CN103797253A - 带凸缘的铜合金衬套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带凸缘的铜合金衬套，其设置有至少一个滑动轴承（1）和呈凸缘形式的至少一个轴向轴承（2）；滑动轴承（1）至少包括布置在侧部区域（6）中的第一凹部（4）和第二凹部（4’）；轴向轴承（2）包括布置在第一位置（12）的至少一个可变形突起部（3）、相邻空间（5）、应力减轻区域（7）、刚性突起部（8）和配合表面（10）。轴向轴承（2）能够利用如下方式而与滑动轴承（1）成为一体：使可变形突起部（3）的配合表面（10）与第一凹部（4）相关联，可变形突起部（3）占据第二位置（12），第二位置（12）相对于第一位置（11）显现出塑性变形（ΔX）；以及同时使刚性突起部（8）与固定的凹部（4’）相关联。

Description

带凸缘的铜合金衬套

技术领域

本发明涉及在内燃机上使用的带凸缘的铜合金衬套，该铜合金衬套设有滑动轴承，滑动轴承利用发生塑性变形的固定装置与轴向轴承联接。

背景技术

由于对更高燃烧压力的需要，而更高的燃烧压力造成在换挡时需采用更大的力来闭合离合器并且因此导致对内部轴向轴承产生更大的反作用力，所以柴油发动机和奥托（Otto）发动机不得不增大曲轴盘的表面上的轴向负荷。结果，使用凸缘的滑动轴承上的轴向反作用力也将经受负荷增大，如果产品不具有先进特性，则产品寿命将受损。

将不同的材料安装在滑动轴承和轴向轴承上的可能性有利于其应用并且延长了组件的使用寿命。这种类型产品的使用受制造发动机的公司的理念影响，这些公司可能选择利用作为一体件的带有刚性凸缘的铜合金衬套，并且还可能利用安装有凸缘的铜合金衬套（凸缘固定到铜合金衬套或柔性木质衬套上）而与滑动轴承完全分离的止推垫圈（纯粹为轴向轴承），由此获得适应变形、加宽和安装以及内燃机的典型振动的益处。

此外，为了确保支托垫圈固定到铜合金衬套上，需要在保持支托垫圈具有柔性且无刚性构件的同时使其在三个方向上受限制，从而使支托垫圈适应机器所特有的扭曲和振动。第一限制（旋转限制）承受曲轴的支托盘和轴向轴承的滑动表面之间的摩擦（摩擦转矩）所产生的应力。第二限制（径向限制）防止凸缘完全分离而落到驱动轴上。第三限制是轴向的并且承受驱动轴的振动应力。所有这些限制应当确保在组装机器之前的运送期间或在其使用寿命期间凸缘不分离。

提出了各种类型的固定方式，诸如焊接、胶粘、压挤和弹性固定。因为由微小几何尺寸引起的高制造成本以及不适当加工，它们在制造上受抑制。借助铜合金衬套的几何尺寸且利用永久变形的组装工序不需要特殊的安装设备，仅需要轴向安装力，轴向安装力本身使具有匹配几何尺寸的壳体内的固定元件变形，这有利于在降低成本的同时实施生产工序。

在下文所引用的专利文献中描述了能够引用的现有技术的几个实例。

专利文献US4076342涉及一种凸缘，凸缘在隐藏侧的内径具有较薄部分，较薄部分被容纳在铜合金轴承的背部的通道中，从而确保轴向上的固定。固定设备具有位于凸缘端部处的两个突起部以及形成在铜合金轴承中的两个凹部。当采用径向安装时，铜合金轴承变形并且使端部处的凹部容纳凸缘突起部，从而装配到薄凸缘部分的通道中。

专利文献US4533261涉及沿铜合金衬套的径向安装凸缘，并且安装工序是铜合金衬套的刚性与凸缘的刚性的相互作用。凸缘具有靠近端部的两个间隔开的突起部，突起部设有凸棱，凸棱用于在与（采用铜合金衬套上的钩部形式的）凹部的配合下固定部件。在弹性阶段，如果为卡扣式安装，则利用铜合金衬套和凸缘这两个元件来工作，因为如果有人将凸缘突起部确实地按压到铜合金衬套的凹部上，则凸缘和铜合金衬套两者均退避并且使突起部能装配到凹部中。

专利文献GB2210113涉及一种将凸缘沿径向安装在铜合金衬套上的方案，其中第一装配突起部是中央突起部，并且利用铜合金衬套的弹性变形，使凸缘端部处的其它点装配到位于端部处的配合凹部中，配合凹部可以为燕尾形的、被斜截的或开槽的并且是在对铜合金衬套进行冲压时形成的。

专利文献GB2225392涉及这样一种方案：仅具有一个凸缘固定突起部，该凸缘固定突起部位于中央，轴向地安装，并且通过对铜合金衬套一侧的穿孔动作而以塑性方式进行锁定。突起部具有在冲压时形成的侧倒角，侧倒角用作支撑件以接纳铜合金衬套的塑性变形材料、穿过穿孔、靠近突起部，且位于铜合金衬套一侧。

专利文献GB2225393涉及一种恰如专利GB2225392的方案，但是具有从平面伸出的多于一个突起部，从而使得在形成曲轴的内圆角半径时被加工的材料最少。

专利文献GB2241752涉及这样一种方案：凸缘具有突起部，突起部变形到衬套的凹部中，衬套的凹部进而经受外部作用，使衬套区域中的凸缘突起部侧的材料敞开，从而将凸缘突起部固定。

专利文献US5114246涉及一种将凸缘沿轴向安装到铜合金衬套上的方案。止推垫圈利用突起部和铜合金衬套上的凹部之间的配合安装到铜合金衬套上。在将突起部插入到凹部中之后，突起部被压挤以固定凸缘。

专利文献EP0515657涉及这样一种方案：凸缘固定到铜合金衬套是利用一个固定突起部的塑性变形来实施的，固定突起部穿过在曲轴半径的逃逸凹部区域中央位于铜合金衬套侧的槽，突起部的在凹部中保持露出的部分被压挤，这防止凸缘沿径向分离。该设计对曲轴半径造成极大危险并且可能刮蹭曲轴半径，从而损坏组件。防止凸缘的旋转移动是利用固定在铜合金衬套的凹部中的非可变形的刚性突起部来实现的，凹部能够敞开或者呈槽的形式。

专利文献DE4041557涉及这样一种方案：利用铜合金衬套的弹性变形进行径向安装，从而能引入钩形凹部，钩形凹部与铜合金衬套上的凹部卡合。

专利文献PI0703980-8提供了一种方案，利用径向轴承的弹性变形进行径向安装，径向轴承能够附接、装配或者甚至安装，使指定的弹性固定爪在铜合金衬套侧能做相对移动，弹性固定爪为内径的延伸部且在滑动轴承上具有对应配合的几何形状的凹部。

为了更好的理解，以下根据安装特性或固定类型列举所引用的专利文献。

表1-用于安装凸缘的技术方案

如以上所展示的，对于凸缘安装的方案存在多种构思，许多构思的精确度依赖于几分之一角度以确保固定或者甚至依赖于最低十分之几毫米（以具有相同功能）。

在所提供的大多数文献中，所提供的锁定元件损害组件的寿命，这是因为这些锁定元件薄且可能会断裂，或者由于元件的柔性大导致它们甚至不能被生产。诸如焊接和胶粘等其它方案也用于固定，但是这样的方案使得系统非常有刚性，而失去了凸缘相对于铜合金衬套具有柔性的益处。

然而，能够看出，现在的方案提供了由轴向轴承和滑动轴承构成的铜合金衬套，其中轴向轴承利用塑性变形与滑动轴承卡合，而不会损害凸缘固定元件的一体性，这是因为固定元件的塑性变形是在目前制造工序中可行的几何形状和尺寸之内制造的。

发明内容

发明目的

因此，本发明的目的是提供收容滑动轴承的带凸缘的铜合金衬套，并且铜合金衬套或衬套可以使人能安装呈凸缘形式的至少一个轴向轴承，所述轴向轴承能够附接、装配或者甚至安装，从而使塑性固定爪能相对于彼此做相对移动，塑性固定爪在本文被指定为可变形突起部并且为内径的延伸部，并且滑动轴承上具有对应的配合几何形状的凹部。

本发明的另一目的是能在轴向轴承和滑动轴承之间安装不同的材料。因此，能够将聚合物凸缘安装在金属复合物的滑动轴承上，或者反之亦然，两种情况均具有适于应用的摩擦特性，从而有助于机器的技术发展。

发明内容

本发明的目的是利用如下铜合金衬套来实现的：其设置有滑动轴承和呈凸缘形式的至少一个轴向轴承，所述滑动轴承至少包括布置在侧部区域中的第一凹部和第二凹部，轴向轴承包括至少一个可变形突起部、至少两个相邻空间、至少两个张力减轻区域以及一个刚性突起部，可变形突起部包括配合表面并且布置在初始位置，滑动轴承和轴向轴承利用可变形突起部与第一凹部的卡合以及刚性突起部与第二凹部的卡合而相关联。可变形突起部经受塑性变形，从而在与第一凹部相关联之后占据最终的第二位置。

通过所附图的实例和详细说明将更佳地理解本发明的上述特性以及其它特征。

附图说明

现在将参照附图中所展示的实施例来更加详细地说明本发明。附图显示：

图1是设置有弹性固定装置的现有技术的带凸缘的铜合金衬套的示意图；

图2是根据本发明的带凸缘的铜合金衬套的实施例在其部件之间关联之前的示意图；

图3是轴向轴承的突起部在与滑动轴承的凹部关联之前的示意图；

图4是图2中的细节“A”在部件之间关联之后的示意图；

图5是本发明的带凸缘的铜合金衬套的可行实施例在其部件之间关联之前的示意图；

图6是图5中所示的带凸缘的铜合金衬套在其部件之间关联之后的示意图；

图7是图6中所示的铜合金衬套的细节“B”的示意图；

图8是可变形突起部的安装的塑性变形的实例的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种用在内燃机上，尤其用在曲轴上的带凸缘的铜合金衬套100。这种使用是由于如下事实：当车辆在运动中或者变速时，变速器借助离合器保持与电动机相连，离合器实质上使用曲轴作为支撑点来促进发动机与变速器的脱离从而能够换挡，该脱离是由于车辆离合器上的踩踏引起的。此时，曲轴经受大的轴向应力，应力反映到轴向轴承上，轴向轴承也称为凸缘。

提出本发明的带凸缘的铜合金衬套100是为了使可动部件能完美运作，使得摩擦最少并且确保相对于传递力的移动。

然而，在描述本发明的带凸缘的铜合金衬套100之前，应当将其与在现有技术中所提出的方案进行区分，现有技术的方案代表了能够承受由曲轴引起的所述轴向移动而不分离的带凸缘的铜合金衬套200。

为此目的并且能够从图1中看出，现有技术的带凸缘的铜合金衬套200包括设有弹性突起部30的轴向轴承20和设有用于接纳弹性突起部30的凹部40的滑动轴承10。

带凸缘的铜合金衬套200的最终构造是通过将轴向轴承200安装在滑动轴承10上来实现的。这种安装是借助如下过程而进行的：突起部30弹性变形而穿过凹部40的梯形，然后突起部30放松，从而返回到原始的非变形状态，并且被装配到凹部40中且能拆卸。该安装仅因为突起部30具有能经受应力并且返回至其初始位置（即，允许突起部能经受弹性或弹力变形，也称为弹簧效应）的特性而能实现。

本发明的目的趋于利用带凸缘的铜合金衬套100来解决如何抵抗由于曲轴的移动引起的轴向应力的问题，带凸缘的铜合金衬套以这样类型的固定来提供：轴向轴承的突起部在安装过程中变形，并且在安装到滑动轴承上之后不返回到初始位置，也就是说，占据新的位置，即最终位置。初始位置和最终位置之间的差别为塑性变形ΔX，其范围可为从0.1mm至2.0mm并且优选地为从0.1mm至1.0mm。作为实例，图8示出的突起部30的塑性变形ΔX为大约0.14mm的值。

图2示出了本发明的带凸缘的铜合金衬套100的一个第一可行实施例，该铜合金衬套100主要包括滑动轴承1和轴向轴承2。该图示出安装前的位置，即，在可变形突起部30插入到固定凹部4中之前的位置。

从图2中能够进一步看到，滑动轴承1在每一侧具有布置在侧部区域6或厚度中的三个凹部，其中在每一侧，两个凹部为倾斜的凹部4并且一个凹部为固定的凹部4’。固定的凹部4’具有类似于斜方形（具有倾斜的侧壁）的形状，其中每个凹部4’均设有两个倾斜的侧壁，一个壁和底部之间的角度在100°至170°的范围内，优选地为135°的角度，并且另一侧壁和底部之间的角度在15°至60°的范围内，优选地为45°的角度。

在图2中还可以观察到，轴向轴承2具有可变形固定突起部3，突起部3是通过去除其周围的除了底部之外的材料而形成的，底部使突起部3保持为轴向轴承2的一部分。仅仅是类似于手指的构想元件，突起部3的几何形状旨在确保其具有塑性作为所采用材料的功能。另一方面，相邻空间5为这样的区域：突起部3按在工件设计中限定的测量值变形，从而在材料的流动限值内流动由此占据新的位置，而不会达到所采用材料的断裂限值。相邻空间5也将在维修时用于轴向轴承2的退避。安装可变形的突起部3而向空间5中的变形是通过外力F来实现的，如图3所示。

利用在技术文献中已知适用于该目的的与可变形固定突起部3相邻且为突起部3赋予塑性的应力减轻圆形表面7，来使在可变形突起部3的底部处由安装的变形所引起的应力最小。轴向轴承2的可变形固定突起部3在轴承的内径之前的端部处还具有斜截面或表面10，在安装时，斜截面或表面10与由滑动轴承1的止挡件9形成的表面配合。具有止挡件9的倾斜凹部4成形为类似于斜方形，以使两个可变形固定突起部3的端部处的表面10借助于几何形状的相似性来配合从而进行固定。轴向轴承2沿轴向的固定是通过用止挡件9保持表面10来确保的。

图3示出设有两个侧壁的倾斜凹部4中的一个倾斜凹部的细节，其中一个壁具有在15°至60°的范围内的较小角度并且用作卡住轴向轴承2的可变形突起部3的止挡件，并且另一个壁具有在100°至170°的范围内的较大角度并且在经受塑性变形时起到辅助可变形突起部3的作用，从而占据与安装前的位置不同的位置。在安装期间，两个壁的构造连同表面10一起使得止挡件9卡住可变形突起部3。

凹部4具有防止轴向轴承2和滑动轴承1沿方向X（旋转）、Y（轴向）和Z（径向）方向解除的功能。该防止功能是由于止挡件9具有适用于该功能的角度的形式而实现的。该角度形式具有与位于可变形固定突起部3的端部处的表面10的几何形状配合的几何形状。

一旦凹部4和可变形突起部3匹配，则它们彼此配合，使得轴向轴承2与滑动轴承1卡合，从而防止这两者彼此分离。该防止功能是由于止挡件9具有适用于该功能的角度的形式而实现的。该角度形式具有与位于可变形固定突起部3的端部处的表面10的几何形状配合的几何形状，如图4所示。

应当提醒的是，轴向轴承2和滑动轴承1的固定在三个主要方向上进行：轴向、径向和旋转方向。轴向固定是由止挡件9、由斜截面10的几何形状配合以及还由固定凹部4’和固定突起部8来促成的。在径向上，固定通过如下方式来进行：使倾斜凹部4和可变形突起部3分别沿着铜合金衬套和滑动轴承的180度排布而使得止挡件9与解除移动相背离。在旋转方向上，利用对突起部3的剪力的截面抵抗以及利用斜截面10和止挡件9的相配合的几何形状的压挤来防止上述解除。应当注意，对于每个滑动轴承1，安装两个轴向轴承2，在每个侧部区域6中各安装一个轴向轴承2。

图5进而示出安装之前的带凸缘的铜合金衬套100，但是该带凸缘的铜合金衬套100具有至少一个轴向轴承2以及滑动轴承1，轴向轴承2包括分组为两组的至少四个可变形突起部3，滑动轴承1具有也分组为两组的至少四个倾斜凹部4且设有止挡件9和至少两个固定凹部4’，在滑动轴承1的每个侧部6各有一个固定凹部4’。对于该实施例，倾斜凹部4可以具有梯形的形状并且在其较大底部的中央部分中存在梯形突起部13，梯形突起部13在安装过程中用作可变形突起部3的滑动部分。

图6示出安装之后的带凸缘的铜合金衬套100，其中，如第一实施例中所描述的，可变形突起部3在受到力F作用（如图3所示）时能够变形，滑动到倾斜凹部4的倾斜壁上并且被止挡件9固定，从而使轴向轴承2在轴向、径向、旋转方向这三个主要方向上强制性地固定到滑动轴承1上。在变形之后，可变形突起部的塑性变形ΔX在0.1mm至1.0mm的范围内（在图8中能够观察到这样的实例）。

图7示出图6中所示的细节“B”，突起部3已经变形并且处于最终位置12，该位置不同于安装之前的初始位置11。

应当注意的是，滑动轴承1和轴向轴承2两者可由相同材料、不同材料制成，或者甚至可具有不同材料的多层，例如以下材料：塑性树脂、环氧树脂、包含氟化物或含氟聚合物的材料。

本发明的巨大优势在于促进了轴向安装，而不引入与焊接或冲压材料的工序相关联的有害于使用寿命和疲劳的残留应力，从而有利于制造工序且降低了安装成本。

止挡件9和表面10之间的完美调节由于它们的相似性而进行，从而相配合以防止凸缘2沿方向X、Y和Z从铜合金衬套1解除。

下文描述了安装轴向轴承2与滑动轴承1的顺序，遵从这些步骤：

（I）轴向轴承2处于自由位置，一组固定突起部3具有3.0mm的初始间距（如图8所示）；

（II）使可变形突起部3经受外力F（参见图3），滑动到倾斜凹部3中，从而占据最终位置12；

（III）使带有止挡件9的倾斜凹部4接纳已经变形的塑性突起部3，止挡件9具有配合性的几何形状；

（IV）使安装在倾斜凹部4中的轴向轴承2和塑性突起部3到达最终位置12，由于塑性特性而经受在0.1mm至1.0mm的范围内的塑性变形ΔX。

因此，显然带凸缘的铜合金衬套100提供了有利于滑动轴承制造工序的方案，该制造不同于涉及的工件，该涉及的工件在第三可能地点在两个工序结束时独立地接合。因此，在工序、材料和制造地点的选择方面提供了灵活性，这带来了更佳的成本/利润和更大的社会收益。本发明能进行轴向轴承2的维护，这是因为本发明的拆卸和安装不会对任何部件造成损坏，使得产品对于最终用户更有益。

已经描述了优选的实施例，应当理解到，本发明的范围涵盖了其它可能的变型例，并且本发明的范围仅由包含可行等同内容的随附的权利要求书的内容限定。

Claims (12)

1.一种带凸缘的铜合金衬套，其设置有至少一个滑动轴承（1）和呈凸缘形式的至少一个轴向轴承（2）；所述滑动轴承（1）至少包括布置在侧部区域（6）中的第一凹部（4）和第二凹部（4’）；所述轴向轴承（2）包括刚性突起部（8）、配合表面（10）和布置在第一位置（12）处的至少一个可变形突起部（3）；所述带凸缘的铜合金衬套的特征在于，所述轴向轴承（2）能够利用如下方式而与所述滑动轴承（1）成为一体：使所述可变形突起部（3）的配合表面（10）与所述第一凹部（4）相关联，所述可变形突起部（3）占据第二位置（12），所述第二位置（12）相对于所述第一位置（11）显现出塑性变形（ΔX）；以及同时使所述刚性突起部（8）与固定的凹部（4’）相关联。

2.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，所述塑性变形（ΔX）在0.1mm至1.0mm的范围内。

3.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，所述可变形固定突起部（3）为塑性元件。

4.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，倾斜的所述凹部（4）设置有梯形的突起部（13）。

5.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，一个或多个刚性突起部（8）在旋转应力的周向上支撑所述轴向轴承（2）。

6.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，所述可变形固定突起部（3）和刚性突起部（8）布置为与各自的凹部（4，4’）相等地成角度。

7.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，至少两个可变形固定突起部（3）在15°和60°之间的范围内与端部间隔开。

8.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，设有在安装时接纳所述可变形固定突起部（3）的变形的空间（5）。

9.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，止挡件（9）相对于所述凹部（4）的底部的角度在30°至60°的范围内。

10.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，在侧部（6）具有凹部（4），所述凹部（4）具有与所述可变形固定突起部（3）的几何形状配合的几何形状。

11.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，所述可变形固定突起部（3）的端部处具有配合的几何形状（10）。

12.根据权利要求1所述的带凸缘的铜合金衬套，其特征在于，在所述滑动轴承（1）的180°处设有至少2个凹部（4）以及在所述轴向轴承（2）上设有相应的可变形固定突起部（3）。

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