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阮天林
随着人们生活水平的不断提高，交通道路条件的不断改善，越来越多的大排量摩托车（如图1所示）在宽阔的道路上飞驰，其动力、扭矩强劲有力，起步加速瞬间完成，高级乘车品味油然而生。人们在骑行和维护保养中发现，大排量摩托车具有中、小型摩托车与众不同的优越配置，吸引众多车迷朋友的眼球，迫切需要了解和掌握，尤其对大排量摩托车发动机（如图2所示）采用整体式曲轴（如图3所示）、剖分式连杆（如图4所示）、滑动轴承俗称轴瓦（如图5所示），结构特点和使用性能缺乏足够的认识，给维修作业带来一定的困难。为满足广大摩托车爱好者及 图1
图
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维修人员的求知欲望，本文拟对大排量摩托车发动机滑动轴承与整体式曲轴的结构特点、技术条件与要求、以及轴瓦选配与检修要点等方面一一介绍，以飨读者。
1 整体式曲轴连杆机构
由内燃机原理可知，曲轴是将活塞产生的往复运动经
连杆的平面运动转变成旋转运动（如图6所示），同时将
活塞所承受的燃气作用力转变为曲轴扭矩向外输出，并驱动工作机械，最后通过传动机构传递给车轮，使摩托车前进的重要部件，是摩托车发动机中最基本的运动件，同时也是极易产生振动和磨损的零部件之一。
buck电路图
图6往复运动旋转运动
曲轴用轴承安装在曲轴箱上，该轴承称为主轴承，曲轴安装主轴承的部位称为主轴颈；安装连杆大头的部位称为曲柄销；曲柄销偏心配置，它用轴承与连杆大头连接；连接曲柄销和主轴颈部分被称为曲柄臂（简称曲拐）。在整体式曲轴结构中，曲轴主轴颈和连杆轴颈（即曲柄销）采用滑动轴承，即轴瓦（如图7所示），而连杆小头端，多数采用铜衬套结构，少数采用活塞销直接与连杆小头孔配装。发动机工作时，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲
轴承受着弯曲力和扭转载荷。因此，整体式曲轴最容易产生应力集中的地方，第一是曲柄销和曲柄臂的过渡圆角处，这是热处理和磨曲轴时的关键部位；第二是曲柄销上的出油孔，在它的出口处必须要有一个很好的过渡结构，以尽可能避免其应力集中。为了保证发动机能连续而可靠地工作，要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面润滑良好，且能承受冲击交变载荷和较好的耐磨性能。基于曲柄连杆机构的这个工作特点，曲轴机件一般采用强度高，冲击韧度和耐磨性能好的中碳钢或中碳合金钢模锻（45#钢或40Cr）或球墨铸铁材料制成。为了提高其耐磨性，主轴颈和曲柄销表面均高频淬火处理，硬度高达HRC 55～63，多数曲轴件表面还经过软氮化处理（软氮化层≥0.10mm），达到较高的精度、较低的表面粗糙度，以提高曲轴的疲劳强度。
连杆的结构比较简单，小头与活塞销连接，大头与曲柄销连接，其两端各安装一个轴承。连杆杆身一般做成“工”字形断面，杆身的宽度从小头到大头逐渐增加，且大头、小头与杆身之间有意做成圆滑过渡，这样可以避免其应力集中，以达到传递扭力更加均匀。连杆通常用中碳钢或中碳合金钢，也有采用低碳合金钢（如20Cr、20Mn2B和20CrMTi）模锻或辊锻成型，再进行精加工。连杆在工作过程中，其小头除随活塞作上下的往复运动外，还绕活塞销作旋转运动；连杆大头则随曲柄轴作旋转运动，从这个意义上说，连杆不但承受活塞销传来的气体作用力、活塞组往复运动和自身惯性力，还承受曲轴运转时带来的旋转惯性力，这些力的大小和方向都呈周期性变化。因此，连杆受到的是交变的压缩、拉伸和弯曲等极为复杂的载荷，在确保耐久性的前提下，要求连杆有尽可能小的质量和足够的刚度、强度。
图
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连杆螺栓（如图8所示）是一个经受交变载荷的重要零件，因此，对连杆螺栓的强度有很高的要求，其材质一般采用韧性较好的优质合金钢（40Cr或35CrMo）等中碳合金钢锻成，调质处理后的硬度约
为HRC 29～39。连杆螺栓的螺纹为高精度螺纹，其预紧力也较大，发动机工作对连杆螺栓的冲击力之比越小，则连杆的抗疲劳性能越好。为防止连杆螺栓在工作时产生松动，一般都设置有锁紧装置，且对连杆紧定螺钉的紧固扭矩作了较为严格的规定，避免因螺栓松脱或折断而引发毁坏曲轴箱，造成整台发动机报废的重大故障。
多缸发动机的连杆大头一般做成剖分式，其连杆轴承盖和连杆大头孔是组合后搪孔加工的。为了保证不出现装配错误，在连杆的同一侧通常标有配对记号。连杆大头及其轴承盖上还铣有连杆轴瓦的定位槽，确保轴瓦定位更加准确可靠。连杆小头通常压配有衬套与活塞销连接，发动机运行时，连杆小头衬套与销之间应有合适的相对运动，以保证其磨损均匀。连杆大头则采用轴瓦作为轴承，并设
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置有简易的喷油溅口来冷却活塞内腔及活塞销，因此，连杆大头和轴瓦上都有相应的喷油孔，安装时不能换错位置。
芯片破解图8定了各型号摩托车整体曲轴的技术条件（即企业标准），现将国内某250mL排量摩托车发动机（90°V形气缸）曲轴技术条件摘录其中部分提供给车迷朋友及维修人员参考。
2.1 整体式曲轴技术条件
u型吊臂
a）曲轴应按规定程序批准的产品图样及技术文件制造。
b）曲轴使用的材质：曲轴应采用按GB3077《合金结构钢技术条件》中规定的40Cr合金钢制造。
c）曲轴锻件不允许有折叠、起鳞、裂纹、氧化皮等缺陷，不允许用压整和焊补的方法消除曲轴毛坯的缺陷。
d）曲轴锻件不允许有过烧现象，表面脱碳层深度不允许超过0.70mm。
e）曲轴锻件需经调质处理，调质处理硬度为207～302HBS，同一根曲轴硬度差应不大于50 HBS单位，调质处理后基体的显微组织为索氏体，按GB/T13320标准评定，1～4级合格。
f）曲轴锻件在热处理后，应作喷丸或喷砂等处理。
g）曲轴锻件的表面处理：曲轴表面应进行软氮化处理，其氮化层深度≥0.10mm，表面硬度HV0.1≥420，氮化处理后，其轴颈表面应作抛光处理。
h）表面热处理部位、深度和心部硬度应符合产品图样之规定。
i）曲轴主轴颈和连杆轴颈与曲柄连接的过渡圆角处应圆滑过渡，圆角处表面粗糙度Ra≤1.6μm。
j）曲轴左端与飞轮锥面配合时，其锥度应按照产品图样规定，用专用量规涂检查，着面积不得少于75%，并且沿周向均匀分布。
k）曲轴主轴颈和连杆轴颈表面粗糙度不得低于Ra0.4μm。
l）曲轴上正时齿轮一齿中心线对连杆轴颈轴线和主轴颈轴线组成平面的角度偏差不大于±30′。制卡设备
m）正时齿轮一齿中心线对连杆轴颈轴中心和主轴颈中心组成的平面角度偏移不大于±30′。
n）每根曲轴应做动平衡试验，其动不平衡量应不超过产品图样规定值。
o）曲轴的工作表面应光洁，不允许有碰痕、凹陷和其它肉眼可见的锻造及加工缺陷。
p）加工好的曲轴组件应按JB/T6729的规定进行磁力探伤检验，采用磁力探伤检验后应进行退磁处理。
q）曲轴轴颈与油道孔口的交接处应进行倒钝或抛光处理，其粗糙度应不大于1.25μm。同时，应仔细清除曲轴润滑油道内和各部位的金属屑及杂物，确保润滑油道清
大排量多缸发动机采用整体式曲轴结构形式，安装在曲轴箱上的主轴承和连杆大头中的连杆轴承一般
剖分成两半的轴瓦。轴瓦分二片：一片装在曲轴箱轴承座孔或连杆大头上，另一片轴瓦装在轴承盖或连杆盖上。发动机工作时，由机油泵泵出的润滑油经过机油粗滤器和精滤器二道过滤后，以一定的油压在曲轴主轴颈、连杆轴颈部与轴瓦之间形成油膜，同时还通过直通油路泵压润滑油润滑发动机各运动摩擦副零件，由于油膜的作用，轴颈和轴瓦不直接接触，便能够进行平滑的旋转，但是，如果此处油膜消失，金属之间就会产生直接接触，轴瓦在较短的时间内就会烧损。此外，轴瓦表面的伤痕、毛刺、渣滓等以及确保油膜形成的配合间隙过大或过小，都会破坏油膜或使油膜消失，直至轴瓦烧损。因此，为确保曲轴连杆机构及轴瓦的正常运转，对发动机使用的润滑油质量及粘度提出了很高的要求，大排量摩托车使用说明书上通常推荐选用高级全合成润滑油，质量等级以API-SJ为最佳（有条件时，最好选用进口全合成摩托车专用润滑油）。此外，还应注意按照车辆使用说明书规定的行驶里程适时保养空气滤清器滤芯和清洁机油滤清器滤网，以确保发动机运动摩擦副的可靠润滑。
2 整体式曲轴及连杆技术条件
为了确保整体式曲轴机构能够在发动机的运行过程中发挥更好的作用，摩托车生产制造单位在国家相关部门制定的《摩托车发动机曲轴技术条件》基础上，又分别制
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洁和畅通。
r）曲轴保用期：在用户严格遵守摩托车使用说明书中规定的安装、保养和使用规则的情况下，曲轴保用期不低于主机的保用期。
2.2 剖分式连杆技术条件
a）连杆应按规定程序批准的产品图样及技术文件制造。
b）连杆毛坯及热处理：连杆应采用GB3077《合金结构钢技术条件》中规定的20CrMnTi、20CrMo合金钢制造。
c）连杆纵剖面的金属宏观组织的纤维方向应沿着连杆中心线，并与外形相符，不得有紊乱及间断现象，不允许有折叠、裂纹、分层、夹渣等缺陷。
d）连杆的金相组织：连杆的金相组织和脱碳层深度应符合产品图样之规定。
转轴设计e）连杆毛坯应进行强化喷丸处理，连杆不允许焊补。
f）连杆非加工面应光洁，不允许有裂纹、折叠、折痕、结疤、氧化皮及因金属未充满锻模而产生的缺陷：分模面的飞边高度应不大于0.5mm，允许有总数不多于2个、直径不大于2.5mm、深度不大于0.3mm的凹坑或修整痕迹，其位置不得在同一截面上，经过修整的痕迹应圆滑过渡。
g）连杆热处理及硬度要求应符合产品图样之规定。
h）连杆精加工后，应清除各部分的金属屑及其它污物杂质。
i）加工后的连杆应按照NJ319的规定进行磁力探伤检验，且在探伤后进行退磁处理。
j）连杆小头孔轴线对大头孔轴线的平行度：1）在大、小头孔轴线所决定的平面方向上的平行度公差值，应不大于100∶0.03（单位：mm）；2）在垂直于上述平面方向上的平行度公差值，应不大于100∶0.06（单位：mm）。
k）连杆应符合GB1184《形状和位置公差未注公差的规定》附录一的规定：1）连杆大头孔的圆柱度公差等级不低于6级；2）连杆小头孔的圆柱度公差等级不低于7级；3）连杆大头两端对大头孔轴线的垂直度公差等级不低于8级；4）连杆体及连杆盖上的螺栓孔支承端面对连杆大头分开面的平行度公差等级不低于8级；5）连杆螺孔轴线对连杆大头分开面的垂直度公差等级不低于9级。
l）连杆各主要加工表面粗糙度（Ra）应符合如下规定：1）连杆大头孔0.8；2）连杆小头孔0.63；3）连杆大头两端面1.6；4）连杆大头分开面1.6；5）螺栓孔支承端面3.2。
m）连杆保用期：在用户严格遵守摩托车使用说明书中规定的安装、保养和使用规则的情况下，连杆保用期不低于主机的保用期。
3 滑动轴承的特点与分类
3.1 滑动轴承的特点
所谓滑动轴承，指在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声，在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，不但能大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力，但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬，轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。常用的滑动轴承材料有轴承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨铸铁、铜基和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚甲醛（POM）等。
虽然滑动轴承具有承载的面积大，运转平稳，工作可靠等特点，但相对于滚动轴承而言，滑动轴承的传动效率要低一些，且摩擦系数也比滚动轴承大些（一般滑动轴承的摩擦系数为：0.08～0.12，而滚动轴承的摩擦系数仅为0.001～0.005）。
3.2 滑动轴承的分类
a）按能承受载荷的方向可分为径向（向心）滑动轴承和推力（轴向）滑动轴承两类。
b）按润滑剂种类可分为油润滑轴承、脂润滑轴承、水润滑轴承、气体轴承、固体润滑轴承、磁流体轴承和电磁轴承共7类。
c）按润滑膜厚度可分为薄膜润滑轴承和厚膜润滑轴承两类。
d）按轴瓦材料可分为青铜轴承、铸铁轴承、塑料轴承、宝石轴承、粉末冶金轴承、自润滑轴承和含油轴承等。
e）按轴瓦结构可分为圆轴承、椭圆轴承、三油叶轴承、阶梯面轴承、可倾瓦轴承和箔轴承等。
3.3 轴瓦的结构形式
轴瓦分为剖分式和整体式结构，为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。轴瓦或轴承衬是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。
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4 滑动轴承的技术要求
在摩托车发动机的结构中，滚动轴承由于是点接触或线接触，承载的负荷有限，且运转噪声较大，仅实用于中、小型发动机曲轴和其它机件的支承、回转。而滑动轴承（俗称轴瓦，下同）与轴颈则是面接触，它能有效地利用润滑油膜使曲轴处于漂浮状态。因此，相对于滚动轴承来说，在具有一定油量和油压的条件下，轴瓦能将金属表面间的滑移摩擦变成“金属和油液—油液和油液—油液和金属”的全液体摩擦模式。它结构简单、尺寸紧凑且价格便宜，在保证使用要求的前提下，这种全液体摩擦模式，吸收冲击载荷的能力强，油膜承载能力大，工作可靠，为大排量四冲程摩托车发动机整体式曲轴所广泛采用。必须指出的是，由于二冲程发动机的结构特点，其曲柄室内的轴承等零件都是依靠油雾润滑（即燃油与润滑油成一定比例的混合油雾），因此，用于二冲程发动机曲轴支撑运转的轴承，只能采用单列深沟球轴承结构，以便油雾进入滚动轴承，从而确保曲轴轴承可靠的润滑。
4.1 轴瓦的技术要求
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由内燃机原理可知，发动机刚启动的瞬间、启动后的运转初期和满负荷运行时，普遍存在以下问题：
a）发动机刚起动的瞬间轴瓦和轴颈间的滑移速度几乎等于零，从理论上讲，运动摩擦副零件间的油膜厚度也几乎等于零，此时的运动机件基本处于干摩擦或临界摩擦状态；
b）发动机起动时，润滑油泵刚开始工作，短时间内不可能有足够的油量和油压提供给轴承（瓦）；
c）发动机工作时，膨胀爆发压力很大，油膜有可能遭到破坏（尤其在润滑油粘度下降时）；
d）发动机满负荷工作时，轴瓦内的润滑油温度最高达到120～150℃，发动机冷却效果欠佳时（尤其是车辆处于低挡高速的情况下），润滑油粘度会呈下降趋势。随着使用时间的增加，润滑油还会逐渐老化变质，其粘度会变得更稀。
以上这些情况都是轴瓦必须克服的不利条件，因此，对轴瓦提出了较高的技术要求：
a）耐疲劳性：发动机作用在轴瓦上的是交变载荷，它会使合金层处于疲劳应力状态之下，极易产生合金层疲劳而形成细小裂缝。随着使用时间的延长，裂缝逐渐发展且与其它裂缝汇合，产生合金层疲劳剥落。这是轴瓦最易发生的损坏，这就要求轴瓦合金要有足够的耐疲劳强度。
b）嵌藏性：由于多种因素的影响，润滑油中不可避免的会含有各种杂质和细微磨粒，轴瓦应能将这些杂质和磨粒嵌藏起来，以免损坏曲轴主轴颈和连杆轴颈表面。
c）抗咬合性：因多种因素的影响，当运动摩擦副零件间的油膜产生破裂，其金属表面会直接接触，形成干摩擦或临界摩擦时，轴瓦合金层应能依靠自润滑作用对抗金属表面层之间不同程度的咬合。
d）顺应性：轴瓦应能克服或减少由于轴颈和轴承座加工或安装上的微小缺陷的影响，以确保在轴瓦内的负荷分布均匀。
e）磨合性：轴瓦应能在尽可能短的时间内完成运动摩擦副零件间的磨合过程。
4.2 轴瓦的材质
目前的轴瓦一般采用薄壁钢带为基础的多层合金结构，有“钢背—硬减摩层—软镀铬层”构成的三层结构轴瓦；也有“钢背—硬减摩层—软减摩层—软层”构成的四层结构轴瓦。轴瓦用厚约1～3mm的薄钢板冲压成半圆形，并在内圆上浇铸一层0.3～0.7mm厚的减磨合金，也有的轴瓦先在钢板上浇铸一层减磨合金，二者一起冲压成形。减磨合金具有保持油膜，减少摩擦阻力和加速磨合的作用。减磨合金的主要成分有：巴氏合金、铜铝合金、铜铅合金和高锡铝合金。其中，巴氏合金（Babbitt metal），是一种软基体上分布着硬颗粒相的低熔点轴承合金，有锡基、铅基、镉基三个系列。锡基巴氏合金的代表成分（质量分数）为：锑3%～15%，铜2%～6%，镉<1%，锡余量。具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金，由美国人巴比特发明而得名，因其呈白，又称白合金，乌金。
巴氏合金轴瓦的疲劳强度较低，一般只用于负荷不大的小型汽油机。铜铝合金、铜铅合金和高锡铝合金均具有较高的承载能力与耐疲劳性，含锡量在20%以上的高锡铝合金轴瓦，因其耐磨能力强，在摩托车发动机中应用较多。对于高强化发动机，还可以在铜铝合金减磨层之外，再镀一层厚约0.2～0.3mm的铟或锡，这样处理后其承载能力更高，适应在负荷较大、转速较高的发动机上使用。国外新型发动机中，最近出现了一种短碳纤维增强铜铝合金复合材料作为制造轴瓦的减摩合金层。采用这种短碳纤维复合材料制造的轴瓦，不仅能提高基体合金的强度，还可利用其自润滑性能来有效改善轴瓦的摩擦性能。
4.3 轴瓦的主要结构要素
轴瓦的主要结构要素是，壁厚、宽度、油孔、油槽、定位唇、自由弹势、轴瓦与轴承座孔的过盈量以及轴颈与轴瓦的间隙等，现将其中最关键的结构要素简述如下：
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