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：2584
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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