曲軸主軸承潤滑條件分析

摘?要：曲軸位于發(fā)動機的下部，工作時其高速旋轉(zhuǎn)，其在安裝時靠軸承蓋來固定，靠主軸承座來支撐，曲軸和主軸承之間產(chǎn)生摩擦需要潤滑油來解決，潤滑條件受到很多原因影響，本篇主要進行分析其中幾個重要影響因素。通過仿真模擬實驗，利用滑動軸承的熱彈性流體動力潤滑（TEHD）計算方法研究影響主軸承潤滑效果的因素。

關(guān)鍵詞：曲軸主軸承;油槽;潤滑性能

一、 研究意義和現(xiàn)狀

（一）研究意義

為了使主軸承的潤滑環(huán)境達到最佳成效，通過研究，得出它受作用力的狀況、制造材料、裝配因素和發(fā)動機運轉(zhuǎn)情況影響，最終運用到工業(yè)生產(chǎn)和維修中，獲得最佳經(jīng)濟效益。

（二）研究現(xiàn)狀

對于曲軸主軸承潤滑條件的研究，往往分析研究了諸多種因素，也依然會有其他條件沒有考慮到，反而得出了很多錯誤的結(jié)論，其實，諸多條件是同時存在的，需要綜合分析。

二、 曲軸主軸承潤滑的重要性和工作原理

（一）曲軸主軸承潤滑的重要性

通過對主軸承潤滑可以對軸承的各部分減小軸承磨損;能夠削減它因為摩擦和其他原因發(fā)出的大量熱;可以起到防銹、防塵、減少隱患的作用;能夠有效延長它的工作時長。

（二）曲軸主軸承潤滑的工作原理

為了使?jié)櫥湍軌虮M快到達工作面，在曲軸主軸承上加工有油槽，這樣可以保持潤滑油流淌的持續(xù)性，另一方面摩擦發(fā)出的熱也會被吸走，這樣就使得軸承溫度大幅降低。

三、 影響因素分析

（一）油槽對潤滑性能的影響

通過仿真模擬分析，軸承加工環(huán)形油槽，其流出的潤滑油是加工油槽軸承的大約2.5倍。軸承負(fù)載與其寬度的3次方成正比，同樣軸承幅面，加工有油槽的軸承負(fù)載只是沒有油槽軸承負(fù)載的1/4。加工油槽的要比沒有的強很多，因此主軸承設(shè)計都加工有油槽。經(jīng)過對比不同的油槽區(qū)域計算結(jié)果可以得出，設(shè)計時應(yīng)充分把握好油槽的寬度，一般將其定在軸承寬度的0.06至0.23倍范圍內(nèi)。

（二）相對間隙改變主軸承潤滑條件

當(dāng)軸承間隙增大，零部件撞擊變大，震動及噪聲加大，特別易于造成部件毀傷，嚴(yán)重時導(dǎo)致軸承運轉(zhuǎn)不了。軸承的相對間隙小與大不但與發(fā)動機的作業(yè)狀態(tài)相關(guān)，還與部件的生產(chǎn)、安裝緊緊聯(lián)系，操作發(fā)動機的不當(dāng)方法也改變間隙大小。經(jīng)仿真模擬證明，曲軸主軸承有一個最恰當(dāng)?shù)南鄬﹂g隙大小區(qū)間。

（三）寬度與直徑比對主軸承潤滑條件的影響

發(fā)動機的總體設(shè)計會嚴(yán)重影響主軸承寬幅，當(dāng)今發(fā)動機多為柴油機或汽油機，想要獲取較小的外部體積，制造時往往把內(nèi)部軸的距離設(shè)計的很短。軸承寬度與直徑比是0.31的，表面潤滑油薄厚值最小，熱度最大，為了保證安全，寬度與直徑比是0.31的非常有害。在寬度與直徑比是0.49的，摩擦消耗功率最高，按照制造和使用成本計算非常不劃算。伴隨軸承寬幅加大，潤滑區(qū)域就會增加，因此絕對潤滑減弱，摩擦功率消耗加大。因此，軸承寬幅與直徑比值不能過小，也不能過大，分析考量，比值在0.35至0.45之間時，成效最為明顯。

四、 結(jié)論

（一）主要結(jié)論

1. 制造油槽要比不制造油槽要好得多，發(fā)動機曲軸主軸承通過制造油槽來實現(xiàn)，能夠使油槽的尺寸和區(qū)位更加精確，從而確定油槽的尺寸和區(qū)位。

2. 軸承的油槽寬幅于適當(dāng)?shù)膮^(qū)間幅度的，各種潤滑條件不會有太大的改變，而如果超越這一區(qū)間幅度，潤滑條件驟然變差，最小油膜厚度大大降低，最大油膜壓力變大，比壓顯著擴大，甚至?xí)綐O限值，因此，油槽的寬度在設(shè)計時應(yīng)認(rèn)真考察分析，一般將其定在軸承寬度的0.06至0.23倍范圍內(nèi)。

3. 如果在另外因素不變時，相對間隙值擴大，摩擦消耗功率減小，使軸承環(huán)境溫度變小，潤滑油熱量下降，黏度增加，軸承表面潤滑油厚度增大。但是在相對間隙達到大約 0.38時，如果接著增大間隙，會造成最小油膜厚度下降。而且伴著相對間隙的變化，如果增加，滾軸活動區(qū)間變大，軸承表面潤滑油布油的薄厚逐漸變小。還有，當(dāng)軸承與軸襯的空隙增加，軸承的撞擊作用力變強，震動及噪聲增加，特別易于造成部件損毀，嚴(yán)重時導(dǎo)致軸承不能運轉(zhuǎn)。相對間隙既與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)情況有關(guān)，還與機構(gòu)的制造、安裝精度緊緊相關(guān)，發(fā)動機應(yīng)用操作方法也和相對間隙大小有聯(lián)系。

4. 軸承寬度和直徑比為0.31時，軸承表面潤滑油薄厚最小，但熱度最大，寬度與直徑比定作0.31是非常不正常的。寬度和直徑比是0.49的，摩擦消耗功率最高，不符合節(jié)約的目的。伴著軸承寬幅的變大，潤滑區(qū)域就會增大，因此絕對潤滑減弱，摩擦功率消耗加大。最大摩擦水平急劇上升，特別是當(dāng)最大爆炸壓力與軸兩側(cè)的圓柱氣缸相對應(yīng)時。軸承寬幅與直徑比不能過小，也不能過大，主軸承的寬幅與直徑比是0.35至0.45之間的，成效最好。

（二）使曲軸主軸承潤滑效果更好的措施

1. 主軸承潤滑條件和油槽的形狀、區(qū)位和寬幅非常相關(guān)。主軸承不適合制造全油槽，下軸襯是表面潤滑油負(fù)載區(qū)，也不適合制造油槽。油槽應(yīng)制造在上軸襯，其設(shè)計的區(qū)間可選270°至90°或90°至0°。

2. 主軸承潤滑條件與油槽寬幅關(guān)系很大。油槽加工寬幅區(qū)間應(yīng)在軸承寬幅的0.06至0.23倍之間。

3. 主軸承潤滑的性能受相對間隙的影響。主軸承相對間隙采用最恰當(dāng)區(qū)間范圍。

4. 主軸承潤滑的性能受寬度與直徑比的影響，主軸承的寬度直徑比要適當(dāng)，既不要過大也不要過小。保持在0.35至0.45之間最為理想。

參考文獻：

[1]邵正宇.內(nèi)燃機徑向滑動軸承優(yōu)化設(shè)計[J].內(nèi)燃機，2002（5）：13-15.

[2]王剛志，舒歌群，張家雨.使用因素對多缸內(nèi)燃機主軸承潤滑的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007（2）：107-111.

[3]王剛志，王養(yǎng)軍.提高轉(zhuǎn)速與增壓對內(nèi)燃機主軸頸和曲柄銷磨損的影響[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2005（6）：57-58.

作者簡介：

代雪鋒，安徽省蚌埠市，安徽科技貿(mào)易學(xué)校。