内燃机润滑系统中的曲轴与轴瓦故障及预防

唐占

　　摘　要：内燃机轴瓦的失效往往是由于在使用中机油变质或短缺，没有合理形成正常的油膜厚度，轴颈与轴瓦的装配间隙太小，还有机油压力低是影响润滑效果的关键指标，使得曲轴与轴瓦之间因缺少机油润滑而“咬死”。失效形式包括严重拉伤，缺少润滑油，干摩擦产生合金层熔化，摩擦副的摩滑面没有保持一定厚度的油膜，以及各种局部过载疲劳破坏、气蚀和V形破坏等。通过对其故障原因的分析，提出了预防措施。

　　关键词：抱轴；轴瓦失效；疲劳；气蚀；摩擦副

　　1　轴瓦的烧损机理

　　轴瓦烧损的机理是由于轴颈和轴瓦之间的润滑油膜破裂，导致轴瓦和曲轴产生摩擦，在高温、高压和高转速下，轴瓦的耐磨合金层过早地磨损或熔化，从而引起轴瓦和曲轴粘咬，会使轴瓦的钢背和座孔中产生旋转运动，进油孔被堵塞，再由钢背和座孔的磨擦进一步引起高温使轴瓦烧坏，并会造成螺栓折断，发生甩出捣坏内燃机缸体的恶性事故。通常若同时出现下列几种现象时，即可判定该内燃机的轴瓦烧损：

　　a.机油温度急剧升高达95℃以上；

　　b.机油压力原来正常，以后突然产生大幅下降；

　　c.内燃机工作时发出异常响声；

　　d.拆下机油滤清器和油底壳检查，发现有合金粉末。
　　2　内燃机烧瓦的常见原因分析

　　2.1轴瓦的预紧高度不合技术要求

　　轴瓦装入座孔时，为了保证轴瓦凭借自身的弹力作用与轴瓦座孔紧密地贴合，在轴瓦钢背表面镀层作用下使贴合更适宜，以加强轴瓦背面和座孔贴合度，提高其散热效果，在未压紧时，上下轴瓦的两端均应高出轴瓦座端面，称之为轴瓦的预紧高度。装配良好时此值通常为0.03-0.06mm。轴瓦的预紧高度不足，会使轴瓦背面和座孔贴合度不足，不利于轴瓦的散热，并会使轴瓦咬死，在座孔内产生转动，造成轴瓦座的不正常磨损，使油孔被堵塞，温度升高，导致轴瓦烧坏。轴瓦的预紧高度过大，装配后会使轴瓦变形，轴瓦表面皱起破坏轴瓦与轴颈的配合间隙。因此轴瓦的预紧高度过大或过小，均会导致轴瓦过热烧熔。

　　检查轴瓦的预紧高度是否符合技术要求的方法是，将轴瓦装入轴瓦座中，扣上轴瓦盖，按规定拧紧一端的螺栓，然后在另一端的轴瓦座结合面处插入厚度为0.04-0.05mm的垫片，然后拧紧螺栓，当扭力拧至14-20N.m时抽拉垫片，此时若垫片抽拉不出，则轴瓦的预紧高度合适。如果此时垫片能抽拉出，则说明预紧高度过大。如果在未加扭力的情况下垫片就不能抽拉动，则说明预紧高度过小。均应重新换配轴瓦。

　　2.2轴瓦和轴颈的装配间隙不当

　　如果轴瓦和轴颈的装配间隙太小，那么在轴瓦与轴颈之间没有足够的润滑油量，就不可能形成可靠的润滑油膜，将会摩擦热致使轴瓦拉毛，甚至烧熔而咬死。间隙过大，内燃机在运转过程中轴瓦和轴颈的冲击加剧，会过早产生局部失效，Z终导致轴瓦变形和烧死。各种型号内燃机轴瓦和轴颈的预装配间隙标准不尽相同，但连杆轴瓦间隙大多控制在0.025-0.076mm，因此在装配过程中应严格控制好配合间隙。

　　2.3机油品质差

　　车用内燃机的热负荷一般比较大，工作温度也高，工作条件苛刻，必须按规定选用合适的润滑油，如果不按使用说明书的要求选用润滑油，将会导致轴瓦合金层的损伤。这是因为机油粘度过大，流动性就差，热量带走缓慢，机件运动的阻力加大。机油粘度过小，不易形成油膜，将加速轴瓦合金层的损伤。例如内燃机机油技术规范API等级：为了在任何行驶条件下尽可能地保护好内燃机，必须加注符合API等级中SG，SG/CD或SG/CE等级机油。SAE将机油分成许多粘度等级，能在较宽的环境温度和行驶条件范围内满足内燃机要求。这种记忆适应了高速大功率内燃机的润滑要求，经过一段时间的使用，机油易变质，变脏，甚至结胶，使油道堵塞而导致烧瓦的概率明显增加。

　　2.4机油压力过低

　　机油压力过低，会使轴颈与轴瓦之间的润滑油流量小，不能形成正常的润滑油膜，导致轴瓦烧损。引起机油压力过低的原因很多，在维修中有两点应引起注意：一是内燃机修理时在清洁和安装的过程中，用棉纱擦拭，致使一些绒毛附在零件上，工作中被机油冲刷下来后吸附在滤清器的滤网上。二是机油滤清器在更换密封垫圈时粗心大意将油孔堵住，这样均会人为地使机油压力偏低，出现烧瓦事故。

　　2.5控制机油温度

　　由于机油温度升高，机油压力下降明显，容易使机油加速老化，因此在内燃机日常运行中应将机油温度控制在6595℃以下。这就要求操作时经常检查低温冷却风扇运转状态，以及低温冷却水箱循环情况，发现机油温度高时就应及时处理。

　　2.6机油滤清器使用不当

　　若将燃油纸质滤芯误当机油滤芯使用，粘度较大的机油不易通过滤网较密的燃油滤芯。由于内燃机高速运转时油压高，安全阀开启，没有经过过滤的机油经过安全阀直接进入主油道，仍可维持内燃机正常工作。然而当内燃机长时间处于怠速运转时，因机油压力低，不足以使安全阀打开，易造成主油道缺油，润滑不良而烧瓦。

　　2.7内燃机汽缸体主轴承内孔磨损

　　在使用过程中由于内燃机汽缸体主轴承内孔磨损，轴瓦的钢背与轴瓦座之间的径向压力或产生间隙，使热传导受阻，轴瓦工作温度明显升高，润滑变差，导致轴颈与轴瓦粘着抱瓦。此外，连杆大端瓦背若被磨损，则必然会使轴瓦瓦背无法与连杆大端紧密贴合，也容易引起烧瓦事故。

　　3　内燃机烧瓦的预防措施

　　3.1合理驾驶操作

　　在内燃机启动期间必须小心操作，以防轴瓦损伤。正常情况下轴瓦中应留有足量的润滑油，可供内燃机短时瞬间启动和怠速时润滑之用。但在内燃机转速超过1000r/min时就需要有充足的润滑油流量。内燃机启动时，至少需经15-30s才能在润滑系统中形成油流和油压，但在节气门大开下启动2s便能达到Z高转速，这就意味着轴瓦将有几秒钟处于无润滑状态，且以较高的表面速度和负荷运转，以致轴瓦和曲轴的损坏，为了避免在启动时损坏轴瓦，节气门应处于怠速位置启动，至少在30s内内燃机转速才允许超过1000r/min。

　　3.2正确装配

　　安装轴瓦时，先在轴瓦内径表面涂上一层润滑油，以保证内燃机冷态启动和运转的润滑。据测试表明，内燃机在冷启动时的磨损量占总磨损量的60%-80%。同时安装轴瓦时要达到规定的扭力矩，以保证轴瓦在工作状态下无松动现象。薄壁轴瓦充分紧固，使瓦背紧贴在座孔中，以提高散热效果和改善应力分布。在安装轴瓦时，应先将轴瓦及相关零部件清洗干净，严禁使用化纤织物棉纺织物品等来擦洗。检查每一轴瓦座孔和瓦盖与瓦座的配合预紧度。

　　3.3保证润滑油的品质

　　首先必须按规定选用标准牌号的优质润滑油，其次为了防止润滑油变质老化，Z有效的办法是经常保持曲轴箱通风，以保证润滑油的过滤作用。一般润滑油经过滤清器过滤后，所含机械杂质不允许超过0.10%-0.15%。另外，润滑油和滤清器均应按规定进行更换，以防滤清器阻塞和润滑油过度脏污。

　　4　推荐失效分析的参照标准及资料

　　内燃机轴瓦失效分析的标准为《ISO7146:1993滑动轴承损坏和外观变化的术语、特征及原因》、ISO12132:1999滑动轴承—薄壁轴瓦的质量保证—设计中的失效形式和潜在的失效模式及后果影响分析（DFMEA）》。国外资料包括发达国家奥地利Miba公司的《内燃机轴承手册—轴承功能及失效鉴别》图册，美国Gievite\英国Clacier、德国Giyco等内燃机公司所编制的轴瓦失效分析图册。

　　5　结束语

　　随着内燃机工业的发展和市场的普及，内燃机润滑系统中曲轴与轴瓦之间的关系显而易见，日常维护保养工作就不可缺少，日常维护保养分为强制性的定期维护和推荐维护。强制性维护特别是润滑系统的保养胃必须阶段，以保证内燃机的润滑及部件正常工作。预见性的维护能为保持内燃机安全性、耐久性和良好的稳定性起到积极作用。总之，轴瓦失效是经常发生的事情，虽然上述分析的起因较复杂，但是可以避免的，只要保持润滑系统正常合理地工作，在日常使用过程中尽量克服违规操作行为，就可以减少及避免不必要的损失。