汽車曲軸為什么不用滾動(dòng)軸承?
發(fā)布時(shí)間:2022-11-03 13:51:17 作者:行業(yè)大咖秀 點(diǎn)擊:2350
汽車曲軸用的軸瓦嚴(yán)謹(jǐn)來(lái)說(shuō)也是軸承。軸承可以細(xì)分為滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承,滑動(dòng)軸承比較常見如下圖所示,滾珠、滾柱作為滾動(dòng)體,滾動(dòng)體在軸承內(nèi)圈、外圈之間起到潤(rùn)滑的作用。當(dāng)然滾動(dòng)軸承會(huì)用潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油來(lái)提高滾動(dòng)體的順滑程度,減輕滾動(dòng)體所受到的磨損。
滑動(dòng)軸承如下圖所示,它的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,軸瓦表面遍布油道,它省略了滾動(dòng)軸承柱狀或球狀滾動(dòng)體,而利用加過(guò)壓的油液(具有高流動(dòng)特性的潤(rùn)滑油,機(jī)油、ATF等等)作為液態(tài)滾動(dòng)體,起到隔離兩個(gè)存在摩擦的金屬表面的作用,摩擦面上所覆蓋的油液可以稱之為油膜。
正因?yàn)橛屑訅旱挠湍ご嬖?,所以曲軸的軸頸與軸瓦之間不存在硬摩擦,所以在高溫、高沖擊的惡劣環(huán)境下,軸瓦使用壽命更長(zhǎng),穩(wěn)定性更高。因?yàn)榧訅河湍て鸬街?、分隔的作用,所以滑?dòng)軸承可以造得更大、可以擁有更大的接觸面積,從而獲得更理想的支撐及穩(wěn)定效果,所以滑動(dòng)軸承能承受更大的載荷。
如果汽車曲軸用滾動(dòng)軸承,很可能在半年之內(nèi)軸承的滾動(dòng)體(滾柱、滾珠)變得不再光滑甚至破碎,過(guò)去自行車前輪的軸承滾珠破碎相信朋友們都曾見識(shí)過(guò),對(duì)吧?自行車上的滾珠軸承壞了也好更換,10分、20分鐘就能完成換新。而發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的軸承該如何去更換?總不能一年半載拆解發(fā)動(dòng)機(jī)換軸承吧?那叫大修!
而軸瓦(滑動(dòng)軸承)的滾動(dòng)體是加壓的機(jī)油,使用個(gè)一年半載機(jī)油性能下降后直接更換即可。為什么汽車機(jī)油更換的頻繁?實(shí)際上這等效于更換滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體的過(guò)程,核心部位更換零件太復(fù)雜,所以用滑動(dòng)軸承更穩(wěn)定也更省心。效率、損耗對(duì)于工業(yè)而言的確很重要,但簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、持久而穩(wěn)定的運(yùn)行同樣重要。對(duì)于軸瓦而言,只要不是供油系統(tǒng)或機(jī)油品質(zhì)出了問(wèn)題,拉瓦、抱瓦的問(wèn)題幾乎不會(huì)出現(xiàn)。
曲軸能不能使用滾動(dòng)軸承?
每次遇到這種問(wèn)題,總會(huì)出現(xiàn)一些“大聰明”說(shuō)曲軸不用滾動(dòng)軸承是因?yàn)榍S比較特殊的造型(一拐接一拐)。如上圖所示,曲軸的特殊結(jié)構(gòu)似乎真沒(méi)辦法把滾動(dòng)軸承給套上去對(duì)么?而之所以會(huì)產(chǎn)生這種認(rèn)知,實(shí)際上就是一些朋友對(duì)滾動(dòng)軸承的理解還不夠。滾動(dòng)軸承并非都是一體式的,滾動(dòng)軸承也有分體式的,如下圖所示分體式滾動(dòng)軸承。軸承分為上下兩部分,形狀與軸瓦一致,直接往軸頸上一抱即可。
所以汽車曲軸不用滾動(dòng)軸承主要的原因并不是裝不上,分體式滾動(dòng)軸承就可以輕松地裝上。本質(zhì)則是在于高轉(zhuǎn)速、高溫、高載荷的條件下,不適合用滾動(dòng)軸承。一些船用低轉(zhuǎn)速柴油機(jī)的曲軸有采用滾動(dòng)軸承的,但像高轉(zhuǎn)速汽油機(jī)、大功率電機(jī)大多數(shù)都是采用滑動(dòng)軸承(軸瓦),這可以理解成工業(yè)層面上的一種共識(shí)。所以在惡劣工況下運(yùn)行的軸承都采用滑動(dòng)軸承。
摩擦系數(shù)的比較
相對(duì)而言滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)的確很大,在半干摩擦狀態(tài)下摩擦系數(shù)能達(dá)到0.1-0.5。但重點(diǎn)是采用了壓力潤(rùn)滑,也就是向摩擦面之間注入加壓潤(rùn)滑油(機(jī)油),潤(rùn)滑油形成油膜完成對(duì)摩擦面的包裹,并起到支撐、分離兩個(gè)摩擦面的作用。所以此時(shí)只存在液體之間的摩擦,這種形式也稱之為液體摩擦,也叫液體潤(rùn)滑。如上圖所示液體潤(rùn)滑的摩擦系數(shù)僅為f=0.001-0.01之間。
如上圖所示各類滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù),大部分的摩擦系數(shù)在0.01之下,實(shí)際上采用了液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承在摩擦系數(shù)上已經(jīng)接近于滾動(dòng)軸承。很多朋友認(rèn)為軸瓦面積大、摩擦系數(shù)高是沒(méi)有考慮到液體潤(rùn)滑。油膜起到對(duì)摩擦面的分離效果極大程度降低摩擦系數(shù),所以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸才會(huì)采用軸瓦。敢用軸瓦必然有所依仗,而依仗就是壓力潤(rùn)滑,也就是液體靜壓潤(rùn)滑。
液體靜壓潤(rùn)滑需要外界的壓力系統(tǒng)來(lái)提供壓力,如發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)油泵來(lái)提供機(jī)油壓力。靜壓軸承的優(yōu)勢(shì)在于承載能力更大、回轉(zhuǎn)精度更高、運(yùn)行穩(wěn)定、抗震能力強(qiáng)。一般會(huì)用于高精度、高轉(zhuǎn)速、高溫環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備之中。滾動(dòng)軸承雖然接觸面積小,但其起到支撐的是點(diǎn)或線,在支撐上不足,面支撐與點(diǎn)線支撐誰(shuí)更強(qiáng)不必多說(shuō)吧?滾動(dòng)軸承雖然也會(huì)上潤(rùn)滑油(黃甘油那類的玩意),但其滾動(dòng)體是滾珠或滾柱。
所以在運(yùn)行時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生磨損,而靜壓軸承利用液體潤(rùn)滑,滾動(dòng)體是機(jī)油,所以出現(xiàn)性能問(wèn)題后直接更換機(jī)油即可,但如果是滾動(dòng)軸承就需要直接更換了。所以在使用壽命上靜壓軸承(軸瓦)更長(zhǎng),所以往往在核心部位上都采用軸瓦,除了穩(wěn)定、耐用之外,核心部位零件的更換有多費(fèi)勁?活塞上下行產(chǎn)生的震動(dòng)真不適合滾動(dòng)軸承相對(duì)脆弱的機(jī)械結(jié)構(gòu),低轉(zhuǎn)速的則沒(méi)問(wèn)題。
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