船用柴油机主轴承失效分析与检测

郑振杰

摘 要：本文阐述船用柴油机主轴承常见的失效形式，分析了主轴承失效原因，提出船用柴油机主轴承磨损的检测、调整方法。

关键词：船用柴油机;主轴承;失效分析;检测;调整

中图分类号：U664.121 文献标识码：A

0 前言

船用大型低速二冲程柴油机主轴承多采用正置式滑动厚壁主轴承，中高速四冲程柴油机主轴承一般采用倒挂式滑动式或滚动式轴承。船用柴油机滑动轴承工作条件比较恶劣，长时间承受交变载荷作用，加速了主轴承的磨损和损伤。主轴承的失效，影响曲轴中心线位置，进一步造成柴油机其它方面故障的发生，如：会引起柴油机活塞、活塞环及气缸套等异常磨损，造成柴油机燃烧不充分，使柴油机燃油消耗率增加，产生敲缸和曲轴挠曲折断等故障，这些故障将严重影响到柴油机工作的可靠性，因此要定期拆检主轴承，一旦发现主轴承间隙超过极限值或发现其它缺陷时，就应该及时修复、换新。

1 主轴承常见失效形式及失效原因分析

序号    常见失

效形式    失效的主要原因

1    主轴承

异常

磨损    （1）违章操作，维护保养不良;

（2）润滑不良，润滑油质量差;

（3）主轴承装配工艺、装配质量、加工精度较差;

（4）柴油机启停频繁;

（5）柴油机工作超速、超负。

2    主轴承

裂纹和

剥落    （1）爆发压力较高、在交变载荷的作用下产生疲劳裂纹;

（2）主轴承负荷过大;

（3）主轴承间隙过大，轴瓦受到冲击负荷;

（4）主轴承合金和基体粘结不牢，装配工艺质量较差。

3    主轴承

划伤或

划痕    外来颗粒或润滑油混有杂质及污垢后进入轴承与轴颈间隙中时，在曲轴压力作用下嵌入轴承表面，造成轴或轴承产生磨粒磨损，划伤主轴承。

4    主轴承

腐蚀    （1）电化学腐蚀：润滑油选用不当，长期使用含有酸性物质或水润滑油;

（2）静电腐蚀：静电、杂散电流;

（3）穴蚀：油孔、油槽位置。

5    主軸承

烧熔    （1）润滑油选用不当或被稀释或变质、润滑表面没有形成油膜;

（2）轴承负荷过大;

（3）润滑油压力不足，供油中断;

（4）主轴颈与主轴承配合间隙不当等。

船用柴油机主轴承常见失效主要形式有异常磨损、裂纹和剥落、划伤或划痕、腐蚀、烧熔等，主轴承损坏主要是日常维护保养不良，管理、使用不当，甚至是值班轮机员没有按照操作规程，违章操作等造成的。主轴承的使用条件、轴承设计、轴承加工制造及装配精度等因素也会影响主轴承的使用寿命。船用柴油机主轴承常见失效形式与失效的主要原因，如表1所示。

2 主轴承磨损的检测

主轴承的过度磨损通常是发生在下轴瓦中，主轴承磨损检测可采取以下几种方法：

桥规测量法：厚壁轴瓦下瓦的磨损量可采用桥规测量主轴颈下沉量来判断主轴承磨损情况。

比较法：即直接测量下轴瓦的厚度与新轴瓦厚度作比较来判断主轴承下瓦的磨损量。这种方法比较耗时，工作

量大。

主轴承故障也可采用在线监测的方法，此方法主要有振动法、温度监测法、热-电监测法等，操作方便，准确率比较高。

温度监测法：将感温元件通过钻孔方式安装在轴承座或轴承盖上，测量因主轴承磨损产生热量而引起的温度升高来间接判断主轴承磨损情况的一种方法。

振动法：通过测量柴油机工作时所产生的振动和噪声信号，对柴油机内部部件工作状态进行诊断的方法。

热-电监测法：通过测量柴油机主轴承与主轴颈摩擦时所产生的热电势来监测主轴承不同的磨损状态的方法。

3 主轴承间隙的测量

如果柴油机主轴承间隙过大，则易产生冲击负荷使合金层裂纹和碎裂;主轴承间隙过小，会导致轴承发热、合金熔化甚至咬死。柴油机主轴承间隙的测量通常有以下几种方法。

3.1 塞尺法

用塞尺从轴承端面塞入轴颈和轴瓦之间间隙处进行测量。这种测量方法简单方便，但精度不高，受轴承结构限制，轴承间隙为弧形，而塞尺平直，使测量值小于实际值，因此测量结果应在测量值上加上0.05 mm进行修正。

3.2 比较法

对于中高速柴油机薄壁轴瓦主轴间隙的测量，一般是采用内、外径千分尺分别测量轴、孔所对应部位的直径，然后计算出两者直径之差即为该轴承间隙。测量位置应选择曲柄销在上、下止点位置时所对应的轴、孔直径，而且要在轴向首、中、尾位置处进行测量，取平均值比较。

3.3 压铅法

主轴承的间隙可用软铅丝来检查轴承间隙的方法。具体方法：

（1）拆去主轴承盖、上轴瓦。（2）用铅丝直径0.5 mm，铅丝长度约为200 mm的软铅丝两条置于主轴颈上或轴瓦下瓦内表面。说明书上如果没有特别要求的，铅丝直径可选为（1.5～2.0）倍的轴承装配间隙，铅丝长度为120～150°轴颈弧长，铅丝数量为2～3条置于主轴颈上或轴瓦下瓦内表面，用黄油粘住。（3）将上轴瓦及主轴承盖装上，用扭力扳手按规定力矩分次均匀地将主轴承螺栓上紧。（4）将拧紧后的主轴承螺栓松开，把上轴瓦及已压扁的铅丝取出，用外径千分尺测量铅丝两端及中间位置的厚度。两端厚度为轴承两侧间隙，中间厚度为轴承径向间隙，一般大于轴承两侧的间隙。轴承两侧的间隙差应不超过0.05 mm。

4 主轴承间隙的调整

柴油机主轴颈与主轴承之间的间隙是形成液体动压润滑油膜的重要参数，主轴承间隙必须要符合说明书或规范的要求，明确规定柴油机主轴承径向配合间隙和极限间隙，如表2所示，也可以参照以下计算公式。

铜铅合金轴承安装间隙：

白合金轴承安装间隙：

极限间隙：

式中：D-为主轴颈的直径。

轴承间隙过大，不利于润滑油膜的形成，加速主轴承磨损，同时产生冲击负荷使主轴承轴瓦合金裂纹、剥落、烧熔等;轴承间隙过小，不能建立楔形油膜，或油膜太薄，导致主轴承发热，造成主轴承轴瓦合金烧熔，甚至咬死。

因此主轴承间隙不符合要求，要进行调整，可采用增加或减掉上下轴瓦配合面之间的垫片数量或厚度进行调整主轴承间隙的大小。

对于厚壁轴瓦，其上下轴瓦结合面之间有一组紫铜或黄铜垫片，垫片厚度为0.05 mm的整数倍，调整时要特别注意主轴承两边的垫片厚度、垫片数量必须一致，而且垫片数量尽可能少，否则会使主轴承上盖出现歪斜，造成主轴承间隙变化等。

5 结束语

柴油机主轴承工作可靠性对于柴油机工作是否安全可靠关系很大，平时要加强对柴油机主轴承的日常维护管理，要加强净化润滑油、清洗过滤器、检查主轴承工作情况，及时发现主轴承早期失效迹象，以免造成严重故障。采用主轴承故障在线监测系统，来监测柴油机主轴承工况，如温度监测法、振动法、油液分析法、热—电监测法等监测方法。

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