大功率发动机轴瓦失效研究

费运嘉 魏顺冬 郑泽

摘要：发动机轴瓦也称滑动轴承，主要功能为支撑及传递轴系转动。随着现在柴油机的强化指标越来越高，发动机的爆发压力已经达到了20MPa以上，曲轴传递给轴瓦的压力也随之增高，一旦润滑条件不充分，导致轴瓦与曲轴轴径之间发生金属硬接触，导致轴瓦磨损，甚至摩擦的高温导致轴瓦烧瓦、抱瓦失效。轴瓦的失效往往对发动机破坏性极大，容易导致曲轴的断裂失效，所以发动机轴瓦对发动机的正常运行极其重要，我们针对大功率发动机的轴瓦失效的问题进行了全面的失效原因分析，并根据分析结果提出了整改措施，很好的解决了轴瓦失效的问题。

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.

关键词：轴瓦;清洁度;烧瓦

Key words： bearing;cleanliness;bearing tileburning

中图分类号：U464.13                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0030-03

0  引言

发动机轴瓦也称滑动轴承，主要功能为支撑及传递轴系转动。在发动机运转过程中，曲轴与主轴瓦、连杆瓦之间必然会存在摩擦，由于曲轴的主轴颈以及连杆轴径与轴瓦之间均有一定的配合间隙，在发动机运转时，曲轴与轴瓦的间隙之间充满了润滑油，以降低摩擦，减小轴径及轴瓦的磨损。

随着现在柴油机的强化指标越来越高，发动机的爆发压力已经达到了20MPa以上，曲轴传递给轴瓦的压力也随之增高，一旦润滑条件不充分，导致轴瓦与曲轴轴径之间发生金属硬接触，导致轴瓦磨损，甚至摩擦的高温导致轴瓦烧瓦、抱瓦失效。轴瓦的失效往往对发动机破坏性极大，容易导致曲轴的断裂失效，所以发动机轴瓦对发动机的正常运行极其重要，我们针对大功率发动机的轴瓦失效的问题进行了全面的失效原因分析，并根据分析结果提出了整改措施，很好的解决了轴瓦失效的问题。

1  问题描述

在某机型项目开发小批量试制的发动机项目中，曲轴、连杆、轴瓦等核心零部件均为国内知名厂家提供。在对下线发动机进行台架检测时，发生数起曲轴抱瓦失效现象（图1）。

2  原因分析

结合实际情况，轴瓦抱瓦烧瓦的原因主要有以下几种：

①零部件尺寸不合格。

1）外购零部件尺寸不合格;

2）缸体曲轴孔尺寸不合格。

②装配尺寸不合格。

1）油膜间隙不合格;

2）轴向间隙不合格。

③机油成分不合格。

④清洁度不合格。

1）外购零部件清洁度不合格（曲轴、连杆、轴瓦）;

2）缸体清洁度不合格。

首先引起曲轴抱瓦的外购零部件主要有曲轴、连杆、轴瓦，因此对发动机曲轴抱瓦的同一批次零部件的尺寸进行测量统计，判断是否是造成曲轴抱瓦的原因。

經过对曲轴轴径的直径、圆度、直线度等尺寸检测（图2），结果表明曲轴的相关尺寸均在公差要求的中值附近，符合要求。

经过对连杆大头的直径、圆度、圆柱度的测量，对轴瓦半径高的测量，结果（图3）显示，连杆的相关尺寸均在公差要求范围内，符合要求。

从在线实时测量工具MARPOSS中调取抱瓦发动机同一批次缸体曲轴孔直径数据，通过蔡司Piweb测量系统统计曲轴孔位置度、圆柱度尺寸，结果显示符合图纸要求。

虽然零部件的尺寸满足要求，在发动机装配后，由于装配的误差、螺栓拧紧的误差等因素，也无法确认曲轴与轴瓦之间的油膜间隙在合格范围内。于是针对曲轴抱瓦同批次发动机进行了轴瓦间隙测量实验（图4），结果显示轴瓦间隙均在要求范围内，满足要求。

经过上述对零部件的检测后，排除了曲轴相关周围零部件的尺寸及装配问题，继续进行外购件清洁度的检测，抽取抱瓦发动机同批次多个曲轴、连杆，用5μm滤膜对其进行清洁度检测，结果显示曲轴、连杆的清洁度都是合格的（图5）。

轴瓦的失效可能会与润滑油的质量存在关联，对下线测试台架的机油进行取样，委托第三方权威机关进行化学成分检测，通过指标值和分析结果的对比，各个分析项目都在合理的范圍内，最终第三方检测结果为润滑油化学成分合格。

继续对缸体的清洁度进行检测，抽取曲轴抱瓦同批次库存多个缸体进行清洁度检测，发现存在清洁度不合格的缸体。同时，调去了缸体最初下线时清洁度检测报告，发现清洁度是合格的，初步怀疑库存缸体可能存在二次加工过程，且未再次进行清洗。（图6）

同时针对失效轴瓦，进行电镜扫描，对失效轴瓦的嵌入物成分进行分析，结果显示嵌入物为氧化铝硬质颗粒及铁屑（图7）。

发动机的缸体、曲轴、轴瓦是不含氧化铝的，初步判断为外来异物，打磨机磨头磨粒成分为刚玉，刚玉的成分为氧化铝，常被用作打磨时的磨料，硬度仅次于金刚石，判断为磨头磨粒打磨时进入主油道，在曲轴和轴瓦上造成拉伤，导致抱瓦。结合缸体的清洁度不合格，主要调查缸体是否存在二次打磨造成氧化铝颗粒进入主油道。

通过调查发现，库存缸体上线装配时，发现某零部件安装面有接刀痕，存在质量风险，因此临时增加了打磨工序，在打磨过程中，防护不到位导致异物进入缸体造成清洁度不合格，进而导致了此次的抱瓦失效。

3  整改措施

经过原因分析后确定是由于打磨接刀痕时掉落的氧化铝磨料造成缸体清洁度不合格，因此决定优化调整刀具加工路线，减少接刀痕的产生，但是受刀具磨损的影响，接刀痕无法百分百消除，因此对少量存在的接刀痕的缸体，实时打磨时完全防护，打磨后百分百清洗。

上述措施实施后，曲轴抱瓦失效事故已经完全消除。

通常轴瓦的抱瓦、烧瓦事故80%左右都是清洁度造成的，轴瓦失效的后果严重度极高，在发动机生产制造的各个环节要严格控制清洁度，并对下线发动机进行百分百台架热试检测，防止不合格产品的流通。

参考文献：

[1]杨连生.内燃机设计[M].北京：中国农业机械出版社，1981.

[2]柴油机设计手册编辑委员会.柴油机设计手册上[M].北京：中国农业机械出版社，1984.

[3]张芳.内燃机车柴油机轴瓦失效的原因与预防措施[J].铁道机车车辆.2006，26（6）：52-55.