淺析內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的磨損機(jī)理

顏廷立

摘要：內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承作為機(jī)械部件，在運(yùn)行過程中面臨著持續(xù)損耗的問題，這就需要定期對(duì)此類磨損問題進(jìn)行分析，結(jié)合磨損機(jī)理，建立維修處理方案，確保在生命周期內(nèi)發(fā)揮出最大的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，文章分析內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承磨損機(jī)理，解析滑動(dòng)軸承損壞形式及失效，并對(duì)內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承損壞現(xiàn)象及其對(duì)策進(jìn)行研究。

Abstract： As a mechanical component of internal combustion engine sliding bearings， they face the problem of continuous wear during operation. This requires regular analysis of such wear problems， combined with wear mechanisms， and establishment of maintenance and treatment programs to ensure that they can maximize their life cycle Value. Based on this， the article analyzes the wear mechanism of the sliding bearing of internal combustion engine， analyzes the damage and failure of the sliding bearing， and studies the damage phenomenon and countermeasures of the sliding bearing of the internal combustion engine.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);滑動(dòng)軸承;磨損機(jī)理

Key words： internal combustion engine;sliding bearing;wear mechanism

中圖分類號(hào)：U262.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）17-0156-02

0? 引言

內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承是重要的機(jī)械產(chǎn)品，其本身所具備的高可靠性、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，令外部驅(qū)動(dòng)在運(yùn)行過程中，可通過相關(guān)指令的調(diào)控，真正實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)頂層與底層的無縫對(duì)接，提高整體工作質(zhì)量。從內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承零部件的具體應(yīng)用來講，在運(yùn)行過程中，其呈現(xiàn)出一個(gè)持續(xù)性消耗的特點(diǎn)，受限于軸承零部件固有的承載性能，當(dāng)外界荷載力高出零部件的承受極限值時(shí)，將令滑動(dòng)軸承產(chǎn)生破損的嚴(yán)重問題，降低使用壽命。為進(jìn)一步提高實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量，必須深度分析出內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承工作期間產(chǎn)生的各類磨損現(xiàn)象，分析出可靠性、穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)影響因素，找出具體失效部位，利用相對(duì)應(yīng)的技術(shù)、工藝，解決滑動(dòng)軸承運(yùn)行中的磨損失效問題，強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的可靠性。本文則是針對(duì)內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的磨損機(jī)理進(jìn)行探討，僅供參考。

1? 內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承磨損機(jī)理

內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承磨損機(jī)理一般是指內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，長期存在被持續(xù)性消耗的前提下，其滑動(dòng)軸承固有的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可規(guī)避的被磨損問題，且此類問題將隨著內(nèi)燃機(jī)做功時(shí)長的增加，而導(dǎo)致磨損率逐漸增大的原理。從磨損階段來講，可以將內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的磨損期設(shè)定為初期磨合階段、中期磨損階段、后期加劇磨損階段。

1.1 初期磨合階段

新生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承部件表面一般存在細(xì)微尖峰，在未經(jīng)過任何摩擦?xí)r，隨著該內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承部件被初步投入使用，其會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行造成一定的運(yùn)動(dòng)阻力，對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)操作產(chǎn)生一定的差異影響，即造成實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與預(yù)期設(shè)計(jì)的參數(shù)存在差異。磨合期則是指滑動(dòng)軸承部件在運(yùn)行過程中，通過其零部件的接觸、摩擦等階段，令零部件的各項(xiàng)參數(shù)符合整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承部件上的表面硬質(zhì)雜質(zhì)將在摩擦運(yùn)動(dòng)中變的更為平滑。從材料遷移角度來講，則可以看成是滑動(dòng)軸承表面的細(xì)微尖峰與其它組件接觸過程中，在大面積壓力作用下，滑動(dòng)軸承所產(chǎn)生的屈服強(qiáng)度超出細(xì)微尖峰與滑動(dòng)軸承表面的結(jié)構(gòu)力，此時(shí)細(xì)微尖峰將在外界作用力、摩擦產(chǎn)生的熱作用效果下，脫離滑動(dòng)軸承表面。但是在摩擦做功下，細(xì)微尖峰所產(chǎn)生的作用力效果，將加大摩擦副的磨損率。

從磨合過渡角度來講，在裝配環(huán)節(jié)，內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承部件受到裝配公差的影響，將加大其零部件之間的縫隙，而不均勻的縫隙對(duì)于不同部件之間的潤滑油而言會(huì)致使其存在分布不均的問題，但是隨著內(nèi)燃機(jī)的持續(xù)運(yùn)行，伴隨著滑動(dòng)軸承外表面的磨合現(xiàn)象，內(nèi)燃機(jī)活動(dòng)軸承的表面將真正實(shí)現(xiàn)在其單位體積內(nèi)，潤滑層的均勻分布，此時(shí)則表明部件在運(yùn)行過程中，潤滑油流體運(yùn)動(dòng)效果下，降低磨損率，進(jìn)而令當(dāng)前滑動(dòng)軸承的磨損向中期磨損階段所轉(zhuǎn)變。

1.2 中期磨損階段

中期磨損階段是指內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，軸體外部表面經(jīng)過摩擦力的作用，將內(nèi)燃機(jī)的磨損率降到一個(gè)穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軸承設(shè)施的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)，此階段表明內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，其機(jī)體表面的潤滑油形成一個(gè)穩(wěn)定流體狀態(tài)，能夠真正起到潤滑作用，優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受力參數(shù)，令整個(gè)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中的受力更為均勻，降低部件的耗損值。從潤滑膜體的厚度來講，當(dāng)油膜層大于部件表面的粗糙度時(shí)，其將起到隔絕潤滑的效果，即為當(dāng)摩擦副間的零件在作用力產(chǎn)生時(shí)，不會(huì)繼而產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦現(xiàn)象，此時(shí)滑動(dòng)軸承的潤滑率達(dá)到最大。從穩(wěn)定磨損階段呈現(xiàn)出的運(yùn)行機(jī)理來講，潤滑層所起到的隔絕效果是一種理想狀態(tài)，即為零件表面在接觸的過程中完全不接觸，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，零部件之間則呈現(xiàn)出一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢，部件之間的相互做功將成為不可控因素，在潤滑層的作用下，將把滑動(dòng)軸承表面的相互力學(xué)系數(shù)降到最低，降低摩擦損耗。例如，內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在初步啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的工作磨損屬性是屬于不可規(guī)避的，因?yàn)槠湓趩?dòng)過程中，摩擦副內(nèi)部的潤滑層將產(chǎn)生形成與消除的兩種漸次階段，代表著潤滑狀態(tài)由邊界經(jīng)由混動(dòng)、流體的形成，最終達(dá)到潤滑層完全轉(zhuǎn)變的階段，在此期間，摩擦副表面將產(chǎn)生零部件直接接觸的問題，即為運(yùn)行過程中的穩(wěn)定損耗階段，內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在長時(shí)間運(yùn)行周期下，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損問題。

1.3 后期加劇磨損階段

內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在負(fù)荷狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行后，受到材料結(jié)構(gòu)因素、摩擦產(chǎn)生的高溫因素等影響，將產(chǎn)生疲勞損傷的嚴(yán)重現(xiàn)象，且此類損傷現(xiàn)象將伴隨著軸承持續(xù)做功，進(jìn)而產(chǎn)生滑動(dòng)軸承被加劇磨損的問題。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行過程中，加劇磨損問題具有積累性的特點(diǎn)，其是指影響因素所造成的磨損指超出軸承部件的承受極限值，令磨損系數(shù)達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)的最大值。從具體影響效果來講，后期加劇磨損對(duì)于滑動(dòng)軸承所造成的危害最大，其衍生出的粘度喪失、運(yùn)行驅(qū)動(dòng)效率降低、異常響動(dòng)、摩擦溫度加大等問題，可能造成整個(gè)內(nèi)燃機(jī)設(shè)備的損毀。

2? 滑動(dòng)軸承損壞形式及失效

內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中起到對(duì)內(nèi)燃機(jī)機(jī)能的可靠性支撐的作用，確保其相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)性，但是在內(nèi)燃機(jī)的長時(shí)間運(yùn)行模式下，內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承將產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損問題，當(dāng)磨損所產(chǎn)生的尺寸誤差高出摩擦副的運(yùn)行基準(zhǔn)時(shí)，其將產(chǎn)生運(yùn)行失效的問題。相關(guān)人員在針對(duì)滑動(dòng)軸承損壞及失效問題進(jìn)行分析時(shí)，主要關(guān)注的內(nèi)容是指在非常態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，滑動(dòng)軸承運(yùn)行過程中產(chǎn)生過度損耗的問題，該問題致使內(nèi)燃機(jī)的整體結(jié)構(gòu)受到機(jī)械影響，降低整體機(jī)械操控的質(zhì)量。

影響滑動(dòng)軸承損壞的問題包含下列幾點(diǎn)：第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)范，例如鍍層材料、結(jié)構(gòu)承受參數(shù)等，在高強(qiáng)度負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，不規(guī)范的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷問題。第二，生產(chǎn)工藝基準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)，此類問題的產(chǎn)生，將直接影響滑動(dòng)軸承的承載質(zhì)量，造成出廠期間的質(zhì)量缺陷問題，在后續(xù)被使用過程中，質(zhì)量問題的存在可能過早令滑動(dòng)軸承達(dá)到其極限消耗值，無法滿足正常運(yùn)作需求，降低設(shè)備的使用年限。第三，裝配工藝不合規(guī)，合理設(shè)計(jì)與裝配，可進(jìn)一步提高滑動(dòng)軸承運(yùn)行的可靠性，但是如果裝配過程中，產(chǎn)生誤差時(shí)，則將產(chǎn)生運(yùn)行精度誤差的嚴(yán)重問題。第四，運(yùn)維力度不足，滑動(dòng)軸承屬于損耗性部件，在操作過程中，需依據(jù)工作強(qiáng)度及軸承屬性，定期對(duì)此類部件進(jìn)行運(yùn)維養(yǎng)護(hù)處理，確保操作屬性長期維系在一個(gè)最佳狀態(tài)，但是受到外部及內(nèi)部環(huán)境所造成的影響，將加劇材料磨損問題，如果未能對(duì)其進(jìn)行正確養(yǎng)護(hù)處理，則將加大失效問題的產(chǎn)生幾率。

這就需要在實(shí)際運(yùn)行過程中，針對(duì)損耗模式、運(yùn)行工況等，分析出失效原因，然后制定相對(duì)應(yīng)的處理方案，真正實(shí)現(xiàn)前期、中期、后期的一體化維修處理，規(guī)避滑動(dòng)軸承的失效問題。

3? 內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承損壞現(xiàn)象及其對(duì)策

3.1 劃傷問題

內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承劃傷問題的產(chǎn)生，主要是指設(shè)施表面存在劃痕，造成結(jié)構(gòu)力損失的問題。劃傷現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理主要是由于大直徑的機(jī)械顆粒在高壓作用下經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承的表面，且此類顆粒硬度高于軸承表面硬度，產(chǎn)生機(jī)體損傷的現(xiàn)象，通常情況下，摩擦副內(nèi)部屬于一個(gè)封閉的空間，不會(huì)有外界雜質(zhì)流入到裝置中。此時(shí)則可驗(yàn)證潤滑油是否存在雜質(zhì)問題，并依據(jù)滑動(dòng)軸承外表監(jiān)測數(shù)據(jù)，做好相對(duì)應(yīng)的清潔處理，降低劃傷問題的產(chǎn)生幾率。

3.2 磨粒磨損問題

磨粒磨損問題是指滑動(dòng)軸承核心承載部位，因?yàn)槟Σ羻栴}的產(chǎn)生，加大軸承內(nèi)部之間的間隙差值，此類受損面具有光亮特征，主要是因?yàn)閮?nèi)部雜質(zhì)在持續(xù)性運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械面造成固定時(shí)間、表面的磨損，進(jìn)而形成基于磨粒的范圍性磨損問題。造成磨粒磨損的主要原因是由于潤滑油在過濾之后被污染，或者是過濾工序存在缺失性，導(dǎo)致小直徑的雜質(zhì)流入到軸承內(nèi)部，進(jìn)而產(chǎn)生雜質(zhì)污染的問題。對(duì)此，在進(jìn)行解決時(shí)，可以選擇定期更換潤滑油，或者是依據(jù)檢測出的粒徑磨損系數(shù)，評(píng)估在當(dāng)前工況運(yùn)行下，滑動(dòng)軸承所產(chǎn)生的摩擦損耗問題，并進(jìn)行定期運(yùn)維處理，增加滑動(dòng)軸承的運(yùn)行壽命。

3.3 咬粘問題

咬粘問題的產(chǎn)生是指在軸承表面出現(xiàn)溝痕問題，將造成軸頸區(qū)域黏連的嚴(yán)重問題。產(chǎn)生此類現(xiàn)象的主要原因是由于在持續(xù)性的工作狀態(tài)下，設(shè)施在摩擦過程中將產(chǎn)生高溫，軟化金屬材料，降低結(jié)構(gòu)剛性，此時(shí)軸頸區(qū)域在高荷載壓力下，將產(chǎn)生嚴(yán)重的位移問題，即為材料在固有承載壓力下，位移可能產(chǎn)生單位體積內(nèi)材料的堆積現(xiàn)象，進(jìn)而形成堵塞、咬粘問題。從運(yùn)行角度來講，軸承在運(yùn)行過程中此類問題產(chǎn)生因素較多，且具有偶發(fā)性特點(diǎn)，例如設(shè)備急停、急啟動(dòng)操作，零部件之間的碰撞問題、潤滑油層厚度問題等，均可能造成咬粘問題的產(chǎn)生。針對(duì)此類問題進(jìn)行解決時(shí)，則可分析出潤滑系統(tǒng)及材料材質(zhì)、結(jié)構(gòu)之間呈現(xiàn)出參數(shù)系數(shù)是否符合實(shí)際運(yùn)行需求，結(jié)合設(shè)施在不同工況下運(yùn)行需求，制定相對(duì)應(yīng)的運(yùn)維工序。

4? 結(jié)語

綜上所述，內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，磨損問題屬于不可規(guī)避的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為此，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)結(jié)合滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)組成、工作環(huán)境等，制定出相對(duì)應(yīng)的運(yùn)維處理方案，以提高滑動(dòng)軸承設(shè)備運(yùn)行的可靠性。期待在未來發(fā)展過程中，科研人員可研發(fā)出更為先進(jìn)的技術(shù)工藝，針對(duì)滑動(dòng)軸承現(xiàn)存問題予以解決，提高設(shè)施運(yùn)行精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈文靜.內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承磨損機(jī)理及失效分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（10）：142-143.

[2]杜祥寧，張艷艷，黃瑞，俞小莉，劉震濤.運(yùn)行參數(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)主軸承動(dòng)載荷影響規(guī)律仿真分析[J].機(jī)電工程，2019，36（08）：809-813.

[3]聶濤，劉振明，劉楠，安士杰.內(nèi)燃機(jī)徑向滑動(dòng)軸承潤滑特性及影響因素研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2019，36（01）：263-267.

[4]劉曉日，黎明，張鐵臣，鄭清平，黎蘇，李國祥.基于熱彈流混合潤滑的內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承零磨損[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，51（01）：62-68.