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發(fā)動(dòng)機(jī)磨合原理及磨合規(guī)范制定原則龐付忠PangFuzhong一、磨合原理1、什么是磨合:它是一個(gè)機(jī)械物理與化學(xué)作用的復(fù)雜過程,使摩擦表面性質(zhì)從初始狀態(tài)過度到使用狀態(tài)的過程。它有狹義和廣義之分:狹義指內(nèi)燃機(jī)磨合的前階段由外力拖動(dòng)的冷磨合和自身啟動(dòng)熱磨合;廣義是指包括整個(gè)負(fù)荷工況在內(nèi)的正式運(yùn)轉(zhuǎn)前的磨合過程,甚至包括正式初期運(yùn)轉(zhuǎn)階段。2、為什么要磨合零部件表面加工無論如何光潔精確,微觀上也是粗糙不平的,宏觀上也有錐度、橢圓和形位配合公差。磨合前實(shí)際接觸面積比名義上小得多,一般不會(huì)大于40%-50%,有的只能達(dá)到30%左右,形成接觸點(diǎn)負(fù)荷集中、過載、產(chǎn)生高熱,使?jié)櫥湍て茐?,引起燒蝕粘結(jié);通過磨合,真實(shí)接觸面積逐漸擴(kuò)大,磨損減慢,逐漸過渡到正常穩(wěn)定的磨損階段。磨合前,運(yùn)動(dòng)面上的凸凹互相接觸和嵌入,若速度和負(fù)荷不合適,會(huì)出現(xiàn)劇烈摩擦、沖撞、金屬撕裂等,造成表面損傷。因裝配質(zhì)量引起的其它不良因素(劃痕、磕碰等)。發(fā)現(xiàn)裝配中的缺陷,并及時(shí)予以排除。裝配清潔度及運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨屑需要清洗排除。3、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損階段摩擦副整個(gè)磨損過程大致分為三個(gè)階段:磨合階段Ⅰ區(qū)(O-A):T0屬微觀幾何形狀(粗糙度)磨損階段,磨損曲線的曲率半徑較小,摩擦表面粗糙度磨損比較劇烈,但零件尺寸基本不發(fā)生變化;T1屬宏觀幾何形狀磨損階段,磨損曲線的曲率半徑較大,表面劇烈磨損已經(jīng)停止。正常磨損階段Ⅱ區(qū):已具有良好的工作表面,磨損已穩(wěn)定,磨損曲線幾乎為略有傾斜的直線,磨損量與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間成正比。本階段的長短標(biāo)志著發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用壽命。嚴(yán)重磨損階段Ⅲ區(qū):工作表面劇烈磨損破壞,磨損曲線急轉(zhuǎn)上升。二、磨合原則微觀階段磨合:冷磨合、無負(fù)荷及小負(fù)荷熱磨合,主要在中低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),每工況的磨合時(shí)間只需要1-20min,該階段總的磨合時(shí)間為幾分鐘,最多2小時(shí)。一般出場驗(yàn)收磨合或發(fā)動(dòng)機(jī)正常壽命磨合的第一循環(huán)均屬此類。宏觀階段磨合:轉(zhuǎn)速范圍從低轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速,運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷較大,從低中負(fù)荷至全負(fù)荷,每工況磨合時(shí)間較長,該階段總的時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí),磨合結(jié)束發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)(性能、機(jī)械損失功率、機(jī)油消耗量、漏氣量)均趨于穩(wěn)定。正確的磨合在于保證摩擦表面最少損失的前提下盡快的磨合,使內(nèi)燃機(jī)迅速進(jìn)入負(fù)荷使用工況。磨合過程取決于磨合運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速工況,首要任務(wù)是選擇選擇初始負(fù)荷以及分級(jí)加載值,這些數(shù)值即要保證沒有擦傷,同時(shí)又要選得足夠大,以便加快磨合。磨合程序、負(fù)荷、轉(zhuǎn)速與時(shí)間的分配汽油機(jī)的磨合分類磨合1、出廠檢驗(yàn)?zāi)ズ弦?guī)范該規(guī)范的特點(diǎn)屬于微觀幾何形狀的磨合階段,要求發(fā)動(dòng)機(jī)在低、中轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),負(fù)荷應(yīng)為冷拖磨合、無負(fù)荷或小負(fù)荷的熱磨合。摩擦副表面粗糙度的磨損比較劇烈。該階段磨合質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命有重要影響。2、正常壽命磨合規(guī)范該類規(guī)范的特點(diǎn)是在完成低、中轉(zhuǎn)速冷拖磨合、無負(fù)荷或小負(fù)荷熱磨合后,又進(jìn)行中高轉(zhuǎn)速及中大負(fù)荷的熱磨合。它是在完成微觀幾何形狀的磨合后,對(duì)宏觀幾何形狀進(jìn)行一定程度的磨合。此規(guī)范磨合后,按正常工況運(yùn)轉(zhuǎn)使用已不影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命,但發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率仍未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),性能指標(biāo)仍未達(dá)到最佳值。該規(guī)范適用于只進(jìn)行一般的生產(chǎn)監(jiān)督性的性能抽檢,對(duì)指標(biāo)要求不嚴(yán)格的規(guī)范性試驗(yàn),或可靠性試驗(yàn)前的磨合。3、性能試驗(yàn)?zāi)ズ弦?guī)范該磨合規(guī)范應(yīng)完成了微觀幾何形狀的磨合,并已基本完成了宏觀幾何形狀的磨合。磨合后期應(yīng)進(jìn)行中高轉(zhuǎn)速乃至額定轉(zhuǎn)速和全負(fù)荷磨合。磨合規(guī)范總時(shí)間為十幾小時(shí)至幾十小時(shí),一般為20-40小時(shí)。磨合結(jié)束發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率基本穩(wěn)定,性能指標(biāo)已達(dá)最佳值。該規(guī)范適用于復(fù)雜的性能試驗(yàn)、性能對(duì)比試驗(yàn)以及開發(fā)性試驗(yàn)前的磨合。4、零部件磨合規(guī)范與轉(zhuǎn)速有關(guān)與負(fù)荷無關(guān)零部件:包括配氣機(jī)構(gòu)和輪系的齒輪等,摩擦副多為點(diǎn)接觸或線接觸,接觸應(yīng)力較大,且多為飛濺潤滑,所以磨合規(guī)范的重點(diǎn)是微觀幾何形狀的磨合,重點(diǎn)考慮磨合規(guī)范的轉(zhuǎn)速分布,各轉(zhuǎn)速的相應(yīng)負(fù)荷均不大于50%,磨合總的時(shí)間幾分鐘至幾小時(shí),最多為6小時(shí)左右。與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷均有關(guān)零部件:主要是曲柄連桿機(jī)構(gòu),不但要完成微觀幾何形狀的磨合,對(duì)宏觀幾何形狀也要進(jìn)行一定程度的磨合。規(guī)范中應(yīng)包括中高轉(zhuǎn)速乃至額定轉(zhuǎn)速,以及中大負(fù)荷及至全負(fù)荷的磨合,其中最難磨合的是軸頸與軸瓦的磨合,磨合時(shí)間需幾小時(shí)、十幾小時(shí)乃至幾十小時(shí)。三、制定磨合規(guī)范的指導(dǎo)意見1、確定磨合規(guī)范的初始轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速間隔
1)拖動(dòng)磨合初始轉(zhuǎn)速500r/min
轉(zhuǎn)速范圍500-1000r/min
轉(zhuǎn)速間隔100-200r/min
工況時(shí)間15-20min2)熱車磨合初始轉(zhuǎn)速1000-1500r/min
轉(zhuǎn)速范圍初始轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速間隔200-400r/min2、確定負(fù)荷的性質(zhì)及大小
微觀幾何形狀的磨合應(yīng)為拖動(dòng)磨合、熱車空負(fù)荷及中小負(fù)荷的磨合;宏觀幾何形狀的磨合應(yīng)為中大負(fù)荷及至全負(fù)荷的磨合。3、確定工況磨合時(shí)間
微觀幾何形狀的磨合,在某一工況下只需幾分鐘最多20分鐘左右即可磨合穩(wěn)定;宏觀幾何形狀的磨合,在某一工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不應(yīng)小于半小時(shí),一般在1小時(shí)以上。4、性能試驗(yàn)?zāi)ズ弦?guī)范的制定
1)拖動(dòng)磨合初始轉(zhuǎn)速500r/min
轉(zhuǎn)速范圍500-1000r/min
轉(zhuǎn)速間隔100-200r/min
工況時(shí)間15-20min
循環(huán)總時(shí)1-2h
2)熱車磨合(循環(huán)法)初始轉(zhuǎn)速1000-1500r/min
轉(zhuǎn)速范圍1000r/min到額定轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速間隔100-200r/min
工況時(shí)間30-60min
循環(huán)總時(shí)20-40h
每一循環(huán)的內(nèi)容為:第一循環(huán)——25%負(fù)荷,從1000r/min至額定轉(zhuǎn)速,每工況30min;第二循環(huán)——50%負(fù)荷,從1000r/min至額定轉(zhuǎn)速,每工況30min;
第三循環(huán)——75%負(fù)荷,從1000r/min至額定轉(zhuǎn)速,50%額定轉(zhuǎn)速以下每工況30min,50%額定轉(zhuǎn)速以下每工況60min,4000r/min以上可適當(dāng)減為30min;第四循環(huán)——100%負(fù)荷,從1000r/min至額定轉(zhuǎn)速,每工況1h,4000r/min以上可適當(dāng)減為30min。注意在高負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后,應(yīng)在低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間,這里指每循環(huán)結(jié)束后均應(yīng)有低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷工況,特別是第三循環(huán)、第四循環(huán)。四、磨合質(zhì)量的評(píng)價(jià)依據(jù)磨合質(zhì)量的標(biāo)志綜合表現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)全功率運(yùn)行工況下,理論上出現(xiàn)的各種情況有:1、摩擦件表面粗糙度已下降,真實(shí)接觸面大大提高,其表面無加工痕跡,無劃痕、擦傷、熱變色等,表面相互作用產(chǎn)生的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力均減??;2、工作表面的磨損速率、摩擦系數(shù)和溫度均穩(wěn)定在較低水平上;3、抗磨表層強(qiáng)度隨層深增加,并呈正壓應(yīng)力狀態(tài);4、初始粗糙度消除,形成新的平衡顯微凸凹面;5、形成耐久的潤滑油膜??刹僮鞯脑u(píng)價(jià)手段有:1、機(jī)械損失功率變化曲線2、機(jī)油消耗量變化曲線3、活塞漏氣量變化曲線4、機(jī)油含鐵量變化曲線5、摩擦副表面觀測分析(接觸面、接觸帶、光潔度、擦傷、拉傷)6、活塞、活塞環(huán)和缸筒的磨合情況五、總結(jié)語應(yīng)當(dāng)指出,雖然我們對(duì)磨合規(guī)范的制定做了一些指導(dǎo)原則,但到目前為止,磨合問題仍然是一個(gè)“空白點(diǎn)”。不僅沒有磨合過程的通用理論,甚至對(duì)表面初始粗糙度應(yīng)當(dāng)是什么樣的,如何確定磨合運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間,磨合運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)從多大負(fù)荷開始以及在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)期間應(yīng)以何種方式調(diào)節(jié)負(fù)荷等等,都沒有統(tǒng)一的意見。但是,對(duì)于磨合運(yùn)轉(zhuǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造和使用的全部過程中占有非常重要的地位,這一點(diǎn),大家的意見是統(tǒng)一的。附錄四:SQR372、SQR472F——23小時(shí)磨合試驗(yàn)規(guī)范序號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速扭矩運(yùn)行時(shí)間
r/minNmmin11000101202150015120320002012042500251205300030120635003518074000401808450045120950004512010520045601154004560125600W.O.T30135800W.O.T15146000W.O.T15注:
磨合結(jié)束,停機(jī)檢查,測量缸壓。附錄
七:SQR473——11.5小時(shí)磨合試驗(yàn)規(guī)范第1部分
發(fā)動(dòng)機(jī)初磨合(4.2小時(shí))序號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速扭矩運(yùn)行時(shí)間
r/minNmmin12000255215002510315005010425002510525005010635002510735005010845002510945005010105500251011550050101257502510135750501014200025515150010010161500節(jié)氣門全開1017250010010182500節(jié)氣門全開1019350010010203500節(jié)氣門全開1021450010010224500節(jié)氣門全開102355001001
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