船用柴油機主軸承失效分析與檢測

鄭振杰

摘 要：本文闡述船用柴油機主軸承常見的失效形式，分析了主軸承失效原因，提出船用柴油機主軸承磨損的檢測、調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞：船用柴油機;主軸承;失效分析;檢測;調(diào)整

中圖分類號：U664.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

船用大型低速二沖程柴油機主軸承多采用正置式滑動厚壁主軸承，中高速四沖程柴油機主軸承一般采用倒掛式滑動式或滾動式軸承。船用柴油機滑動軸承工作條件比較惡劣，長時間承受交變載荷作用，加速了主軸承的磨損和損傷。主軸承的失效，影響曲軸中心線位置，進(jìn)一步造成柴油機其它方面故障的發(fā)生，如：會引起柴油機活塞、活塞環(huán)及氣缸套等異常磨損，造成柴油機燃燒不充分，使柴油機燃油消耗率增加，產(chǎn)生敲缸和曲軸撓曲折斷等故障，這些故障將嚴(yán)重影響到柴油機工作的可靠性，因此要定期拆檢主軸承，一旦發(fā)現(xiàn)主軸承間隙超過極限值或發(fā)現(xiàn)其它缺陷時，就應(yīng)該及時修復(fù)、換新。

1 主軸承常見失效形式及失效原因分析

序號?? ?常見失

效形式?? ?失效的主要原因

1?? ?主軸承

異常

磨損?? ?（1）違章操作，維護(hù)保養(yǎng)不良;

（2）潤滑不良，潤滑油質(zhì)量差;

（3）主軸承裝配工藝、裝配質(zhì)量、加工精度較差;

（4）柴油機啟停頻繁;

（5）柴油機工作超速、超負(fù)。

2?? ?主軸承

裂紋和

剝落?? ?（1）爆發(fā)壓力較高、在交變載荷的作用下產(chǎn)生疲勞裂紋;

（2）主軸承負(fù)荷過大;

（3）主軸承間隙過大，軸瓦受到?jīng)_擊負(fù)荷;

（4）主軸承合金和基體粘結(jié)不牢，裝配工藝質(zhì)量較差。

3?? ?主軸承

劃傷或

劃痕?? ?外來顆粒或潤滑油混有雜質(zhì)及污垢后進(jìn)入軸承與軸頸間隙中時，在曲軸壓力作用下嵌入軸承表面，造成軸或軸承產(chǎn)生磨粒磨損，劃傷主軸承。

4?? ?主軸承

腐蝕?? ?（1）電化學(xué)腐蝕：潤滑油選用不當(dāng)，長期使用含有酸性物質(zhì)或水潤滑油;

（2）靜電腐蝕：靜電、雜散電流;

（3）穴蝕：油孔、油槽位置。

5?? ?主軸承

燒熔?? ?（1）潤滑油選用不當(dāng)或被稀釋或變質(zhì)、潤滑表面沒有形成油膜;

（2）軸承負(fù)荷過大;

（3）潤滑油壓力不足，供油中斷;

（4）主軸頸與主軸承配合間隙不當(dāng)?shù)取?/p>

船用柴油機主軸承常見失效主要形式有異常磨損、裂紋和剝落、劃傷或劃痕、腐蝕、燒熔等，主軸承損壞主要是日常維護(hù)保養(yǎng)不良，管理、使用不當(dāng)，甚至是值班輪機員沒有按照操作規(guī)程，違章操作等造成的。主軸承的使用條件、軸承設(shè)計、軸承加工制造及裝配精度等因素也會影響主軸承的使用壽命。船用柴油機主軸承常見失效形式與失效的主要原因，如表1所示。

2 主軸承磨損的檢測

主軸承的過度磨損通常是發(fā)生在下軸瓦中，主軸承磨損檢測可采取以下幾種方法：

橋規(guī)測量法：厚壁軸瓦下瓦的磨損量可采用橋規(guī)測量主軸頸下沉量來判斷主軸承磨損情況。

比較法：即直接測量下軸瓦的厚度與新軸瓦厚度作比較來判斷主軸承下瓦的磨損量。這種方法比較耗時，工作

量大。

主軸承故障也可采用在線監(jiān)測的方法，此方法主要有振動法、溫度監(jiān)測法、熱-電監(jiān)測法等，操作方便，準(zhǔn)確率比較高。

溫度監(jiān)測法：將感溫元件通過鉆孔方式安裝在軸承座或軸承蓋上，測量因主軸承磨損產(chǎn)生熱量而引起的溫度升高來間接判斷主軸承磨損情況的一種方法。

振動法：通過測量柴油機工作時所產(chǎn)生的振動和噪聲信號，對柴油機內(nèi)部部件工作狀態(tài)進(jìn)行診斷的方法。

熱-電監(jiān)測法：通過測量柴油機主軸承與主軸頸摩擦?xí)r所產(chǎn)生的熱電勢來監(jiān)測主軸承不同的磨損狀態(tài)的方法。

3 主軸承間隙的測量

如果柴油機主軸承間隙過大，則易產(chǎn)生沖擊負(fù)荷使合金層裂紋和碎裂;主軸承間隙過小，會導(dǎo)致軸承發(fā)熱、合金熔化甚至咬死。柴油機主軸承間隙的測量通常有以下幾種方法。

3.1 塞尺法

用塞尺從軸承端面塞入軸頸和軸瓦之間間隙處進(jìn)行測量。這種測量方法簡單方便，但精度不高，受軸承結(jié)構(gòu)限制，軸承間隙為弧形，而塞尺平直，使測量值小于實際值，因此測量結(jié)果應(yīng)在測量值上加上0.05 mm進(jìn)行修正。

3.2 比較法

對于中高速柴油機薄壁軸瓦主軸間隙的測量，一般是采用內(nèi)、外徑千分尺分別測量軸、孔所對應(yīng)部位的直徑，然后計算出兩者直徑之差即為該軸承間隙。測量位置應(yīng)選擇曲柄銷在上、下止點位置時所對應(yīng)的軸、孔直徑，而且要在軸向首、中、尾位置處進(jìn)行測量，取平均值比較。

3.3 壓鉛法

主軸承的間隙可用軟鉛絲來檢查軸承間隙的方法。具體方法：

（1）拆去主軸承蓋、上軸瓦。（2）用鉛絲直徑0.5 mm，鉛絲長度約為200 mm的軟鉛絲兩條置于主軸頸上或軸瓦下瓦內(nèi)表面。說明書上如果沒有特別要求的，鉛絲直徑可選為（1.5～2.0）倍的軸承裝配間隙，鉛絲長度為120～150°軸頸弧長，鉛絲數(shù)量為2～3條置于主軸頸上或軸瓦下瓦內(nèi)表面，用黃油粘住。（3）將上軸瓦及主軸承蓋裝上，用扭力扳手按規(guī)定力矩分次均勻地將主軸承螺栓上緊。（4）將擰緊后的主軸承螺栓松開，把上軸瓦及已壓扁的鉛絲取出，用外徑千分尺測量鉛絲兩端及中間位置的厚度。兩端厚度為軸承兩側(cè)間隙，中間厚度為軸承徑向間隙，一般大于軸承兩側(cè)的間隙。軸承兩側(cè)的間隙差應(yīng)不超過0.05 mm。

4 主軸承間隙的調(diào)整

柴油機主軸頸與主軸承之間的間隙是形成液體動壓潤滑油膜的重要參數(shù)，主軸承間隙必須要符合說明書或規(guī)范的要求，明確規(guī)定柴油機主軸承徑向配合間隙和極限間隙，如表2所示，也可以參照以下計算公式。

銅鉛合金軸承安裝間隙：

白合金軸承安裝間隙：

極限間隙：

式中：D-為主軸頸的直徑。

軸承間隙過大，不利于潤滑油膜的形成，加速主軸承磨損，同時產(chǎn)生沖擊負(fù)荷使主軸承軸瓦合金裂紋、剝落、燒熔等;軸承間隙過小，不能建立楔形油膜，或油膜太薄，導(dǎo)致主軸承發(fā)熱，造成主軸承軸瓦合金燒熔，甚至咬死。

因此主軸承間隙不符合要求，要進(jìn)行調(diào)整，可采用增加或減掉上下軸瓦配合面之間的墊片數(shù)量或厚度進(jìn)行調(diào)整主軸承間隙的大小。

對于厚壁軸瓦，其上下軸瓦結(jié)合面之間有一組紫銅或黃銅墊片，墊片厚度為0.05 mm的整數(shù)倍，調(diào)整時要特別注意主軸承兩邊的墊片厚度、墊片數(shù)量必須一致，而且墊片數(shù)量盡可能少，否則會使主軸承上蓋出現(xiàn)歪斜，造成主軸承間隙變化等。

5 結(jié)束語

柴油機主軸承工作可靠性對于柴油機工作是否安全可靠關(guān)系很大，平時要加強對柴油機主軸承的日常維護(hù)管理，要加強凈化潤滑油、清洗過濾器、檢查主軸承工作情況，及時發(fā)現(xiàn)主軸承早期失效跡象，以免造成嚴(yán)重故障。采用主軸承故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，來監(jiān)測柴油機主軸承工況，如溫度監(jiān)測法、振動法、油液分析法、熱—電監(jiān)測法等監(jiān)測方法。

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