滑動軸承故障分析

王志祥

軸承和軸的故障能直接追溯到潤滑不足或油膜間隙被破壞。任何會干擾和破壞油膜的材料、故障、不對正或化學反應等都將會導致某種損壞和失效。造成軸瓦損壞的主要原因有四個方面:污垢引起的失效、潤滑油及相關因素引起的失效、運行和安裝引起的失效、表面反應引起的失效。污垢是運動的金屬部件的首要敵人。并且它常常是柴油機故障的致命原因，工作在較臟的環境中尤其如此。

1 污垢引起的失效

1.1 刮傷

1)與軸徑一起運動的硬顆粒與摩擦表面接觸，這時顆粒與金屬表面的接觸應力較低，它們在軸瓦表面上劃出線狀傷痕;半嵌入軸瓦表面的硬顆粒在軸徑表面上也會劃出線狀傷痕，均稱為刮傷。硬顆粒嵌入軸瓦表面又脫落，造成點狀傷痕的刮傷。上述的顆粒多半是鐵末和砂粒。刮傷導致摩擦副表面粗糙化，從而降低了潤滑油膜的承載能力，并且會形成新的可以刮傷摩擦表面的硬顆粒，造成惡性循環。

2)來源。進氣(空氣濾清不良);潤滑油(濾清不良);燃油(突然啟動或過量供油);噴油器“O”形密封圈泄漏;噴油器單向閥球泄漏;大修期間積塵;處理潤滑油或零件不小心。

1.2 磨粒磨損和粘著磨損

1)進入軸承間隙的較小硬顆粒，游移于兩摩擦表面之間，在摩擦表面上產生極高的接觸應力，硬顆粒與摩擦表面之間的高接觸應力使韌性金屬的摩擦表面產生塑性變形或疲勞損傷，使脆性金屬的摩擦表面出現脆裂或剝落。當出現邊緣接觸、缺少潤滑油或油膜破裂等情況將會產生劇烈的磨粒磨損。磨粒磨損將導致軸徑和(或)軸瓦幾何尺寸與形狀改變、精度喪失、軸承間隙加大，使滑動軸承性能在預期壽命前急劇劣化。2)在潤滑油膜破裂或缺油的狀態下，大的摩擦因數導致產生大量的摩擦熱，軸承溫度升高。在高溫下，一個摩擦表面的低熔點金屬因軟化而粘附在另一摩擦表面上，隨著軸徑旋轉運動形成的剪切作用，粘連的金屬從原表面脫離，轉移到另一摩擦表面，造成摩擦表面明顯的凹坑和凸起狀傷痕。出現咬粘時，摩擦急劇增大，軸承溫度進一步升高，形成惡性循環。當粘附嚴重，軸徑轉動的動力不再能剪切開粘結點時，將使軸徑運動終止，俗稱“抱軸”，軸承徹底損壞。3)來源。缸體的機械加工;缸套珩磨;活塞、缸套、氣門以及其他運動部件不正常磨損;銅套;潤滑油使用不當;濾清不良。

1.3 固定的污垢顆粒

裝配期間留在軸承背和軸承孔之間的大顆粒使得軸承不能正確安裝到位。顆粒的形狀通常會顯示在鋼背上，而且過度的磨損會從這個顆粒開始。如果一個大顆粒被嵌入軸承襯中，就會造成軸頸損壞。如果它進入軸承蓋接觸面，這個硬顆粒將會破壞軸瓦壓緊并使軸瓦松動。

來源:機械加工的碎屑(包括制造、修理或大修期間產生的)。

1.4 防止污垢引起失效的措施

1)使用制造商推薦的、經過濾清和保養的正確規格的清潔潤滑油;2)裝配前和裝配期間徹底清潔內孔、油道以及所有零部件;3)小心保存和處理軸承，并要保證軸承絕對清潔保持注油、處理和測量設備清潔，不能讓灰塵進入潤滑系統;4)保持工作區域清潔整齊，保護裝配工作不受飛揚的灰塵和磨削碎屑的影響。同時使工具上不積灰塵和金屬顆粒。

2 潤滑不當引起的失效

2.1 潤滑不充分

如果潤滑不充分，運動表面就失去了油膜的保護，直接接觸進行干摩擦。檢查是否存在下列情況:1)油底殼油位較低;2)吸油濾網、管道或油道堵塞;3)軸承供油孔未對正;4)潤滑油泵或濾清器效率較低;5)吸油管泄漏;6)冷啟動操作不恰當;7)怠速運轉時間過長;8)熱停機;9)曲軸油封泄漏。

2.2 潤滑油中有水

潤滑油中的水分對軸和軸瓦的損傷是比較嚴重的，因為水會使潤滑油變質破壞油膜。潤滑油中含有水分還會產生不規則的點蝕和表面剝落。來源:1)通過缸套密封泄漏;2)潤滑油冷卻器密封圈泄漏;3)儲存燃油或潤滑油時不小心，使得它們暴露而進水。

2.3 潤滑油中有燃油

燃油進入曲軸箱后，會使潤滑油變稀，油膜變薄降低潤滑效果，同時對軸和軸瓦造成腐蝕。原因:1)不完全燃燒;2)活塞環磨損;3)怠速時間過長(發動機溫度較低)。

2.4 防止潤滑不當引起失效的措施

1)確保油道清潔、安裝發動機時要在各軸和軸瓦的運動表面涂與使用標號相同的清潔潤滑油;2)按制造商的建議保養濾清器、濾網和油管;3)保持油底殼中的潤滑油處于正確的油位;4)對準軸承潤滑油孔與供應油道;5)使用規定等級的潤滑油，仔細儲存，使用時特別注意保持清潔;6)避免長時間怠速運轉、冷機時突然滿負荷運轉以及熱停機。

3 表面反應引起的失效

1)腐蝕。潤滑油在使用過程中不斷氧化，氧化時常產生弱的有機酸，它對軸承材料特別是鑄造銅鉛合金的鉛有腐蝕性，其特征是鉛呈點狀脫落，使表面變粗糙。錫基軸承合金中的錫被氧化后，在軸瓦表面形成一層由SnO2和SnO組成的黑色硬覆蓋層。這一覆蓋層對軸承極為有害，它很硬，能刮傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。

2)氣蝕。氣蝕是固體表面與液體接觸并作相對運動時所產生的表面損傷形式。當潤滑油在油膜低壓區時，油中會形成氣泡，氣泡運動到高壓區后，在壓力作用下氣泡潰滅，在潰滅的瞬間產生極大的沖擊力和高的溫度，固體表面在這沖擊力的反復作用下，材料發生疲勞脫落，使摩擦表面出現小凹坑，進而發展成海綿狀傷痕。重載、高速，且載荷和速度變化較大時，易發生氣蝕。

3)電侵蝕。由于電機或電器漏電，在摩擦表面間產生電火花，造成點狀傷痕，其特征是損傷往復出現在較硬的軸頸表面上。

4 操作技術引起的失效

4.1 長時間怠速運轉

通常發動機在600 r/min范圍運轉了很長時間，使得發動機溫度降到正常運轉時的水平以下。未燃燒的燃油會稀釋潤滑油，并使其粘度下降。防止辦法:將怠速時間限制在一個合理的范圍內或提高怠速設置速度。

4.2 熱停機

當一臺滿負荷運轉的發動機在沒有經過一個較短的怠速期就立即停機時，運轉所產生的熱量沒有來得及散失，而且所有部件的溫度很高，油膜會遭到破壞。

每本發動機手冊都給出了正確停機的步驟，應當遵循這些步驟。由于散熱不良也會損壞活塞、缸套和發動機軸承，遵循正確的停機步驟對自然吸氣式和渦輪增壓式發動機都是必要的。

4.3 冷啟動

當環境溫度較低時，啟動發動機并在發動機暖車前重負荷或幾乎全速運轉會導致軸承嚴重損壞。

5 安裝技術引起的失效

5.1 粗顆粒造成的磨損

當潤滑油濾清器芯中有看得見的顆粒時，軸承表面可能會顯示長而深的刮痕。這些刮痕降低了潤滑效果和散熱能力。刮掉的金屬加重了磨損而且產生的熱量很快熔化了表面鍍層中的鉛。

5.2 發動機軸承定位不正確

1)定位凸緣或定位舌可能部分或全部敲成與分型面平齊;2)軸承背部出現潤滑油孔印痕意味著軸承裝反了或使用了錯誤的零件，以及潤滑油供應孔不匹配;3)一個軸承失效而其他軸承只發生部分擦傷，表明沒有潤滑油孔的軸瓦取代了帶有潤滑油供應孔的軸瓦或軸承供油孔被堵塞。當碎屑從失效的軸承進入循環后，其他的軸承表面也會損壞。

5.3 軸承蓋安裝技術

分解一臺懷疑軸承有問題的發動機時，應當注意每個軸承蓋和螺栓或螺母的位置及其狀況。在一些發動機中，軸承蓋有可能裝反，而且未能立即意識到這種錯誤。

盡管配合顯示正常，軸承蓋裝反了或者螺栓或螺母不能達到正確的扭矩可能會導致嵌入其中的軸瓦松動。

5.4 軸瓦嵌入安裝技術

當軸承顯示軸承孔太松或過緊的跡象時，這可能是由于在裝入軸瓦時不正確擠壓造成的。分型面被銼平——軸瓦設計成在軸承孔和軸承蓋的分型面上都稍微凸起。當擰緊軸承蓋時，壓力作用在軸瓦上，將其固定到位，不得銼掉凸出面。軸承蓋接觸面被銼平——銼平這些部位并不能達到降低油膜間隙的目的。這樣做會導致軸瓦上的壓力太高，并導致分型面處的軸承表面磨損。

減小軸承擴張量——軸瓦設計成在分型面之間的開口比軸承孔寬，改變擠壓時，不得減小軸承擴張量。

5.5 裝配期間暴露

軸承和軸必須仔細處理以防止損壞，并且要避免其他金屬零件接觸。要防止軸承受到大修車間內的污垢和機加工碎屑的污染。污垢會在工作完成后帶入發動機，造成損壞:

1)如果不用軸承，請不要去掉軸承上的保護層;2)在安裝過程中將工具和部件放在清潔的紙上;3)小心使用壓縮空氣——不要將灰塵從一個零件吹到另一零件上;4)如果一個軸承的安裝需要隔夜或較長時間才能完成，用干凈的覆蓋物蓋住它;5)要特別小心地安裝活塞和連桿，一個銳邊就能導致曲柄劃傷或毛刺。