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東風(fēng)牌EQ6100-1型發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦抱軸故障分析與排除的探討

2012-11-06

　　近些年來(lái)，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上，廣泛采用的是分開(kāi)式滑動(dòng)軸承，一般稱(chēng)軸瓦，它是在連桿將活塞所承受的力傳給曲軸，并和曲軸配合把活塞往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，起到保護(hù)油膜減少摩擦阻力和易于磨合的作用。
　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)動(dòng)機(jī)由于缺機(jī)油或機(jī)油變稀變質(zhì)，濾清器和油路堵塞，油壓表?yè)p壞，軸承間間隙過(guò)大或過(guò)小等，在不同的工作條件下，都有可能發(fā)生燒瓦抱軸，這些都是使用維護(hù)中直觀明了的故障。還有一些，根基隱蔽很深，主要由于原件制造配料標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；不同材料的配合件在匹配中沒(méi)有明確的規(guī)定在一定的溫度下，裝配間隙的取值范圍；投放市場(chǎng)的零配件質(zhì)量不各格等因素所引起燒瓦抱軸的故障也很常見(jiàn)。
　　例如：有一臺(tái)EQ6100型發(fā)動(dòng)機(jī)組裝后，在進(jìn)行無(wú)負(fù)荷熱磨合試驗(yàn)時(shí)，連桿瓦連續(xù)兩次發(fā)生抱軸，就屬于上述后列因素所致。
　　裝配中，該機(jī)是選用球墨鑄鐵制造的曲軸，20高錫鋁合金主軸瓦，鋁銻鎂合金連桿軸瓦，軸頸與軸瓦的裝配間隙在，主為0.04～0.11毫米，連為0.04～0.098毫米的取值范圍取值，后又根據(jù)滑動(dòng)軸承間隙公式：ΔD=（0.008～0.0012）d毫米進(jìn)一步精確，主為0.060～0.083毫米，連為0.049～0.074毫米取值。
　　當(dāng)按ΔD主=0.062毫米，ΔD連=0.052毫米進(jìn)行裝配后，在冷磨合階段完畢轉(zhuǎn)入無(wú)負(fù)荷熱磨合時(shí)，轉(zhuǎn)速由500轉(zhuǎn)/分升至1000轉(zhuǎn)/分，水溫過(guò)到85℃，油壓達(dá)到3.5公升/厘米2，磨合15分鐘時(shí)，將轉(zhuǎn)速降低到500轉(zhuǎn)/分，觀察測(cè)速儀，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)抖，運(yùn)轉(zhuǎn)有明顯的吃力狀態(tài)，立即停機(jī)、搖轉(zhuǎn)曲軸，阻力相當(dāng)于冷車(chē)時(shí)的三至五倍。當(dāng)對(duì)有關(guān)的零件進(jìn)行分解檢查，均沒(méi)發(fā)現(xiàn)抱軸和吸缸現(xiàn)象，清洗后又重新按技術(shù)要求裝配再次磨合試驗(yàn)，又出現(xiàn)上述情況。在判別是吸缸還是抱軸時(shí)，首先按各缸火花塞卸下，強(qiáng)力搖轉(zhuǎn)曲軸，可以從活塞上下運(yùn)動(dòng)磨擦的阻力和聲音確定是否吸缸，若不是，便是抱軸。當(dāng)將連桿軸承的螺釘均擰輕2公升/厘米2時(shí)，再次搖轉(zhuǎn)曲軸，額外阻力幾乎消除。這就說(shuō)明故障發(fā)生在連桿軸頸和軸瓦之間。
　　對(duì)此故障我們作了如下的分析，試驗(yàn)與排除。
　　一、進(jìn)行零件的理論分析，驗(yàn)證配合間隙
　　1、曲軸
　　該機(jī)裝的是球墨鐵曲軸，軸頸表面經(jīng)過(guò)硬化處理，具有較高的強(qiáng)度和良好的耐磨性。
　　設(shè)裝配室為20℃時(shí)，曲軸連桿軸頸標(biāo)準(zhǔn)值d為62毫米，當(dāng)溫度升到工作Z高允許85℃時(shí)，其膨脹量可根據(jù)公式I1-I2=10d(t2-t1)=62×0.00002×（85-20）=0.0482毫米。
　　2、軸瓦
　　該機(jī)裝用的連桿軸瓦是用1毫米的低碳鋼帶作瓦背，其上澆有0.75毫米的鋁銻鎂減磨合金，在溫度達(dá)到20℃時(shí)，其軸瓦總量為1.75毫米。
　　（1）瓦背溫度達(dá)到85℃時(shí)，其膨脹量可根據(jù)公式：I1-I2=10d(t2-t1)=1×2×0.00001×（85-20）=0.00143毫米。
　　（2）鋁銻鎂合金的化學(xué)成份及熱膨脹：鎂0.75%，硅0.5%，鋁95%，當(dāng)溫度達(dá)到85℃時(shí)，其膨脹量可根據(jù)公式I1-I2=10d(t2-t1)=0.75×2×0.000023×（85-20）=0.00224毫米。
　?。?）瓦背與合金的膨脹之和=0.00143+0.00224=0.00367毫米。
　?。?）這種材料的承截能力為200公斤/毫米2。
　?。?）這種材料的滑動(dòng)線(xiàn)速度低于10米/秒。
　　3、軸承間隙與溫度的變化
　　軸承平均間隙為0.053 毫米，此時(shí)瓦背Z高溫度為135℃，Z小油膜 厚度為0.0056毫米，當(dāng)間隙增大到0.0875毫米，則瓦背溫度降至112℃，油膜厚度增至0.0065毫米。
　　一般錫基合金瓦背溫度要求不超過(guò)120℃，鋁基合金 瓦背溫度不超過(guò)110℃。
　　4、軸頸 相外與軸瓦相內(nèi)的膨脹總量
　　當(dāng)工作溫度達(dá)到85℃，連桿軸頸d為62.048毫米，連桿瓦孔D為61.9964毫米，膨脹總量=0.0483=0.0036=0.0519毫米。
　　5、裝配間隙的取值
　　當(dāng)在規(guī)定的0.04～0.098毫米范圍內(nèi)取連桿軸承的裝配間隙0.052毫米，在零件到85℃時(shí)，連桿軸頸與軸瓦之間幾乎沒(méi)有油膜形成，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)油壓力降低，流速減慢，瓦背瞬時(shí)溫度升高，所以就逐漸趨向于抱軸。
　　6、排除方法根據(jù)軸承間隙與溫度變化的關(guān)系，若將裝配間隙由0.0052毫米增加到0.060毫米，當(dāng)溫度上上升到85℃時(shí)，油膜厚度近似于0.0054毫米，這樣就保證了油膜的形成，即可排除該機(jī)的故障。
　　二、實(shí)際升溫測(cè)算排除法
　　1、將該機(jī)曲軸連桿軸頸擦凈，用外徑千分尺在室溫20℃時(shí)測(cè)得該軸頸為61.99毫米（錐橢度忽略不計(jì)），再將曲軸放入機(jī)油機(jī)油加熱至85℃時(shí)，取出測(cè)得該軸頸d為62.031毫米。其實(shí)際膨脹量為62.031-61.99=0.041毫米。
　　2、將連桿軸瓦及瓦座擦凈，并將軸瓦裝入孔內(nèi)，按10公斤/厘米2擰緊連桿螺釘，用內(nèi)徑量表在20℃時(shí)測(cè)得D為62.042毫米，再將帶軸瓦的桿大端放入機(jī)油中加熱至85℃時(shí)，然后取出測(cè)量得瓦孔D為62.031毫米，其實(shí)際膨脹量為62.042-61.031=0.011毫米。
　　3、當(dāng)零件溫度升高到85℃時(shí)，軸頸向外，軸瓦向內(nèi)的膨脹總量等于0.041+0.011=0.052毫米。
　　實(shí)踐證明，該機(jī)軸頸，軸瓦在裝配時(shí)取0.052毫米作間隙是不合適的。
　　4、排除方法
　　經(jīng)理論與實(shí)踐核實(shí)，將連桿瓦孔D在20℃時(shí)由62.042毫米鏜至52.050毫米，也就是將裝配間隙由0.052毫米增加到0.060毫米，再次裝配后，再次裝配后，經(jīng)十二小時(shí)的磨合試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求。
　　三、連桿軸瓦與主軸瓦有關(guān)方面的比較
　　1、該機(jī)裝用的主軸瓦是20高錫合金軸瓦，線(xiàn)膨脹系數(shù)為22×10-4，小小鋁銻合鑫軸瓦的線(xiàn)膨脹系數(shù)24×10-4，其承載能力為300公斤/毫米，大于鋁銻鎂合金材料的承載能力200/毫米，其滑動(dòng)線(xiàn)速度為13米/秒，也大于鋁銻合金材料的滑動(dòng)線(xiàn)速度10米/秒。
　　2、主軸頸與軸瓦比連桿軸頸與軸瓦的潤(rùn)滑條件各冷卻條件要好，因?yàn)檫B桿軸瓦的潤(rùn)滑油是經(jīng)過(guò)主軸瓦減壓升溫后送入的，主軸瓦與機(jī)體相聯(lián)，散熱效果也大于連桿軸瓦。
　　3、主軸瓦裝配間隙的取值范圍為0.04～0.11毫米，大于連桿軸瓦裝配間隙的取值范圍0.04～0.098毫米。
　　目前，由于該機(jī)型自有它的獨(dú)到之處，在社會(huì)中占有相當(dāng)?shù)牡匚?，受到更多用?hù)的親昧，所以生產(chǎn)零配件的配套廠(chǎng)家也相應(yīng)地增多，但各自生產(chǎn)配件的特點(diǎn)、方法、配料比例又不盡一致。市場(chǎng)上銷(xiāo)售的曲軸一般為球量鑄鐵曲軸，軸瓦有錫基巴合金，鋁銻鎂合金，20高錫鋁合金三種。
　　綜上述，該機(jī)故障是由于軸瓦的膨脹量過(guò)大所致，對(duì)于這對(duì)滑動(dòng)摩擦副，工作中除了它的本身材質(zhì)的物理和化學(xué)變化外，還與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、負(fù)荷及潤(rùn)滑油粘度也有很大關(guān)系。它們工作的好壞，直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和使用可靠性。所以，我們必須對(duì)修理工作中的每一個(gè)零件的物理和化學(xué)特性、尺寸，有關(guān)數(shù)據(jù)作認(rèn)真的研究和分析。稍有不慎，將會(huì)鑄成大錯(cuò)，對(duì)于這一點(diǎn)，特別是線(xiàn)從事實(shí)際工作的同志們，尤其值得注意。