第九章 內燃機滑動軸承設計

1、2006-3-27內燃機設計第三章第九章第九章 內燃機滑動軸承設計內燃機滑動軸承設計 第一節(jié) 摩擦分類與軸承材料軸承材料第二節(jié) 軸瓦的結構設計第三節(jié) 軸心軌跡2006-3-27內燃機設計第三章第一節(jié) 摩擦分類與軸承材料軸承材料絕大多數(shù)內燃機用滑動軸承，并且經過多年的發(fā)展，在結構上已定型，都是可互換的高精密度多層薄壁軸瓦。個別有例外。 （一）三種摩擦（1）干摩擦在力的作用下，兩個金屬零件表面直接接觸，并做相對滑動時的摩擦。干摩擦時的摩擦阻力很大、磨損快。2006-3-27內燃機設計第三章（一）三種摩擦 （2）流體摩擦：用潤滑油將兩相對運動的金屬表面隔開，使之成為潤滑油之間的摩擦，從而使摩擦阻力大

2、大減小。 為了實現(xiàn)流體摩擦，兩金屬表面之間的油膜應具有一定的厚度。 （3）臨界摩擦：摩擦表面之間有機油，但油膜太薄，不足于把兩個摩擦表面完全分開。 臨界摩擦的摩擦系數(shù)介于干摩擦和流體摩擦之間。2006-3-27內燃機設計第三章（二）軸承材料 要求： （1）有足夠高的疲勞強度 合金層厚度 承壓能力 所以軸瓦采用背鋼減摩合金多層結構，且減摩層厚度不超過0.4mm。 （2）有良好的減摩性能，包括抗咬合性、嵌藏性和順應性 （3）有良好的耐蝕性2006-3-27內燃機設計第三章軸承材料（續(xù)）現(xiàn)代內燃機軸承采用三層結構：軟減摩層；硬減摩層；背鋼(優(yōu)質低碳鋼)目前，內燃機軸承合金有巴氏合金、銅基合金和鋁基合

3、金三大類。2006-3-27內燃機設計第三章軸承材料（巴氏合金） 巴氏合金又稱白合金（有錫基和鉛基兩種）。它是由軟合金基體中分布硬質點構成。軟基體使它具有良好的減摩性，硬質點使其有較好的耐磨性。 但巴氏合金最大的缺點是疲勞強度低，且隨溫度升高而迅速降低。 一般只用于強化程度低的汽油機。 鉛基合金比錫基便宜，但耐腐蝕性差。2006-3-27內燃機設計第三章軸承材料（銅基合金） 銅基合金有鉛青銅和銅鉛合金兩類。 鉛青銅強度和硬度很高，但減摩性差，只用于滑動速度低、比壓很高的連桿小頭襯套。 銅鉛合金許用比壓和溫度均較高，但減摩性和耐腐蝕性較差，所以，常用于軸瓦的中間層。2006-3-27內燃機設計第

4、三章軸承材料（鋁基合金） 鋁基合金有高錫鋁合金和低錫鋁合金兩類。 鋁基合金在力學性能上優(yōu)于巴氏合金，在減摩性、耐蝕性、工藝性和經濟性等方面都優(yōu)于銅鉛合金，即綜合性能較好，是目前內燃機曲軸軸承中應用最廣泛的材料。 低錫鋁合金強度好，廣泛用作基層合金。 高錫鋁合金減摩性好，可用于減摩滑動層，也可單獨使用。2006-3-27內燃機設計第三章第二節(jié) 軸瓦的結構設計 1、軸瓦厚度 輕系列（汽油機連桿軸承）:1.53mm 重系列（柴油機連桿軸承和所有主軸承）：2.54mm 減摩合金層厚：巴氏、鋁基合金：0.080.30mm 銅鉛合金：0.250.4mm 2、軸瓦的自由彈勢和過盈度 自由狀態(tài)下的軸瓦口外緣距

5、離大于軸承座孔直徑，差值稱為自由彈勢。一般要求自由彈勢在0.51.5mm。圖示 為了保證軸瓦與座孔間貼合良好，軸瓦必須以一定的過盈裝入座孔中。2006-3-27內燃機設計第三章軸承的結構設計（續(xù)） 3、軸瓦表面幾何形狀 （1）軸向變厚度軸瓦 P152 圖92 適應彎曲變形，減小邊緣負荷。 （2）徑向變厚度軸瓦 P153 圖93 適應往復慣性力、氣壓力、裝配力等需要。2006-3-27內燃機設計第三章軸承的結構設計（續(xù)） 4、軸瓦寬度 軸瓦寬度一般取決于發(fā)動機的總體布置，現(xiàn)代高速內燃機由于緊湊的需要，使得軸瓦寬度越來越小。 軸瓦寬度 軸承兩端端泄 不易建立油膜 軸瓦寬度 散熱困難油溫 粘度200

6、6-3-27內燃機設計第三章軸承的結構設計（續(xù)）5、軸瓦的定位：定位唇6、潤滑油孔和油槽軸承中間開油槽，油孔應開在負荷較輕的方向。圖示開槽后，軸承承載能力下降，所以：主軸承在上軸瓦開槽；連桿軸承在下軸瓦開槽。2006-3-27內燃機設計第三章軸承的結構設計（續(xù)） 7、軸承間隙 軸承間隙的選擇，取決于軸承材料、潤滑油性能、負荷大小與特性、軸頸和軸承表面的加工精度和表面粗糙度、機油濾清質量、軸承工作溫度以及軸頸和軸承的彈性等錯綜復雜的因素。2006-3-27內燃機設計第三章軸承的結構設計（續(xù)）軸承間隙 機油流量 機油溫度 最小油膜厚度 承壓能力2006-3-27內燃機設計第三章第三節(jié) 軸心軌跡 軸承的工作可靠性和壽命與軸承的潤滑狀態(tài)密切相關。通過軸心運動軌跡，可以了解潤滑油膜的分布情況及變化規(guī)律。 所謂軸心軌跡，是指軸頸在油膜壓力、外負荷及角速度的周期變化中，軸心所繪出的一條封閉曲線。 影響軸心軌跡的因素有結構參數(shù)（軸承的長徑比、間隙）、工作參數(shù)（負荷、轉速）和潤滑油的粘度。2006-3-27內燃機設計第三章計算軸心軌跡作用 1、可作為判斷軸承實現(xiàn)液體潤滑情況的重要依據(jù)。 2、幫助分析軸承損壞原因，改進設計。 3、合理布置油孔、油槽位置，使供油舒暢。 4