为什么发动曲轴设计为滑动轴承,而不是滚动轴承?
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发动机曲轴一定会采用滑动轴承,这要根据实际需求来定的;发动机曲轴是发动机最核心部件之一,而且在发动机高速运行时对曲轴产生的力、冲击都极大,早期很多直列六发动机由于曲轴过长,在经过一段时间的使用后都发生一定程度的弯曲,这足以证明曲轴在发动机高速运行时承受冲击很大,所以用曲轴采用滑动轴承的一个目的就是,滑动轴承(轴瓦)比滚动轴承更抗冲击;可以参考一下很多年前的自行车,前轴承里的小滚珠经常会被震碎;所以滚动轴承的点接触不抗冲击!
滑动轴承(轴瓦)得承载能力更高,原因就是其与曲轴的接触面积更大,而滚动轴承则依靠的是点接触;滑动轴承与曲轴的贴合更为紧密一些,对抑制震动可以起到很好的作用,如果车子的曲轴采用滚动轴承,那么当发动机高负荷运转时产生的震动足以把发动机给毁掉!就如同把一个钢球放入滚桶洗衣机后运行,洗衣机分分钟就四分五裂了,所以一般的汽油发动机由于转速高,都是采用滑动轴承的;实际上并非没有采用滚动轴承的曲轴,一些偏低速的柴油机有采用这种滚动轴承设计的,但正如上文所说,在发动机长期处于高负荷运行时,它的寿命远不如轴瓦,因为当发动机高负荷运转时活塞连杆传递到它的冲击太大,仅仅靠点接触会很快损坏的!
轴瓦的结构简单(但需要精度高),在机械领域结构简单就是优势、就是完美,结构简单即是机械领域的王道;轴瓦看上去很简单,远远没有轴承的结构复杂,看上去就如同一个弧形瓦片状金属薄片,但要知道曲轴颈在上下两片轴瓦的包裹中每分钟要旋转几千转、甚至是上万转,而轴瓦与曲轴之间的间隙通常在百分之一毫米以内,这样高的转速、精度都是滚动轴承所做不到的,平时拿起一个滑动轴承都直晃荡呢,所以滚动轴承的精度根本不行,低转速下运行还能勉强对付(个别柴油机),而像汽油机这类的高转速机械,曲轴只能采取轴瓦的设计!
轴瓦比滚动轴承更能支持曲轴高速旋转,并且噪音很小,因为轴瓦和曲轴颈之间的贴合度更高、缝隙极小,所以不容易震动;而由于轴瓦与曲轴颈是面接触,所以要比点接触的滚动轴承更抗冲击;结合上述可知轴瓦的寿命远比滚动轴承要长的多,通常情况下只要供油系统顺畅,轴瓦可以支持发动机运行个几十万公里而不出问题、而且很静音,这些都是滚动轴承所无法做到的;再考虑到热胀冷缩问题对精度的影响,若采用精度更低的滚动轴承可能会使精度进一步降低,所以高精度的设备必然会采用轴瓦,因为它抗冲击、高精度、抑制震动、高承载能力、结构简单、运行平稳且精度高,所以在发动机曲轴上轴瓦远比滚动轴承要合适的多!
科技科普促使人们养成理性思考和理性处理事务的习惯——凯腾聚知
主要原因:
承载能力——同规格滚动轴承抗冲击载荷能力小;
装配便利性和装配精度——多曲拐传统滚动轴承无法安装/需要剖分式滚动轴承;滚动轴承的同心度精度保障难。
轴承室尺寸——使用滚动轴承需要增大轴承室,会影响短冲程发动机布置;
润滑便利性——滚动轴承采取压力润滑便利性低于滑动轴承;
轴承游隙控制——滚动轴承游隙大噪音控制难度大。
你得有办法套进去啊?
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主要有以下优点:
1.曲轴受到的是交变载荷,冲击力较大,滑动轴承接触面大,抗载能力强。
2.安装占用空间小,利于有限体积下的结构布局。
3.润滑条件易于实现,对于较滚动轴承易发热的滑动轴承来说,有充分的机油循环润滑,带走磨擦产生的热量,发动机的构造易于实现。
4.汽车发动机密封效果好,防尘问题易于解决,避免了滑动轴承的致命弱点。
5.成本低,也是很重要的方面,滚动轴承会比滑动轴承贵很多。
6.装配结构简单,易于批量快速上线生产。当然,维修也简单得多了。
7.运行平稳,振动小,噪声低。
8.故障率低,运动环节少。
9.通过磨合,会更好地实现磨合面的适应。
10.汽车发动机寿命长,和润滑油的质量关系很大啊。
11.差点被问题带坑里的是,滑动轴承可以做成两瓣的(哈弗),滚动轴承做不了,这是滚动轴承在曲轴上应用的致命弱点。这个理由占到99%了。
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大型、高速圆周运动轴承适合用滑动轴承,看似摩擦面积大,除启动时接触面大,实际在运行过程中,由于高速旋转,轴与轴承间并无直接接触,它们之间存在一定间隙,中间充满润滑油,轴已处于悬空状态,在工作允许条件单位内,转速越高摩擦越小。
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