康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机连杆轴瓦拉伤的检验方法

 

摘要：连杆轴瓦是连接柴油发电机的曲轴和连杆的关键零部件，其损伤会严重影响柴油机的工作性能和使用寿命，连杆瓦主要损坏形式有早期磨损和烧熔、腐蚀、擦伤、疲劳裂纹和剥落等常见现象。康明斯公司在本文针对连杆瓦磨损的原因进行分析，并对检验方法进行介绍，以提高连杆部件的修理质量。同时提醒柴油机修理工应采取有效的预防措施，减少连杆轴瓦损伤的发生。

 

一、连杆轴瓦技术要求

 

      连杆瓦包括连杆上瓦和连杆下瓦，安装在连杆和曲轴的连接部位，起耐磨、连接、支撑、传动作用。由薄钢背和减磨合金层制成，结构如图1所示，材料成分如图2所示。参照GJB1527的有关规定，轴瓦与柴油机一起进行耐久性考核时，对于高功率密度的柴油机配用的轴瓦其无故障工作时间一般为700～1000h。

1、材料成分

（1）钢背

① 粉末烧结铜铅合金、铸造巴氏合金和铜基合金轴瓦的钢背，采用08、10、15钢。

② 轧制和其它工艺的巴氏合金铜基合金和铝基合金轴瓦的钢背，采用08AL、08.、10钢。钢材的化学成分和力学性能均应符合GB699的规定。

（2）主耐磨层

      主耐磨层采用的合金为锡基和铅基巴氏合金、铜基合金、铝基合金以及其它按产品图样规定的合金。各种不同材质的优势对比如表1所列。

（3）表耐磨层

① 铅锡合金：含锡量为8％～12％；铅余量；其他杂质总和不大于3.5％。

② 铅锡铜合金：按PbSn12Cu2、PbSn18Cu2两种合金或符合含锡量为9％～11％；铜至1％～3％；铅余量。

表1  连杆轴瓦的材料性质比对

 

2、设计要求

      轴瓦支承曲轴，承受气体压力和活塞连杆组往复与旋转惯性力的交变冲击载荷，并传递至机体轴承座。轴瓦的设计要求如下：

（1）轴瓦应具有足够的强度、热疲劳强度和热硬度；

（2）具有良好的抗咬合性、嵌藏性和顺应性；

（3）具有良好的耐腐蚀性；

（4）钢背与合金层应具有良好的粘合性能，并具有足够的屈服强度；

（5）轴瓦应视不同使用条件选取具有相应散热性能的材料。

3、性能要求

（1）内部缺陷

      主耐磨层金相组织应均匀，不得有夹杂物、气孔缩松等缺陷。

（2）硬度

① 巴氏合金：16～32HBS（HBW）。

②  铅锡合金为16～21HV5；铅锡铜合金为17～22HV5。

（3）粘合强度

      主耐磨层与钢背、表耐磨层与主耐磨层应牢固粘合，不得有剥落现象。

（4）贴合度

      轴瓦外圆表面与轴承孔的贴合度应不小于钢背面积的85％，不贴合面应呈分散分布，其中最大集中面积应不大于钢背面积的10％。

 

图1  柴油机轴瓦结构示意图

图2  柴油机连杆轴瓦材料成分组织

 

二、连杆轴瓦常见损伤原因

 

1、早期磨损和烧熔

    连杆瓦磨损使轴瓦与轴颈的正常配合间隙遭到破坏，尤其是连杆的上瓦片磨损更为显著。烧瓦是轴瓦的严重损坏故障，烧瓦是指合金层烧熔粘附在轴颈上，造成曲轴颈的磨损和抱轴事故。连杆轴瓦早期磨损和烧熔的原因有：

（1）连杆轴瓦在保持良好的润滑条件下，其正常磨损量是很小的。如果有异物灰尘、铁屑或其它金属磨粒随润滑油进入轴颈与轴瓦之间，会发生轴瓦和轴颈被刮伤。

（2）当润滑系统故障，机油压力过低或过高，轴瓦的润滑油供给不正常时，润滑油中断以及配合间隙不当等原因就會产生过热，使润滑油膜破坏，运动副表面金属之间直接接触，并形成异常磨损而使局部温度过高，最后导致合金烧熔。

（3）柴油发电机操作使用不当，如康明斯发电机组刚启动就高速超负荷运转，由于爆燃气体产生的压力很大，康明斯发电机组过热，易导致轴瓦烧熔。

（4）轴承座变形后，轴瓦和轴承座将接触不良。轴瓦在座中的位置不正确，将使高出的部分润滑油膜被破坏，发生金属与金属的干摩擦。

2、腐蚀

    腐蚀现象表现为轴瓦内网表面呈现深灰色或黑色斑状小孔、蜂窝状凹坑。连杆轴瓦发生腐蚀的主要原因：轴瓦的腐蚀是由润滑油中酸性物质的侵蚀而造成的。因为酸和铅的作用很激烈，所以含铅合金轴瓦容易遭到腐蚀。合金层遭到腐蚀时会产生应力集中，进而加速合金层的疲劳破坏。所以在使用管理中要定期取样化验机油的质量，以判断其变质程度。若超过指标，必须更换机油，以防腐蚀轴瓦。

3、擦伤

    轴瓦擦伤表现为内圆表面出现沿轴瓦圆周方向的线状或带状的拉痕（如图2所示）。它是一种不均匀的磨损，往往由异物造成。其主要是由机油中的杂质造成的，这些杂质可能是柴油发电机各部分磨损产物铁粉、锈、尘埃和碳化物等。在工作中，这些小的颗粒能够嵌入软的合金中，大的颗粒将沿圆周方向擦伤合金，而无法通过轴承间隙的特大颗粒则可能被压入轴瓦合金中形成伤疤和凹坑，也可能将轴颈擦伤。一般轴瓦多多少少都有擦伤痕迹，这对柴油发电机正常工作影响并不大，但严重时，会造成损坏事故。因此，在使用管理中要定期检查和清洗机油过滤器以及更换机油。

4、疲劳裂纹和剥落

    疲劳能使轴瓦合金产生裂纹，严重时会使合金从轴瓦上一片片地剥落，直到整个轴瓦合金遭到破坏。或者在高负荷作用下油膜被破坏，形成临界润滑或金属之间直接接触，局部温度上升，从而发生裂纹。因铸造浇铸质量不高而引起的裂纹，一般在柴油发电机运转初期就会发生，而疲劳裂纹一般均经工作很长一段时间后才会发生，除以上原因外，操纵管理不当也会引起裂纹，如柴油发电机在运转中长期超负荷，启动次数过多或负荷过大等，均会造成轴瓦的裂纹，严重时会使小块合金剥落下来，最后导致整个轴瓦破坏。轴颈与轴瓦配合不良或轴颈的圆柱度偏差过大，易引起轴瓦局部表面压强增高，散热不良，从而使轴瓦中部易产生轴向裂纹。随之会引起合金不规则的局部脱落。装配时，若连杆的中心线直线度超差，负荷不能均匀的分配在轴瓦的表面上，柴油发电机经过一段时间工作后，即可能发生局部掉块。按使用要求，轴瓦与座孔之间的贴合度不应小于86%，且不贴合处应分散两处以上，否则将影响热量的传出，并导致轴瓦合金的疲劳裂纹和剥落。

 

三、轴瓦质量检验方法

 

1、外观检验

    对轴瓦的表面若有腐蚀麻点、擦伤、裂纹、剥落和烧熔等现象，可用肉眼直接观察发现。合金层与瓦背的粘结情况，可用敲击法进行检查。若发现以上缺陷严重，均需进行更换。 

2、磨损检验

（1）经验鉴定法：

      把连杆安装在曲轴上，按规定力矩拧紧连杆螺栓，然后甩动连杆，如能旋转一圈，同时沿轴向扳动没有松旷感觉，则认为间隙合适。鉴定主轴瓦时，将主轴颈涂机油装入主轴瓦，用手腕的力矩扭转曲轴臂，如能顺利地转动大半圈，而上下、左右扳动曲轴时，又无明显的旷动，则说明间隙合适。

（2）测量方法：

      轴瓦的磨损情况，可用外径千分尺测量轴瓦的厚度，如图3所示。将此磨损后的轴瓦厚度与原来标准瓦厚相比较，即得到轴瓦的磨损量。但在柴油发电机维修中，常常不是用轴瓦的绝对磨损量来决定轴瓦报废、更换的，而是以连杆轴颈和连杆轴瓦的总磨损量，致使配合间隙超过规定要求更换的。为了求得连杆轴瓦与轴颈的配合间隙，需要测量连杆轴瓦的内径，为此将轴瓦装于连杆大头孔内，按规定要求的扭矩紧固连杆螺栓，然后进行磨损测量，测量时通常测两个部位三个方向共六个尺寸。

（3）测量注意事项

    用千分尺或内径百分表测量连杆轴瓦内径时应注意：

① 对于平切口的连杆大头，测量轴瓦水平位置尺寸时，应在轴瓦分开面上下10～15 mm处选两个测量位置，以避开垃圾槽。

② 对斜切口的大头轴瓦，测量时可取垂直于连杆大头盖分开面和垂直于连杆轴心线两个方向尺寸中数值最大的为该轴瓦的最大尺寸。

③ 轴瓦前后两位置测量时应避开圆角。

3、测量轴瓦间隙

      通过测量连杆轴瓦的间隙大小，来判断轴瓦的磨损情况和是否需要更换。通常使用特殊工具测量轴瓦与曲轴之间的间隙，并与厂家提供的标准值进行比较。

4、涂油试验

      通过在连杆轴瓦表面涂抹一层润滑油，然后旋转轴瓦，观察油膜状况和附着情况。如果润滑油膜存在空洞或者润滑油无法均匀附着在轴瓦表面，说明润滑不良，需要进一步检查。

5、轴瓦半圆周长检查

      轴瓦半圆周长用专用检验装置测量，检验装置见图4。检验模具必须具有足够的刚性。当e_o/D_L≤0.05时，检验载荷F按公式（1）计算：

F＝100·B·e_o……………………………………（1）

式中：F－检验载荷，N；

B－轴瓦宽度，mm；

e_o－等效厚度，mm

      等效厚度e_o按（2）式计算：

e_o＝e₁+Ke₂…………………………………………（2）

式中：e_o－等效厚度，mm；

e₁－钢背厚度，mm；

K－系数，其值规定如下：

巴氏合金K＝0；

铜基合金K＝0.5；

铝基合金K＝0.3；

e₂---主耐磨层厚度，mm。

 

图3  柴油机连杆轴瓦厚度测量方法

图4  连杆轴瓦半圆周长的检验装置

 

总结：

      由于轴瓦与被支承的轴颈之间的滑转速度较高， 连杆轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用，尽管在设计和生产时力求实现轴承的良好润滑，但实际上很难保证。连杆轴瓦与轴颈之间常是半液体、半干性摩擦，所以在缺油时连杆轴瓦磨损严重。当磨损超过所允许的间隙值时，就应停机修理。否则，温度升高会使连杆轴瓦表面的合金熔化，损伤轴颈，造成事故停机。连杆轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。柴油机连杆轴瓦是重要的工作部件，需要定期进行检验和维护，以保证其正常工作和延长使用寿命。以上介绍的方法只是简单的检查方法，对于更详细的检验和分析，建议请专业技术人员进行操作。

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