2 相关零件及装配检查
首先,查看了本批发生故障的发动机相关零件的进厂检验报告及装配记录表。以下是主要相关零件:连杆轴承、连杆、连杆组件以及曲轴组件的装配检查情况。
连杆轴承为双片式平面轴承,瓦背材料为低碳钢,内层为减磨双层铝合金构成,所有表面镀锡防腐保护,对装配批次的轴承壁厚、自由开口尺寸进行检查均符合设计要求。将单片轴承放入专用工装,将装配结合面一端固定另一端加载2 000 N的压力后,对轴承的突出量进行检查符合设计要求,同时装配结合面的平行度也符合图纸设计要求。因此,此轴承的一系列检查均能符合图纸设计要求。
连杆材料为20CrMo,装配连杆轴承的大头孔需进行渗碳、淬火、回火,对表面硬度、心部硬度以及有效硬化层深度几项关键项目进行检查,实际零件的检查结果均符合图纸设计要求。之后,检查了连杆大头孔的尺寸0 31(+0.013/0)、粗糙度以及大头孔的圆度、直线度和相对端面的垂直度均符合图纸设计要求。同时,连杆底部中间位置加强筋处的厚度经检查也符合图纸要求。
连杆轴承压配入连杆后在图纸要求范围内检查圆度、直线度以及内径尺寸均符合图纸设计要求,与曲柄销之间的配合间隙测量结果正常。曲轴组件的轴向间隙及主轴颈跳动量测量结果均符合图纸要求。
3 原因初步分析及改进措施
3.1原因初步分析
通过对零件的初步检查并没有发现会造成连杆轴承失效的不合格项,由于几台失效的发动机试验时油温正常,排除了润滑系统的问题。同时,失效的发动机并未出现轴瓦与曲柄销之间的卡死现象,认为轴瓦与曲柄销之间也不存在配合间隙过小而导致的润滑不良和卡死现象。而连杆刚度不足、连杆与轴瓦之间的配合设计不良都会导致轴瓦在运转过程中的非正常变形和错动,下面我们通过计算来验证轴瓦与连杆之间的配合过盈量是否符合理论要求。
薄壁轴瓦完全依靠过盈量紧贴于座孔表面,形成刚性轴承孔。过盈量不足,在冲击负荷作用下瓦背与座孔表面反复错动,引起背面的摩擦锈蚀和损坏。过盈量太大,瓦背发生塑性变形,同样导致配合松动。其数值必须合理选择,严格控制。轴瓦在座孔中的配合状态,可简化为两等效圆柱套筒(等效轴承座和等效轴瓦)的过盈配合状态,套筒紧配合时的周向应力计算为:(轴瓦越厚,应力系数φt越小,并且轴瓦与曲柄销间隙最小,计算所得应力为极限值,因此等效轴瓦厚度取最大值;轴瓦圆周过盈量专用测具直径为连杆大头孔径最大值,因此计算中等效轴承座直径选取连杆大头孔径最大值),相关参数和计算结果详见表1。
通过上述计算得出原始设计的轴瓦与连杆间周向应力最小值σtmin=115 MPa,最大值σ t ax=287 MPa。连杆的材料为20CrMo,因此等效轴承座材料选择钢,te/D=1.315/28.383≈ 0.046<0.05,参照表15-7查得σtmin经验值为70~100 MPa,设计值115 MPa合理,因此轴瓦与连杆间不存在过盈量不足。最大周向应力σtmin应≤[σt],[σt]为许用应力,对于铝基合金双金属钢带[σt]=300400 MPa,设计值287 MPa合理,因此轴瓦瓦背不会发生塑性变形。