CN101861469A - 具有浮动轴承机构的轴承系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将连接杆(6)安装到曲轴(8)的轴承机构(11)。轴承机构可包括形成第一半圆柱形构件(25)的第一轴承半壳(24)和形成第二半圆柱形构件(27)的第二轴承半壳(26)。第二轴承半壳可被组装到第一轴承半壳，以便形成圆柱形构件(14)。圆柱形构件可包括外表面(15)、内表面(16)和至少一个端部(17)。

Description

具有浮动轴承机构的轴承系统
技术领域
本发明针对一种轴承系统，并且特别地，针对一种具有浮动轴承机构的轴承系统。
背景技术
建造和运土设备以及其它类型的机器通常用于广泛的应用。通常，机器通过例如柴油发动机、汽油发动机、气态燃料供能发动机的内燃发动机或任何其它类型的发动机来供能。这些发动机包括随着燃烧而在缸内运动的活塞，活塞保持在缸体内。连接杆将活塞连接到曲轴上，其中连接杆的第一端部被组装到活塞，并且连接杆的第二端部被组装到与曲轴相关的曲轴销。随着发动机增加其速度，曲轴以增加的速度转动，并且曲轴的转动运动经由连接杆转换成活塞的线性运动。在曲轴销在第二端部内转动时，与曲轴销和第二端部的内直径表面相关的油膜经受剪切。
在发动机以高速操作时，油膜的剪切速度增加，并且可能变得过大。油膜的过大剪切速度会造成发动机不太理想的耐用性。随着剪切速度变得过大，油膜变得更热，会造成油膜粘度降低，并因此使得油膜变得更稀薄。这会造成第二端部的内直径表面和曲轴销之间的接触，并造成第二端部的磨损增加。
一种用于改善发动机性能和耐用性的系统在Endoh等人的于2005年10月27日公开的美国专利申请公开文件No.2005/0238269(’269公开文件)中描述。’269公开文件描述了一种形成为单件并布置在曲轴的曲轴销和连接杆的大端部之间的浮动轴承，其中油膜形成在曲轴销的侧面和大端部的侧面上。浮动轴承以减小曲轴的摩擦损失以及曲轴销和连接杆的大端部的磨损的方式来操作。具体地，在曲轴销相对于大端部转动的过程中，浮动轴承以曲轴销的转动速度的大约一半的速度转动，使得与曲轴销只相对于连接杆的大端部转动的情况相比，浮动轴承和大端部之间以及浮动轴承和曲轴销之间的摩擦更小。因此，在该浮动轴承应用于发动机时，发动机具有增加的耐用性，并可以高速操作。
虽然’269公开文件的浮动轴承系统可减小曲轴的摩擦损失以及曲轴销和连接杆的大端部的磨损，但具有局限性。浮动轴承本身被描述成简单的圆柱形，并因此不容易获得有效的相对转动速度。
本发明的轴承系统针对现有技术中的改进。
发明内容
本发明的一个方面针对一种用于将连接杆安装到曲轴上的轴承机构。轴承机构可包括形成第一半圆柱形构件的第一轴承半壳和形成第二半圆柱形构件的第二轴承半壳。第二轴承半壳可被组装到第一轴承半壳，以形成圆柱形构件。圆柱形构件可包括外表面、内表面和至少一个端部。
本发明的另一方面针对一种轴承系统。轴承系统可包括连接杆、曲轴、轴承机构、第一油膜和第二油膜。连接杆可包括端部部分，并且该端部部分可包括外周面。曲轴可包括至少一个侧面以及布置在端部部分内的曲轴销。轴承机构可布置在端部部分和曲轴销之间，并可包括形成第一半圆柱形构件的第一轴承半壳和形成第二半圆柱形构件的第二轴承半壳。第二轴承半壳可被组装到第一轴承半壳，以便形成圆柱形构件。圆柱形构件可包括外表面、内表面和至少一个端部。第一油膜可与该端部部分和圆柱形构件的外表面相关，并且第二油膜可与圆柱形构件的内表面和曲轴销相关。
附图说明
图1是设置有根据示例性公开实施方式的轴承系统的发动机的示意图；
图2是根据示例性公开的实施方式用于发动机的轴承系统的示意截面图；
图3是根据示例性公开的实施方式用于发动机的轴承系统的另一实施方式的示意截面图；
图4是根据示例性公开的实施方式用于发动机的轴承系统的另一实施方式的示意截面图；
图5是根据示例性公开的实施方式用于发动机的轴承系统的另一实施方式的示意截面图；
图6是根据示例性公开的实施方式并用于图2、3、4和5的轴承系统中的轴承机构的示意截面图；
图7是根据示例性公开的实施方式的图2和4和5的轴承系统的一部分的示意图；以及
图8是根据示例性公开的实施方式的图3和4和5的轴承系统的一部分的示意图。
具体实施方式
图1表示采用本发明的轴承系统2的示例性内燃发动机1。内燃发动机1被描述和描绘成柴油发动机。但是，可以设想到内燃发动机1可以是任何其它类型的内燃发动机，例如汽油或天然气发动机。内燃发动机1可包括缸体3和可动地组装在缸体3的多个缸膛5(只示出一个)内的多个活塞4(只示出一个)。活塞4可枢转地连接到连接杆6，连接杆6继而可枢转地连接到曲轴8的曲轴销7。连接杆6包括连接到活塞4的第一端部部分9(例如小端部部分)以及经由轴承机构11连接到曲轴销7的第二端部部分10(例如大端部部分)。轴承机构11可以浮动状态布置在第二端部部分10(特别是第二端部部分10的内直径表面)和曲轴销7之间，并通过与第二端部部分10和轴承机构11相关的第一油膜12以及与轴承机构11和曲轴销7相关的第二油膜13包围。内燃发动机1的曲轴8可转动地布置在缸体3内，并且每个活塞4连接到曲轴8上，使得每个活塞4在每个相应缸膛5内的滑动运动对应于曲轴8的转动，使得曲轴8驱动与发动机1相关的装置(未示出)，例如机器的轮子。在曲轴销7相对于第二端部部分10转动的过程中，轴承机构11可以显著低于曲轴销7的转动速度的速度转动。
如图2、3、4和5所示，轴承系统2可包括布置在连接杆6的第二端部部分10(特别是第二端部部分的内直径表面)和曲轴销7之间。轴承机构11可包括具有外表面15、内表面16和至少一个端部17的圆柱形构件14。第一油膜12可与第二端部部分10和圆柱形构件14的外表面15相关。第二油膜13可与圆柱形构件14的内表面16和曲轴销7相关，并且内表面16和曲轴销7可与第二油膜13剪切连通。轴承18可被压在第二端部部分10上，并包括第三表面19。例如铅或锡的覆盖材料20可被组装到第三表面19或第二端部部分10，并被构造成比圆柱形构件14和连接杆6软，使其可嵌入碎片，保护连接杆6和曲轴销7不被损坏。外表面15和第三表面19的覆盖材料20或第二端部部分10可与第一油膜12剪切连通。
在图2所示的轴承系统2的一种实施方式中，圆柱形构件14的端部17可与曲轴8的至少一个侧面21连通。在图3所示的轴承系统2的另一实施方式中，连接杆6的第二端部部分10可包括从第二端部部分10的至少外周面23径向延伸的一个或多个环形突出部22。圆柱形构件14的至少一个端部17可与第二端部部分10的至少一个环形突出部22连通。在图4和5所示的轴承系统2的其它实施方式中，连接杆6的第二端部部分10可包括从第二端部部分10的外周面23的一侧径向延伸的环形突出部22。圆柱形构件14的一个端部17可与曲轴8的侧面21连通，并且圆柱形构件14的另一个端部17可与第二端部部分10的环形突出部22连通。
如图4和5所示，轴承系统2可包括与曲轴8相关并提供用于加压油或任何其它流体润滑介质从发动机1经过缸体3到曲轴8的通路的至少一个通道42。在图4中，通道42可包括横向于圆柱形构件14的端部17定位并位于端部17和曲轴8的侧面21之间的第一开口43。第二开口44可定位在曲轴8上。在图5中，通道42可包括横向于圆柱形构件14的端部17定位并位于端部17和第二端部部分10的环形突出部22之间的第一开口43。类似地，第二开口44可定位在曲轴8上。
可用于图2、3、4和5所示的轴承系统2的实施方式中的轴承机构11的示例性实施方式在图6中表示。轴承机构11可包括形成第一半圆柱形构件25的第一轴承半壳24和形成第二半圆柱形构件27的第二轴承半壳26。第一轴承半壳24和第二轴承半壳26可被紧固在一起以便形成圆柱形构件14，其中圆柱形构件14可包括外表面15、内表面16和至少一个端部17。在此实施方式中，第一轴承半壳24和第二轴承半壳26可通过卡合配合件28而紧固在一起，但是将理解到第一轴承半壳24和第二轴承半壳26可通过替代的方法来紧固在一起，例如螺栓连接配置、螺母和螺钉配置、焊接、低温焊接、锯齿形或裂解表面、或环氧树脂。至少一个附加圆柱形构件14可被轴向组装到轴承机构11。销钉29可被组装到圆柱形构件14的至少一个端部17，并可被构造成接合至少一个附加圆柱形构件14的孔30。将理解到至少一个附加的圆柱形构件14可通过多种替代方法被组装到轴承机构11，例如燕尾接头或搭接头，并不局限于销钉29和孔30的配置。
例如铅或锡的覆盖材料20可被组装到圆柱形构件14的外表面15和内表面16上，并被构造成比圆柱形构件14和连接杆6软。一个或多个孔口31可穿过圆柱形构件14的外表面15和内表面16设置。孔口31可包括与外表面15相关的第一宽度32和与内表面16相关的第二宽度33，其中第一宽度32和第二宽度33的尺寸被构造成不相同，使得参与油的剪切的外表面15的面积大致等于参与油的剪切的内表面16的面积。至少第一流体动力斜面34可被连接到圆柱形构件14的外表面15，并且至少第二流体动力斜面35可被连接到圆柱形构件14的内表面16。虽然第一流体动力斜面34可被连接到外表面15并且第二流体动力斜面35可被连接到内表面16，将理解到外表面15和内表面16可采用其它的突出部或空腔，例如Raleigh台阶、倾斜垫、倾斜平台或抛物线楔形件。
在一些实施方式中，圆柱形构件14的外表面15可在端部17处形成大致的锥形，以便最小化轴承机构11上的剪切、扭矩和转动作用。虽然圆柱形构件14的至少一个端部17可以形成大致的锥形，但理解到端部17可采用其它形状、突出部或空腔，以使得轴承机构11上的剪切、扭矩和转动作用最小化或最大化。
圆柱形构件14的端部17可包括从圆柱形构件14的外表面15到内表面16布置的液压涡轮叶片结构，例如第一切口凹槽37。第一切口凹槽37在下面进一步说明并在图7和8中显示。
图7示意地示出了图2、4和5的一部分。特别是，圆柱形构件14的端部17被表示成与曲轴8的侧面21连通。如结合图6说明那样，端部17可包括从圆柱形构件14的外表面15到内表面16布置的第一切口凹槽37。侧面21还可包括布置在侧面21和圆柱形构件14的相对端部17上的液压涡轮叶片结构，例如第二切口凹槽39。
图8表示图3、4和5的一部分。特别是，圆柱形构件14的端部17被表示成与第二端部部分10的环形突出部22连通。如结合图6说明那样，端部17可包括从圆柱形构件14的外表面15到内表面16布置的第一切口凹槽37。环形突出部22还可包括布置在环形突出部22和圆柱形构件14的相对端部17上的液压涡轮叶片结构，例如第三切口凹槽41。
将理解到第一切口凹槽、第二切口凹槽和第三切口凹槽可采用其它的突出部或空腔，以便在轴承机构11上形成转动作用。
工业实用性
被公开的轴承系统2可应用于内燃发动机。如图1所示，轴承系统2可用来帮助经由连接杆6将活塞4的线性运动转换成曲轴8的转动运动。轴承机构11可以浮动状态布置在曲轴8的曲轴销7和连接杆6的第二端部部分10之间，其中第一油膜12可布置在第二端部部分10和轴承机构11之间，并且第二油膜13可布置在轴承机构11和曲轴销7之间。在发动机1以较高速度操作时，曲轴8可以增加的速度转动。在曲轴8的转动过程中，曲轴8的曲轴销7可相对于连接杆6的第二端部部分10转动，并且在第一油膜12和第二油膜13受到剪切时，轴承机构11可以显著小于曲轴销7的转动速度的速度转动。由于轴承机构11可以显著小于曲轴销7的转动速度的速度转动，可以改善发动机1的性能和耐用性。第一油膜12的剪切速度可更容易控制，防止第一油膜稀薄和过热，以及最终防止第二端部部分10的磨损和失效。同样，第一油膜12和第二油膜13的更容易控制的剪切速度可在发动机1的速度增加时使得曲轴8的转动速度更高。
如图6所示，轴承机构11可包括圆柱形构件14。圆柱形构件14可包括通过卡合配合件28或任何各种其它配置紧固在一起的第一轴承半壳24和第二轴承半壳26。附加圆柱形构件14可被轴向组装到轴承机构11。销钉29可被组装到圆柱形构件14的端部17，并可被构造成接合附加圆柱形构件14的孔30。因此，轴承机构11可以大致对称的单件方式以增加的刚度和硬度方便地组装。
孔口31可穿过圆柱形构件14的外表面15和内表面16设置。孔口31可包括与外表面15相关的第一宽度32和与内表面16相关的第二宽度33，其中第一宽度32和第二宽度33的尺寸被构造成不相同，使得和第二端部部分10一起参与第一油膜12的剪切的外表面15的面积大致等于和曲轴销7一起参与第二油膜13的剪切的内表面16的面积。第一油膜12和第二油膜13的剪切速度也可大致相同，增加了轴承机构11的相对转动速度。
例如铅或锡的覆盖材料20可被组装到圆柱形构件14的外表面15和内表面16上，并被构造成比圆柱形构件14软。在没有油的情况下，通过嵌入碎片并使得连接杆6受限地操作，软的覆盖材料20可被构造成为第二端部部分10和曲轴销7提供保护。如图2、3、4、5、7和8所示，轴承18可被压在连接杆6的第二端部部分10上，并可包括第三表面19。覆盖材料20还可被组装到第三表面19上，并被构造成比圆柱形构件14软，使其可嵌入碎片，并为连接杆6和曲轴销7提供另一保护层，防止磨损和失效。
第一流体动力斜面34可被联接到圆柱形构件14的外表面15，并且第二流体动力斜面35可被联接到圆柱形构件14的内表面16。第一流体动力斜面34和第二流体动力斜面35可被构造成增加第一油膜12和第二油膜13的厚度、压力、承载能力和圆柱形构件14的外表面15和内表面16的油润滑能力。增加的第一油膜12和第二油膜13的厚度和润滑可防止第二端部部分10和曲轴销7在高的剪切速度下直接接触，并保护第二端部部分10和曲轴销7不过度磨损和失效。
圆柱形构件14的端部17可采用多种形状来使得轴承机构11上的剪切、扭矩和转动作用最小化或最大化。例如，如图6所示，端部17可形成大致锥形，以使得轴承机构11上的剪切、扭矩和转动作用最小化。通过构造圆柱形构件14的至少一个端部17的形状，可以增加或预先选择轴承机构11的相对转动速度。
如图7所示，圆柱形构件14的端部17可与曲轴8的侧面21连通，并且如图8所示，圆柱形构件14的端部17可与第二端部部分10的环形突出部22连通。同样如图6所示，端部17的第一切口凹槽37可以与图7所示的侧面21的第二切口凹槽39或者与图8所示的环形突出部22的第三切口凹槽41液压连通。与第一切口凹槽37和第二切口凹槽39或第三切口凹槽41连通相关的液压扭矩会转动轴承机构11。与端部17和侧面21或环形突出部22之间的剪切连通相比，第一切口凹槽37和第二切口凹槽39或第三切口凹槽41之间的液压连通会不大变化。剪切会随着曲轴8的运行速度、油的厚度、油质量、油温度和其它因素来变化，而液压扭矩会主要通过流体质量传递来控制和改变。
在图4和5中，轴承系统2可包括圆柱形构件14的与曲轴8的侧面21和第二端部部分10的环形突出部22液压连通的端部17，并且可采用至少第一切口凹槽37、第二切口凹槽39和第三切口凹槽41，如图7和8所示。通道42可与曲轴8相关，并且提供用于油或轴承系统2中所采用的任何其它流体润滑介质的通路。如图4所示，通过控制油或轴承系统2中所采用的任何其它流体润滑介质的供应压力，通道42可在轴向上以液压方式推动轴承机构11。由于来自于通道42的液压推力推动圆柱形构件14的端部17，使圆柱形构件14的端部17更加靠近第二端部部分10的环形突出部22，这可控制轴承机构11的相对转动速度，增加从环形突出部22的第三切口凹槽41到圆柱形构件14的第一切口凹槽37的流体质量传递，从而减小轴承机构11的相对转动速度。如图5所示，通过控制油或轴承系统2内所采用的任何其它流体润滑介质的供应压力，通道42可在轴向上液压推动轴承机构11。由于来自于通道42的液压推力推动圆柱形构件14的端部17，使圆柱形构件14的端部17更加靠近曲轴8的侧面21，这可控制轴承机构11的相对转动速度，增加从侧面21的第二切口凹槽39到圆柱形构件14的第一切口凹槽37的流体质量传递，从而增加轴承机构11的相对转动速度。
采用孔口31并构造圆柱形构件14的端部17的形状可增加轴承机构11的相对转动速度。由于孔口31可包括不同的第一宽度32和第二宽度33，第一油膜12和第二油膜13的剪切速度可大致相同，由此保持轴承机构11的所需相对转动速度。构造端部17的形状可使得轴承机构11的剪切、扭矩和转动最大化或最小化。与剪切连通相比，至少第一切口凹槽37、第二切口凹槽39和第三切口凹槽41之间的液压连通会不大变化，由此增加和改善轴承机构11的相对转动速度。通道42可被组装到曲轴8，以控制和管理轴承机构11的相对转动速度。通道42可在轴向上液压推动轴承机构11，并增加或减小轴承机构11的转动速度。
本领域普通技术人员将明白可以针对本发明的轴承系统进行多种变型和改型而不偏离本发明的范围。本领域普通技术人员将从这里公开的说明书以及实施方式的实践中明白其它的实施方式。所打算的是说明书和例子只出于示例目的来考量，本发明的真实范围通过权利要求来指明。

Claims (10)

1.一种轴承机构(11)，能够将连接杆(6)安装到曲轴(8)，所述轴承机构包括：
第一轴承半壳(24)，所述第一轴承半壳(24)形成第一半圆柱形构件(25)；以及
第二轴承半壳(26)，所述第二轴承半壳(26)形成第二半圆柱形构件(27)，所述第二轴承半壳被组装到所述第一轴承半壳，以便形成圆柱形构件(14)，所述圆柱形构件包括：
外表面(15)；
内表面(16)；以及
至少一个端部(17)。
2.根据权利要求1的轴承机构，还包括被联接到所述圆柱形构件的外表面的第一流体动力斜面(34)、被联接到所述圆柱形构件的内表面的第二流体动力斜面(35)以及穿过所述圆柱形构件的所述外表面和所述内表面的至少一个孔口(31)，所述至少一个孔口包括与所述外表面相关的第一宽度(32)和与所述内表面相关的第二宽度(33)，其中所述第一宽度和所述第二宽度的尺寸不相同。
3.根据权利要求2所述的轴承机构，还包括在所述至少一个端部设置的第一切口凹槽(37)，所述第一切口凹槽从所述圆柱形构件的所述外表面到所述内表面布置。
4.一种轴承系统(2)，包括：
连接杆(6)，所述连接杆(6)包括端部部分(10)，所述端部部分包括外周面(23)；
曲轴(8)，所述曲轴(8)包括至少一个侧面(21)和布置在所述端部部分内的曲轴销(7)；
轴承机构(11)，所述轴承机构(11)布置在所述端部部分和所述曲轴销之间，并包括形成第一半圆柱形构件(25)的第一轴承半壳(24)和形成第二半圆柱形构件(27)的第二轴承半壳(26)，所示第二轴承半壳被组装到所述第一轴承半壳，以便形成圆柱形构件(14)，所述圆柱形构件包括：
外表面(15)；
内表面(16)；以及
至少一个端部(17)；
第一油膜(12)，所述第一油膜(12)与所述端部部分和所述圆柱形构件的所述外表面相关；以及
第二油膜(13)，所述第二油膜(13)与所述圆柱形构件的所述内表面和所述曲轴销相关。
5.根据权利要求4所述的轴承系统，还包括：在所述圆柱形构件的所述至少一个端部设置的第一切口凹槽(37)，所述第一切口凹槽从所述圆柱形构件的所述外表面到所述内表面布置；在所述至少一个侧面设置的第二切口凹槽(39)，所述第二切口凹槽布置在所述至少一个侧面上并面向所述圆柱形构件的所述至少一个端部；以及从所述第二端部部分的所述外周面径向延伸的至少一个环形突出部(22)，所述至少一个环形突出部包括布置在所述至少一个环形突出部上并面向所述圆柱形构件的所述至少一个端部的第三切口凹槽(41)。
6.根据权利要求5所述的轴承系统，其中所述圆柱形构件的所述至少一个端部与以下特征部之一连通：
所述至少一个侧面；以及
所述环形突出部。
7.一种发动机总成(1)，包括：
缸体(3)，所述缸体(3)包括缸膛(5)；
活塞(4)，所述活塞(4)可动地组装在所述缸膛内；以及
轴承系统(2)，所述轴承系统(2)与所述缸体相关，所述轴承系统包括：
曲轴(8)，所述曲轴(8)可操作地组装到所述缸体的下部，所述曲轴包括：
曲轴销(7)；以及
至少一个侧面(21)；
连接杆组件(6)，所述连接杆组件(6)包括可枢转地连接到所述活塞的第一端部部分(9)和可枢转地连接到所述曲轴的曲轴销的第二端部部分(10)，所述第二端部部分包括外周面(23)；以及
轴承机构(11)，所述轴承机构(11)布置在所述第二端部部分和所述曲轴销之间，所述轴承机构包括：
第一轴承半壳(24)，所述第一轴承半壳(24)形成第一半圆柱形构件(25)；以及
第二轴承半壳(26)，所述第二轴承半壳(26)形成第二半圆柱形构件(27)，所述第二轴承半壳被组装到所述第一轴承半壳，以便形成圆柱形构件(14)，所述圆柱形构件包括：
外表面(15)；
内表面(16)；以及
至少一个端部(17)。
8.根据权利要求7所述的发动机总成，还包括：在所述圆柱形构件的所述至少一个端部设置的第一切口凹槽(37)，所述第一切口凹槽从所述圆柱形构件的所述外表面到所述内表面布置；在所述至少一个侧面设置的第二切口凹槽(39)，所述第二切口凹槽布置在所述至少一个侧面上并面向所述圆柱形构件的所述至少一个端部；以及从所述第二端部部分的所述外周面径向延伸的至少一个环形突出部(22)，所述至少一个环形突出部包括布置在所述至少一个环形突出部上并面向所述圆柱形构件的所述至少一个端部的第三切口凹槽(41)。
9.根据权利要求8所述的发动机总成，其中所述圆柱形构件的所述至少一个端部与以下特征部之一连通：
所述至少一个侧面；以及
所述至少一个环形突出部。
10.根据权利要求9所述的发动机总成，还包括与所述曲轴相关的至少一个通道(42)，其中所述通道的第一开口(43)横向于所述圆柱形构件的所述至少一个端部定位，并且所述通道的第二开口(44)定位在所述曲轴上。
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