第九章 内燃机滑动轴承设计

2006-3-27内燃机设计第三章第九章内燃机滑动轴承设计•第一节摩擦分类与轴承材料•第二节轴瓦的结构设计•第三节轴心轨迹2006-3-27内燃机设计第三章第一节摩擦分类与轴承材料•绝大多数内燃机用滑动轴承，并且经过多年的发展，在结构上已定型，都是可互换的高精密度多层薄壁轴瓦。个别有例外。•（一）三种摩擦•（1）干摩擦•在力的作用下，两个金属零件表面直接接触，并做相对滑动时的摩擦。•干摩擦时的摩擦阻力很大、磨损快。2006-3-27内燃机设计第三章（一）三种摩擦•（2）流体摩擦：用润滑油将两相对运动的金属表面隔开，使之成为润滑油之间的摩擦，从而使摩擦阻力大大减小。•为了实现流体摩擦，两金属表面之间的油膜应具有一定的厚度。•（3）临界摩擦：摩擦表面之间有机油，但油膜太薄，不足于把两个摩擦表面完全分开。•临界摩擦的摩擦系数介于干摩擦和流体摩擦之间。2006-3-27内燃机设计第三章（二）轴承材料•要求：•（1）有足够高的疲劳强度•合金层厚度↘→承压能力↗•所以轴瓦采用背钢＋减摩合金多层结构，且减摩层厚度不超过0.4mm。•（2）有良好的减摩性能，包括抗咬合性、嵌藏性和顺应性•（3）有良好的耐蚀性2006-3-27内燃机设计第三章轴承材料（续）•现代内燃机轴承采用三层结构：•软减摩层；硬减摩层；背钢(优质低碳钢)•目前，内燃机轴承合金有巴氏合金、铜基合金和铝基合金三大类。2006-3-27内燃机设计第三章轴承材料（巴氏合金）•巴氏合金又称白合金（有锡基和铅基两种）。它是由软合金基体中分布硬质点构成。软基体使它具有良好的减摩性，硬质点使其有较好的耐磨性。•但巴氏合金最大的缺点是疲劳强度低，且随温度升高而迅速降低。•一般只用于强化程度低的汽油机。•铅基合金比锡基便宜，但耐腐蚀性差。2006-3-27内燃机设计第三章轴承材料（铜基合金）•铜基合金有铅青铜和铜铅合金两类。•铅青铜强度和硬度很高，但减摩性差，只用于滑动速度低、比压很高的连杆小头衬套。•铜铅合金许用比压和温度均较高，但减摩性和耐腐蚀性较差，所以，常用于轴瓦的中间层。2006-3-27内燃机设计第三章轴承材料（铝基合金）•铝基合金有高锡铝合金和低锡铝合金两类。•铝基合金在力学性能上优于巴氏合金，在减摩性、耐蚀性、工艺性和经济性等方面都优于铜铅合金，即综合性能较好，是目前内燃机曲轴轴承中应用最广泛的材料。•低锡铝合金强度好，广泛用作基层合金。•高锡铝合金减摩性好，可用于减摩滑动层，也可单独使用。2006-3-27内燃机设计第三章第二节轴瓦的结构设计•1、轴瓦厚度•轻系列（汽油机连杆轴承）:1.5～3mm•重系列（柴油机连杆轴承和所有主轴承）：2.5～4mm•减摩合金层厚：巴氏、铝基合金：0.08～0.30mm•铜铅合金：0.25～0.4mm•2、轴瓦的自由弹势和过盈度•自由状态下的轴瓦口外缘距离大于轴承座孔直径，差值称为自由弹势。一般要求自由弹势在0.5～1.5mm。图示•为了保证轴瓦与座孔间贴合良好，轴瓦必须以一定的过盈装入座孔中。2006-3-27内燃机设计第三章轴承的结构设计（续）•3、轴瓦表面几何形状•（1）轴向变厚度轴瓦P152图9－2•适应弯曲变形，减小边缘负荷。•（2）径向变厚度轴瓦P153图9－3•适应往复惯性力、气压力、装配力等需要。2006-3-27内燃机设计第三章轴承的结构设计（续）•4、轴瓦宽度•轴瓦宽度一般取决于发动机的总体布置，现代高速内燃机由于紧凑的需要，使得轴瓦宽度越来越小。•轴瓦宽度↘→轴承两端端泄↗→不易建立油膜•轴瓦宽度↗→散热困难→油温↗→粘度↘2006-3-27内燃机设计第三章轴承的结构设计（续）•5、轴瓦的定位：定位唇•6、润滑油孔和油槽•轴承中间开油槽，油孔应开在负荷较轻的方向。图示•开槽后，轴承承载能力下降，所以：•主轴承在上轴瓦开槽；•连杆轴承在下轴瓦开槽。2006-3-27内燃机设计第三章轴承的结构设计（续）•7、轴承间隙•轴承间隙的选择，取决于轴承材料、润滑油性能、负荷大小与特性、轴颈和轴承表面的加工精度和表面粗糙度、机油滤清质量、轴承工作温度以及轴颈和轴承的弹性等错综复杂的因素。2006-3-27内燃机设计第三章轴承的结构设计（续）轴承间隙↗机油流量↗机油温度↘最小油膜厚度↗↘承压能力↘2006-3-27内燃机设计第三章第三节轴心轨迹•轴承的工作可靠性和寿命与轴承的润滑状态密切相关。通过轴心运动轨迹，可以了解润滑油膜的分布情况及变化规律。•所谓轴心轨迹，是指轴颈在油膜压力、外负荷及角速度的周期变化中，轴心所绘出的一条封闭曲线。•影响轴心轨迹的因素有结构参数（轴承的长径比、间隙）、工作参数（负荷、转速）和润滑油的粘度。2006-3-27内燃机设计第三章计算轴心轨迹作用•1、可作为判断轴承实现液体润滑情况的重要依据。•2、帮助分析轴承损坏原因，改进设计。•3、合理布置油孔、油槽位置，使供油舒畅。•4、实现轴承润滑的最佳设计。结束2006-3-27内燃机设计第三章滑动轴承实物图2006-3-27内燃机设计第三章自由弹势示意图2006-3-27内燃机设计第三章轴瓦定位与由槽2006-3-27内燃机设计第三章润滑油膜