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柴油机连杆组件常见故障分析与排除1. 引言1.1 柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆组件是柴油机中非常重要的部件之一，负责将活塞的往复运动转换为旋转运动，并传递动力到曲轴。
连杆组件的正常运转对柴油机性能至关重要，但在长期使用过程中，连杆组件可能会出现各种故障。
了解连杆组件故障的原因和排除方法对延长柴油机使用寿命、提高工作效率至关重要。
在本文中，我们将详细分析柴油机连杆组件常见故障的原因和排除方法。
从连杆断裂、连杆轴颈磨损、连杆大头套磨损、连杆小头套磨损、以及连杆轴瓦磨损等几个方面进行深入探讨。
通过学习和了解这些故障原因，可以帮助维修人员更快速、更准确地排除故障，保障柴油机的正常运转。
2. 正文2.1 连杆断裂的原因与排除方法连杆断裂是柴油机连杆组件中常见的故障之一，其主要原因包括以下几点：1. 连杆负荷超负荷：长时间高负荷运转或爆震工况下，连杆受到过大负荷而导致断裂。
解决方法是要根据实际负荷情况合理调整柴油机的工作状态，避免出现过高负荷情况。
2. 连杆表面质量不良：连杆表面存在不良质量问题，如裂纹、疲劳损伤等，导致连杆断裂。
解决方法是定期对连杆进行检查，及时更换有质量问题的连杆。
3. 连杆安装不当：联杆安装不到位或固定螺栓松动会导致连杆受力不均匀，从而引发断裂。
解决方法是在安装时确保连杆位置正确，螺栓拧紧力度适中。
4. 连杆材质问题：连杆制造材质不符合标准或存在材质缺陷也可能导致断裂。
解决方法是选择正规的生产厂家，确保连杆质量符合要求。
连杆断裂的原因多种多样，针对不同原因采取相应的排除方法是关键。
只有及时发现问题并加以解决，才能有效减少连杆断裂故障的发生，提高柴油机的工作效率和安全性。
2.2 连杆轴颈磨损的原因与排除方法连杆轴颈磨损是柴油机连杆组件常见的故障之一，主要原因包括以下几点：1. 润滑不良：润滑油质量不合格或润滑系统故障会导致连杆轴颈磨损，因为润滑不良会增加摩擦和磨损。
2. 过热：柴油机长时间高速运转或因水温过高等因素导致连杆过热，进而引起轴颈磨损。
某型号柴油汽车发动机连杆螺栓断裂原因分析
王春雁
【期刊名称】《金属加工：热加工》
【年(卷),期】2013(0)S1
【摘要】采用宏观断口分析、力学性能测试、化学成分分析、金相组织检验等方法,对两根连杆螺栓断裂的原因进行了分析。
结果表明:两根连杆螺栓断裂均为疲劳性断裂,其断裂根本原因是螺栓紧固力不够造成松动,最终导致断裂。
【总页数】2页(P179-180)
【关键词】连杆螺栓;柴油汽车;断裂原因分析;螺栓紧固;力学性能;断口分析;疲劳断裂;化学成分;宏观形貌;贝纹
【作者】王春雁
【作者单位】河北华北柴油机有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】U464.13
【相关文献】
1.汽车连杆螺栓断裂原因分析 [J], 刘业强
2.发动机连杆螺栓断裂原因分析 [J], 袁峰;靳宝宏;门菲
3.发动机连杆螺栓断裂原因分析 [J], 袁峰;靳宝宏;门菲
4.柴油机连杆盖及连杆螺栓断裂分析 [J], 于利军;吴云忠;戴雅康;任瑞铭
5.发动机连杆螺栓断裂原因的分析 [J],
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柴油机连杆组件常见故障分析与排除柴油机连杆组件是柴油机的重要部件之一，起着连接曲轴和活塞的作用。
由于连杆组件在运转过程中承受着较大的力和压力，因此常常出现故障。
下面将介绍柴油机连杆组件的常见故障分析与排除方法。
1. 连杆螺栓断裂：连杆螺栓是将连杆与曲轴和活塞连接在一起的关键部件。
螺栓断裂可能是由于螺栓材料的不良质量或使用过程中超负荷运转引起的。
对于断裂的螺栓，需要将其更换为质量可靠的螺栓，并进行适当的紧固力。
2. 连杆大头或小头磨损：连杆大头和小头与活塞销和曲轴连接，容易受到摩擦和磨损的影响。
当连杆大头或小头出现磨损时，应及时更换。
在更换时要注意选择合适的尺寸以确保与其他部件的匹配。
3. 连杆轴颈磨损：连杆轴颈是与曲轴连接的部分，由于摩擦和磨损，容易导致连杆轴颈磨损。
磨损过多会导致松动和振动，严重时可能会使连杆折断。
对于磨损严重的连杆轴颈，需要进行修磨或更换。
修磨时要注意保持正确的尺寸和圆度。
4. 连杆大头或小头磨裂：连杆大头或小头在运转过程中由于受到冲击和振动的影响，可能会出现磨裂的情况。
磨裂可能会导致连杆失效，因此需要及时更换。
5. 连杆销磨损：连杆销与连杆大头和活塞销连接，承受着活塞运动带来的冲击和振动。
长时间使用后，连杆销容易磨损。
当连杆销磨损严重时，需要更换为新的连杆销。
在更换连杆销时，要确保与连杆大头和活塞销的匹配度。
6. 连杆轴承磨损：连杆轴承处于曲轴与连杆之间，承受着较大的力和压力。
长时间使用后，连杆轴承会出现磨损。
磨损严重的连杆轴承将影响柴油机的正常工作，因此需要定期检查并更换磨损的连杆轴承。
柴油机连杆组件的故障分析与排除需要对连杆螺栓、连杆大头和小头、连杆轴颈、连杆大头或小头、连杆销和连杆轴承进行检查和维护。
及时发现并解决这些故障，可以保证柴油机的正常运转和延长使用寿命。
柴油机连杆裂纹主要原因剖析连杆是柴油机用五大件之一，我厂生产的L195型柴油机连杆所选用的材质为45#钢。
它的工艺流程为：锻造成型—正火—粗加工—调质处理—喷砂—校直—精加工—组装。
为了保证连杆的使用性能，要求它具有较高的强度，较好的耐磨性，足够的塑性、韧性以及相应的抗疲劳性等。
多年实践表明，通过调质处理，可以满足以上的要求。
因为调质处理可以细化晶粒，获得均匀的具有一定弥散度和综合机械性能的细密球状珠光体—回火索氏体。
但是，连杆在调质过程中，有时产生裂纹，其废品率最多可达12％，裂纹的位置分别在小头部、杆侧面、槽内圆角处。
为了保证连杆的质量，下面从热处理工艺的选择和钢的原材料等几个方面进行剖析。
1技术要求(1)化学成份C:0.42～0.50％；Si:0.17～0.37％;Mn:0.50～0.80％;P≤0.04％;S≤0.04％；Cr≤0.25％;Ni≤0.25％(2)机械性能HB217～293(3)金相组织为较均匀的索氏体，允许有少量断续、网状分布的铁素体。
2热处理工艺参数的影响在现实生产中，选择连杆的调质工艺。
2.1加热温度45#钢是低淬透性钢，且由于它的MS点较高，淬火后，组织应力很大。
而且，淬火时片状马氏体也占了相当的数量，所以，很容易淬裂。
如果热处理不当，极易有裂纹产生。
但是，淬火开裂的原因是多种多样的，过热是主要原因之一，所以选择淬火温度很主要。
制定淬火加热规范的主要依据是材料的AC3点温度。
我们将《热处理手册》第四分册中各中碳钢的AC3点联成曲线，即AC3线。
我们又选用了35钢、40钢、45钢、50钢、55钢加热，5～10％盐水淬火做试验，然后用金相法结合硬度值确定相应钢种的AC3温度，见图2。
从图2中看出：含碳量从0.45～0.50％范围内出现了一个陡降的低谷，最低点在0.48％C处。
此时，AC3约为750～760℃，而0.42％C钢AC3=780℃，所以45#钢含碳量在下限时选用840℃加热淬火，而含碳量在上限时仍选用840℃加热淬火，就容易因过热而产生淬火裂纹。
2021年 第4期 热加工771 序言对于汽车发动机而言，连杆螺栓不仅是将螺栓头部和螺杆联接在一起的紧固件，还是联接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。
连杆螺栓不仅受到装配时的预紧力[1]，在发动机的运行中还要承受活塞连杆往复运动惯性力和连杆旋转离心力的交变载荷作用，而且在气缸的压缩和做功行程中，还要受到每分钟上千次交变应力的冲击[2]。
各种失效模式的研究和案例也时有报道[3-6]，对汽车用断裂螺栓进行失效分析，研究其产生故障的特征、规律及原因，可为汽车的生产、使用或维修中采取有针对性地改进和预防措施提供理论依据，防止同类故障再次发生[7]。
2020年2月，某故障发动机在拆机之后发现其中一缸的进、排气部位缸体被击穿，连杆外露，另有紧固连杆的两根螺栓发生断裂（见图1）。
通过对断裂螺栓进行失效分析，主要包括断口分析、材料鉴定、拧紧工艺排查等方面，对螺栓的整个生命周期环节做了梳理，试图从螺栓的设计、生产检测以及拧紧工艺等方面找出螺栓断裂的原因，并解决连杆螺栓断裂问题。
2 连杆螺栓2.1 化学成分分析断裂螺栓规格为M8×1.0×40-6h ，其强度等级为10.9级，螺栓材料SCM435，是JIS G4035—2003中的一种热轧钢线材，属于低合金结构用钢，主要合金元素是Cr 、Mo 。
表1列出JIS G4035—2003中SCM435化学成分标准要求和断裂螺栓的化学成分分析结果，符合要求。
发动机连杆螺栓断裂失效分析叶枫，陈旺湘，胡志豪，马照龙浙江义利汽车零部件有限公司 浙江义乌 322000摘要：故障发动机被拆解之后发现固定连杆轴瓦的两根螺栓发生了断裂，通过对断裂螺栓进行宏观观察、SEM 显微分析以及对断口附近材料进行材质分析，研究确认连杆螺栓的断裂形式、原因，并提出相关改进措施。
结果表明：连杆螺栓断裂性质属于疲劳断裂，其中一根螺栓是完全疲劳断裂，另一根是部分疲劳和部分剪切断裂。
抽油机连杆的载荷计算及断裂分析抽油机是油田生产中常用的一种设备，应用广泛有的抽油机因为长时间的使用造成抽油机驴头、连杆等部位出现断裂现象，我们对抽油机的连杆断裂得结构部分进行修复和完善，节约成本，常规方法对连杆的校核计算有些困难，本文主要采用有限元软件对连杆的结构进行分析研究，发现问题提出改进措施，增加抽油机连杆的使用寿命。
标签：抽油机连杆；计算；断裂抽油机的组成部分为动力机、减速器、支架、连杆机构和驴头等部件组成，驴头和连杆机构通过减速器的转动实现抽油机抽油泵的上下直线运动，对地下原油进行采集，油田区域内有很多老型号的抽油机还在工作，这些抽油机长时间的使用容易出现驴头和连杆等一些部位出现断裂，我们对这些部件进行修补能大量节约企业资金，这里我们主要对连杆的受力情况进行计算和断裂问题进行分析和研究。
抽油机是一种长时间工作的设备，这种工作状态决定了抽油机各部件会因为周期性的交变载荷发生部分部件的疲劳损坏，我们在对抽油机强度计算设计的时候，首先各部件要满足具有足够的强度和刚度，对抽油机游梁、横梁、连杆和支架都要以最大载荷、最大冲程和最高冲次情况下进行计算，才能满足抽油机的使用要求，在借助有限元分析软件进行结构的具体分析，找出断裂的问题，提出整改的方案。
1连杆的载荷计算抽油机的连杆一般情况下质量很轻，工作时候发出的惯性力矩和惯性力都很小，我们一般对连杆工作时候产生的惯性力矩进行忽视，把连杆认为一种二力杆，受力为PL，则：式中：A，C分别表示游梁的前臂长度和后臂长度，mm；P为悬点载荷数值，kN；β为传动角是C与P之间的夹角，（°）；Q游表示平衡块的重量，kN；B表示为部件工作时自重作用在悬点处的载荷数，kN；KC表示为游梁旋转中心到游梁平衡块之间的距离，mm；抽油机正常工作的时候，曲柄会逆时针旋转运行，当K与R运行到一条水平线上时候，β角成大于90°的最大值，则：式中：R和L分别表示曲柄的半径和连杆的长度，mm；β0表示运行中建立最远的β角；K表示为游梁的转动中心到减速器输出轴的距离，mm。
备用柴油发电机组连杆螺栓断裂故障分析某电厂备用柴油发电机组在定期试验运行过程中发生了缸体破裂和连杆损坏事件，对柴油机缸套及部分部件造成了损坏。
事件发生后，业主、采购方、制造方一起对柴油发电机组事故现象和损坏部件进行了排查和失效分析。
从失效部件的观测中得出连杆螺栓是首先断裂部件，分析得出螺母松退是连杆螺栓断裂等一系列故障的根本原因，而螺母结合面的微动磨损是螺母松退的先兆和反映。
关键词：柴油发电机组;连杆螺栓;微动磨损;螺栓断裂引言某电厂备用柴油发电机组执行季度例行满负荷带载试验，在升至满功率运行过程中，A8缸活塞连杆飞出，击破A8缸曲轴箱盖板，现场发现活塞裙破损，B8缸连杆及两侧平衡重部件有不同程度损伤。
拆卸缸体后发现A8缸两根连杆螺栓断裂。
通过分析检测结果和对损坏样品的观测，确定A8-1 和A8-2 连杆螺栓为首先失效部件。
本次故障采用了故障树分析（FTA）的方法，在微动磨损存在的情况下，确定了连杆螺母的松退是连杆螺栓断裂和一系列故障发生的原因。
1 事件发生经过及故障处置2019年某日10点02分，某排柴油机进行季度并网带载试验。
10：26，备用柴油发电机A根据试验规程加载至5800kW。
10：33，主控系统出现“DG A PACKAGE STATUS”报警，控制人员立即电话询问现场情况，现操人员反馈屏幕出现“排气温度偏差”、“油封油压压力低”、“模拟量输入模块故障”报警。
随后，现操人员发现并汇报备用柴油发电机本体大量喷油。
故障发生后业主和采购单位组成了该柴油机故障事件调查和原因分析小组（以下简称“调查/分析小组”、“小组”），通过对断裂件和破损件的收集，小组将其交由第三方检测机构进行检测。
在取得断裂件及破损件（以下简称“样品”）检测结果后，调查小组和制造厂迅速召集相关专家进行原因分析工作，目的是通过根本原因分析确保该型号机组在复装再试验以及后续使用时不会再发生同样问题。
2 首断件判断及检查措施为了确定出本次柴油机本体破裂事件的首断件，同时收集可供技术判定的证据，相关单位及第三方检测机构共同确定了样品的取样分析方案，对连杆螺栓、活塞裙、活塞顶螺栓和螺母、连杆螺母进行、金相分析、断口分析以及尺寸等宏观检查，对曲轴进行了渗透检测和硬度试验，对事故产生金属碎屑、连杆大端和小端轴瓦进行了能谱分析，对润滑油品进行了水分检测、元素含量分析、运动粘度、灰分检测的检测。
某发动机连杆断裂原因分析的研究
作者：何元章夏国祥王文建黄平樊红磊
来源：《汽车科技》2012年第02期
摘要：在发动机研发过程中，连杆断裂故障是发动机的致命故障。
本文以某款发动机的连杆断裂故障，从各个相关零件进行了全面的分析和判断，利用一一排除的方法分析原因，找出解决措施，确保发动机的可靠性。
关键词：连杆;连杆螺栓;断裂;连杆瓦;故障
中图分类号：TK4 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）02-0059-05
Fracture Analysis of Engine Connecting Rod
HE Yuan-zhang，XIA Guo-xiang，WANG Wen-jiang，HUANG Ping，FAN Hong-lei
（Engine Design Department，Technical Center of DFMC，Wuhan，430058，China）
Abstract: Fracture of connecting rod is fatal failure in the engine R&D process. In this paper，we will give an example that carry out all related parts of the phenomenon and find out the fracture reason with one by on method of exclusion.
Key words: conrod；conrod bolts；fracture；conrod bearing shells；failure
在发动机研发过程中，连杆断裂是发动机致命故障。
目前，连杆断裂故障的分析方法均为光学金相和电子探针分析仪等分析手段，针对故障连杆和连杆螺栓进行分析。
然而，影响连杆断裂的原因是多样化且不可预判的，如果仅仅采用光学金相和电子探针分析仪的方法分析，只能判断故障件是否存在问题，并不能找出连杆断裂的真正原因。
因此，在分析故障原因时，建立一种有效的、全面的分析方法非常重要。
本文介绍一种FTA故障树的分析方法，能全面和有效的找出失效原因。
本文以某款发动机的连杆断裂故障为例，从各个相关零件进行了全面的分析和判断，利用一一排除的方法找出原因，提出解决措施，确保发动机的可靠性。
1 背景
某发动机在100小时全速全负荷试验过程中，运转到63小时，第三缸发生了连杆断裂故障。
连杆体、连杆螺栓断裂，连杆大头击穿缸体飞出缸外;故障缸连杆瓦发生烧瓦，碎片散落在油底壳内，其他缸连杆瓦有不同程度的剥落现象；揭开缸盖，第三缸气缸内有积水，活塞卡死在缸套内，见图1、图2。
2 故障原因分析
经过对试验记录数据和发动机的装配及生产工艺进行分析，且其他缸的轴瓦润滑情况良好，所以认为此次故障主要由零件本身的原因或其他不明原因所引起。
由此我们对所有相关的零件或因素进行逐个分析，利用排除法找出故障原因，建立了FTA 故障树分析（见图3），以便有序进行故障分析。
需要分析的内容主要包括以下几个方面：
1）检测缸盖、缸体接合面平面度，缸垫的密封性；
2）连杆的强度是否满足发动机的性能要求;
3）连杆螺栓的设计、性能，拧紧力矩的合理性分析；
4）连杆瓦的设计合理性分析；
2.1 检测缸盖缸体接合面平面度，缸垫的密封性
考虑到气缸内进水的现象，进水后引起压缩比的变化，从而导致连杆等组件的断裂损坏。
从缸垫的供应厂家提供的密封性报告看（见图4、图5），缸垫的密封性满足设计要求。
由装机前测量的缸体缸盖的平面度数据可知，缸盖和缸体的平面度是在设计范围内，满足设计要求的，测量结果如表1。
由此可知，发动机缸内进水非缸盖和缸体的平面度不满足设计要求而引起的。
2.2 连杆的强度校核
2.2.1 连杆的设计强度校核
根据连杆总成仿真分析的结果可知，连杆受到的最大应力在连杆小头孔处，应力为459.2 MPa（见图6），而相应的安全系数为1.83，大于许用的安全系数1.5，故该发动机的连杆材料和结构设计均满足项目要求。
2.2.2 故障连杆的断裂形式分析
根据工艺研究部门提供的故障件分析报告，连杆大头孔附近有烧伤的蓝色氧化色，杆身有明显的弯曲变形，断口被完全破坏；并且连杆的金相组织和硬度均满足设计要求，故判定连杆为韧性断裂，属于受害件（见图7），这从另一方面证明连杆的强度满足项目要求。
2.3 连杆螺栓的设计、性能、拧紧力矩的合理性分析
2.3.1 连杆螺栓设计强度的校核
根据发动机仿真部门的螺栓分析报告（见图8）可知，螺栓在工作工况下的最大应力为339.4 MPa，而螺栓的抗拉强度为1 200 MPa，安全系数为3.5，能够满足发动机的强度要求。
2.3.2 连杆螺栓零件的性能分析
为了验证连杆螺栓样件的性能可靠性，螺栓供应商对同批的螺栓进行了性能检测，检测结果如表2。
由结果可知，螺栓的重要尺寸和性能要求满足项目要求。
2.3.3 连杆螺栓拧紧力矩的合理性分析
为了验证螺栓拧紧力的合理性，对同批螺栓和连杆进行了拧紧力的测试，测量结果如表3，由测量结果可知，螺栓的拧紧要求同样满足设计要求的21 kN。
2.3.4 故障连杆螺栓断裂形式分析
根据故障零件分析的结果可知，故障螺栓的端口形貌有明显的韧窝存在，且螺栓的金相组织和硬度均满足设计要求（见图9和图10），故认定连杆螺栓的断裂亦为受迫性断裂，螺栓的断裂是由其他原因引起的。
综上所述，螺栓的力矩转角及螺纹规格设计均合理，满足项目要求。
2.4 连杆瓦的设计的合理性分析
2.4.1 故障连杆瓦破坏形式分析
为了很好的验证连杆瓦的设计合理性，对连杆瓦的各个参数尺寸进行了benchmarking分析和检测。
根据《内燃机设计》（杨连声）和相关国家标准（QC/T 280-1999、GB/T 1151-93和GB/T 18326-2001）重新计算、审核可知，连杆瓦的各个尺寸设计均合理。
但是，根据对故障连杆瓦的分析可知，连杆瓦的合金层剥落严重，且在钢背和合金层结合线处发生开裂现象（见图11和图12）。
各种现象表明，连杆瓦为疲劳剥落，需要对连杆瓦的载荷和材料进行校核。
2.4.2 对连杆瓦的工作载荷的核算
根据上述分析的结果可知，连杆瓦合金层剥落属于疲劳剥落，故对连杆瓦的合金层材料进行校对和重新计算。
根据《内燃机设计》（杨连声）连杆瓦载荷计算公式：
；P0为大气压力，N/m2；D为活塞直径，m；
由上述公式及CAE分析可知，连杆瓦在工作过程中的最大载荷为33 MPa，而选择的轴瓦合金层材料AlSn20Cu的承载能力为35~45 MPa，即轴瓦的承载能力略大于轴瓦的最大工作载荷，设计是合理的。
经过查询标准GB/T 18326-2001和相关资料可知，合金材料AlSn20Cu的硬度为30~40 HB，有良好的耐腐蚀性能，有较好的轴承表面性，但仅适合于与软轴配合使用，要求轴的硬度为25 HRC左右。
然而，该款发动机的曲轴为钢性曲轴，硬度达到了55 HRC，因此确定，该合金材料不适用于该款发动机，需要重新选择轴瓦的合金材料。
经过查询和与供应商的交流可知，某公司的合金材料能够满足设计要求，该材料承载能力为35~45 MPa，硬度为40~60 HB，要求曲轴的硬度在50 HRC以上，满足该款发动机的设计要求。
100小时全速全负荷试验结果表明，更改合金层材料后的轴瓦未发现有剥落现象（见
图13和图14），且未出现连杆断裂或类似故障。
3 结论
本文通过一款发动机的连杆断裂故障的原因分析，介绍了FTA故障分析树的分析方法，分析结果表明，FTA故障树的分析方法在分析连杆断裂试验问题时，使分析繁杂却有序的进
行，取得不错的效果。
对于发动机研发过程中遇到的类似试验问题，本文介绍的FTA分析方法均有被借鉴的实际意义。
参考文献：
［1］杨连声.内燃机设计［M］.北京：中国农业机械出版社，1981.
［2］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.北京：高等教育出版社，2001.
［3］傅衣铭，熊惠而，任毕乔.材料力学［M］. 湖南：湖南大学出版社，1999.
［4］联合编写组.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，1987.。
