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东风牌EQ6100-1型发动机烧瓦抱轴故障分析与排除的探讨
2012-11-06
近些年来，在汽车发动机上，广泛采用的是分开式滑动轴承，一般称轴瓦，它是在连杆将活塞所承受的力传给曲轴，并和曲轴配合把活塞往复直线运动变曲轴的旋转运动中，起到保护油膜减少摩擦阻力和易于磨合的作用。
在生产实践中，发动机由于缺机油或机油变稀变质，滤清器和油路堵塞，油压表损坏，轴承间间隙过大或过小等，在不同的工作条件下，都有可能发生烧瓦抱轴，这些都是使用维护中直观明了的故障。还有一些，根基隐蔽很深，主要由于原件制造配料标准不统一；不同材料的配合件在匹配中没有明确的规定在一定的温度下，装配间隙的取值范围；投放市场的零配件质量不各格等因素所引起烧瓦抱轴的故障也很常见。
例如：有一台EQ6100型发动机组装后，在进行无负荷热磨合试验时，连杆瓦连续两次发生抱轴，就属于上述后列因素所致。
装配中，该机是选用球墨铸铁制造的曲轴，20高锡铝合金主轴瓦，铝锑镁合金连杆轴瓦，轴颈与轴瓦的装配间隙在，主为0.04～0.11毫米，连为0.04～0.098毫米的取值范围取值，后又根据滑动轴承间隙公式：ΔD=（0.008～0.0012）d毫米进一步精确，主为0.060～0.083毫米，连为0.049～0.074毫米取值。
当按ΔD主=0.062毫米，ΔD连=0.052毫米进行装配后，在冷磨合阶段完毕转入无负荷热磨合时，转速由500转/分升至1000转/分，水温过到85℃，油压达到3.5公升/厘米2，磨合15分钟时，将转速降低到500转/分，观察测速仪，转速不稳，发动机发抖，运转有明显的吃力状态，立即停机、摇转曲轴，阻力相当于冷车时的三至五倍。当对有关的零件进行分解检查，均没发现抱轴和吸缸现象，清洗后又重新按技术要求装配再次磨合试验，又出现上述情况。在判别是吸缸还是抱轴时，首先按各缸火花塞卸下，强力摇转曲轴，可以从活塞上下运动磨擦的阻力和声音确定是否吸缸，若不是，便是抱轴。当将连杆轴承的螺钉均拧轻2公升/厘米2时，再次摇转曲轴，额外阻力几乎消除。这就说明故障发生在连杆轴颈和轴瓦之间。
对此故障我们作了如下的分析，试验与排除。
一、进行零件的理论分析，验证配合间隙
1、曲轴
该机装的是球墨铁曲轴，轴颈表面经过硬化处理，具有较高的强度和良好的耐磨性。
设装配室为20℃时，曲轴连杆轴颈标准值d为62毫米，当温度升到工作Z高允许85℃时，其膨胀量可根据公式I1-I2=10d(t2-t1)=62×0.00002×（85-20）=0.0482毫米。
2、轴瓦
该机装用的连杆轴瓦是用1毫米的低碳钢带作瓦背，其上浇有0.75毫米的铝锑镁减磨合金，在温度达到20℃时，其轴瓦总量为1.75毫米。
（1）瓦背温度达到85℃时，其膨胀量可根据公式：I1-I2=10d(t2-t1)=1×2×0.00001×（85-20）=0.00143毫米。
（2）铝锑镁合金的化学成份及热膨胀：镁0.75%，硅0.5%，铝95%，当温度达到85℃时，其膨胀量可根据公式I1-I2=10d(t2-t1)=0.75×2×0.000023×（85-20）=0.00224毫米。
（3）瓦背与合金的膨胀之和=0.00143+0.00224=0.00367毫米。
（4）这种材料的承截能力为200公斤/毫米2。
（5）这种材料的滑动线速度低于10米/秒。
3、轴承间隙与温度的变化
轴承平均间隙为0.053 毫米，此时瓦背Z高温度为135℃，Z小油膜 厚度为0.0056毫米，当间隙增大到0.0875毫米，则瓦背温度降至112℃，油膜厚度增至0.0065毫米。
一般锡基合金瓦背温度要求不超过120℃，铝基合金 瓦背温度不超过110℃。
4、轴颈 相外与轴瓦相内的膨胀总量
当工作温度达到85℃，连杆轴颈d为62.048毫米，连杆瓦孔D为61.9964毫米，膨胀总量=0.0483=0.0036=0.0519毫米。
5、装配间隙的取值
当在规定的0.04～0.098毫米范围内取连杆轴承的装配间隙0.052毫米，在零件到85℃时，连杆轴颈与轴瓦之间几乎没有油膜形成，随着发动机转速下降，机油压力降低，流速减慢，瓦背瞬时温度升高，所以就逐渐趋向于抱轴。
6、排除方法根据轴承间隙与温度变化的关系，若将装配间隙由0.0052毫米增加到0.060毫米，当温度上上升到85℃时，油膜厚度近似于0.0054毫米，这样就保证了油膜的形成，即可排除该机的故障。
二、实际升温测算排除法
1、将该机曲轴连杆轴颈擦净，用外径千分尺在室温20℃时测得该轴颈为61.99毫米（锥椭度忽略不计），再将曲轴放入机油机油加热至85℃时，取出测得该轴颈d为62.031毫米。其实际膨胀量为62.031-61.99=0.041毫米。
2、将连杆轴瓦及瓦座擦净，并将轴瓦装入孔内，按10公斤/厘米2拧紧连杆螺钉，用内径量表在20℃时测得D为62.042毫米，再将带轴瓦的杆大端放入机油中加热至85℃时，然后取出测量得瓦孔D为62.031毫米，其实际膨胀量为62.042-61.031=0.011毫米。
3、当零件温度升高到85℃时，轴颈向外，轴瓦向内的膨胀总量等于0.041+0.011=0.052毫米。
实践证明，该机轴颈，轴瓦在装配时取0.052毫米作间隙是不合适的。
4、排除方法
经理论与实践核实，将连杆瓦孔D在20℃时由62.042毫米镗至52.050毫米，也就是将装配间隙由0.052毫米增加到0.060毫米，再次装配后，再次装配后，经十二小时的磨合试验，各项指标均达到技术要求。
三、连杆轴瓦与主轴瓦有关方面的比较
1、该机装用的主轴瓦是20高锡合金轴瓦，线膨胀系数为22×10-4，小小铝锑合鑫轴瓦的线膨胀系数24×10-4，其承载能力为300公斤/毫米，大于铝锑镁合金材料的承载能力200/毫米，其滑动线速度为13米/秒，也大于铝锑合金材料的滑动线速度10米/秒。
2、主轴颈与轴瓦比连杆轴颈与轴瓦的润滑条件各冷却条件要好，因为连杆轴瓦的润滑油是经过主轴瓦减压升温后送入的，主轴瓦与机体相联，散热效果也大于连杆轴瓦。
3、主轴瓦装配间隙的取值范围为0.04～0.11毫米，大于连杆轴瓦装配间隙的取值范围0.04～0.098毫米。
目前，由于该机型自有它的独到之处，在社会中占有相当的地位，受到更多用户的亲昧，所以生产零配件的配套厂家也相应地增多，但各自生产配件的特点、方法、配料比例又不尽一致。市场上销售的曲轴一般为球量铸铁曲轴，轴瓦有锡基巴合金，铝锑镁合金，20高锡铝合金三种。
综上述，该机故障是由于轴瓦的膨胀量过大所致，对于这对滑动摩擦副，工作中除了它的本身材质的物理和化学变化外，还与发动机的转速、温度、负荷及润滑油粘度也有很大关系。它们工作的好坏，直接影响到发动机的动力性、经济性和使用可靠性。所以，我们必须对修理工作中的每一个零件的物理和化学特性、尺寸，有关数据作认真的研究和分析。稍有不慎，将会铸成大错，对于这一点，特别是线从事实际工作的同志们，尤其值得注意。
在生产实践中，发动机由于缺机油或机油变稀变质，滤清器和油路堵塞，油压表损坏，轴承间间隙过大或过小等，在不同的工作条件下，都有可能发生烧瓦抱轴，这些都是使用维护中直观明了的故障。还有一些，根基隐蔽很深，主要由于原件制造配料标准不统一；不同材料的配合件在匹配中没有明确的规定在一定的温度下，装配间隙的取值范围；投放市场的零配件质量不各格等因素所引起烧瓦抱轴的故障也很常见。
例如：有一台EQ6100型发动机组装后，在进行无负荷热磨合试验时，连杆瓦连续两次发生抱轴，就属于上述后列因素所致。
装配中，该机是选用球墨铸铁制造的曲轴，20高锡铝合金主轴瓦，铝锑镁合金连杆轴瓦，轴颈与轴瓦的装配间隙在，主为0.04～0.11毫米，连为0.04～0.098毫米的取值范围取值，后又根据滑动轴承间隙公式：ΔD=（0.008～0.0012）d毫米进一步精确，主为0.060～0.083毫米，连为0.049～0.074毫米取值。
当按ΔD主=0.062毫米，ΔD连=0.052毫米进行装配后，在冷磨合阶段完毕转入无负荷热磨合时，转速由500转/分升至1000转/分，水温过到85℃，油压达到3.5公升/厘米2，磨合15分钟时，将转速降低到500转/分，观察测速仪，转速不稳，发动机发抖，运转有明显的吃力状态，立即停机、摇转曲轴，阻力相当于冷车时的三至五倍。当对有关的零件进行分解检查，均没发现抱轴和吸缸现象，清洗后又重新按技术要求装配再次磨合试验，又出现上述情况。在判别是吸缸还是抱轴时，首先按各缸火花塞卸下，强力摇转曲轴，可以从活塞上下运动磨擦的阻力和声音确定是否吸缸，若不是，便是抱轴。当将连杆轴承的螺钉均拧轻2公升/厘米2时，再次摇转曲轴，额外阻力几乎消除。这就说明故障发生在连杆轴颈和轴瓦之间。
对此故障我们作了如下的分析，试验与排除。
一、进行零件的理论分析，验证配合间隙
1、曲轴
该机装的是球墨铁曲轴，轴颈表面经过硬化处理，具有较高的强度和良好的耐磨性。
设装配室为20℃时，曲轴连杆轴颈标准值d为62毫米，当温度升到工作Z高允许85℃时，其膨胀量可根据公式I1-I2=10d(t2-t1)=62×0.00002×（85-20）=0.0482毫米。
2、轴瓦
该机装用的连杆轴瓦是用1毫米的低碳钢带作瓦背，其上浇有0.75毫米的铝锑镁减磨合金，在温度达到20℃时，其轴瓦总量为1.75毫米。
（1）瓦背温度达到85℃时，其膨胀量可根据公式：I1-I2=10d(t2-t1)=1×2×0.00001×（85-20）=0.00143毫米。
（2）铝锑镁合金的化学成份及热膨胀：镁0.75%，硅0.5%，铝95%，当温度达到85℃时，其膨胀量可根据公式I1-I2=10d(t2-t1)=0.75×2×0.000023×（85-20）=0.00224毫米。
（3）瓦背与合金的膨胀之和=0.00143+0.00224=0.00367毫米。
（4）这种材料的承截能力为200公斤/毫米2。
（5）这种材料的滑动线速度低于10米/秒。
3、轴承间隙与温度的变化
轴承平均间隙为0.053 毫米，此时瓦背Z高温度为135℃，Z小油膜 厚度为0.0056毫米，当间隙增大到0.0875毫米，则瓦背温度降至112℃，油膜厚度增至0.0065毫米。
一般锡基合金瓦背温度要求不超过120℃，铝基合金 瓦背温度不超过110℃。
4、轴颈 相外与轴瓦相内的膨胀总量
当工作温度达到85℃，连杆轴颈d为62.048毫米，连杆瓦孔D为61.9964毫米，膨胀总量=0.0483=0.0036=0.0519毫米。
5、装配间隙的取值
当在规定的0.04～0.098毫米范围内取连杆轴承的装配间隙0.052毫米，在零件到85℃时，连杆轴颈与轴瓦之间几乎没有油膜形成，随着发动机转速下降，机油压力降低，流速减慢，瓦背瞬时温度升高，所以就逐渐趋向于抱轴。
6、排除方法根据轴承间隙与温度变化的关系，若将装配间隙由0.0052毫米增加到0.060毫米，当温度上上升到85℃时，油膜厚度近似于0.0054毫米，这样就保证了油膜的形成，即可排除该机的故障。
二、实际升温测算排除法
1、将该机曲轴连杆轴颈擦净，用外径千分尺在室温20℃时测得该轴颈为61.99毫米（锥椭度忽略不计），再将曲轴放入机油机油加热至85℃时，取出测得该轴颈d为62.031毫米。其实际膨胀量为62.031-61.99=0.041毫米。
2、将连杆轴瓦及瓦座擦净，并将轴瓦装入孔内，按10公斤/厘米2拧紧连杆螺钉，用内径量表在20℃时测得D为62.042毫米，再将带轴瓦的杆大端放入机油中加热至85℃时，然后取出测量得瓦孔D为62.031毫米，其实际膨胀量为62.042-61.031=0.011毫米。
3、当零件温度升高到85℃时，轴颈向外，轴瓦向内的膨胀总量等于0.041+0.011=0.052毫米。
实践证明，该机轴颈，轴瓦在装配时取0.052毫米作间隙是不合适的。
4、排除方法
经理论与实践核实，将连杆瓦孔D在20℃时由62.042毫米镗至52.050毫米，也就是将装配间隙由0.052毫米增加到0.060毫米，再次装配后，再次装配后，经十二小时的磨合试验，各项指标均达到技术要求。
三、连杆轴瓦与主轴瓦有关方面的比较
1、该机装用的主轴瓦是20高锡合金轴瓦，线膨胀系数为22×10-4，小小铝锑合鑫轴瓦的线膨胀系数24×10-4，其承载能力为300公斤/毫米，大于铝锑镁合金材料的承载能力200/毫米，其滑动线速度为13米/秒，也大于铝锑合金材料的滑动线速度10米/秒。
2、主轴颈与轴瓦比连杆轴颈与轴瓦的润滑条件各冷却条件要好，因为连杆轴瓦的润滑油是经过主轴瓦减压升温后送入的，主轴瓦与机体相联，散热效果也大于连杆轴瓦。
3、主轴瓦装配间隙的取值范围为0.04～0.11毫米，大于连杆轴瓦装配间隙的取值范围0.04～0.098毫米。
目前，由于该机型自有它的独到之处，在社会中占有相当的地位，受到更多用户的亲昧，所以生产零配件的配套厂家也相应地增多，但各自生产配件的特点、方法、配料比例又不尽一致。市场上销售的曲轴一般为球量铸铁曲轴，轴瓦有锡基巴合金，铝锑镁合金，20高锡铝合金三种。
综上述，该机故障是由于轴瓦的膨胀量过大所致，对于这对滑动摩擦副，工作中除了它的本身材质的物理和化学变化外，还与发动机的转速、温度、负荷及润滑油粘度也有很大关系。它们工作的好坏，直接影响到发动机的动力性、经济性和使用可靠性。所以，我们必须对修理工作中的每一个零件的物理和化学特性、尺寸，有关数据作认真的研究和分析。稍有不慎，将会铸成大错，对于这一点，特别是线从事实际工作的同志们，尤其值得注意。
