CN102537022A - 一种发动机连杆大头轴承结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机连杆大头轴承结构，包括对合连接的上轴瓦和下轴瓦，上轴瓦和下轴瓦均具有用于对合连接的支耳，支耳上具有连接孔，其特征在于，所述上轴瓦和下轴瓦上均具有连通其内壁和外壁的油孔，所述油孔位于上轴瓦或下轴瓦的内壁出口处设置有以轴承内孔轴向为长度方向的矩形油槽，在轴承内壁180度位置的矩形油槽的周边还设置有一圈微造型结构，所述微造型结构指均匀分布在轴承内壁上的多排等距平行设置的微型凹槽。本发动机连杆大头轴承中，通过增设微造型，就能够提高滑动轴承油膜的承载能力，减少了摩擦，提高了轴承的使用寿命。

Description

一种发动机连杆大头轴承结构

技术领域

本发明涉及一种发动机连杆，尤其是一种发动机连杆大头轴承结构。

 

背景技术

发动机作为一种动力源，已广泛运用于交通、农业耕种、军事、筑路、采矿等多个行业，在国民经济中占据着重要的地位。为实现发动机的动力驱动作用，燃料燃烧所产生的能量必须通过活塞连杆组、曲轴等传动机构才能对外做功，而在动力传递过程中必然伴随有机械功率损失，如摩擦损失和热损失等，从而致使燃料能量不能被充分利用。摩擦损失不可避免，据资料表明全世界工业部门所用能源中约有1/3-1/2以各种形式消耗在机件的摩擦上，包括发动机在内的机械设备的磨损给工业国家带来的经济损失可达国民生产总值的2%-8%。发动机中的摩擦损失主要有活塞-缸套和活塞环-缸套的摩擦损失、轴承及气门机构的摩擦损失等。其中，发动机连杆大头轴承处的摩擦磨损，对发动机性能影响尤为严重。

所述发动机连杆大头轴承是一致在滑动摩擦下工作的轴承，该轴承在使用时，一般需要采用润滑油进行润滑。在液体润滑条件下，轴承的表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减少摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但现实中由于载荷的剧烈变化很容易破坏油膜的承载能力而发生轴与轴承内表面磨损，致使轴承失效，降低了其使用寿命。

 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够提高轴承油膜承载能力，降低摩擦，延长轴承使用寿命的发动机连杆大头轴承结构。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种发动机连杆大头轴承结构，包括对合连接的上轴瓦和下轴瓦，上轴瓦和下轴瓦均具有用于对合连接的支耳，支耳上具有连接孔，其特征在于，所述上轴瓦和下轴瓦上均具有连通其内壁和外壁的油孔，所述油孔位于上轴瓦或下轴瓦的内壁出口处设置有以轴承内孔轴向为长度方向的矩形油槽，在轴承内壁180度位置的矩形油槽的周边还设置有一圈微造型结构（所述180位置是指以轴承内壁顶部为0度原点旋转180度的位置，即指轴承内壁最下方处），所述微造型结构指均匀分布在轴承内壁上的多排等距平行设置的微型凹槽。其中，所述微型凹槽的面积为0.04mm²，微型凹槽的深度为0.2mm，所述微型凹槽之间的相邻间距为0.2mm。作为进一步优化，矩形油槽一侧的微造型结构宽度大于另一侧宽度。

本发明的发动机连杆大头轴承使用时，转轴转动过程中，附着在转轴外表的油液会产生向外的离心力，在轴承内壁设置微造型后，微型凹槽的机构会对油液的离心运动提供更大的反向的约束效应，进而提高了对转轴的承载能力。另外，设置的矩形油槽，有储油作用，利于油液扩散到转轴周边；微造型设置于轴承内壁180度位置的矩形油槽的周边，该位置设置的矩形油槽利于对微造型中油液进行补充，同时微造型位于该处后，微造型对转轴产生的反向压力能够将转轴重力进行抵消，进而利于提高转轴的转动平衡，提高对转轴承载能力，提高转轴转动灵活性。方案中若干并列设置的微型凹槽，形成微造型，会产生多个连绵的压力峰，提高承载力，大大减少摩擦副表面间的接触，避免润滑失效。

所以本滑动轴承中，通过增设微造型，就能够提高滑动轴承油膜的承载能力，减少了摩擦，提高了轴承的使用寿命。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中微造型处的放大示意图。

图3为图1中去掉上轴瓦后的俯视图。

图4为采用软件模块建立的油膜-轴承套的CFD-FSI模型，显示压力峰的模型示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1和图2所示，一种发动机连杆大头轴承结构，包括对合连接的上轴瓦1和下轴瓦2，上轴瓦1和下轴瓦2均具有用于对合连接的支耳3，支耳3上具有连接孔4，所述上轴瓦1和下轴瓦2上均具有连通其内壁和外壁的油孔5，所述油孔5位于上轴瓦或下轴瓦的内壁出口处设置有以轴承内孔轴向为长度方向的矩形油槽6，矩形油槽深度为2mm，在轴承内壁180度位置的矩形油槽的周边还设置有一圈微造型结构，所述微造型结构指均匀分布在轴承内壁上的多排等距平行设置的微型凹槽7，所述微型凹槽7的面积为0.04mm²，微型凹槽7的深度为0.2mm，所述微型凹槽7之间的相邻间距为0.2mm。实施时，微造型可以通过激光设备进行设置。

为了验证本发明效果，申请人采用商业软件ANSYS 12.1中的Geometry模块建立了轴承的三维实体模型，采用其中的ICEM模块建立了轴承的有限元模型，单元类型分别为3D 8节点流体单元和3D 8节点固体单元，网格密度（径向×轴向×周向）为：油膜3×30×240，轴承套11×30×240。对于各组有限元模型，均施加如下边界条件：油膜内圆柱表面施加旋转壁面（Rotating Wall）边界条件，转速为2750 r/min（绕-Z轴），外圆柱表面施加无滑移流固耦合面边界条件，油膜两个端面时间开放（Opening）边界条件，环境压力为0（相对压力）；计入气穴现象的影响，整个油膜区域采用了Reynolds边界条件；轴承套外圆柱表面施加固定约束边界条件，内圆柱表面施加耦合面边界条件。对于油膜-轴承套组成的CFD-FSI模型，分别采用ANSYS CFX求解器和ANSYS求解器对油膜区域和轴承套区域的控制方程进行求解，求解器间的数据传递通过流固耦合面完成，求解采用双向同步耦合求解方式，收敛精度设置为1×10-5，所有求解过程均利用ANSYS软件实现，根据ansys分析求得微造型在轴承的180度位置将会得到最大的压力值（如图4所示），不需要内部表面全部做出微造型（全做出后轴承的强度反而会降低）。但由于润滑的阶梯效应微造型承载压力不会正好在180度的位置，因此轴承油槽两边的微造型宽度不一致，故作为优化，矩形油槽一侧（指顺转轴转动方向的前侧）的微造型结构宽度大于另一侧宽度时，轴承承载效果更佳。

实施时，申请人再次通过实验实际对比证明，当未设置微造型结构时，其摩擦系数较高测试数据为轴承转动速度为0.3m/min时，摩擦系数为0.125；轴承转动速度为0.5m/min时，摩擦系数为0.15；轴承转速为0.7m/min时，摩擦系数为0.175。当设置了如上的微造型后，其摩擦系数降低，实验数据为轴承转动速度为0.3m/min时，摩擦系数为0.105；轴承转动速度为0.5m/min时，摩擦系数为0.075；轴承转速为0.7m/min时，摩擦系数为0.085。由此可知本发明的确能够显著地提高轴承油膜承载能力，提高轴承使用寿命。

Claims (4)

1. 一种发动机连杆大头轴承结构，包括对合连接的上轴瓦和下轴瓦，上轴瓦和下轴瓦均具有用于对合连接的支耳，支耳上具有连接孔，其特征在于，所述上轴瓦和下轴瓦上均具有连通其内壁和外壁的油孔，所述油孔位于上轴瓦或下轴瓦的内壁出口处设置有以轴承内孔轴向为长度方向的矩形油槽，在轴承内壁180度位置的矩形油槽的周边还设置有一圈微造型结构，所述微造型结构指均匀分布在轴承内壁上的多排等距平行设置的微型凹槽。

2.如权利要求1所述的发动机连杆大头轴承结构，其特征在于，所述微型凹槽的面积为0.04mm²。

3.如权利要求1所述的发动机连杆大头轴承结构，其特征在于，所述微型凹槽的深度为0.2mm。

4.如权利要求1所述的发动机连杆大头轴承结构，其特征在于，所述微型凹槽之间的相邻间距为0.2mm。

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