解释轴承间隙和机油粘度

2019年6月21日/截止石杰飞

轴承间隙与油粘度之间是一种微妙的平衡关系。继续阅读更多关于如何正确使用它的信息!在娱乐界有一些相当著名的二人组——阿伯特和科斯特洛,罗杰斯和汉默斯坦,蝙蝠侠和罗宾都是比较著名的。所以对一个发动机的人来说,把轴承间隙和机油粘度的配对作为一对你应该熟悉的,这可能不是一个很大的延伸想象。

大多数发动机制造商遵循的典型规则是,轴承间隙决定了在给定油温范围内使用的油的粘度。一般来说,越紧的轴承间隙,发动机可以使用的粘度越低,而更宽的间隙需要更厚的油。但是有很多变量值得研究。

粘度是在给定温度下对油的厚度进行评级的一种评级系统。为了提高燃油经济性,生产发动机越来越倾向于使用更稀、粘度更低的油,但如果轴承间隙稍微紧一些,稀油的性能也有优势。

对于街道和大多数性能应用,传统的轴承间隙标准是每一英寸曲柄轴颈直径对应0.001英寸间隙。因此,一个典型的小块雪佛兰2.200英寸杆轴颈将要求轴承间隙0.0022英寸。有些人为了安全起见又增加了0.0005英寸,使之变成0.0027英寸。这个标准特别适用于使用生产公差零件的发动机,在这些零件中可能会出现不圆或锥形日记账的小问题,甚至是测量上的小错误。

这种方法并不像看起来那么口语化。有几个因素直接影响给定的轴承间隙。前三个变量是承载能力、间隙允许的油流量和局部油温。这三个因素最好放在一起考虑,而不是单独考虑,因为每个因素都在重要方面影响着其他因素。

开始精确测量轴承间隙的唯一正确方法是使用千分尺,它可以精确测量到0.0001英寸。那是千分之一。

轴承的承载能力直接受到间隙的影响。当间隙收紧时,承载能力增加。概括地说,以标准2.45英寸小块主轴颈尺寸为例,0.001英寸间隙的承载能力高于0.002英寸。

负载能力随着间隙的减小而增加,因为它将负载分散在更宽的轴承表面区域,从而增加了容量。想象一下,这就像穿着一双雪鞋,这样你就可以在深雪中行走而不会陷进去。脱下鞋子,你的脚就会下沉,因为你的重量集中在一个较小的表面积上。因此,随着轴承间隙的增加,承载能力降低,因为载荷集中在较小的区域。

轴承油间隙表

原油粘度

杆轴承

间隙

主轴承

间隙

20 w / 5 w20

< 0.0021

< 0.0020

30w/5w30

0.0021 – 0.0026

0.0020 - 0.0025

40 w / 10 w40

0.0026 - 0.0031

0.0025 – 0.0030

50w/20w50

0.0031 >

0.0030 >

常识表明,轴承间隙直接影响油流,结果可以预测。减小间隙将增加对流动的限制,并减少流经轴承的油的体积。由于这种减少的流动,局部轴承温度将增加。如果这个温度超过了油的热稳定性极限,油就会开始氧化和分解,降低其润滑能力。我们将很快讨论石油粘度,因为它在这个场景中起着重要的作用。

因此,轴承间隙成为这三个因素之间的平衡,以建立一个尽可能有效地满足所有要求的间隙。这就是每英寸轴颈直径产生0.001英寸间隙的最佳折衷方式。

一旦确定轴颈直径,使用相同的千分尺将表盘内径规设置为轴颈尺寸。由表盘孔规读出的间隙就是轴承间隙。在这个例子中,我们正在查看0.0027英寸的主轴承间隙。间隙必须以真正的垂直方向进行检查。

也许这将是一个很好的地方,稍微仔细地看看这些运行清理到底如何发挥作用。使用简单的整数,让我们从间隙为0.0020英寸的2.00英寸杆轴颈开始。这假设我们在日志的顶部和底部有0.001英寸,这是正确的,但只是在理论意义上。

在运转中的发动机中,气缸压力向下推动活塞,减少了0.001英寸的数字。在峰值汽缸压力下加载连杆会将油膜间隙减少到0.0002英寸。静态轴承的间隙为0.002英寸,这意味着杆轴承的上半部分有0.0198英寸的间隙。这是很重要的,因为更大的间隙可以为接下来的旋转创造一个容易充满新鲜油的空间。

这张赛车图提供了一个微观视图,当操作间隙变得紧张时会发生什么。曲轴颈的峰值可以重叠轴承材料的峰值造成磨损。这被称为混合膜条件,可能是由于间隙太小或油粘度变薄(可能是由于油温过高)造成的。

这直接导致了油膜厚度的值,这是由油粘度、轴承速度和负载的组合产生的。油粘度可预测地随温度变化,而轴承转速是由轴颈直径和发动机转速的组合决定的,负载当然取决于应用。所有这些因素都对确定油膜的厚度起作用。我们采访了Lake Speed, Jr.和Driven Racing Oil,他们在加利福尼亚州托伦斯的Shaver Racing Engines公司使用这三个因素(以及更多)对不同油和轴承的油膜厚度和稳定性进行了测试。

这个500马力的LS铁块产生了80 + psi的油压,所以我们排掉了10w30,换上了5w20粘度的油。从4000到6500,发动机平均提高了3.1马力。在使用5w20机油时,发动机仍能产生超过70psi的峰值油压,因此还需要进一步提高。

他的测试主要旨在评估涂层轴承,但也考察了油在极端温度下保持给定膜厚的能力。人们普遍认为,在较高的油温下,与传统油相比,合成油在润滑和保护发动机部件方面做得更好。Speed的测试将合成驱动油与具有相同粘度和添加剂包的常规驱动油进行了比较。通过对轴承的目视评估和使用过的油分析(UOA)发现,使用合成油的曲轴与主轴承和杆轴承之间的物理接触大大减少。这提供了一个具体的证据,高质量的合成提供了真正的优势,特别是在发动机功率大,热是一个因素。

具有讽刺意味的是,Speed的测试使用了一辆温和的400马力383ci小排量雪佛兰低速行驶,由于负载过重,这可能会对轴承造成不良影响。这就是为什么当负荷急剧增加时,低速拖动发动机不是一个好主意。润滑油的质量在保持轴承和曲轴轴颈之间的适当润滑屏障方面起着重要作用。根据Speed的说法,“今天的润滑油比旧润滑油具有更大的承载能力。”这种更高的承载能力将载荷分散到更大的区域,从而提高了整体承载能力,避免了因过载而可能在轴承中发生的应力断裂。

所有这些因素都会影响到有关轴承间隙和粘度的最终决定。例如,如果我们所做的只是更换一个铝连杆,这就需要增加轴承间隙,如果不是因为其他原因,铝提供的线性膨胀率大约是钢或铸铁的两倍。这也会对运行间隙产生直接影响。然而,这一点应该仔细考虑。例如,您可能会认为,与全铁发动机相比,全铝发动机需要的主轴承间隙大不相同。

Driven Racing Oil公司的Lake Speed, Jr.在一辆小型雪佛兰汽车的发动机轴承上进行了一系列的合成油(左)和常规油(右)测试。毫不奇怪,合成的更稳定的油膜大大改善轴承磨损,甚至超过三个小时,高负荷低转速的测试。两种油使用相同的粘度和添加剂包,所以唯一的区别是基础油。

仔细看看这个,大多数性能小块雪佛兰铝块的特点是钢主盖。所以现在我们有一个铝块和钢主盖,决定是这是否需要改变主轴承间隙。如果我们考虑到所有的负荷都将应用到发动机的钢主盖侧,减少主轴承间隙来考虑铝块的增加可能不一定是一个好的决定。更严格的间隙也要求非常谨慎的寒冷天气启动和预热程序,因为铝也会以两倍于铁或钢的速度收缩。我们采访的大多数引擎制造商说,他们在建造铝块引擎时不会做出重大间隙变化。

虽然轴承需要一个固体油膜来防止磨损,但有多个因素发挥作用,以创建承载能力和油流的理想组合,同时最大限度地降低油温。这就需要小心平衡间隙、油粘度和温度控制,以避免出现问题。好消息是,随着油质量的不断提高,这种热稳定性将继续推动更轻的油和更紧凑的间隙,在耐久性和动力方面都有可能提高。

从动轴承间隙与机油粘度

主轴承间隙

石油临时少

超过160 F

油温度

160 - 220 f

油温度

超过220华氏度

铁块

0.0034 - -0.0039

10 w40或15 w40

15 w50-20w50

w60 20 - 60 w

0.0028-0.0033

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

15 w50-20w50

0.0022-0.0027

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

0.0016 - -0.0021

0w10

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

0.0010-0.0015

0w5

0w10

0 w20或5 w20

铝块

0.0029 - -0.0034

10 w40或5 w40

15 w50或20 w50

20 w60或60 w

0.0023-0.0028

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

15 w50或20 w50

0.0018 - -0.0022

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

0.0012-0.0017

0w10

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

0.0006 - -0.0011

0w5

0w10

0 w20或5 w20

连杆间隙

间隙

石油临时少

超过160 F

油温度

160 - 220 f

油温度

超过220华氏度

钢条

0.0028-0.0033

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

15 w50或20 w50

0.0022-0.0027

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

0.0016 - -0.0021

0w10

0 w20或5 w20

5 w30或10 w30

0.0010-0.0015

Ow5

0w10

0 w20或5 w20

铝杆

0.0023-0.0028

5 w30或10 w30

15 w50或20 w50

20 w60或60 w

0.0018 - -0.0022

0 w20或5 w20

10 w40或15 w40

15 w50或20 w50

0.0012-0.0017

0w10

5 w30或10 w30

10 w40或15 w40

这张驱动赛车油图表(上面)说明了不同引擎应用的一些基本起点。为发动机油的最高温度选择正确的粘度等级是很重要的。随着石油温度的升高,粘度会下降。当抽油杆与主间隙发生冲突时,最好使用两种粘度推荐值中较重的一种。请记住,这些应被视为轴承间隙和机油粘度的建议起点。个别申请当然会有所不同。

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