《轴瓦失效分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轴瓦失效分析.ppt（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、Confidential,MAHLE,轴瓦失效分析,马勒贸易（上海）有限公司,轴瓦正常运行特征,轴瓦正常运行特征轴瓦的常规磨损很大部分发生在发动机启动或最初运行阶段。除此外，轴瓦的磨损率明 显减小。在足够的预防措施下，在研磨过程中，只有非常小或没有微粒呈现在轴瓦表面上。在这种情况下 轴瓦有一个相当长的寿命循环周期。一个很好的证明，轴瓦使用超过其使用寿命，表现为发动机有噪音和润滑油压力降低。这些擦伤的出现没有问题，除非达到合金基础层。如果继续运行，这些刮伤可能会消失。正常磨损表现为由于没有被机油滤清器滤掉的微粒引起少量轴瓦表面擦伤。,由于故障轴瓦早期失效,由于故障，轴瓦早期失效 腐蚀 现象腐蚀的
2、典型现象表现为在轴瓦表面形成黑色合成物或小凹槽。原因腐蚀是润滑油组成物在轴瓦合金上产生化学反应形成的。这些象水或发动机运行时润滑剂氧化产生的氧化物不属于润滑系统，当轴瓦在腐蚀环境中运行时这些有害反应会加剧，导致轴瓦合金表面一种或多种合金元素剥落，或形成脆性氧化物。在第一 阶段，受腐蚀的金属由于本身附着性差和强 度疲劳脱离母体，在滑行表面上易脆裂的氧化 层也由于疲劳或腐蚀剥落，少数附着性强的颗粒仍停留在这些表面上。润滑油工业已经开发出添加剂来 阻止发动机长 时间运行过程中润滑油氧化，极大降低了氧化危害，但是并没有完全消除它。发动机运行产生的热量加速了氧化过程。轴瓦裸露在空气和水里，或与 润滑油中
3、的其它材料，包括能产生接触反应的金属，也会产生腐蚀。其它包括曲轴箱窜气或高硫磺含量燃料燃烧，再 加上无机酸的形成也会引起腐蚀,纠正根据发动机制造商的规定更换润滑油；如果是曲轴箱窜气（气体下窜到曲轴箱）引 起的腐蚀，如果有必要，更换活塞环和重新装配发动机。,由于故障轴瓦早期失效,由于故障轴瓦早期失效,现象表面大部分区域抗磨材料剥落，钢 背裸露在外。原因当运行的轴瓦温度高于熔点326C 或高于锡的熔点231C，由于轴产生相当大的牵引力，防摩擦材料达到其热碎裂点。,由于故障轴瓦早期失效,热疲劳 原因在这种情况下，铅和锡将会熔化，与铜分离，表 面涂层失去钢背支撑，因此材料剥落。热条件下产生的易脆性是由
4、于轴瓦某些区域过度受热而形成的。过度受热还能引起径向间隙不足，产生 杂质，曲轴颈部变形，缸体与曲轴中心线不重合。纠正根据发动机制造商的推荐的间隙安装轴瓦；当更换润滑油时，要保证润滑油绝对清洁；安装发动机时，去除所有加工残渣和污垢；在安装新轴瓦之前，应仔细观察所有曲轴颈部尺寸,核实缸体和曲轴中心重合度。,由于故障轴瓦早期失效,由于故障轴瓦早期失效,普通疲劳 现象 轴瓦表面显示不规则的抗摩擦材料分离区域。,由于故障轴瓦早期失效,原因由于不正常或循环压力引起强度疲劳，换句话说，达到了载荷峰值（图7.3.1）。疲劳断裂起源于过载，垂直传播到轴瓦表面上。达到轴瓦合金和支持材料（钢 背）焊缝以前，断裂改变
5、了其方向，平行传播到焊缝。由于轴瓦材料分离，这些 断裂会相互连接。最常见的疲劳发生在三层轴瓦合金的最上层，当断裂 发生，经过垂直传播后，它将平行传播到镀镍层，导致一些区域镀镍层减少（图7.3.2）。,由于故障轴瓦早期失效,纠正 假如轴瓦的使用寿命低于预期寿命，检查发动机运行温度和载荷情况，消除可能存在的缺陷。遵照发动机制造商的推荐，避免使发动机运行过载。,由于故障轴瓦早期失效,轴瓦润滑油不足 现象当轴瓦由于缺乏润滑油或润滑油稀释失效时，它的运行表 面变得光亮（图 7.4.2）。如果完全没 有润滑油，轴瓦表现为其与曲轴轴颈接触的光滑 表面区域沿轴方向材料被剥落。原因 轴瓦和曲轴间润滑油不足或润滑
6、油膜稀释，将磨损轴瓦电镀层，一般由以下原因造成：垂直间隙不足；润滑油稀释；发动机长时间低速运转。润滑油的缺乏，导致轴 瓦与曲轴轴颈相 互撞击，由于抗摩擦材料的剥落 磨损加剧。通常由以下原因造成：部分润滑油通道阻塞；选择轴瓦尺寸过小；主轴瓦装反（下轴瓦反装为上轴瓦）油泵或减压阀功能不好；,由于故障轴瓦早期失效,由于故障轴瓦早期失效,纠正 在选择新轴瓦时检查曲轴颈部尺寸；如果有必要，研磨曲轴颈部检查油泵和减压阀的工作状况，如果有必要，修复或更换。检查轴瓦润滑油孔是否与缸体以及连杆的润滑油孔在一条线上；避免使发动机长时间在低速下运转；检查润滑油含燃油或冷却液的稀释情况。,轴瓦,轮轴,油膜,油膜不足,
7、由于故障轴瓦早期失效,气蚀 现象轴瓦表面部分区域被腐蚀。一腐蚀穿透轴瓦合金层厚度达到钢背。原因 气蚀的一种损坏形式是轴瓦抗摩擦合金层上瞬间低压油蒸气泡爆炸而形成的。发动机循环运行中加载在轴瓦上的载荷在强度和方向上迅速起 伏，导致轴瓦的润滑油膜压力迅速改变。这种压力变化随次数的增加越来越高，使得轴瓦和曲轴颈部的变形也变大。曲轴润滑油孔润滑油流速过快，凹槽、窄沟、尖角等不连续的面引起的润滑油流速改变也会引起 轴瓦腐蚀。轴瓦气蚀主要有以下四种情况:吸气引起的腐蚀发生在曲轴运动之后；换气引起的腐蚀发生在曲轴运动之前；气穴流动引起的腐蚀；气穴撞击引起的腐蚀。,由于故障轴瓦早期失效,纠正 根据发动机制造商
8、的推荐使用有粘性的润滑 油；检查润滑油油压；避免润滑油被污染；检查装配间隙。,由于故障轴瓦早期失效,间隙过大 现象轴瓦侧面边界部分抗磨擦层合金变形/移位 引起的微粒刮伤轴瓦表面。.原因假如曲轴或曲轴颈部尺寸比推荐值最小值还 小，而且轴瓦内腔尺寸比推荐的最大值还大，这样会导致润滑油间隙比允许的值大。间隙过 大使得曲轴没有液态动力支撑，曲轴与轴瓦表 面接触，引起轴瓦抗摩擦层融化或表面变形（图7.6到7.6.3）纠正检查轴瓦、连杆和曲轴颈部的直径尺寸；应 用正确的连杆螺栓扭矩，根据制造商的建议 时间更换螺栓；根据发 动机制造商的建议保持的发动机润滑油充足。,由于故障轴瓦早期失效,材料疲劳,材料疲劳放
9、大,由于故障轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起的轴瓦早期失效 轴向间隙不足(纵向)现象轴瓦边缘和在内表面曲轴高载荷端过度磨损，其它部分正常磨损。在磨损区域，产生熔化和抗摩擦金属合金剥落。原因由于不正确安装或曲轴压在轴瓦边缘引起电镀层或金属板位置不正确，导致间隙不足。从某种程度上说，引起摩擦和润滑油膜缺乏，温度上升，直到铅从铜合金层分离，这些区域完全损坏。纠正遵从发动机制造商规定的装配间隙；检查发动机与齿轮箱之间的连接元素位置是否正确。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,轴瓦翻边完全磨损,轴瓦前止推面没有磨损后止推面磨损,安装错误引起轴瓦早期失效,固体杂质 现
10、象外界杂质侵入抗摩擦合金层，导致合金层移位，也能发现轴瓦表面有刮伤。原因润滑油中的灰尘，污垢，磨削 和金属颗粒吸附在轴瓦表面上，使抗磨合金材料移位。这些发射出来的合金材料或微粒到达曲轴上，引起局部摩擦，损坏润滑油膜。（图8.2.3）在装机前或装机后，发动机清洗不正确，将遗留 杂质。磨损的金属元件也产生恶劣的工况环境。纠正安装新轴瓦时，仔细遵照清洗指导清洗轴瓦；如果有必要，研磨曲轴；遵照发动机制造商规定的时间间 隔更换润滑油和滤清器，保持滤清器和曲轴箱清洁。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,抗磨擦合金,钢背,杂质,间隙,曲轴,材料移位,安装错误引起轴瓦早期失效,轴瓦有杂质引起
11、沟痕,轴瓦有杂质四周擦伤,安装错误引起轴瓦早期失效,轴瓦表面擦伤,轴瓦油孔四周划伤,安装错误引起轴瓦早期失效,内腔杂质 现象轴瓦合金表面有局部磨损，相应地轴瓦背面有少量杂质引起的磨损痕迹。原因轴瓦内腔及背面有杂质导致接触面不充分并削弱热量流动。这些区域的热量和局部载荷使轴瓦疲劳强度上升，材料分离。(图.8.3.2).纠正 在安装新轴瓦之前，仔细清洗轴瓦内腔，去除所有毛刺，灰尘和固体颗粒。检查曲轴颈部，如果有必要，重新研磨。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,机体,杂质,轴瓦,正面,侧面,安装错误引起轴瓦早期失效,椭圆形内腔 现象 轴瓦边缘附近区域过度磨损。原因 由于连杆在交替
12、负荷下弯曲，内腔变成椭圆形。轴瓦也有形成这种形状的趋势，因此内表面形 成 椭圆形。由于内腔变形，轴瓦的分隔间隙 明显减小，这将导致抗磨擦合金与曲轴颈部之 间的金属撞击。（图8.4.1）纠正检查轴瓦内腔的环状，如果超过规定，修复或 更换连杆。检查曲轴颈部，如果有必要，研磨 曲轴颈部。,安装错误引起轴瓦早期失效,曲轴与轴瓦接触面划痕,分隔线,磨损区域,安装错误引起轴瓦早期失效,轴瓦高度不足 现象 轴瓦背面或某些表面可见一些光亮区域（抛光区域），也包括分隔区表面。原因 紧固不够，必要径向压力难以形成，轴瓦难以保持在轴瓦腔内。由于接触面不充分，热量流动困难，同时轴瓦跳动的其它磨擦，使得热量增加。导致轴
13、瓦 高度不足的原因:分隔表面重新加工；由于轴瓦间分隔表面有灰尘和毛刺，轴瓦远离内腔；扭矩不足；螺栓与螺孔端部干涉；轴瓦内腔尺寸超过规定直径。纠正在扭紧螺母和螺栓之前，清洗轴瓦分隔表面；检查轴瓦内腔尺寸和整体情况，如果有必要，对其钻孔；遵照发动机制造商的推荐值扭紧螺母和螺栓。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,缺少径向力,轴瓦在内腔内转动,轴瓦高度过高 现象两片轴瓦分隔附近区域过度磨损 原因 在把轴瓦装入曲轴腔内时，轴瓦分隔表面有凸出。当扭紧螺栓时，它将压在曲轴内腔表面上，产生相当大的径向接触压力。图片展示了轴瓦高度过高，产生的径向接触压力使轴瓦分隔区域附近变形。（图8.6.1
14、）最常见的原因是：分隔表面重新加工；扭矩过大。纠正轴瓦分隔区、缸体或连杆应该被研磨过，重新加 工连杆内腔来获取内腔园度。在检查扭矩扳手对螺栓的扭紧力矩后，检查其它任何过程（孔径标准，等），是否椭圆公差在允 许的极限范围内；必须遵照 发动机制造商推荐的扭矩扭紧螺栓和螺母。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,分隔线,接触面高度过高,安装错误引起轴瓦早期失效,连杆弯曲或扭曲 现象两片轴瓦对应面对称过度磨损 原因连杆弯曲或扭曲，内腔错位，产生高压力区域，甚至可能产生轴瓦和曲轴劲部金属撞击。强迫 安装活塞销，在虎钳上或摇动扭紧螺栓可能引 起连杆弯曲。(图.8.7.1).纠正检查并替换连
15、杆，如果有必要；避免扭矩载荷加载在连杆上。,安装错误引起轴瓦早期失效,摩擦,压力过大,安装错误引起轴瓦早期失效,顶部移位 现象两片轴瓦接近分隔区域的对称面上过度磨损 原因 轴瓦顶部移位，迫使两片轴瓦的一边靠在曲轴上（图8.8），这主要由以下原因引起：扭紧螺栓时，扭矩不足。瓦片倒置；孔，销或其它中心位置改变；曲轴在磨削过程中，中心移位；再使用连杆或轴瓦螺栓 纠正选择足够的扭矩和有选择地扭紧螺栓，以便达到完美的轴瓦位置；确保轴瓦位置正确；检查轴瓦中心系统是否改变或损坏，如果有必 要，进行更换；遵照发动机制造商的建议更换连杆和螺 栓；;根据发动机制造商的规定加工曲轴,安装错误引起轴瓦早期失效,压力区
16、,顶部倒置,旋转障碍,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,曲轴变形 现象在一付主轴瓦上部或下部有明显的磨损条纹。这种磨损从一片轴瓦转移到另一片轴瓦，但总的来说主要表现在中心轴瓦上。原因曲轴变形使主轴瓦过载，在最高扭曲点形成高压由于这些原因也会导致间隙减小，轴瓦和曲轴颈部产生金属撞击。(图.8.9)由于处理不足，存储方式不对或极度条件下运行都有可能引起曲轴变形 纠正检查，如果曲轴变形，采取足够的纠正措施；校正曲轴。,安装错误引起轴瓦早期失效,曲轴中心线,变形曲轴中心线,润滑油间隙,缸体中心线,润滑油间隙,安装错误引起轴瓦早期失效,缸体变形 现象在主轴瓦副上部或下部能观察到很明显的
17、摩擦条纹。这种磨损可以从一片轴瓦延伸到另一片轴 瓦但总的来说，主要集中在中心轴瓦上。原因突然加热和冷却系统缺少温度调节阀是导致发动机缸体变形的原因之一。以下原因也会引起发动 机缸体变形：不良运行环境（如：发动机过载）；缸盖螺栓扭紧程序不正确。(图.8.10.2)纠正 使用足够的手段来检查可能存在的变形；主轴瓦座重新镗孔；安装温度调节阀。,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,缸体变形,轴瓦不正常划痕,安装错误引起轴瓦早期失效,曲轴颈部失圆 现象 现象 轴瓦表面呈不均衡的磨损条纹。根据最高压产生的区域，有三种区分形式，曲轴颈部插图分别阐述了这三种故障现象。(图.8.11-A,B 和
18、 C).原因曲轴颈部失圆使得在轴瓦表面上的载荷不均衡，在某些区域产生高负荷，加速磨损。轴瓦与曲轴之间间隙变小，产生金属撞击。其它方面的间隙过大。轴颈剖面圆锥形、呈凹面或 凸面，以及连杆轴瓦腔锥面的形成也通常是不正确 的修复引起的。纠正正确研磨曲轴轴颈和连杆轴瓦内腔。,安装错误引起轴瓦早期失效,圆锥形,内凹形,外凸形,安装错误引起轴瓦早期失效,安装错误引起轴瓦早期失效,曲轴角半径影响 现象轴瓦侧面区域过度磨损。原因由于倒角半径不正确，引起轴瓦侧面区域金属撞击(图.8.12)，导致过度磨损和早期局部强度疲劳 纠正研磨曲轴轴颈，获取正确的倒角半径；不要在曲轴上留下尖倒角，它会这些载荷区域 应力集中，削弱曲轴强度。,不正确R角半径,由于安装时不小心装配不正确,由于安装时不小心，装配不正确如果安装不正确或改变了设计位置，轴瓦不能正常工作。安装不正确常常容易引起轴瓦早期磨损下面图片展示了最常见的安装错误,接触,接触,错误,连杆不在中心,正确,轴瓦顶部倒置,由于安装时不小心装配不正确,装配垫片不均匀,轴瓦装反,由于安装时不小心装配不正确,轴瓦销孔与连杆销孔接触干涉,油孔未在相同位置,缸体油孔,轴瓦油孔,65,MAHLE Trading(Shanghai)Co.,Ltd.,Trainer,03-April-2008,Confidential,MAHLE,谢谢大家！,
