第九章 内燃机滑动轴承设计

1、2006-3-27内燃机设计第三章第九章第九章 内燃机滑动轴承设计内燃机滑动轴承设计 第一节 摩擦分类与轴承材料轴承材料第二节 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

2、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

3、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

4、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）:1.53mm 重系列（柴油机连杆轴承和所有主轴承）：2.54mm 减摩合金层厚：巴氏、铝基合金：0.080.30mm 铜铅合金：0.250.4mm 2、轴瓦的自由弹势和过盈度 自由状态下的轴瓦口外缘距

5、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0.51.5mm。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92 适应弯曲变形，减小边缘负荷。 （2）径向变厚度轴瓦 P153 图93 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200

6、6-3-27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