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1、《机械设备抗失效技术》课程报告报告题目：内燃机活塞的失效分析报告者：班级：学号：电话：完成时间：2010-4-2一.前言失效分析是工程技术工作的一个难点,尤其对于发动机零件的失效。由于发动机工作状况比较复杂,零件承受各种机械负荷和热负荷,失效模式也多种多样,失效分析不但要借助各种专业工具,往往也需要借助积累的经验。活塞是发动机的心脏零件之一,工作时与活塞销、活塞环等零件组成活塞组,其主要功用是构成燃烧室,密封气缸;承受气体压力,并传递给连杆,以推动曲轴旋转;引导连杆运动,并将连杆的侧压力传给气缸壁。为了保证正常工作,要求活塞必须具有较好的机械强度、热强度及散热条件,以承受高
2、温高压燃气的作用;必须轻量化,以适应高速运转;必须耐磨损,以提高内燃机的耐久性。活塞是发动机中工作强度最大的零件之一,工作时承受很大的机械负荷,包括气体压力、惯性力以及由此产生的侧压力,同时由于摩擦及直接接触燃气也承受很高的热负荷。大多数活塞都是采用铝合金材料的,相比其它运动件强度较低,发动机故障时易破坏。基于不同的原因,活塞的失效形式往往也是多种多样的。对活塞的失效模式进行一定的分类总结,可以根据不同的失效状态推断故障原因,对发动机的工作状况的研究是很有好处的。二.失效形式及原因活塞是内燃机机的核心机件，由于其工作条件恶劣，加之使用维修不当，很容易损伤而导致失效。活塞的失
3、效形式有磨损、偏磨、机械损伤和烧熔。在实际工作中,活塞除了正常磨损外,还有早期损坏失效的可能。从表面上看,活塞失效主要是其顶部与气门相碰形成印痕、活塞被捣碎及活塞顶部被顶出一个锥坑等三种形式。柴油机因运转不正常,排气声音显著变化而停车后,若正转不动,反转易,则极有可能发生上述故障,至于故障产生的原因,可能多种多样的,但归纳起来,不外乎使用、维修不当所致。常见的活塞失效形式有活塞顶面裂纹、活塞环槽过度磨损、活塞销座裂纹、销孔咬合、环岸和裙部脆断等。常发生的故障有活塞拉缸、敲缸，活塞环胶着等。这些问题的产生与发动机零部件设计制造质量、整机装配水平、使用条件、维护和修理质量等有密
4、切关系。此外汽油机的不正常燃烧也会引起活塞的失效。不正常燃烧主要指爆震燃烧和炽热点火。不正常燃烧引起的活塞失效形式主要包括：活塞顶部或环槽边缘处呈蜂窝点状烧蚀，活塞头部边缘及环岸延伸至裙部烧蚀，活塞头部部分材料崩缺,缺口边缘锋锐无明显烧蚀痕迹,常伴有活塞环断裂或变形。1.活塞顶面裂纹活塞顶面裂纹发动机经较长时间运转后，活塞顶面出现径向或周向裂纹，这是常见的失效形式之一。高温高压的燃烧气体直接冲击活塞顶面，使活塞头部承受很大的热应力。在使用过程中频繁的停车、起动、加速、减速、爬坡，使发动机工作过程中活塞快速往复循环，致使活塞顶面温度和负荷处于不断的变化之中，这些是活塞顶面产生
5、裂纹的主要原因。尤其是活塞顶面受热不均匀，燃气冲击部位容易过热，产生压缩应力，冷却时又产生拉应力，这种拉伸、压缩交变应力助长了活塞顶面裂纹的产生。2.磨损活塞磨损是一种常见现象。在发动机工作时，活塞环槽与活塞、活塞销座孔与活塞销、活塞裙与缸壁分别都构成了摩擦副。由于活塞直接与高温高压燃气相接触，承受较大的热负荷和机械负荷，又因在润滑条件极差的缸套内高速往复运动，承受极大的惯性力，所以这些摩擦副磨损迅速。当活塞中心线与气缸中心线不重合(俗称偏缸)时，活塞会出现偏向磨损。造成偏向磨损的原因有:(l)机件变形连杆弯曲或扭曲变形时，连杆小头孔与大头孔中心线平行度偏差过大或不在同一平
6、面内，导致活塞偏缸，从而出现偏磨。曲轴变形后，曲轴主轴颈中心线与连杆轴颈中心线不平行或不在同一平面内，造成连杆倾斜，导致活塞偏磨。缸套安装时，用锤子敲打使其进人安装孔而造成缸套变形，使活塞与缸套偏向接触而导致活塞偏磨。由于机件承受较复杂的交变应力，或结构设计不合理引起较大的内应力，或时效处理不充分，或在高温时拆卸修理等，都会引起机体变形。机体变形后，曲轴中心线与缸套中心线不垂直，造成活塞偏磨。(2)保修不力发动机在运转过程中，由于止推垫圈的不断磨损，曲轴轴向间隙不断增大而未及时调整，使发动机工作时，曲轴前后窜动，同时也带动活塞连杆冲击前后缸壁，出现活塞偏磨。修理过程中，幢削
7、缸套后中心线偏斜，或进行活塞销座孔铰削时，座孔中心线铰偏，或磨削曲轴时，轴颈锥度过大等，都会使活塞发生偏缸而导致活塞偏向磨损。3.机械损伤(l)燃烧室中有异物保修过程中由于疏忽，使异物(如小螺母、小垫圈等)残留在气缸中。发动机在运转时，这些异物对活塞头部强烈冲击，会使活塞头部被打出凹坑甚至孔洞，使活塞报废。(2)气门头部撞击活塞顶l)柴油机工作中，由于凸轮升程不变，当气门间隙过小时，摇臂端头压向气门杆尾端，使气门头伸人气缸量增大而撞击活塞顶。2)由于柴油机压缩比大，故活塞位于上止点时，气缸盖下平面与活塞顶之间的间隙
