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发动机滑动轴承结构设计(上)

爱乐透彩票官网来源:无锡润通机电设备有限公司 发布时间:2019-01-02 点击次数:

吴巩:IND4汽车人高级注册用户,具有20多年大型国有及外资企业工作经验的高级内燃机设计工程师,擅长系统、全面地介绍其原理和设计经验。
    
     轴承宽度6一般用轴承孔径d(月/d)的比值来表示,现代发动机连续切削轴承的b/d大部分约为0.4。主轴承的b/d介于0.35和0.4之间,甚至b/d=0.3。
    
     1)对发动机尺寸的要求。为了获得紧凑的尺寸,现代高速发动机总是尽量缩短气缸中心距,迫使轴承缩短。
    
     2)对曲轴刚度的要求。在高强度发动机中,为了提高曲轴刚度,轴颈直径和曲轴臂厚度一般都会尽可能增大。
    
     3)工作部件的要求,连杆轴承的负荷和润滑状况比主轴承差,一般连杆轴承的b/d比主轴承大,在某些结构中,发动机的中央主轴承负荷大,主轴承的宽度大于主轴承的宽度。在其它主轴承中,靠近飞轮端的第一个主轴承通常比其它主轴承宽,常用作止推轴承。
    
     润滑油膜的承载力与轴承宽度的立方成正比,为了形成足够厚度的油膜,最好选择最大b/d值,但如果宽度过大,润滑油的流速会降低,带走的热量也会减少。因此,油膜温度升高,粘度降低,油膜厚度减小,承载能力降低,特别是轴承宽度越大,容易产生边缘载荷,导致载荷分布不均匀,一般b/d的上限为0.6。
    
     轴承套安装后,靠近轴承套对应平面的接头压力较低,以保证整个圆周的均匀性。
    
     在自由状态下,两对平面之间的开孔尺寸比底孔直径稍大,称为弹性张力。
    
     数量、具体设计参考标准ZBTL2002-87(汽车发动机主轴瓦、连杆瓦技术条件)。
    
     由于轴瓦在座孔内装配干涉较大,在瓦口附近会有收缩的趋势,如图6-1所示,导致在对应面附近合金层早期磨损和闭塞,因此壁厚应在对应面10~25范围内减薄,减薄宁应该是适当的。过度减薄对油膜的连续性有影响,减薄范围和减薄量见表6-5,现有机轴瓦减薄范围和减薄量测量见表6-6。
    
    
    
    
    
    
    
     泊位的布置和油孔的位置对油膜的承载力有很大的影响,沿轴承轴线的油膜压力分布近似为抛物线,承载力与轴承宽度的三次方幂成正比,因此周向油槽的承载力如图所示,轴瓦中间的一定宽度仅为无油槽宽度的1/4,为了保证轴承的承载能力,连杆上瓦和主瓦下瓦不应打开油槽,为了保证连杆轴承的连续供油,在下部无油槽时在主轴承的ER瓦上,曲轴主轴颈处开有横向油道。
    
    
    
     轴瓦的油孔应布置在轴承的低负荷区,如果油孔布置在高负荷区,会造成油膜压力泄漏,破坏轴承承载能力,造成供油不足,应根据轴线轨迹计算合理选择位置。
    
     油槽和油孔的边缘也应平滑过渡,避免撕裂油流,破坏油膜,容易形成气泡,造成气蚀破坏,在输油管道设计中,过渡应尽可能均匀。任何急转弯、断面突变、分支不良都会造成过大的流动阻力,影响输油,而且这些零件大部分会沉积污垢,堵塞输油管道,也有气蚀的风险,油孔内的压力波动(主要是从主轴颈到连杆颈)l)也是造成气蚀损坏的原因。
    
     本文强调油路布置的重要性,因为处理不当会影响轴承的承载能力和润滑质量,轴瓦设计人员应注意曲轴和机体上的油管布置,为轴瓦的可靠工作提供良好的条件。
    
     这里加一点:曲轴润滑油流量非常复杂,有离心力的影响,也有因油箱或高压区出口中断而导致油流量不连续的可能性,如果主轴承油箱内的油压不足以克服流入离心力CE,连杆轴承缺油,将主轴颈外的润滑油压入曲轴中心所需的油压如下:
    
     将薄壁轴瓦冲出定位唇,在轴承座孔内磨出匹配的定位槽。定位唇的作用是便于装配,而轴承套与轴承座的装配干涉是保证轴承套在座孔内不转动、不移动、不振动。
    
     定位唇口尺寸的推荐值见表6-7。定位唇口不应位于轴瓦中间,使上、下衬套不同。唇口边缘与油槽边缘、轴瓦前后边缘和翻边内侧的距离不应小于S大于2毫米。在普通的轴承套中,也可在瓦宽的一侧设置,使边缘与瓦边重合。
    
    
    
    
    
     普通轴瓦的工作面是规则的圆柱面,但随着内燃机的发展,为了提高对变形的适应性,避免边部过载,研制了轴向和径向变厚度轴瓦。
    
     轴向变厚度轴承套有两种截面形状,一种是双曲面轴承,另一种是两端的微型圆锥轴承,可在钻孔时形成双曲面轴承套,偏差为delta_0.015+0.005(见图)。6-3a).双曲面轴瓦更适合在曲轴颈不能粗加工时使用,以保证受质量限制的高抗弯刚度,两端带有微锥面的抽瓦(见图6-3b)效果相似。
    
    
    
     通过偏心钻孔,轴承套厚度由中心段逐渐减小到衬套开口处,在装配条件下,轴承套工作面呈椭圆形。如图6-4和表6-8所示,径向变厚度轴瓦能适应座孔的椭圆变形,装配时也能使轴瓦接口处轻微向内变形。工作时可形成双油楔,以提高润滑性能,在惯性力作用下,在大气压作用下,主轴承可使轴承座孔加长,使用这种径向变厚度轴瓦非常有利。
    
    
    
     轴瓦厚度包括钢背厚度、合金层厚度和表面涂层厚度。许多国家在工业标准中规定了轴瓦的名义壁厚和公差系列、钢背厚度和公差以及相应的合金层厚度和公差。表6-9中,壁厚给出了美国和日本标准的尺寸,两者都有轻系列和重系列。美国汽车工程师协会推荐轻系列用于轿车和轻型卡车的苎麻油发动机的连杆衬套,重型卡车汽油发动机和柴油发动机的连杆衬套,以及直径为f d60mm,各种发动机的主衬套为重型系列,其原因是壁厚稍大(钢背)有利于抗疲劳,但连杆轴承衬套的尺寸受到很大限制,因此建议采用轻负荷的连杆轴承衬套,但事实上,可以看出有些高负荷的连杆轴承衬套OAD柴油机连杆衬套也采用轻系列,推荐合金层厚度见表6-10。
    
     2004年毕业于湖北汽车工业学院。毕业后,在国内汽车企业从事汽车变速器的研发、配套及售后技术支持工作,担任多个项目的领导者,拥有多项个人专利。
    
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