汽車曲軸為什么不用滾動軸承?
發(fā)布時間:2022-11-03 13:51:17 作者:行業(yè)大咖秀 點擊:2349
汽車曲軸用的軸瓦嚴謹來說也是軸承。軸承可以細分為滾動軸承、滑動軸承,滑動軸承比較常見如下圖所示,滾珠、滾柱作為滾動體,滾動體在軸承內圈、外圈之間起到潤滑的作用。當然滾動軸承會用潤滑脂、潤滑油來提高滾動體的順滑程度,減輕滾動體所受到的磨損。
滑動軸承如下圖所示,它的結構更簡單,軸瓦表面遍布油道,它省略了滾動軸承柱狀或球狀滾動體,而利用加過壓的油液(具有高流動特性的潤滑油,機油、ATF等等)作為液態(tài)滾動體,起到隔離兩個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。
正因為有加壓的油膜存在,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,穩(wěn)定性更高。因為加壓油膜起到支撐、分隔的作用,所以滑動軸承可以造得更大、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,所以滑動軸承能承受更大的載荷。
如果汽車曲軸用滾動軸承,很可能在半年之內軸承的滾動體(滾柱、滾珠)變得不再光滑甚至破碎,過去自行車前輪的軸承滾珠破碎相信朋友們都曾見識過,對吧?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)動機曲軸上的軸承該如何去更換?總不能一年半載拆解發(fā)動機換軸承吧?那叫大修!
而軸瓦(滑動軸承)的滾動體是加壓的機油,使用個一年半載機油性能下降后直接更換即可。為什么汽車機油更換的頻繁?實際上這等效于更換滾動軸承滾動體的過程,核心部位更換零件太復雜,所以用滑動軸承更穩(wěn)定也更省心。效率、損耗對于工業(yè)而言的確很重要,但簡單的結構、持久而穩(wěn)定的運行同樣重要。對于軸瓦而言,只要不是供油系統(tǒng)或機油品質出了問題,拉瓦、抱瓦的問題幾乎不會出現。
曲軸能不能使用滾動軸承?
每次遇到這種問題,總會出現一些“大聰明”說曲軸不用滾動軸承是因為曲軸比較特殊的造型(一拐接一拐)。如上圖所示,曲軸的特殊結構似乎真沒辦法把滾動軸承給套上去對么?而之所以會產生這種認知,實際上就是一些朋友對滾動軸承的理解還不夠。滾動軸承并非都是一體式的,滾動軸承也有分體式的,如下圖所示分體式滾動軸承。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軸承主要的原因并不是裝不上,分體式滾動軸承就可以輕松地裝上。本質則是在于高轉速、高溫、高載荷的條件下,不適合用滾動軸承。一些船用低轉速柴油機的曲軸有采用滾動軸承的,但像高轉速汽油機、大功率電機大多數都是采用滑動軸承(軸瓦),這可以理解成工業(yè)層面上的一種共識。所以在惡劣工況下運行的軸承都采用滑動軸承。
摩擦系數的比較
相對而言滑動軸承的摩擦系數的確很大,在半干摩擦狀態(tài)下摩擦系數能達到0.1-0.5。但重點是采用了壓力潤滑,也就是向摩擦面之間注入加壓潤滑油(機油),潤滑油形成油膜完成對摩擦面的包裹,并起到支撐、分離兩個摩擦面的作用。所以此時只存在液體之間的摩擦,這種形式也稱之為液體摩擦,也叫液體潤滑。如上圖所示液體潤滑的摩擦系數僅為f=0.001-0.01之間。
如上圖所示各類滾動軸承摩擦系數,大部分的摩擦系數在0.01之下,實際上采用了液體潤滑的滑動軸承在摩擦系數上已經接近于滾動軸承。很多朋友認為軸瓦面積大、摩擦系數高是沒有考慮到液體潤滑。油膜起到對摩擦面的分離效果極大程度降低摩擦系數,所以汽車發(fā)動機曲軸才會采用軸瓦。敢用軸瓦必然有所依仗,而依仗就是壓力潤滑,也就是液體靜壓潤滑。
液體靜壓潤滑需要外界的壓力系統(tǒng)來提供壓力,如發(fā)動機、機油泵來提供機油壓力。靜壓軸承的優(yōu)勢在于承載能力更大、回轉精度更高、運行穩(wěn)定、抗震能力強。一般會用于高精度、高轉速、高溫環(huán)境下運行的設備之中。滾動軸承雖然接觸面積小,但其起到支撐的是點或線,在支撐上不足,面支撐與點線支撐誰更強不必多說吧?滾動軸承雖然也會上潤滑油(黃甘油那類的玩意),但其滾動體是滾珠或滾柱。
所以在運行時必然會產生磨損,而靜壓軸承利用液體潤滑,滾動體是機油,所以出現性能問題后直接更換機油即可,但如果是滾動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,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勁?活塞上下行產生的震動真不適合滾動軸承相對脆弱的機械結構,低轉速的則沒問題。
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