滑动轴承故障分析

　　摘　要：结合滑动轴承损坏的复杂性，详细分析了发动机滑动轴承损坏的原因，主要包括：污垢引起的失效、润滑不当和表面反应引起的失效、操作与安装技术引起的失效，对指导工程实践具有重要意义。
　　关键词：滑动轴承，损坏，原因分析
　　轴承和轴的故障能直接追溯到润滑不足或油膜间隙被破坏。任何会干扰和破坏油膜的材料、故障、不对正或化学反应等都将会导致某种损坏和失效。造成轴瓦损坏的主要原因有四个方面：污垢引起的失效、润滑油及相关因素引起的失效、运行和安装引起的失效、表面反应引起的失效。污垢是运动的金属部件的首要敌人。并且它常常是柴油机故障的致命原因，工作在较脏的环境中尤其如此。
　　1　污垢引起的失效
　　1.1　刮伤
　　1）与轴径一起运动的硬颗粒与摩擦表面接触，这时颗粒与金属表面的接触应力较低，它们在轴瓦表面上划出线状伤痕；半嵌入轴瓦表面的硬颗粒在轴径表面上也会划出线状伤痕，均称为刮伤。硬颗粒嵌入轴瓦表面又脱落，造成点状伤痕的刮伤。上述的颗粒多半是铁末和砂粒。刮伤导致摩擦副表面粗糙化，从而降低了润滑油膜的承载能力，并且会形成新的可以刮伤摩擦表面的硬颗粒，造成恶性循环。
　　2）来源。进气（空气滤清不良）；润滑油（滤清不良）；燃油（突然启动或过量供油）；喷油器“O”形密封圈泄漏；喷油器单向阀球泄漏；大修期间积尘；处理润滑油或零件不小心。
　　1.2　磨粒磨损和粘着磨损
　　1）进入轴承间隙的较小硬颗粒，游移于两摩擦表面之间，在摩擦表面上产生极高的接触应力，硬颗粒与摩擦表面之间的高接触应力使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳损伤，使脆性金属的摩擦表面出现脆裂或剥落。当出现边缘接触、缺少润滑油或油膜破裂等情况将会产生剧烈的磨粒磨损。磨粒磨损将导致轴径和（或）轴瓦几何尺寸与形状改变、精度丧失、轴承间隙加大，使滑动轴承性能在预期寿命前急剧劣化。
　　2）在润滑油膜破裂或缺油的状态下，大的摩擦因数导致产生大量的摩擦热，轴承温度升高。在高温下，一个摩擦表面的低熔点金属因软化而粘附在另一摩擦表面上，随着轴径旋转运动形成的剪切作用，粘连的金属从原表面脱离，转移到另一摩擦表面，造成摩擦表面明显的凹坑和凸起状伤痕。出现咬粘时，摩擦急剧增大，轴承温度进一步升高，形成恶性循环。当粘附严重，轴径转动的动力不再能剪切开粘结点时，将使轴径运动终止，俗称“抱轴”，轴承彻底损坏。
　　3）来源。缸体的机械加工；缸套珩磨；活塞、缸套、气门以及其他运动部件不正常磨损；铜套；润滑油使用不当；滤清不良。
　　1.3　固定的污垢颗粒
　　装配期间留在轴承背和轴承孔之间的大颗粒使得轴承不能正确安装到位。颗粒的形状通常会显示在钢背上，而且过度的磨损会从这个颗粒开始。如果一个大颗粒被嵌入轴承衬中，就会造成轴颈损坏。如果它进入轴承盖接触面，这个硬颗粒将会破坏轴瓦压紧并使轴瓦松动。
　　来源：机械加工的碎屑（包括制造、修理或大修期间产生的）。
　　1.4　防止污垢引起失效的措施
　　1）使用制造商推荐的、经过滤清和保养的正确规格的清洁润滑油；
　　2）装配前和装配期间彻底清洁内孔、油道以及所有零部件；
　　3）小心保存和处理轴承，并要保证轴承清洁保持注油、处理和测量设备清洁，不能让灰尘进入润滑系统；
　　4）保持工作区域清洁整齐，保护装配工作不受飞扬的灰尘和磨削碎屑的影响。同时使工具上不积灰尘和金属颗粒。
　　2　润滑不当引起的失效
　　2.1　润滑不充分
　　如果润滑不充分，运动表面就失去了油膜的保护，直接接触进行干摩擦。检查是否存在下列情况：
　　1）油底壳油位较低；
　　2）吸油滤网、管道或油道堵塞；
　　3）轴承供油孔未对正；
　　4）润滑油泵或滤清器效率较低；
　　5）吸油管泄漏；
　　6）冷启动操作不恰当；
　　7）怠速运转时间过长；
　　8）热停机；
　　9）曲轴油封泄漏。
　　2.2　润滑油中有水
　　润滑油中的水分对轴和轴瓦的损伤是比较严重的，因为水会使润滑油变质破坏油膜。润滑油中含有水分还会产生不规则的点蚀和表面剥落。来源：1）通过缸套密封泄漏；2）润滑油冷却器密封圈泄漏；3）储存燃油或润滑油时不小心，使得它们暴露而进水。
　　2.3　润滑油中有燃油
　　燃油进入曲轴箱后，会使润滑油变稀，油膜变薄降低润滑效果，同时对轴和轴瓦造成腐蚀。原因：1）不完全燃烧；2）活塞环磨损；3）怠速时间过长（发动机温度较低）。
　　2.4　防止润滑不当引起失效的措施
　　1）确保油道清洁、安装发动机时要在各轴和轴瓦的运动表面涂与使用标号相同的清洁润滑油；2）按制造商的建议保养滤清器、滤网和油管；3）保持油底壳中的润滑油处于正确的油位；4）对准轴承润滑油孔与供应油道；5）使用规定等级的润滑油，仔细储存，使用时特别注意保持清洁；6）避免长时间怠速运转、冷机时突然满负荷运转以及热停机。
　　3　表面反应引起的失效
　　1）腐蚀。润滑油在使用过程中不断氧化，氧化时常产生弱的有机酸，它对轴承材料特别是铸造铜铅合金的铅有腐蚀性，其特征是铅呈点状脱落，使表面变粗糙。锡基轴承合金中的锡被氧化后，在轴瓦表面形成一层由SnO₂和SnO组成的黑色硬覆盖层。这一覆盖层对轴承极为有害，它很硬，能刮伤轴颈表面，并使轴承间隙变小。
　　2）气蚀。气蚀是固体表面与液体接触并作相对运动时所产生的表面损伤形式。当润滑油在油膜低压区时，油中会形成气泡，气泡运动到高压区后，在压力作用下气泡溃灭，在溃灭的瞬间产生极大的冲击力和高的温度，固体表面在这冲击力的反复作用下，材料发生疲劳脱落，使摩擦表面出现小凹坑，进而发展成海绵状伤痕。重载、高速，且载荷和速度变化较大时，易发生气蚀。
　　3）电侵蚀。由于电机或电器漏电，在摩擦表面间产生电火花，造成点状伤痕，其特征是损伤往复出现在较硬的轴颈表面上。
　　4　操作技术引起的失效
　　4.1　长时间怠速运转
　　通常发动机在600r/min范围运转了很长时间，使得发动机温度降到正常运转时的水平以下。未燃烧的燃油会稀释润滑油，并使其粘度下降。防止办法：将怠速时间限制在一个合理的范围内或提高怠速设置速度。
　　4.2　热停机
　　当一台满负荷运转的发动机在没有经过一个较短的怠速期就立即停机时，运转所产生的热量没有来得及散失，而且所有部件的温度很高，油膜会遭到破坏。每本发动机手册都给出了正确停机的步骤，应当遵循这些步骤。由于散热不良也会损坏活塞、缸套和发动机轴承，遵循正确的停机步骤对自然吸气式和涡轮增压式发动机都是必要的。
　　4.3　冷启动
　　当环境温度较低时，启动发动机并在发动机暖车前重负荷或几乎全速运转会导致轴承严重损坏。
　　5　安装技术引起的失效
　　5.1　粗颗粒造成的磨损
　　当润滑油滤清器芯中有看得见的颗粒时，轴承表面可能会显示长而深的刮痕。这些刮痕降低了润滑效果和散热能力。刮掉的金属加重了磨损而且产生的热量很快熔化了表面镀层中的铅。
　　5.2　发动机轴承定位不正确
　　1）定位凸缘或定位舌可能部分或全部敲成与分型面平齐；2）轴承背部出现润滑油孔印痕意味着轴承装反了或使用了错误的零件，以及润滑油供应孔不匹配；3）一个轴承失效而其他轴承只发生部分擦伤，表明没有润滑油孔的轴瓦取代了带有润滑油供应孔的轴瓦或轴承供油孔被堵塞。当碎屑从失效的轴承进入循环后，其他的轴承表面也会损坏。
　　5.3　轴承盖安装技术
　　分解一台怀疑轴承有问题的发动机时，应当注意每个轴承盖和螺栓或螺母的位置及其状况。在一些发动机中，轴承盖有可能装反，而且未能立即意识到这种错误。尽管配合显示正常，轴承盖装反了或者螺栓或螺母不能达到正确的扭矩可能会导致嵌入其中的轴瓦松动。
　　5.4　轴瓦嵌入安装技术
　　当轴承显示轴承孔太松或过紧的迹象时，这可能是由于在装入轴瓦时不正确挤压造成的。分型面被锉平———轴瓦设计成在轴承孔和轴承盖的分型面上都稍微凸起。当拧紧轴承盖时，压力作用在轴瓦上，将其固定到位，不得锉掉凸出面。轴承盖接触面被锉平———锉平这些部位并不能达到降低油膜间隙的目的。这样做会导致轴瓦上的压力太高，并导致分型面处的轴承表面磨损。减小轴承扩张量———轴瓦设计成在分型面之间的开口比轴承孔宽，改变挤压时，不得减小轴承扩张量。
　　5.5　装配期间暴露
　　轴承和轴必须仔细处理以防止损坏，并且要避免其他金属零件接触。要防止轴承受到大修车间内的污垢和机加工碎屑的污染。污垢会在工作完成后带入发动机，造成损坏：
　　1）如果不用轴承，请不要去掉轴承上的保护层；2）在安装过程中将工具和部件放在清洁的纸上；3）小心使用压缩空气———不要将灰尘从一个零件吹到另一零件上；4）如果一个轴承的安装需要隔夜或较长时间才能完成，用干净的覆盖物盖住它；5）要特别小心地安装活塞和连杆，一个锐边就能导致曲柄划伤或毛刺。