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柴油发电机轴瓦材料特性和安装要点 |
摘要：柴油发电机中的轴承以滑动轴承（又称轴瓦）为多，其中受力较大且具有重要作用轴承和曲轴主轴承。它们的工作情况对柴油发电机的可靠性、使用寿命等有很大影响。因此，轴瓦应具有一定的强度和刚度，在轴承中定位可靠，便于输入润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便。
一、轴瓦的工作原理
轴瓦是用厚1~3mm的钢带作瓦背，其上浇有厚0.3~1.0mm的减摩合金（白合金、铜铅合金或铝基合金）的薄壁零件。由于连杆轴承在工作时受到气体压力和活塞连杆组往复惯性力的冲击作用，而且轴承工作表面和轴之间有很高的相对滑动速度，由于高负荷、高速度的作用，所以轴承很容易发热和磨损。这就要求减摩合金的机械强度要高，耐腐蚀，耐热性和减摩性要好。由于柴油发电机的轴承负荷大，所以柴油发电机通常采用铜铅合金或铝基合金轴瓦。它们的抗疲劳强度高，承载能力大，耐磨性也好，但其减摩性较差。
为了改善减摩合金的表面性能，通常在减摩合金上再镀一层极薄的合金（多为铅锡合金），构成“钢背一减摩合金一表层"的三层金属轴瓦。为了使轴瓦在工作中不致转动或轴向移动，在轴瓦上冲出高出背面的定位凸键，在轴瓦装入大头孔中时，两个凸键应分别嵌入连杆杆身和连杆盖的相应凹槽中。有些轴瓦在内表面有浅槽，用以储油以利润滑。但实践证明，开油槽的轴瓦承载能力显著降低，因此受力大的轴瓦，如主轴承的下轴瓦最好不开槽。
二、轴瓦的分类
1、轴瓦按构造分类
轴瓦是柴油发电机滑动轴承的重要组成部分。常用轴瓦分整体式和剖分式两种结构。
（1）整体式轴瓦（轴套）
整体式轴瓦一般在轴套上开有油孔和油沟以便润滑，如图1所示，粉末冶金制成的轴套一般不带油沟，如图2所示。
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图1 整体式轴瓦带油沟 |
图2 整体式轴瓦不带油沟 |
（2）剖分式轴瓦
剖分轴瓦由上、下两半瓦组成，上轴瓦开有油孔和油沟。如图3所示的铸造剖分式厚壁轴瓦。
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图3 剖分式轴瓦 |
为了改善轴瓦表面的摩擦性质，可在内表面上浇铸一层减摩材料（如轴承合金），称为轴承衬。轴瓦上的油孔用来供应润滑油，油沟的作用是使润滑油均匀分布。常见油沟的形状如图4a\b\c所示，应开在非承载区。
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图4a 剖分式轴瓦油沟形状图 |
图4b 剖分式轴瓦油沟形状图 |
图4c 剖分式轴瓦油沟形状图 |
2、轴瓦按尺寸分类
轴瓦按照尺寸可以分为薄壁轴瓦和厚壁轴瓦。
（1）薄壁轴瓦
这种薄壁轴瓦节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高。
（2）厚壁轴瓦
这种厚壁轴瓦具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。
3、轴瓦按材料分类
轴瓦按照材料可以分为单材料轴瓦和多材料轴瓦。
（1）单材料轴瓦
这种单材料轴瓦的强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。
（2）多材料轴瓦
这种多材料的轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。
4、轴瓦按加工分类
轴瓦按照加工方式可以分为铸造轴瓦和轧制轴瓦。
（1）铸造轴瓦
这种铸造轴瓦的铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。
（2）轧制轴瓦
这种轧制轴瓦只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。
三、轴向定位
仅仅靠过盈配合来对轴承圈进行轴向定位是不够的。通常，需要采用一些合适的方法来对轴承圈进行轴向定位。定位轴承的内外圈应该在两侧都进行轴向固定。对于不可分离结构的非定位轴承，例如角接触球轴承，一个轴承圈采用较紧的配合(通常是内圈),需要轴向固定；另一个轴承圈则相对其安装面可以自由地轴向移动。对于可分离结构的非定位轴承，例如圆柱滚子轴承，内外圈都需要轴向固定。
1、锁紧螺母定位法
采用过盈配合的轴承内圈安装时，通常使内圈一侧靠着轴上的挡肩，另一侧则一般用一个锁紧螺母(KMT或KMTA系列)固定带锥形孔的轴承直接安装在锥形轴颈上，通常用锁紧螺母固定在轴上。隔套定位法在轴承圈之间或轴承圈与邻近零件之间的采用隔套或隔圈，代替整体轴肩或轴承座肩是很便利的。在这些情况下，尺寸和形状公差也适用于相关零件。阶梯轴套定位另一种轴承轴向定位的方法是采用阶梯轴套(图11)。这些轴套特别适合精密轴承配置，与带螺纹的锁紧螺母相比，其跳动更小且提供更高的精度。阶梯轴套通常用于超高速度主轴，对于这种主轴，传统的锁紧装置无法向其提供足够的精度。
2、固定端盖定位法
采用过盈配合的轴承外圈安装时，通常使外圈的一侧靠着轴承座上的挡肩，另一侧则用一个固定端盖固定。
固定端盖和其固定螺钉在一些情况下对轴承形状和性能产生负面影响。如果轴承座和螺钉孔间的壁厚太小，或者螺钉紧固太紧，外圈滚道可能会变形。最轻的ISO尺寸系列19系列比10系列或更重系列更容易受到此类损伤的影响。
采用大量小直径的螺钉是有利的。应避免仅仅用3或4个螺钉，由于紧固点少，可能会在轴承座孔中形成凸起。这将产生易变的摩擦力矩、噪声和不稳定的预负荷(使用角接触球轴承时)。对于设计复杂、空间有限、仅可采用薄壁轴承和有限的螺钉数量的主轴。在这些例子中，建议通过FEM(有限元法)分析对变形进行精确检查。
另外，轴承座端面和端盖法兰间的轴向间隙也应该检查。指导值为10-15仙m/100mm轴承座孔径。
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