文档介绍：内燃机构造与设计
13 轴承
概述
滑动轴承——金属瓦背与减摩合金层组成。它使发动机工作可靠运转平稳,使用维修方便,对发动机的可靠性、使用寿命有很大影响。随着发动机的不断强化,对轴承的要求也越来越苛刻。为了提高轴承的使用性能,须从材料、制造工艺及设计上加以改进。
轴承的工作条件
1、在很大的交变负荷作用下,会在合金层内形成疲劳应力状态,使合金层产生微小裂纹,甚至疲劳剥落。
2、因轴承与轴颈之间的高速相对运动,产生大量摩擦热,使轴瓦工作表面温度升高,一旦破坏了液体润滑或油膜润滑,就会使轴承与轴颈直接接触,发生干摩擦,加速磨损,甚至表面熔化,咬粘在一起,发生破坏。
3、机油不断被氧化,形成有机酸,对轴承表面有腐蚀作用,再有油中的杂质,破坏润滑,使轴承和轴颈表面遭受擦伤。
概述
4、连杆、曲轴、机体等的制造误差,使轴承与轴颈之间的间隙不均匀,产生局部的负荷集中,加速磨损。
轴承的结构
要求轴承既能承受交变载荷,又具有良好的耐磨性。曲轴轴瓦——连杆轴瓦、主轴瓦一般由瓦背与减摩合金层组合而成,瓦背保证整个轴瓦的机械强度,而薄的减摩合金层保证良好的摩擦性能。
轴承设计中要考虑的主要问题
1、选用合适的轴承减摩合金和表面镀层,使轴承在正常使用情况下不至于发生疲劳损坏、擦伤和过快磨损。
2、选择合理的轴瓦宽度-直径比、轴承间隙和进油孔位置等,以利于形成流体动力润滑。
3、选择合理的过盈度和自由弹势,保证轴瓦不在座孔中转动并能传出摩擦热.
轴承材料
对发动机用轴承材料的主要要求
1、有足够的机械强度——疲劳强度,承受交变载荷,防止减摩层从钢背上脱落;有足够的耐磨性,有较高的热硬度和热强度,以承受高温时的负荷;有足够的结合强度,减摩合金层应与钢背结合牢固,不仅不会因沿结合面可能作用的剪切力而脱壳,而且不因由温度升高产生的热应力而脱壳,结合强度不足会导致轴承过早疲劳破坏。
2、有良好的减摩性能,包括抗咬合性、嵌藏性和顺应性。
抗咬合性是指在轴承油膜暂时间断轴承和轴颈不容易互相咬合而发生擦伤的性质。这与轴承合金的亲油性有关。亲油性好,维持边界油膜的能力强,油膜切断后恢复也快,则轴承的抗咬合性就较好。
嵌藏性是指轴承合金允许少量硬质的尘砂、磨屑等细微颗粒嵌入合金层而避免刮伤轴颈和随之伤及自身的能力。顺应性是指轴承合金层适应轴颈几何
轴承材料
形状偏差或变形而减小边缘载荷和磨损、使载荷和磨损均匀化的能力。
一般说来,轴承的抗咬合性、嵌藏性和顺应性好,轴承合金和配对轴颈就比较耐磨(不会迅速磨损)。
3、耐腐蚀—使用中曲轴箱内机油不断氧化变质,生成有机酸和过氧化合物,对轴承表面有腐蚀作用,故要求轴承合金有良好的耐腐蚀性。
几乎没有一种轴承减摩合金能同时满足以上这些要求。一般说来,较硬的材料具有较高的机械性能,较软的材料则具有较好的表面减摩性能。
轴承减摩合金材料
发动机轴承减摩合金材料品种很多,可分为巴氏合金、铜基合金和铝基合金三大类。但使用时可分为两种:硬基体加软质点或软基体加硬质点。
轴承材料
巴氏合金
巴氏合金分为锡基和铅基两种。
锡基巴氏合金含锑4%-14%,铜3%-8%,其余为锡。
铅基巴氏合金含锑10%-15%,锡4%-7%,其余为铅。
在软质的锡基体或铅基体中均布着硬质点。软基体决定了巴氏合金具有良好的亲油性、抗咬合性、顺应性和嵌藏性,对机油滤清的要求也相对较低,具有较好的耐磨性。巴氏合金的最大缺点是疲劳强度低。减薄合金层厚度可以提高巴氏合金轴瓦的疲劳强度。巴氏合金的机械性能随着温度升高明显降低。铅基巴氏合金的成本比锡基巴氏合金低些,其承载能力和耐腐蚀性都不及锡基巴氏合金。现在只有强化程度较低的汽油机和小型柴油机中才用巴氏合金轴瓦。
轴承材料
铜基合金
铅青铜含铅5%-25%,锡3%-10%,其余为铜;
铜铅合金含铅25%-35%,其余为铜;
锡青铜和铝青铜。
这些轴承材料具有疲劳强度高、承载能力大的突出优点,而且机械性能随温度的变化较小,因此许用比压和许用工作温度都大于巴氏合金和铝锡合金。缺点是顺应性和嵌藏性差,对零件加工精度和机油滤清质量的要求高,并要求轴颈有较高的硬度。此外,合金中的铅易受酸的腐蚀,要求机油中有抗腐蚀添加剂。为改善轴瓦表面减摩性能和耐腐蚀性,在铅青铜层或铜铅合金层上要电镀一层软合金薄膜。目前这种材料的轴瓦主要用在高强化的增压柴油机上。
锡青铜和铝青铜许用比压和耐磨性比铅青铜高,主要用于连杆小头衬套。
轴承材料
铝基合金
以铝为基本成分,并按其第二成分区分为铝锡合金、铝硅合金和铝锑镁合金。铝基合