毛瑩 楊杰 賀園玲

摘要：針對某機型柴油機在市場出現(xiàn)止推片磨損的問題，通過對止推片的裝配、潤滑、材質(zhì)檢驗，軸向受力及整車配套等方面進行排查，得出止推片磨損是因為其承載的安全系數(shù)小于止推片設計要求。在此基礎上，提出加大止推片承載面積來解決這個問題，經(jīng)市場驗證效果良好。

Abstract： Based on a type of engine thrust wear in the market， this paper analysis of the thrust assembly， lubrication， material inspection， stress and vehicle support， ect. It is concluded that the thrust plate wear is due to the safety of axial force is less than the design requirement thrust plate. On this basis， it is proposed to increase the bearing area of thrust plate to solve this problem， which has been proved to be good in the marked.

關鍵詞：止推片;軸向受力;承載

Key words： thrust plate;axial force;bearing

中圖分類號：TK428 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0074-03

0 ?引言

發(fā)動機工作時，曲軸經(jīng)常受到離合器施加于飛輪的軸向力作用而有軸向竄動的趨勢[1]。曲軸的軸向竄動將破壞曲柄連桿機構各零件間正確的相對位置，故必須用推力軸承（一般是滑動軸承）加以限制;而在曲軸受熱膨脹時，又應允許它能自由伸長，所以曲軸上只能有一處設置曲軸定位裝置[2]。一般采用滑動推力軸承的形式有兩種：①翻邊軸瓦的翻邊部分;②單制的具有減磨合金層的止推片[2]。在輕型柴油機上通常采用的是半圓形的止推片，一臺發(fā)動機有4片，分別是上下止推片在曲軸主軸頸的某一檔與曲軸組成一對摩擦副，進而調(diào)節(jié)曲軸的軸向間隙。

本文針對上述結構的止推片在市場上磨損的現(xiàn)象進行分析，找出磨損原因提出改進方案，并對改進方案進行驗證。

1 ?故障描述

某輕型柴油機在配套一種車型上接連出現(xiàn)異響，伴隨著發(fā)動機離合器分離不徹底，掛擋困難等問題。檢查發(fā)動機前端發(fā)現(xiàn)曲軸前后竄動量異常，初步判定是發(fā)動機內(nèi)部故障。經(jīng)統(tǒng)計，此類故障大多為短里程故障，其中0-5000公里占比63%，5000-10000公里占比7%，10000-30000公里占比19%，30000公里以上的占比為11%。著重對故障里程為0-5000公里的發(fā)動機進行拆檢分析，拆開油底殼后，發(fā)現(xiàn)有一上一下兩片止推片掉落在油底殼內(nèi)，判定是止推片脫落導致曲軸軸向間隙過大產(chǎn)生敲缸產(chǎn)生異響。同時發(fā)現(xiàn)脫落的均是曲軸后端的止推片，而前端的止推片合金層嚴重磨損，伴隨著曲軸后端端面磨損，機體靠近磨損的止推片一面磨損，如圖1所示。

2 ?原因分析

止推片屬于滑動軸承類，在工作過程中，容易受害，針對上述故障現(xiàn)象，從止推片的裝配、使用、材質(zhì)和設計配套方面進行排查。

2.1 裝配排查

2.1.1 止推片反裝

我們采用的止推片材料是一種常見材料，SPHC的鋼背和AlSn20Cu的合金層，如果止推片裝反，可能會導致異常磨損。通常，止推片的鋼背與機體面接觸，合金層與曲軸面接觸，這樣在曲軸旋轉過程中，止推片的鋼背與機體貼合，止推片的合金層與曲軸之間的油膜保證潤滑。如果止推片反裝，止推片的鋼背與曲軸直接接觸，兩種硬度相當?shù)牟牧现g會形成早磨，同時在故障止推片上會反應出鋼背高溫發(fā)黑并伴隨著嚴重磨損，這樣的故障通常發(fā)生在早期。目前止推片都采用防錯的設計，通過上下止推片的接口及止推片的定位唇來保證，單個止推片是無法反裝的，除非上下止推片同時反裝，通過查看故障止推片的狀態(tài)，合金層嚴重磨損，鋼背輕微發(fā)黑，此現(xiàn)象可排除止推片反裝的可能。

2.1.2 曲軸軸向間隙

止推片的作用就是通過調(diào)節(jié)曲軸的軸向間隙，防止軸向力對曲軸造成磨損。止推片工作狀態(tài)中，合金層與曲軸端面不直接接觸，在止推片和曲軸端面之間存在有一定的間隙，在這個間隙之間有一層潤滑油，這樣一來就可以減少摩擦。[3]這個間隙就是我們常說的曲軸軸向間隙，此機型的曲軸軸向間隙設計值是0.075-0.285mm，對比同類產(chǎn)品的設計，此間隙屬于正常范圍，排除曲軸軸向間隙設計過小的原因。

同時排查了生產(chǎn)接近3000臺裝機測量值，實測軸向間隙值程正態(tài)分布狀態(tài)，并且生產(chǎn)過程中對軸向間隙不合格的發(fā)動機整修直到檢測合格后才放行出廠，因此排除曲軸軸向間隙過小的因素。

2.1.3 止推片與機體接觸面積排查

如果機體與止推片接觸不平會導致止推片與曲軸之間的油膜無法形成，同時如果機體上止推面深度不夠的話，也容易使止推片脫落。因此，調(diào)取與故障機同批次3臺套機體和止推片，對主軸承孔止推檔關鍵尺寸和止推片的內(nèi)外徑及平面度進行檢測，如表1所示，測量結果均滿足設計要求，排除止推片與機體接觸面積不夠和止推片定位的因素。

2.1.4 一軸異常受力現(xiàn)象排查

當整車的一軸頂死發(fā)動機曲軸，將會給曲軸一個持續(xù)的軸向力，而如果變速箱的一軸與發(fā)動機軸系的同軸度超差時，曲軸將受到偏斜的外力作用，這樣不利于止推片與曲軸之間油膜的建立，這兩種情況都會導致止推片磨損。拆檢故障機時，查看曲軸后端頂針孔及飛輪軸承的狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)有一軸頂死和軸承偏斜受力的情況，因此排除一軸異常受力的現(xiàn)象。

2.2 潤滑油的影響

潤滑油對止推片的影響因素也是較大的，止推片與曲軸之間是一對運動副，正常運轉是止推片和曲軸不接觸，只有在使用離合器及啟動過程才會有短暫碰磨，分與離很清晰，有油和油膜的存在，就沒有干摩擦[3]。如果存在無潤滑油或者機油壓力不足等因素，就會造成止推片磨損。通過對故障機拆檢發(fā)現(xiàn)發(fā)動機中承載比壓較高的連桿瓦和主軸瓦沒有異常，并且故障信息中沒有顯示機油壓力報警，所以排除潤滑油的影響。

2.3 止推片材料檢測

止推片的材料決定其承載能力，其中合金層的厚度直接影響止推片的壽命。我們分別對嚴重磨損和輕微磨損的止推片進行金相和硬度檢測，金相檢測如圖2、圖3所示，檢測出故障止推片的合金層厚度如表2所示。磨損嚴重的合金層已殆盡，磨損輕微的止推片金相組織無異常。

故障止推片硬度檢測結果如表3所示，四片止推片的合金層及鋼背硬度均符合技術要求，說明在故障發(fā)生前，止推片的材料均符合設計要求，排除止推片自身材料不合格的影響因素。

2.4 設計配套排查

2.4.1 止推片與曲軸圓角尺寸設計排查

首先對止推片和曲軸圓角部分進行設計排查，止推片內(nèi)外徑的設計需滿足下式：

?式中d內(nèi)、d外指止推片內(nèi)外直徑，D1指曲軸主軸頸直徑，R指曲軸主軸頸圓角，D2指曲軸止推凸臺外徑。

經(jīng)查核，本機型設計值均滿足設計要求，同時對與故障機同批次曲軸及止推片進行抽檢，實測值也滿足設計要求。

2.4.2 后端軸向推力

止推的受力來源于曲軸正時齒輪即正時斜齒輪產(chǎn)生的軸向力和離合器的分離力，有些機型還有可能存在與曲軸端面接觸的零件產(chǎn)生的軸向力，這個力一般不大，止推片在設計時，其承載能力需要克服其軸向力。止推片承載能力的設計計算公式為：

?式中，F(xiàn)為止推片承受的載荷，d1，d2分別是止推片內(nèi)、外直徑;Se為止推片有效承載面積;SM為止推片名義支撐面積，F(xiàn)f為齒輪軸向受力，[P]為止推片支撐面合金材料的許用強度。[3]

本機型發(fā)動機的止推片只承受正時齒輪產(chǎn)生的軸向力和離合器的分離力，通過齒輪傳動分析計算得出曲軸正時齒輪的最大軸向力是1465.62N，如圖4所示。

本機型止推片有效承載面積是1289mm2，得出此止推片可承受最大載荷是4643N，在整車配套過程中，因不同整車廠的配套要求不同，我們選用的推式離合器最大分離力從2200N變更為3000N。當選用分離力是3000N的離合器時，止推片的安全系數(shù)僅1.04，不滿足設計標準1.1的要求。

2.4.3 配套離合器排查

在整車配套設計時，離合器的配套不能超出止推片的承載力，同時要留有一定的安全系數(shù)。在實際使用過程中，離合器的實際分離力與分離行程成正比關系，分離行程過大或者卡滯都會造成分離力過大，從而使得止推片承載異常[4]。經(jīng)查，此發(fā)動機配套的是推式膜片彈簧離合器，即自由狀態(tài)下離合器與分離軸承之間存在一定的間隙。檢測多臺車，一般預留的軸承間隙是1-2mm，離合器的分離行程大都控制在11-13mm，滿足離合器本體的設計要求?，F(xiàn)場查看故障機型的分離軸承，無卡滯等異常情況。

3 ?優(yōu)化改進方案

綜上分析，查出可能存在的問題是離合器的最大分離力加大后導致止推片受力的安全系數(shù)降低，不滿足設計要求，從而導致了止推片早磨。

為了解決止推片因承受載荷過大導早期磨損的問題，現(xiàn)提出優(yōu)化止推片的方案，將止推片外徑加大，提升止推片的承載能力，以此來保證柴油機的可靠性。加大后止推片在本機型上，可承受的持續(xù)載荷可達到3588N，短期載荷可達到9569N。在選用最大分離力為3000N的離合器時，止推片的安全系數(shù)將提高至2.14，這樣的承載能力為后續(xù)配套混合動力的車型預留了空間。

4 ?結論

針對某柴油機在市場上止推片磨損脫落的故障模式，通過排查造成止推片磨損的四大因素：①裝配問題;②潤滑油的影響;③止推片質(zhì)量問題;④止推片設計及整車配套。綜合分析后，找到導致此機型止推片磨損的可能因素是配套大分離力的離合器后，導致止推檔所承受的軸向力超出止推片可承受的范圍，最終導致止推片疲勞磨損。在此基礎上提出加大止推片的承載面積，來解決止推片承載能力的方案，最終經(jīng)過市場驗證，止推片磨損的故障率大幅下降。

止推片作為發(fā)動機系統(tǒng)中特殊的零件，為防止止推片脫落的故障，還提出以下建議：①保證止推片與曲軸之間的油膜;②避免止推片受異常外力的影響，著重關注離合器和變速箱一軸，離合器盡量不要處于半離合狀態(tài);③保證止推片的裝配正確性[5]。

參考文獻：

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[2]陳家瑞.汽車構造[M].吉林：機械工業(yè)出版社，2009.

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[5]王士忠，趙斌.曲軸止推片失效預防和分析[J].內(nèi)燃機與配件，2010（2-3）：39-42.