軸瓦失效分析

軸瓦失效分析第一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四軸瓦正常運(yùn)行特征軸瓦正常運(yùn)行特征軸瓦的常規(guī)磨損很大部分發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或最初運(yùn)行階段。除此外，軸瓦的磨損率明顯減小。在足夠的預(yù)防措施下，在研磨過程中，只有非常小或沒有微粒呈現(xiàn)在軸瓦表面上。在這種情況下軸瓦有一個(gè)相當(dāng)長的壽命循環(huán)周期。

一個(gè)很好的證明，軸瓦使用超過其使用壽命，表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)有噪音和潤滑油壓力降低。這些擦傷的出現(xiàn)沒有問題，除非達(dá)到合金基礎(chǔ)層。如果繼續(xù)運(yùn)行，這些刮傷可能會(huì)消失。

正常磨損表現(xiàn)為由于沒有被機(jī)油濾清器濾掉的微粒引起少量軸瓦表面擦傷。第二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

由于故障，軸瓦早期失效

腐蝕現(xiàn)象腐蝕的典型現(xiàn)象表現(xiàn)為在軸瓦表面形成黑色合成物或小凹槽。原因腐蝕是潤滑油組成物在軸瓦合金上產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成的。這些象水或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)潤滑劑氧化產(chǎn)生的氧化物不屬于潤滑系統(tǒng)，當(dāng)軸瓦在腐蝕環(huán)境中運(yùn)行時(shí)這些有害反應(yīng)會(huì)加劇，導(dǎo)致軸瓦合金表面一種或多種合金元素剝落，或形成脆性氧化物。在第一階段，受腐蝕的金屬由于本身附著性差和強(qiáng)度疲勞脫離母體，在滑行表面上易脆裂的氧化層也由于疲勞或腐蝕剝落，少數(shù)附著性強(qiáng)的顆粒仍停留在這些表面上。潤滑油工業(yè)已經(jīng)開發(fā)出添加劑來阻止發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間運(yùn)行過程中潤滑油氧化，極大降低了氧化危害，但是并沒有完全消除它。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量加速了氧化過程。軸瓦裸露在空氣和水里，或與潤滑油中的其它材料，包括能產(chǎn)生接觸反應(yīng)的金屬，也會(huì)產(chǎn)生腐蝕。其它包括曲軸箱竄氣或高硫磺含量燃料燃燒，再加上無機(jī)酸的形成也會(huì)引起腐蝕第三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四糾正根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的規(guī)定更換潤滑油；如果是曲軸箱竄氣（氣體下竄到曲軸箱）引起的腐蝕，如果有必要，更換活塞環(huán)和重新裝配發(fā)動(dòng)機(jī)。由于故障軸瓦早期失效第四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

現(xiàn)象表面大部分區(qū)域抗磨材料剝落，鋼背裸露在外。原因當(dāng)運(yùn)行的軸瓦溫度高于熔點(diǎn)326oC或高于錫的熔點(diǎn)231oC，由于軸產(chǎn)生相當(dāng)大的牽引力，防摩擦材料達(dá)到其熱碎裂點(diǎn)。第五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

熱疲勞原因在這種情況下，鉛和錫將會(huì)熔化，與銅分離，表面涂層失去鋼背支撐，因此材料剝落。熱條件下產(chǎn)生的易脆性是由于軸瓦某些區(qū)域過度受熱而形成的。過度受熱還能引起徑向間隙不足，產(chǎn)生雜質(zhì)，曲軸頸部變形，缸體與曲軸中心線不重合。糾正根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的推薦的間隙安裝軸瓦；當(dāng)更換潤滑油時(shí)，要保證潤滑油絕對(duì)清潔；安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，去除所有加工殘?jiān)臀酃?；在安裝新軸瓦之前，應(yīng)仔細(xì)觀察所有曲軸頸部尺寸,核實(shí)缸體和曲軸中心重合度。第六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

第七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

普通疲勞現(xiàn)象軸瓦表面顯示不規(guī)則的抗摩擦材料分離區(qū)域。第八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

原因由于不正?；蜓h(huán)壓力引起強(qiáng)度疲勞，換句話說，達(dá)到了載荷峰值（圖7.3.1）。疲勞斷裂起源于過載，垂直傳播到軸瓦表面上。達(dá)到軸瓦合金和支持材料（鋼背）焊縫以前，斷裂改變了其方向，平行傳播到焊縫。由于軸瓦材料分離，這些斷裂會(huì)相互連接。最常見的疲勞發(fā)生在三層軸瓦合金的最上層，當(dāng)斷裂發(fā)生，經(jīng)過垂直傳播后，它將平行傳播到鍍鎳層，導(dǎo)致一些區(qū)域鍍鎳層減少（圖7.3.2）。第九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

糾正假如軸瓦的使用壽命低于預(yù)期壽命，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度和載荷情況，消除可能存在的缺陷。遵照發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的推薦，避免使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過載。第十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

軸瓦潤滑油不足現(xiàn)象當(dāng)軸瓦由于缺乏潤滑油或潤滑油稀釋失效時(shí)，它的運(yùn)行表面變得光亮（圖7.4.2）。如果完全沒有潤滑油，軸瓦表現(xiàn)為其與曲軸軸頸接觸的光滑表面區(qū)域沿軸方向材料被剝落。原因軸瓦和曲軸間潤滑油不足或潤滑油膜稀釋，將磨損軸瓦電鍍層，一般由以下原因造成：垂直間隙不足；潤滑油稀釋；發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)。潤滑油的缺乏，導(dǎo)致軸瓦與曲軸軸頸相互撞擊，由于抗摩擦材料的剝落磨損加劇。通常由以下原因造成：部分潤滑油通道阻塞；選擇軸瓦尺寸過?。恢鬏S瓦裝反（下軸瓦反裝為上軸瓦）油泵或減壓閥功能不好；第十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

第十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效糾正在選擇新軸瓦時(shí)檢查曲軸頸部尺寸；如果有必要，研磨曲軸頸部檢查油泵和減壓閥的工作狀況，如果有必要，修復(fù)或更換。檢查軸瓦潤滑油孔是否與缸體以及連桿的潤滑油孔在一條線上；避免使發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)；檢查潤滑油含燃油或冷卻液的稀釋情況。軸瓦輪軸油膜油膜不足第十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

氣蝕現(xiàn)象軸瓦表面部分區(qū)域被腐蝕。一腐蝕穿透軸瓦合金層厚度達(dá)到鋼背。原因氣蝕的一種損壞形式是軸瓦抗摩擦合金層上瞬間低壓油蒸氣泡爆炸而形成的。發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行中加載在軸瓦上的載荷在強(qiáng)度和方向上迅速起伏，導(dǎo)致軸瓦的潤滑油膜壓力迅速改變。這種壓力變化隨次數(shù)的增加越來越高，使得軸瓦和曲軸頸部的變形也變大。曲軸潤滑油孔潤滑油流速過快，凹槽、窄溝、尖角等不連續(xù)的面引起的潤滑油流速改變也會(huì)引起軸瓦腐蝕。軸瓦氣蝕主要有以下四種情況:吸氣引起的腐蝕—發(fā)生在曲軸運(yùn)動(dòng)之后；換氣引起的腐蝕—發(fā)生在曲軸運(yùn)動(dòng)之前；氣穴流動(dòng)引起的腐蝕；氣穴撞擊引起的腐蝕。

第十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效糾正根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的推薦使用有粘性的潤滑油；檢查潤滑油油壓；避免潤滑油被污染；檢查裝配間隙。第十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

間隙過大現(xiàn)象軸瓦側(cè)面邊界部分抗磨擦層合金變形/移位引起的微粒刮傷軸瓦表面。.原因假如曲軸或曲軸頸部尺寸比推薦值最小值還小，而且軸瓦內(nèi)腔尺寸比推薦的最大值還大，這樣會(huì)導(dǎo)致潤滑油間隙比允許的值大。間隙過大使得曲軸沒有液態(tài)動(dòng)力支撐，曲軸與軸瓦表面接觸，引起軸瓦抗摩擦層融化或表面變形（圖7.6到7.6.3）糾正檢查軸瓦、連桿和曲軸頸部的直徑尺寸；應(yīng)用正確的連桿螺栓扭矩，根據(jù)制造商的建議時(shí)間更換螺栓；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的建議保持的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油充足。第十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效

材料疲勞材料疲勞放大第十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四由于故障軸瓦早期失效第十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

安裝錯(cuò)誤引起的軸瓦早期失效

軸向間隙不足(縱向)現(xiàn)象軸瓦邊緣和在內(nèi)表面曲軸高載荷端過度磨損，其它部分正常磨損。在磨損區(qū)域，產(chǎn)生熔化和抗摩擦金屬合金剝落。原因由于不正確安裝或曲軸壓在軸瓦邊緣引起電鍍層或金屬板位置不正確，導(dǎo)致間隙不足。從某種程度上說，引起摩擦和潤滑油膜缺乏，溫度上升，直到鉛從銅合金層分離，這些區(qū)域完全損壞。糾正遵從發(fā)動(dòng)機(jī)制造商規(guī)定的裝配間隙；檢查發(fā)動(dòng)機(jī)與齒輪箱之間的連接元素位置是否正確。第十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第二十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效軸瓦翻邊完全磨損軸瓦前止推面沒有磨損后止推面磨損第二十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

固體雜質(zhì)現(xiàn)象外界雜質(zhì)侵入抗摩擦合金層，導(dǎo)致合金層移位，也能發(fā)現(xiàn)軸瓦表面有刮傷。原因潤滑油中的灰塵，污垢，磨削和金屬顆粒吸附在軸瓦表面上，使抗磨合金材料移位。這些發(fā)射出來的合金材料或微粒到達(dá)曲軸上，引起局部摩擦，損壞潤滑油膜。（圖8.2.3）在裝機(jī)前或裝機(jī)后，發(fā)動(dòng)機(jī)清洗不正確，將遺留雜質(zhì)。磨損的金屬元件也產(chǎn)生惡劣的工況環(huán)境。糾正安裝新軸瓦時(shí)，仔細(xì)遵照清洗指導(dǎo)清洗軸瓦；如果有必要，研磨曲軸；遵照發(fā)動(dòng)機(jī)制造商規(guī)定的時(shí)間間隔更換潤滑油和濾清器，保持濾清器和曲軸箱清潔。第二十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第二十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效抗磨擦合金鋼背雜質(zhì)間隙曲軸材料移位第二十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

軸瓦有雜質(zhì)引起溝痕軸瓦有雜質(zhì)四周擦傷第二十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效軸瓦表面擦傷軸瓦油孔四周劃傷第二十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

內(nèi)腔雜質(zhì)現(xiàn)象軸瓦合金表面有局部磨損，相應(yīng)地軸瓦背面有少量雜質(zhì)引起的磨損痕跡。原因軸瓦內(nèi)腔及背面有雜質(zhì)導(dǎo)致接觸面不充分并削弱熱量流動(dòng)。這些區(qū)域的熱量和局部載荷使軸瓦疲勞強(qiáng)度上升，材料分離。(圖.8.3.2).糾正在安裝新軸瓦之前，仔細(xì)清洗軸瓦內(nèi)腔，去除所有毛刺，灰塵和固體顆粒。檢查曲軸頸部，如果有必要，重新研磨。第二十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第二十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效機(jī)體雜質(zhì)軸瓦正面?zhèn)让娴诙彭?，共五十四頁，編輯?023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

橢圓形內(nèi)腔現(xiàn)象軸瓦邊緣附近區(qū)域過度磨損。原因由于連桿在交替負(fù)荷下彎曲，內(nèi)腔變成橢圓形。軸瓦也有形成這種形狀的趨勢(shì)，因此內(nèi)表面形成橢圓形。由于內(nèi)腔變形，軸瓦的分隔間隙明顯減小，這將導(dǎo)致抗磨擦合金與曲軸頸部之間的金屬撞擊。（圖8.4.1）糾正檢查軸瓦內(nèi)腔的環(huán)狀，如果超過規(guī)定，修復(fù)或更換連桿。檢查曲軸頸部，如果有必要，研磨曲軸頸部。第三十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效曲軸與軸瓦接觸面劃痕分隔線磨損區(qū)域第三十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

軸瓦高度不足現(xiàn)象軸瓦背面或某些表面可見一些光亮區(qū)域（拋光區(qū)域），也包括分隔區(qū)表面。原因緊固不夠，必要徑向壓力難以形成，軸瓦難以保持在軸瓦腔內(nèi)。由于接觸面不充分，熱量流動(dòng)困難，同時(shí)軸瓦跳動(dòng)的其它磨擦，使得熱量增加。導(dǎo)致軸瓦高度不足的原因:分隔表面重新加工；由于軸瓦間分隔表面有灰塵和毛刺，軸瓦遠(yuǎn)離內(nèi)腔；扭矩不足；螺栓與螺孔端部干涉；軸瓦內(nèi)腔尺寸超過規(guī)定直徑。糾正在扭緊螺母和螺栓之前，清洗軸瓦分隔表面；檢查軸瓦內(nèi)腔尺寸和整體情況，如果有必要，對(duì)其鉆孔；遵照發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的推薦值扭緊螺母和螺栓。第三十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第三十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

缺少徑向力軸瓦在內(nèi)腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)第三十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四軸瓦高度過高現(xiàn)象兩片軸瓦分隔附近區(qū)域過度磨損原因在把軸瓦裝入曲軸腔內(nèi)時(shí)，軸瓦分隔表面有凸出。當(dāng)扭緊螺栓時(shí)，它將壓在曲軸內(nèi)腔表面上，產(chǎn)生相當(dāng)大的徑向接觸壓力。圖片展示了軸瓦高度過高，產(chǎn)生的徑向接觸壓力使軸瓦分隔區(qū)域附近變形。（圖8.6.1）最常見的原因是：分隔表面重新加工；扭矩過大。糾正軸瓦分隔區(qū)、缸體或連桿應(yīng)該被研磨過，重新加工連桿內(nèi)腔來獲取內(nèi)腔園度。在檢查扭矩扳手對(duì)螺栓的扭緊力矩后，檢查其它任何過程（孔徑標(biāo)準(zhǔn)，等），是否橢圓公差在允許的極限范圍內(nèi)；必須遵照發(fā)動(dòng)機(jī)制造商推薦的扭矩扭緊螺栓和螺母。安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效第三十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效分隔線接觸面高度過高第三十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

連桿彎曲或扭曲現(xiàn)象兩片軸瓦對(duì)應(yīng)面對(duì)稱過度磨損原因連桿彎曲或扭曲，內(nèi)腔錯(cuò)位，產(chǎn)生高壓力區(qū)域，甚至可能產(chǎn)生軸瓦和曲軸勁部金屬撞擊。強(qiáng)迫安裝活塞銷，在虎鉗上或搖動(dòng)扭緊螺栓可能引起連桿彎曲。(圖.8.7.1).糾正檢查并替換連桿，如果有必要；避免扭矩載荷加載在連桿上。第三十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

摩擦壓力過大第三十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

頂部移位現(xiàn)象兩片軸瓦接近分隔區(qū)域的對(duì)稱面上過度磨損原因軸瓦頂部移位，迫使兩片軸瓦的一邊靠在曲軸上（圖8.8），這主要由以下原因引起：扭緊螺栓時(shí)，扭矩不足。瓦片倒置；孔，銷或其它中心位置改變；曲軸在磨削過程中，中心移位；再使用連桿或軸瓦螺栓糾正選擇足夠的扭矩和有選擇地扭緊螺栓，以便達(dá)到完美的軸瓦位置；確保軸瓦位置正確；檢查軸瓦中心系統(tǒng)是否改變或損壞，如果有必要，進(jìn)行更換；遵照發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的建議更換連桿和螺栓；;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的規(guī)定加工曲軸第三十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

壓力區(qū)頂部倒置旋轉(zhuǎn)障礙第四十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第四十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

曲軸變形現(xiàn)象在一付主軸瓦上部或下部有明顯的磨損條紋。這種磨損從一片軸瓦轉(zhuǎn)移到另一片軸瓦，但總的來說主要表現(xiàn)在中心軸瓦上。原因曲軸變形使主軸瓦過載，在最高扭曲點(diǎn)形成高壓由于這些原因也會(huì)導(dǎo)致間隙減小，軸瓦和曲軸頸部產(chǎn)生金屬撞擊。(圖.8.9)由于處理不足，存儲(chǔ)方式不對(duì)或極度條件下運(yùn)行都有可能引起曲軸變形糾正檢查，如果曲軸變形，采取足夠的糾正措施；校正曲軸。第四十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效曲軸中心線變形曲軸中心線潤滑油間隙缸體中心線潤滑油間隙第四十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

缸體變形現(xiàn)象在主軸瓦副上部或下部能觀察到很明顯的摩擦條紋。這種磨損可以從一片軸瓦延伸到另一片軸瓦但總的來說，主要集中在中心軸瓦上。原因突然加熱和冷卻系統(tǒng)缺少溫度調(diào)節(jié)閥是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸體變形的原因之一。以下原因也會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)缸體變形：不良運(yùn)行環(huán)境（如：發(fā)動(dòng)機(jī)過載）；缸蓋螺栓扭緊程序不正確。(圖.8.10.2)糾正

使用足夠的手段來檢查可能存在的變形；主軸瓦座重新鏜孔；安裝溫度調(diào)節(jié)閥。第四十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

第四十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

缸體變形軸瓦不正常劃痕第四十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期四安裝錯(cuò)誤引起軸瓦早期失效

曲軸頸部失圓現(xiàn)象現(xiàn)象軸瓦表面呈不均衡的磨損條紋。根據(jù)最高壓產(chǎn)生的區(qū)域，有三種區(qū)分形式，曲軸頸部插圖分別闡述了這三種故障現(xiàn)象。(圖.8.11-A,B和C).原因曲軸頸部失圓使得在軸瓦表面上的載荷不均衡，在某些區(qū)域產(chǎn)生高負(fù)荷，加速磨損。軸瓦與曲軸之間間隙變小，產(chǎn)生金屬撞擊。其它