各种局部疲劳损坏，则多半由于摩擦副系统中的相关零部件几何形状误差及组装失误造成轴瓦工作表面局部凸起，凸起部位与轴径发生直接接触，产生了附加静载荷和局部高温，导致材料疲劳脱落。这些误差与失误主要来自于：2013-10-11①轴颈锥形或轴瓦孔锥形导致上、下瓦一单边缘加载。②轴颈马鞍形或轴瓦孔马鞍形上、下瓦两端边缘加载。③轴颈鼓形或轴瓦孔鼓形导致受力瓦中间局部过载。④轴瓦盖径向偏移导致上、下瓦相反对口面一侧合金局部加载。⑤连杆弯曲导致上、下