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新聞主題 |
柴油發電機軸瓦材料特性和安裝要點 |
摘要：柴油發電機中的軸承以滑動軸承（又稱軸瓦）為多，其中受力較大且具有重要作用軸承和曲軸主軸承。它們的工作情況對柴油發電機的可靠性、使用壽命等有很大影響。因此，軸瓦應具有一定的強度和剛度，在軸承中定位可靠，便于輸入潤滑劑，容易散熱，并且裝拆、調整方便。
一、軸瓦的工作原理
軸瓦是用厚1~3mm的鋼帶作瓦背，其上澆有厚0.3~1.0mm的減摩合金（白合金、銅鉛合金或鋁基合金）的薄壁零件。由于連桿軸承在工作時受到氣體壓力和活塞連桿組往復慣性力的沖擊作用，而且軸承工作表面和軸之間有很高的相對滑動速度，由于高負荷、高速度的作用，所以軸承很容易發熱和磨損。這就要求減摩合金的機械強度要高，耐腐蝕，耐熱性和減摩性要好。由于柴油發電機的軸承負荷大，所以柴油發電機通常采用銅鉛合金或鋁基合金軸瓦。它們的抗疲勞強度高，承載能力大，耐磨性也好，但其減摩性較差。
為了改善減摩合金的表面性能，通常在減摩合金上再鍍一層極薄的合金（多為鉛錫合金），構成“鋼背一減摩合金一表層"的三層金屬軸瓦。為了使軸瓦在工作中不致轉動或軸向移動，在軸瓦上沖出高出背面的定位凸鍵，在軸瓦裝入大頭孔中時，兩個凸鍵應分別嵌入連桿桿身和連桿蓋的相應凹槽中。有些軸瓦在內表面有淺槽，用以儲油以利潤滑。但實踐證明，開油槽的軸瓦承載能力顯著降低，因此受力大的軸瓦，如主軸承的下軸瓦最好不開槽。
二、軸瓦的分類
1、軸瓦按構造分類
軸瓦是柴油發電機滑動軸承的重要組成部分。常用軸瓦分整體式和剖分式兩種結構。
（1）整體式軸瓦（軸套）
整體式軸瓦一般在軸套上開有油孔和油溝以便潤滑，如圖1所示，粉末冶金制成的軸套一般不帶油溝，如圖2所示。
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圖1 整體式軸瓦帶油溝 |
圖2 整體式軸瓦不帶油溝 |
（2）剖分式軸瓦
剖分軸瓦由上、下兩半瓦組成，上軸瓦開有油孔和油溝。如圖3所示的鑄造剖分式厚壁軸瓦。
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圖3 剖分式軸瓦 |
為了改善軸瓦表面的摩擦性質，可在內表面上澆鑄一層減摩材料（如軸承合金），稱為軸承襯。軸瓦上的油孔用來供應潤滑油，油溝的作用是使潤滑油均勻分布。常見油溝的形狀如圖4a\b\c所示，應開在非承載區。
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圖4a 剖分式軸瓦油溝形狀圖 |
圖4b 剖分式軸瓦油溝形狀圖 |
圖4c 剖分式軸瓦油溝形狀圖 |
2、軸瓦按尺寸分類
軸瓦按照尺寸可以分為薄壁軸瓦和厚壁軸瓦。
（1）薄壁軸瓦
這種薄壁軸瓦節省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高。
（2）厚壁軸瓦
這種厚壁軸瓦具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。
3、軸瓦按材料分類
軸瓦按照材料可以分為單材料軸瓦和多材料軸瓦。
（1）單材料軸瓦
這種單材料軸瓦的強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。
（2）多材料軸瓦
這種多材料的軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。
4、軸瓦按加工分類
軸瓦按照加工方式可以分為鑄造軸瓦和軋制軸瓦。
（1）鑄造軸瓦
這種鑄造軸瓦的鑄造工藝性好，單件、大批生產均可，適用于厚壁軸瓦。
（2）軋制軸瓦
這種軋制軸瓦只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產率。
三、軸向定位
僅僅靠過盈配合來對軸承圈進行軸向定位是不夠的。通常，需要采用一些合適的方法來對軸承圈進行軸向定位。定位軸承的內外圈應該在兩側都進行軸向固定。對于不可分離結構的非定位軸承，例如角接觸球軸承，一個軸承圈采用較緊的配合(通常是內圈),需要軸向固定；另一個軸承圈則相對其安裝面可以自由地軸向移動。對于可分離結構的非定位軸承，例如圓柱滾子軸承，內外圈都需要軸向固定。
1、鎖緊螺母定位法
采用過盈配合的軸承內圈安裝時，通常使內圈一側靠著軸上的擋肩，另一側則一般用一個鎖緊螺母(KMT或KMTA系列)固定帶錐形孔的軸承直接安裝在錐形軸頸上，通常用鎖緊螺母固定在軸上。隔套定位法在軸承圈之間或軸承圈與鄰近零件之間的采用隔套或隔圈，代替整體軸肩或軸承座肩是很便利的。在這些情況下，尺寸和形狀公差也適用于相關零件。階梯軸套定位另一種軸承軸向定位的方法是采用階梯軸套(圖11)。這些軸套特別適合精密軸承配置，與帶螺紋的鎖緊螺母相比，其跳動更小且提供更高的精度。階梯軸套通常用于超高速度主軸，對于這種主軸，傳統的鎖緊裝置無法向其提供足夠的精度。
2、固定端蓋定位法
采用過盈配合的軸承外圈安裝時，通常使外圈的一側靠著軸承座上的擋肩，另一側則用一個固定端蓋固定。
固定端蓋和其固定螺釘在一些情況下對軸承形狀和性能產生負面影響。如果軸承座和螺釘孔間的壁厚太小，或者螺釘緊固太緊，外圈滾道可能會變形。最輕的ISO尺寸系列19系列比10系列或更重系列更容易受到此類損傷的影響。
采用大量小直徑的螺釘是有利的。應避免僅僅用3或4個螺釘，由于緊固點少，可能會在軸承座孔中形成凸起。這將產生易變的摩擦力矩、噪聲和不穩定的預負荷(使用角接觸球軸承時)。對于設計復雜、空間有限、僅可采用薄壁軸承和有限的螺釘數量的主軸。在這些例子中，建議通過FEM(有限元法)分析對變形進行精確檢查。
另外，軸承座端面和端蓋法蘭間的軸向間隙也應該檢查。指導值為10-15仙m/100mm軸承座孔徑。
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