4 试验验证及结果分析
按照以上更改方案,要求厂家制作了几件样件,并装配发动机分别进行发动机台架试验,试验后对发动机进行分解并查看连杆轴瓦的试验情况,详细内容参见表2。其中,样件1-2是一台发动机不同样件的试验情况,样件3-5是另一台发动机不同样件的试验情况,试验中采用了不同孔径、不同粗糙度的连杆装配不同余面高度的轴瓦样件来进行试验,并且5次试验均在发动机最高转速、最高功率点情况下进行以查看发动机在高强度运转状态时连杆轴瓦的工作情况。每次试验后对曲轴组件进行分解,连杆轴瓦均出现不同程度的旋转及轴向移位现象,与之前的失效情况类似。试验结果表明在连杆进行设计改进后,连杆轴瓦的失效状况并未改善,各项设计改进措施对失效情况的发生无实质性作用,因此需进一步查找失效产生的原因。
5 原因再次分析
在对轴瓦配合过盈量、连杆大头刚度、连杆大头孔粗糙度等进行设计改进后问题仍然出现,并且考虑到此时轴瓦周向应力已经很大而且符合设计要求,那么之前的分析很有可能并没有找到出现失效问题的本质原因,同时轴瓦的壁厚、测量余面高度等尺寸更改也只是进一步增加配合过盈量及周向应力,因此暂时不做改动。假定连杆机构原始设计是合理的,那么会不会是轴瓦本身的设计问题而导致了失效?之前,我们对各零件的尺寸及材料的检查均符合图纸要求,再次对轴瓦进行仔细查看发现轴瓦背面的镀层是可以用诸如细砂纸等进行擦除的,这层镀层的材料参照图纸应为镀锡层。随后,对连杆轴瓦进行解剖以查看轴瓦的表面情况。图7、图8、图9分别为装配前轴瓦横断面200倍及500倍的放大图,从图中看出在轴瓦的侧面及背面均有一层薄薄的镀层,镀层材料分析结果为铅锡合金。那么这层铅锡合金镀层的存在会否是导致轴瓦产生转动及位移的主要原因?
随后,我们查阅了相关资料,其中巴氏合金、铜基合金与铝基合金都可以在工作表面覆以软金属涂层,进一步提高其工作性能。而此款发动机中的连杆轴瓦设计为所有表面镀锡防腐保护,不仅工作表面,在非工作表面(背面及侧面)也进行了镀锡。同时,低碳钢是衬背的理想材料,常用的有08, 10, 15钢。这种衬背材料能与轴承合金直接或通过中间层良好结合。而我们的连杆轴瓦衬背则为铅锡合金镀层。因此从理论上分析,我们的轴瓦背面进行镀锡是不合适的,下面我们将去除轴瓦背面的镀层,并用去除镀层的轴瓦装配发动机进行台架试验。