大功率發動機軸瓦失效研究

費運嘉 魏順冬 鄭澤

摘要：發動機軸瓦也稱滑動軸承，主要功能為支撐及傳遞軸系轉動。隨著現在柴油機的強化指標越來越高，發動機的爆發壓力已經達到了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，導致軸瓦與曲軸軸徑之間發生金屬硬接觸，導致軸瓦磨損，甚至摩擦的高溫導致軸瓦燒瓦、抱瓦失效。軸瓦的失效往往對發動機破壞性極大，容易導致曲軸的斷裂失效，所以發動機軸瓦對發動機的正常運行極其重要，我們針對大功率發動機的軸瓦失效的問題進行了全面的失效原因分析，并根據分析結果提出了整改措施，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.

關鍵詞：軸瓦;清潔度;燒瓦

Key words： bearing;cleanliness;bearing tileburning

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

0? 引言

發動機軸瓦也稱滑動軸承，主要功能為支撐及傳遞軸系轉動。在發動機運轉過程中，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，在發動機運轉時，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。

隨著現在柴油機的強化指標越來越高，發動機的爆發壓力已經達到了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，導致軸瓦與曲軸軸徑之間發生金屬硬接觸，導致軸瓦磨損，甚至摩擦的高溫導致軸瓦燒瓦、抱瓦失效。軸瓦的失效往往對發動機破壞性極大，容易導致曲軸的斷裂失效，所以發動機軸瓦對發動機的正常運行極其重要，我們針對大功率發動機的軸瓦失效的問題進行了全面的失效原因分析，并根據分析結果提出了整改措施，很好的解決了軸瓦失效的問題。

1? 問題描述

在某機型項目開發小批量試制的發動機項目中，曲軸、連桿、軸瓦等核心零部件均為國內知名廠家提供。在對下線發動機進行臺架檢測時，發生數起曲軸抱瓦失效現象（圖1）。

2? 原因分析

結合實際情況，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，因此對發動機曲軸抱瓦的同一批次零部件的尺寸進行測量統計，判斷是否是造成曲軸抱瓦的原因。

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

經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，結果（圖3）顯示，連桿的相關尺寸均在公差要求范圍內，符合要求。

從在線實時測量工具MARPOSS中調取抱瓦發動機同一批次缸體曲軸孔直徑數據，通過蔡司Piweb測量系統統計曲軸孔位置度、圓柱度尺寸，結果顯示符合圖紙要求。

雖然零部件的尺寸滿足要求，在發動機裝配后，由于裝配的誤差、螺栓擰緊的誤差等因素，也無法確認曲軸與軸瓦之間的油膜間隙在合格范圍內。于是針對曲軸抱瓦同批次發動機進行了軸瓦間隙測量實驗（圖4），結果顯示軸瓦間隙均在要求范圍內，滿足要求。

經過上述對零部件的檢測后，排除了曲軸相關周圍零部件的尺寸及裝配問題，繼續進行外購件清潔度的檢測，抽取抱瓦發動機同批次多個曲軸、連桿，用5μm濾膜對其進行清潔度檢測，結果顯示曲軸、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量存在關聯，對下線測試臺架的機油進行取樣，委托第三方權威機關進行化學成分檢測，通過指標值和分析結果的對比，各個分析項目都在合理的范圍內，最終第三方檢測結果為潤滑油化學成分合格。

繼續對缸體的清潔度進行檢測，抽取曲軸抱瓦同批次庫存多個缸體進行清潔度檢測，發現存在清潔度不合格的缸體。同時，調去了缸體最初下線時清潔度檢測報告，發現清潔度是合格的，初步懷疑庫存缸體可能存在二次加工過程，且未再次進行清洗。（圖6）

同時針對失效軸瓦，進行電鏡掃描，對失效軸瓦的嵌入物成分進行分析，結果顯示嵌入物為氧化鋁硬質顆粒及鐵屑（圖7）。

發動機的缸體、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，常被用作打磨時的磨料，硬度僅次于金剛石，判斷為磨頭磨粒打磨時進入主油道，在曲軸和軸瓦上造成拉傷，導致抱瓦。結合缸體的清潔度不合格，主要調查缸體是否存在二次打磨造成氧化鋁顆粒進入主油道。

通過調查發現，庫存缸體上線裝配時，發現某零部件安裝面有接刀痕，存在質量風險，因此臨時增加了打磨工序，在打磨過程中，防護不到位導致異物進入缸體造成清潔度不合格，進而導致了此次的抱瓦失效。

3? 整改措施

經過原因分析后確定是由于打磨接刀痕時掉落的氧化鋁磨料造成缸體清潔度不合格，因此決定優化調整刀具加工路線，減少接刀痕的產生，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，實時打磨時完全防護，打磨后百分百清洗。

上述措施實施后，曲軸抱瓦失效事故已經完全消除。

通常軸瓦的抱瓦、燒瓦事故80%左右都是清潔度造成的，軸瓦失效的后果嚴重度極高，在發動機生產制造的各個環節要嚴格控制清潔度，并對下線發動機進行百分百臺架熱試檢測，防止不合格產品的流通。

參考文獻：

[1]楊連生.內燃機設計[M].北京：中國農業機械出版社，1981.

[2]柴油機設計手冊編輯委員會.柴油機設計手冊上[M].北京：中國農業機械出版社，1984.

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