极限试验机参考(共37页)

1、2.3.1.7轴瓦极限性能(xngnng)试验。低速机工作时，曲轴将活塞的往复直线运动转换为旋转运动，轴颈表面在轴瓦(zhuw)内的线速度较高，润滑油温度升高，从而使得粘度降低；此外，曲轴轴瓦还承受着气体压力、惯性力和离心力，这种周期性变化的脉冲载荷使轴颈-轴瓦副难以保证稳定的液体润滑；而一旦液体润滑条件受到破坏，润滑油供给不充分，或者轴颈轴瓦椭圆和间隙过大、装配不良等, 就可能出现边界摩擦和轴颈-轴瓦的直接接触, 从而引起轴颈-轴瓦的异常磨损。低速机轴瓦采用滑动轴承，其磨损最快的阶段是发动机磨合阶段。在正常使用条件下，轴瓦损坏的主要形式有磨粒磨损、熔着磨损和疲劳磨损。其中磨粒磨损是因为润滑油

2、中存在数量多、颗粒较大的污垢，它们随着润滑油的循环渗入轴瓦间隙，在压力作用下，它们会嵌入软金属（减摩材料）或刮伤硬金属，或者两种情形同时出现。熔着磨损是当轴瓦与轴颈间的液体润滑条件被破坏时，会出现轴颈和轴瓦金属间的直接接触，从而引起(ynq)熔着磨损。轴瓦疲劳磨损主要是交变载荷连续长期作用的结果：首先是出现细小的裂纹，这些裂纹从数量、大小、深度上都在增加，直至轴瓦背部；然后，有小部分金属在润滑油压力的作用下脱落。在柴油机运行条件下，启动、停车、变速时，在轴和轴瓦存在不对中以及外来硬质颗粒进入轴瓦间隙等情况下，都可能引起轴和轴瓦的直接接触，如果轴瓦承载能力不足，抗咬合性能差，则易导致咬合。咬合是

3、摩擦表面上由于粘附和材料迁引而引起的损坏的发生和发展的过程，最终可能导致相对运动的终止，即柴油机抱轴咬死严重事故的发生。这就对轴瓦的适应非正常运行及极端情况的能力提出了要求。要求轴瓦能够适应其特殊工况，如超载荷(zi h)、频繁启停、滑油颗粒污染等。低速(d s)机安装问题、运行问题，均会使轴线不对中情况的产生，轴线不对中会导致轴承油膜分布不均，局部区域油膜厚度减小，油膜压力增大，承载能力下降，磨损量增加，引起轴颈和轴瓦表面局部区域的塑性变形，偏磨，随着磨损的加剧，将出现疲劳和破碎等复杂情况。国外文献研究指出偏斜易造成油膜破裂，是轴承失效的主要原因之一。综上所述，曲轴-轴瓦工作条件恶劣，如果轴

4、瓦性能不能匹配低速机需求，使用不当等极易造成早期(zoq)磨损和破坏，从而使低速机工作时振动增大、噪声升高、油耗增加、事故增多，直接影响到低速机工作的可靠性和耐久性。因此，在低速机轴瓦前期研发阶段，研究轴瓦的磨损规律及造成异常磨损的原因，研究低速机超载荷、频繁启停、滑油颗粒污染变质等极端运行工况下对轴瓦的影响，研究研究相适应的轴瓦材料及工艺，开展相关试验方法的研究及试验，以满足低速机极限工况等不同工况下对轴瓦的需求，具有十分重要的意义。2.3.2轴瓦原理样件研制及平台(pngti)模拟试验原理样件是根据产品的工作状态和设计原理，采用仿真分析技术等手段对其结构进行设计，设计出理论上符合要求的产品

5、,基于工艺研究形成的初步成果，进行工艺试制，并用于平台(pngti)模拟机上运行试验的样件。原理样件是基础共性技术及前沿技术研究试验验证初步阶段，是技术理论基础研究到工程产品研制的交界面。原理样件是为降低工程样件试验验证风险，降低试验费用及后续工程化时间，验证基础(jch)技术，提高及保障基础技术研究的可靠性，为工程样件研制提供基础试验可靠性保障，为后续产品工程化及商品化提供支撑。因此，原理样件作为产品研制的最重要一环，其研制的必要性显得极其重要。2.3.3轴瓦工程样件研制及装机试验验证工程样件是在全工装状态（与量产相同的工装）下非节拍生产条件下制造出来的样件。工程样件形成的报告用于验证产品的

6、设计能力、生产工艺及工装等是否满足产品的使用要求。工程样件是技术与概念创新从实验室走向市场工程应用的必经之路，是工程开发设计(shj)与验证关键过程，修改完善核心关键技术方案和工程化设计方案及工程初样件设计定型。重点在于验证设计的合理性、可制造性、经济性。2.5.1.7轴瓦极限(jxin)性能试验研究低速机超载荷、频繁启停、滑油颗粒污染变质等极端运行工况下对轴瓦的影响，开展极限性能(xngnng)试验方法研究及试验，掌握轴瓦基于材料、硬度、粗糙度、温度、润滑介质等不同状态下承受极限工况的能力指标。开展轴瓦极限承载能力、抗咬粘能力的试验方法研究及试验，试验轴瓦在极端负荷情况下的承载能力及抗咬粘应

7、急能力。开展轴瓦频繁启停应急性能试验方法研究及试验，试验轴瓦在油膜未能正常建立或混合油膜状态下的适应能力。开展轴瓦摩擦磨损（减摩性、与曲轴材料顺应匹配性、外来硬质颗粒相容性等），以及滑油变质等状态下试验方法研究及试验。开展安装倾角对轴瓦使用性能的影响规律研究，以指导轴瓦在低速机中的合理安装，提高轴瓦的运行可靠性。通过以上研究，掌握研制轴瓦的各种适应极限能力指标，为轴瓦设计提供数据支撑，以适应典型(dinxng)大、中、小缸径低速机需求，提高轴瓦设计及安装可靠性。2.5.2轴瓦原理(yunl)样件研制及平台模拟试验在低速机轴瓦(zhuw)共性技术研究的基础上，以520mm 、400mm中小缸径轴

8、瓦为典型，研制6型低速机轴瓦原理样件。包括：4型520mm中缸径轴瓦原理样件，具有CX52低速机标准指标、CX52低速机变壁厚、RTX-8低速机高指标、适当超前于RTX-8低速机的超高指标；2型400mm轴瓦原理样件，具有典型小缸径标准壁厚、小缸径变壁厚指标。研究具有覆盖RTX-8低速机、CX40低速机指标特征的轴瓦模拟试验平台试验技术，研究低速机轴瓦平台模拟台架方案、试验方案、评估方案。完成轴瓦试验方案及台架设计、数据采集、结果分析等研究工作，该模拟试验平台应具有模拟低速机工况、检测轴瓦润滑特性、摩擦磨损特性，能够检测轴瓦在运行过程中油膜压强分布、膜厚分布、摩擦系数、油温和轴心轨迹，为低速机

9、轴瓦耐久性考核和寿命预测提供试验保障。开展轴瓦寿命预测研究，研究在考虑轴承的热弹变形前提下的理论分析方法，并结合平台试验研究不同摩擦副材料及轴瓦厚度、宽径比、间隙、轴的表面处理及形貌进行摩擦机理研究，确定轴承润滑失效的最大间隙，从而预测轴承寿命。进行(jnxng)6型轴瓦原理样件平台模拟试验。轴瓦原理样件在模拟低速机工况情况下进行耐久性考核试验及评估，试验自主研发的系列(xli)原理样件轴瓦的承载能力和与主机的性能匹配能力，形成具有匹配不同性能指标低速机的系列轴瓦原理样件。通过(tnggu)以上研究，共形成6型低速机原理样件，验证及补充完善低速机轴瓦共性技术，初步搭建低速机轴瓦研发体系。2.5

10、.3轴瓦工程样件研制及装机试验验证在低速机轴瓦6型原理样件基础上，优选匹配典型RTX-8中缸径低速机原理样机的2型520mm中缸径轴瓦原理样件技术（标准指标轴瓦、高指标轴瓦），优选匹配典型小缸径单缸机的1型400mm小缸径原理样件技术，优化设计，研制轴瓦工程样件。开展以典型RTX-8中缸径低速机原理样机为载体的轴瓦工程样件装机试验验证。研究低速机轴瓦工程样件的装机装配、试验及评价方法，试验前先进行的轴瓦样件在小缸径单缸机上的装机试验，较充分验证轴瓦原理样件设计、制造、检测试验及验证技术的可靠性。在小缸径单缸机对轴瓦样件较充分验证基础上，再进行2型520mm中缸径工程样件轴瓦的RTX-8中缸径低

11、速机原理样机的装机试验验证。验证轴瓦工程化设计的合理性、可制造性、经济性，通过试验验证，优化设计及工艺等技术，完成工程初样件设计定型，补充完善轴瓦原理样件技术，完善低速机轴瓦研发体系。形成(xngchng)1型520mm中缸径标准指标(zhbio)轴瓦工程样件，1型520 mm中缸径高指标轴瓦(zhuw)工程样件。3.2.1.6轴瓦极限性能试验产品矩阵表极限性能试验轴瓦轴瓦极限承载能力试验用轴瓦1000对4种承载能力指标的研究共需1000副。试验验证采用本公司蓝宝石试验机。轴瓦摩擦磨损性能的试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。滑油颗粒污染变质

12、试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。频繁启停试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。抗咬粘能力试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。轴瓦在不同温度下的的适应能力的试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。轴瓦在油膜未能正常建立或混合油膜状态下的适应能力的试验用轴瓦100极限性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。安装倾角对轴瓦使用性能的影响规律研究试验试样50极限性能试验按

13、4种承载能力材料轴瓦进行试验，共需50副。轴瓦摩擦、磨损、润滑性能试验试样600轴瓦摩擦、磨损、润滑性能试验采用600副试样进行。（1）轴瓦极限(jxin)承载能力试验研究方案柴油机轴承系统是由轴瓦、（缸体与连杆）轴承座、轴颈、轴承间隙内的润滑油等构成的复杂流体动力润滑系统。构成系统的零部件材料性能、制造装配精度、系统的润滑与润滑油污染状况，以及轴承载荷大小与变化规律等，是影响轴瓦可靠性和使用寿命的主要因素，也是造成(zo chn)轴瓦早期损坏和失效的原因。按照试验轴承表面上的载荷形式的不同，国际上主要(zhyo)有四种试验方法：第一种：正负交变载荷。在一次循环内，加载一个方向和大小随时间变化

14、的载荷。这种形式的试验机油格莱西尔金属公司的“DinoSaur”试验机，瑞士苏尔寿公司试验机等。这类试验机均能利用液压加载，能更好地模拟发动机实际工作载荷状态。第二种：正弦单脉冲载荷。在一次循环内，试验轴承表面受一个正弦单脉冲载荷。这类试验机主要有英国“蓝宝石”试验机,采用液压加载方式。第三种：多脉冲(michng)载荷。在一次循环内，试验轴承表面产生(chnshng)一个或多个正弦单脉冲载荷。第四种：旋转(xunzhun)载荷。试验机对轴瓦施加纯旋转载荷，使轴承任何一点都受到周期性变化的载荷。主要有美国Vnderwood试验机，英国Viking Saxon试验机。几种载荷形式的比较：第一种正

15、负交变载荷，液压加载，能够模拟轴瓦承受冲击性气体爆发压力，脉冲载荷陡度较大，在模拟实际方面最合理，但结构复杂，成本和运行费用太昂贵。第二种正弦脉冲载荷，即蓝宝石疲劳强度试验机载荷形式，液压加载，其优点与第一种类似，比第一种结构简单，比第四种工作平稳，噪音小，边缘负荷小。该种是目前应用最广泛的试验机形式，特别是蓝宝石疲劳强度试验机，英、美、日、前苏、捷、澳等国都采用该试验机，是应用最广泛、最通用的试验形式。第三种未见实际应用。第四种旋转载荷离心加载，比第二种结构简单，但边缘负荷大，且运行不够平稳，噪音大。目前、国际上行业的评价方法和标准，都采用“蓝宝石”试验机。本项目拟采用该型试验机。模拟轴瓦在

16、柴油机中的工作载荷状态，试验轴瓦的承载能力，为轴瓦材料及工艺的研究提供较充分试验评估，提高研制轴瓦材质可靠性。通过对不同成分，不同合金硬度、微观(wigun)组织的合金材料进行研究，研究出满足不同承载能力（25MPa、28MPa、32MPa、35MPa）、性价比最优的合金材料。对4种承载能力指标的研究共需1000副。（2）研究轴瓦抗咬合能力及与曲轴的匹配性试验(shyn)方法抗咬合性能及与曲轴的匹配性是轴瓦材料相容性、顺应性和嵌入性的综合表现。在柴油机运行条件下，启动、停车、变速时，在轴和轴瓦存在不对中以及外来硬质颗粒进入轴瓦间隙(jin x)等情况下，都可能引起轴和轴瓦的直接接触，导致咬合。

17、咬合是摩擦表面上由于粘附和材料迁引而引起的损坏的发生和发展的过程，最终可能导致相对运动的终止，即发动机抱轴咬死严重事故的发生。影响抗咬合性的主要因素很多，主要有：滑油的粘度和温度，曲轴，轴承和轴承座的加工和组装精度，发动机清洁度，滤清器的滤清效果，零部件的磨损和变形，轴承材料的相容性、顺应性和嵌入性等等。因此，轴瓦材料的抗咬合能力是轴瓦非常重要的关键指标之一。轴瓦抗咬合能力及与曲轴的匹配性试验方法主要有如下几种：第一种：Glacier公司的贝特（Beta）咬合试验台图1为该试验台的原理图。被试验的轴承材料做成有刚背的双金属轴套，与钢试验轴相配，间隙很大，轴速为1500r/min，滴油（约每分钟

18、1滴）润滑，采用启动停车试验法，每转动1min、停车4min为一循环。由于间隙大，润滑条件差，试验轴套一直受着恒定的载荷，故在停车期间润滑油会从轴承间隙中被挤走，因而在重新启动的最初几转内，在流体动压油膜尚未建立之前，轴套和轴的表面就会发生直接接触。图3-4 贝特（Beta）咬合(yo h)试验台示意图试验轴套在起始载荷3MPa下试验144个循环，通过该级载荷试验的轴套在更高一级（每级增加3MPa）的载荷下运转另外144个循环。如此继续，直至轴套发生咬合。倘轴套在15MPa的载荷下经过144个循环仍未发生咬合，则在此载荷下再试验1300个循环。用导致咬合的载荷来衡量轴承材料的咬合性，即咬合的载

19、荷越高，则材料的抗咬合性越好。如通过全部试验的轴套数相同，则比较咬合幸存(xn cn)轴套的磨损，磨损越小，则抗咬合性越好。Glacier公司在该试验台对一些轴承合金进行了抗咬合试验，得到了较多的试验结果。贝特试验台主要存在以下(yxi)缺点：试验结果(ji gu)分散性相当大；试验时间长，一个试验套如通过全部试验循环(xnhun)，则需将近170h；试验中发现，对含软相的轴承合金（例如含铅的铜基合金和含锡的铝基合金）来说，贝特试验台上所得到的结果和实际(shj)情况是相一致的；但对不具软相或软相数量甚微的轴承合金来说，试验台上所得到的抗咬合性就比在实际中内燃机中所显示的要高。第二种：Glac

20、ier公司“织女星”（Vega）不同心度咬合试验台Glacier公司认为之所以出现不含软相或软相数量甚少的合金在贝特试验台上得到的抗咬合性比在实际内燃机中显示出来的要高，是因为相容性等级并非决定实际内燃中轴承抗咬合性的唯一因素。在内燃机中，轴承边缘载荷是不可避免的。因而轴承材料的顺应性就成了与相容性同等重要的因素。在贝特试验台中却不存在轴承边缘受载的情况。为了使试验台数据尽可能与内燃机实际相一致，该公司于上世纪70年代末推出了织女星不同心度咬合试验台。其工作原理见下图。图3-5“织女星”咬合(yo h)试验台内径为30mm、长度为20mm的两个试验轴套1分装在“音叉”装置的两个臂中，碳钢的试验

21、轴3支承载两副支承轴承上，通过剪切销7和变速箱而由电动机驱动，转速为4000r/min、试验轴套与轴的间隙为0.12mm。改变不同心度（该公司发表的全部试验中，不同心度均为0.2）。整个试验头浸在油槽4中。通过加载缸5和球面的液体静压轴承6对两个试验轴套均匀加载。试验时，按照需要(xyo)，带轴承的音叉安装成同心的或不同心的，在空载下运转约1h，直至油温稳定在60，然后以每级1MPa的增量对轴套加载，在每级载荷下运转2min，直至发生咬合。咬合的标志位摩擦力矩持续不断的升高到超过停机水平，而在某些试验中则表现为突然开始出现噪音和震动，但摩擦力的升高却不很大。通过在织女星不同心度咬合试验(shy

22、n)台上得到的三种铝基轴承合金的试验结果，可以看出：试验(shyn)结果飞分散性也相当大；所试的三种铝基轴承合金的相对(xingdu)咬合性与贝特试验台得出的结果很类似；看不出0.2的不同心度对抗咬合性有很大的影响。和贝特试验台意义，对于不具软相或软相数量非常少的轴承来说，上述两种咬合试验方法所得到的结果都不能推断他们在内燃机中的表现，原因在于这两种试验台所使用的载荷和速度都比较低，因此，在咬合的情况下，输入到轴承衬层的能量要比实际内燃机中的小很多，因此，研究了蓝宝石疲劳试验台的抗咬合试验。第三种：蓝宝石抗咬合试验1985年Glacier公司推出看在蓝宝石疲劳试验机上进行的抗咬合试验，现简介如

23、下。将用于疲劳试验长度为28.68mm的标准试验轴承用机械加工的方法对衬层两侧等量切削（保留钢背），以使轴承的有效长度减窄至14.34mm，以便能在比载荷高于疲劳试验时的情况进行试验，高载荷可产生促成咬合条件所需的薄油膜。试验轴直径为52.7mm，表面粗糙度在Ra0.2 0.4m直径变化，材质为低碳钢或球墨铸铁，轴的转速为2800r/min。试验时，将滑油预热到120，对试验轴承施加100MPa的比载荷，动转1h，然后每10min增加一级载荷，增量为20MPa，直至咬合或轴承背部温度急剧上升为止。用发生咬合或轴承背部温度急剧上升时的载荷来评价轴承材料的抗咬合性，即载荷越高，材料的抗咬合性越好。

24、第四种：新型(xnxng)蓝宝石抗咬合试验方法上述的蓝宝石抗咬合试验虽然能揭示材料间的明显区别，真实反映(fnyng)材料抗咬合性的差别，但作用在试验轴承上的比载荷很高，可能超过200MPa，因此在实际咬合前通常会引用试验轴承衬层大范围的塑性变形，这和实际发动机的运转状态是不相符合的。为了消除这种畸变，Glacier公司在1994年推出了蓝宝石新抗咬合试验。新试验的主要前提条件是在薄得多的油膜下运转，以便在轴和试验轴承支架(zhji)产生微凸体接触，这样，就会在内燃机典型的载荷下发生咬合。在靠近轴承冠部的衬层上开一条狭窄的轴向槽，使油膜中断，从而使其承载能力大大降低，以此来达到上述目的。另外，

25、经验表明原来采用的阶梯式增加载荷的方法会产生不可控的、几乎是随意的热不稳定性。新试验采用了在计算机控制下持续不断地升高轴承峰值比载荷的试验规范，这是这种试验方法的另一重要特点。试验时，将滑油预热到110，连续不断地增大轴承上的动载荷，测量连杆体上试验轴承背部的温度，直至发生咬合。下图为由蓝宝石新咬合试验获得的两个试验结果的实例。纵坐标为试验轴承的峰值比载荷/MPa和温度/。在图中，轴承背部的温度有陡升现象，最终陡升超过300说明发生了咬合，由预先设定的电动机断路装置使试验中止(zhngzh)。Glacier公司还用蓝宝石新咬合试验方法测定了轴颈表面粗糙度对AS124合金表面性能的影响。图3-6

26、蓝宝石新咬合试验获得(hud)的两个试验结果的实例第五种：安德伍德（Underwood）咬合(yo h)试验在安德伍德轴承疲劳试验机上使用钢轴，将润滑从系统中瞬时除去，用发生咬合所用的时间来衡量材料的抗咬合性。时间越长，则抗咬合性越好。第六种：Federal-Mogul公司的咬合试验下图为咬合试验机的示意图。试验轴承的型式为半圆的轴瓦，其长度为9.8mm，直径为58.7mm，轴承最高比载荷可达125MPa。试验轴用钢或球墨铸铁制成，最高轴速7200r/min。试验轴承润滑油入口温度为29，设定的试验轴承咬合温度为180。试验机配有适应性很强的可编程控制器。可进行各种各样的试验程序。温度、转速、

27、滑油流量和径向载荷均可单独改变。该公司在开发轴承新材料的过程中，在咬合试验台上进行过一系列试验。图3-7 Federal-Mogul咬合(yo h)试验第七种：日本大同(dtng)（Daido）咬粘试验日本大同在开发(kif)SnCu双层镀层材料技术时进行了咬粘试验。通过进行咬粘试验以评价镀覆层表面层的最佳性能得到改善。下图给出了试验台的简图。当装上的轴承过度的摩擦使驱动电机的扭矩达到预定极限或瓦背温度达到200时，确信咬粘已发生。试验轴转速为3600rpm，试验轴承规定的比载荷：增幅为每10分钟增加5MPa。图3-8日本(r bn)大同咬合试验机机原理图及加载图综合国内外抗咬合试验，Glac

28、ier公司的织女星试验台是在Glacier公司贝特试验台基础上增加了同心度这一试验条件，而小角度的不同心度对抗咬合性没有太大影响，蓝宝石抗咬合试验台和YD-1A试验台通过减少轴承(zhuchng)有效长度进行加载进行试验，虽然能反映出材料抗咬合性的差别，但作用在试验轴承上的比载荷很高，以至于试验状态与实际发动机运转状态可能产生不同，蓝宝石新抗咬合试验台则通过优化，使试验在内燃机典型载荷下发生咬合。安德伍德咬合试验仅仅是通过去除滑油后材料发生咬合所用的时间来衡量抗咬合性，并不能完全准确的反映出材料抗咬合性的差别。大同粘咬试验原理简单明了，可以做设计参考。经综合考虑，本项目的抗咬合试验初步拟定(n

29、dng)在轴瓦疲劳强度试验机上进行。试验方案：将原用于疲劳试验机的标准试验轴瓦用机械加工的方法对两侧进行等量切削，以使轴瓦的有效长度减窄至a（试验加载所需长度）mm，从而可以在比载荷高于疲劳试验时的情况下进行试验，通过理论计算使产生的高载荷可产生促成咬合条件所需的薄油膜。试验轴直径不变，表面粗糙度和材质根据低速柴油机连杆表面粗糙度和材质进行设计。试验(shyn)内容：将滑油预热到实际柴油机滑油工作(gngzu)的温度t，在实际工作转速n r/min下，开始对试验轴承施加m MPa的比载荷（m值根据轴瓦实际工作承受的比载荷确定，与实际工况中比载荷差值相近），动转1h，然后每10min增加一级载荷

30、，增量为10MPa，直至咬合或者轴瓦背部温度急剧上升为止。同时通过试验表进行记录。试验(shyn)结果分析：通过抗咬合试验，结合试验数据，可以用发生咬合或者轴瓦背部温度急剧上升时的载荷来评价轴瓦的咬合性，即载荷越高，轴瓦的抗咬合性越好。抗咬合性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。现拟采用高速抗咬合试验机开展轴瓦抗咬合能力与曲轴材料的顺应匹配能力。（3）轴瓦频繁启停应急性能试验方案本次研究拟采用轴瓦模拟试验台架或轴承测试平台开展轴瓦频繁启停应急性能试验。测量轴瓦在频繁启停试验后的表面形貌、磨损量。表面形貌通过粗糙度检测及放大形貌检测，记录数据，磨损量通过厚度检测及重

31、量变化检测，研判不同材质情况下轴瓦频繁启停应急适应能力，并为轴瓦材质寿命预测提供数据支持，频繁启停应急性能试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。（4）轴瓦(zhuw)减摩性、磨损率试验方案轴瓦是易损件，消耗量大。显然，轴承磨损寿命的研究具有十分(shfn)明显的经济效益。轴瓦磨损寿命的研究主要涉及到磨损机理的理论研究，以及磨损过程中相互运动的两摩擦表面，各磨损相关参数的试验研究。例如，轴瓦材料；边界润滑；磨粒磨损；润滑油及添加剂；以及载荷、转速、温度、尺寸结构对磨损量的影响等等方面的研究。众所周知，上述课题(kt)的涉及面广，影响因素错综复杂。目前还没有一致公认的磨损

32、理论，就试验技术而言，也是千奇百怪各有特点。每一种试验方法、试验技术、试验数据都有待实际效果的比较评价。轴瓦磨损试验研究分为四种：轴瓦材料的磨损试验研究轴瓦零件的磨损试验机试验研究轴瓦零件的台架试验研究轴瓦零件的实际工作环境的现场试验研究轴瓦材料的磨损试验对于选择机械性能及表面性能都适合的配对材料，以及判断轴瓦材料的耐磨性能十分有意义。后面(hu mian)三种都是轴瓦零件的磨损试验研究方法，可以对轴瓦零件的磨损寿命，以及磨损过程中，轴瓦的形状、尺寸间隙、载荷、速度、滑油性能等等几乎所有与磨损相关的参数进行分析研究。工程上更具有实际意义。A 轴瓦材料磨损试验(shyn)方法用于轴瓦磨损(m s

33、n)试验方法的试验机如下表列几种：表3-1 轴瓦磨损试验机类型上述试验机除了做配对材料的磨损性能试验外，还可以做油品性能，承载能力等方面的试验。目前国内几家主要的试验机厂（济南试验机厂、宣化试验机厂、宣昌试验机厂、厦门试验机厂等）生产上述试验机。B 轴瓦零件的磨损试验方法整机台架试验和现场试验是目前整机综合试验和零件综合影响因素试验的主要手段。例如发动机在试验室内的台架试验，是各发动机厂检验发动机综合性能，考验各主要零部件强度、磨损等各项性能的必不可少的主要试验手段，极为重要。但是，试验周期长，消耗大量的燃油和润滑油，试验费用大，而且试验人员疲劳度高。发动机的实际工作条件下的现场运行试验是公认

34、的最为实际，最为“可靠”的试验。包括各种条件下的综合试验，也是整机的最后考验方法。但是它较发动机的台式试验更费时、费力，费用更浩大，极不经济。尤为应该指出的是因为是综合试验、很难进行单参数对磨损性能的试验分析。对于摩擦机理，摩擦过程的规律性，影响程度的大小的分析研究(ynji)更为困难。显然这种试验只能用于新型机投产前或新轴瓦采用前的最后综合实验。B 内燃机轴瓦(zhuw)磨损过程的分析根据内燃机的工作(gngzu)特点，内燃机的磨损过程主要有以下几个阶段：磨合阶段，正常磨合阶段，严重磨损阶段，如下图所示。图3-9 内燃机轴瓦磨损寿命发展过程内燃机轴瓦绝大部分时间是完全液体润滑状态。当转速较低

35、，启动、停车或载荷较大时，也会出现边界润滑状态，此时粘附润滑膜被挤破，两工作面突起部瞬时接触冷焊，即粘着摩擦发生。随着运转时间的延长，润滑系统中粘着磨损成长产生磨屑。其中有的未能排出，或者外界混入杂志也形成硬质磨粒，磨粒磨损产生。在油膜厚度较小区域，硬质磨粒直径大于最小油膜厚度时，则磨粒对轴瓦、轴颈表面都有切削作用，导致材料微变形和微位移，拉划表面形成沟槽，产生大磨粒，磨损加快，轴瓦间隙逐渐加大，工作表面粗糙度也增大，最终导致严重磨损。轴瓦失效。显然，前期主要是粘着磨损，整个磨损过程中，只要轴瓦出现边界润滑状态，随即伴随(bn su)出现粘着磨损；后期主要是磨粒磨损，因而磨损失效是一个渐衰性失

36、效过程。C 磨损过程(guchng)的磨粒鉴别为了对轴瓦磨损机理分析研究，在整个磨损过程进行中对磨损状态的监测是十分必要的。一般方法是在工作运转的润滑系统（试验机即指试验轴瓦润滑系统）中或试验运转的零件工作表面收集带有磨损颗粒的油样，以测量磨粒的数量、尺寸、形状、成分，通过分析、比较、统计鉴别，从而对磨粒机理及磨损程度(chngd)作出判断。一般采用的仪器有：光谱分析仪，铁谱分析仪，X射线荧光分析仪，扫面电子显微镜，放射性同位素分析仪，油品污染度监测仪等。据统计资料介绍，几种监测方法用于磨损诊断结果的统计情况见下表：表3-2 诊断(zhndun)结果的可靠性统计检测方法统计结果/诊断正确缺乏经

37、验诊断偏差提供仪器不够诊断偏差不能诊断铁谱55201510光谱3604321油品性能分析2101663颗粒计数330067综合方法7020100显然铁谱分析，光谱分析准确度高。综合方法准确率可达70%。在条件可能的情况下采用(ciyng)几种方法的综合，相辅相成为最理想的方法。对于轴瓦的磨损分析，采用铁谱分析和光谱分析的综合方法即可。前者着重从颗粒的尺寸、形状(xngzhun)、材料等方面定性地作出判断。而后者重点从材料的磨损量进行定性分析。正常的摩擦磨损的磨粒呈“小片状”，尺寸从几微米到十几微米，切割或磨粒磨损的磨粒呈螺旋状、圈状、曲线状或球状，从分析上述磨粒的存在及其浓度可以说明磨粒磨损过

38、程及严重程度。D 磨损量的测量及评定评定磨损可以用下述方法：基本方法(fngf)。根据试件的几何参数：尺寸、形状、微观几何形貌的变化评定磨损。根据试件质量的变化，减轻的程度评定(pngdng)磨损。这种方法适用于不吸油的小试件。根据磨损(m sn)生成物的数量评定磨损。根据放射性表面的放射性衰减程度评定磨损。根据部件工作性能指数的降低（例如间隙增大漏油量增大，燃烧消耗量增大）评定磨损（仅适用于观察运转中的磨损情况）。检查几何因素的变化，常使用：测量磨损后试件的尺寸，适用于小而简单的试件。测量相对于未磨损表面的磨损深度的方法。如轮廓图像法，切槽法。在磨损表面上预先切出一条逐渐收缩的不很深的月牙凹

39、槽，即使由于不大的磨损，月牙槽的长度也会急剧减小。根据测得的月牙槽长度的减小值，可计算磨损深度，利用这种方法能测量局部磨损。适用于两摩擦表面相对运动方向与月牙槽长度方向垂直的情况，否则会产生较大的误差。测量磨损微粒的数量。借助化学方法、光谱分析法、铁谱分析方法，以及放射性同位素的测量。比较上述磨损测量方法，对于低速机轴瓦磨损量的测量拟采用多宗分析方法综合评定：测量轴瓦厚度变化，轴瓦直径变化；称量(chn lin)法，用精密天平秤试验前后试验轴瓦的质量变化；铁谱及光谱分析(un p fn x)法。本项目(xingm)采用多功能摩擦磨损试验台测试轴瓦减摩性、磨损率。图3-10 销盘式摩擦磨损试验图

40、3-11 磨损(m sn)试样试样(sh yn)尺寸：外径27.2，内径22.0滑动(hudng)线速度：0.01m/s润滑油牌号：VG22润滑油进油温度：40润滑油供油油量：20ml/min轴材料：S55C轴表面粗糙度：Rz1.0um试验比载荷：9MPa试验持续时间：4 h试验方法：试样在9MPa比负荷和0.01mm/s的滑动速度下，经4h试验之后，通过测量其厚度变化，对磨损损失进行对比评价。轴瓦材料磨损试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。试验方法如下：抗磨性能采用止推环磨损试验进行。平板状标本上浇注合金层。合金层采用与疲劳试验相同的多层结构和成分。（5）轴瓦润滑

41、油外来颗粒污染变质等极端工况下的相容性试验方案在润滑介质中添加磨粒对轴瓦试样进行一定时间的连续运行试验，通过在润滑油中添加不同尺寸和不同硬度的颗粒杂质，研究磨粒对不同材质轴瓦与轴的摩擦磨损润滑特性影响，以判断不同材质轴瓦的相容性。现拟采用蓝宝石疲劳强度试验机、多功能摩擦磨损试验台或轴瓦测试平台开展试验，试验按4种承载能力材料每种材料25副轴瓦进行试验，共需100副。（6）安装倾角对轴瓦使用性能的影响(yngxing)规律试验方案在实际运行的轴瓦中，轴心线偏移是普遍存在的现象(xinxing)。造成轴瓦与轴不对中的原因有：轴倾斜(qngxi)；转子安装误差；转子制造误差；轴、转子以及轴瓦产生的热

42、弹变形。轴线不对中会导致轴瓦油膜分布不均，局部区域油膜厚度减小，油膜压力增大，承载能力下降，磨损量增加，引起轴颈和轴瓦表面局部区域的塑性变形，随着磨损的加剧，将出现疲劳和破碎等复杂情况。在载荷增大过程中，轴瓦的摩擦系数会先减小后增大，当承载能力过大致使油膜过薄时，摩擦系数会急剧上升，轴瓦温度会急剧上升而导致抱死，故可以通过监控试验轴瓦的摩擦转矩来判断轴瓦的运行状态，从而得知轴瓦的极限承载能力。搭建试验平台，通过控制轴线斜线倾角，在试验中测量摩擦系数，从而确定出轴瓦的极限承载能力。为了使轴瓦的参数设计更加合理，提高实际(shj)工况下轴瓦的润滑性能、承载能力及使用寿命，在对轴瓦研究时应充分考虑轴

43、线倾角的影响。轴瓦和轴的试验(shyn)条件如下：表面(biomin)粗糙度：轴瓦材料：轴材料：不同长径比：不同间隙比：不同转速：润滑油种类：供油温度：通过上述参数的研究，获得轴线倾角对轴瓦润滑性能、极限承载能力及使用寿命的影响规律，以指导轴瓦的参数设计，提高轴瓦的运行可靠性。同时研究在相同条件下变壁厚轴瓦和普通轴瓦在最大承载能力并对比。由于实际中轴瓦倾角由轴变形及安装误差等引起，试验时可以通过对轴一侧施加载荷，在轴瓦座上添加垫片等方式来施加倾角，但这些方式操作不方便。由于轴线的不对中必定会在轴瓦中产生抵抗倾斜的力矩，故可以通过施加力矩使轴线倾斜。图3-12为轴线倾角的实现方案。轴瓦安装在试验

44、装置内部，利用右上部的测微头和左下部的万向球对试验装置施加倾斜力矩。万向球顶部的滚珠可在任意方向转动，其可以允许试验装置在上下和前后移动，避免了对试验装置产生其他阻力。测微头顶在滑块上，滑块的头部安装有滚动轴瓦，其作用与万向球的滚珠相同。如果要实现试验装置在其他方向的倾斜，可以调整施加倾斜力矩的位置。图3-12 轴线倾角的实现(shxin)方案图3-13为轴瓦倾角测量方案。可以使用4个电涡流位移传感器测量轴线(zhu xin)在垂直面内的倾斜角度。4个传感器安装在固定支架上，传感器a和传感器d测量轴两端的位移，传感器b和传感器c测量试验装置两端的位移。图3-13 轴瓦倾角测量(cling)方案

45、图3-14为倾角计算(j sun)的原理图。其中ai (i=1, 2)是传感器a在不同时刻(shk)的测量值，红线是轴的中心线，蓝线是轴瓦的中心线。相对轴来说，轴瓦的中心线有一个最低点和最高点。它们与轴线之间的距离是半径间隙。图3a为轴瓦与轴对中的工况，此时传感器的测量值a1, b1, c1和d1可作为计算倾角的基准值。当轴瓦倾斜时（如图3-14b所示），轴线倾角可以用以下公式计算： (1)当轴瓦和轴都倾斜时（如图3-14c所示），轴线倾角可以用以下公式计算： (2)图3-14 轴瓦倾角(qngjio)计算摩擦系数可以通过扭矩传感器测量，但扭矩传感器一般测量的是多个(du )轴瓦的摩擦扭矩。图

46、3-15为另一种(y zhn)摩擦系数测量方法。在试验轴瓦外侧安装有滚动轴瓦，试验轴瓦安装在轴瓦套内，轴瓦套用绳子系在力传感器上。当轴转动时，由于油膜内部的剪切力，轴和轴瓦之间产生摩擦力矩Ts，当轴瓦套不固定时，该力矩会带动轴瓦套旋转。图3-15 摩擦系数的测量(cling)由图3-16的受力分析可以得到计算(j sun)摩擦系数的公式。 (3)其中(qzhng)Fm为力传感器的测量值，Tb为滚动轴瓦的阻力矩，W为外载荷。图3-16 试验轴瓦的受力分析轴线对中情况下的极限承载能力可以通过不断加载来得到，当摩擦转矩力传感器的示数急剧上升时，该载荷即为极限承载能力。对于轴线不对中的情况，试验过程中

47、需要测量并计算倾斜角度。由于改变载荷后，倾斜角度会发生改变，通过固定倾斜角度，不断增加载荷来获得该角度下的极限承载能力的方法不容易实现。当载荷一定时，不断增加倾斜角度可以获得该载荷下的极限倾斜角。由于极限载荷与倾斜角为一一对应关系，故该载荷即是该极限倾角下的极限载荷。利用此方法可以确定载荷随倾角的变化曲线。图3-17为确定(qudng)轴线不对中情况下极限载荷的流程图。图3-17 确定(qudng)极限载荷测试不同轴瓦轴瓦材料及粗糙度、不同轴材料及粗糙度、不同长径比、不同间隙比、不同转速、不同润滑油及供油温度等不同工况下的普通轴瓦和变壁厚轴瓦的润滑性能、极限承载能力及使用寿命等并进行对。对比实验除轴瓦壁厚以外，其余实验条件均相同。所以统一初步试验方案如表3-3所示，其中，在每种工况下均改变载荷，确定对应极限倾角和极限载荷，并下面(xi mian)每项实验项目均先后换上变壁厚轴瓦和普通轴瓦分别进行实验。表3-3 试验(shyn)方案不同工况轴轴瓦进油温度转速倾角Ra材料Ra材料间隙比标准条件0.3自主材料10.4自主材料11油温1