CN104583620A - 低振动型浮动衬套轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低振动型浮动衬套轴承，从低转速区域至高转速区域发挥高定心效果，并能利用由此产生的振动抑制效果防止噪声产生。所述低振动型浮动衬套轴承通过进行内表面加工，在轴承孔的表面上，从轴心等角等方位地形成多个流体润滑条件不同的区域（通过改变轴的表面与轴承孔的内表面的间隙量，使狭窄流道和宽阔流道变动的区域），可以得到低转速区域中的定心效果并抑制高转速中的摩擦阻力上升，从而发挥高定心效果和噪声降低效果。

Description

低振动型浮动衬套轴承
技术领域
本发明涉及轴承的技术，具体涉及一种低振动型浮动衬套轴承（floating metal bearing）技术，通过进行内表面加工，在滑动轴承的轴承孔的表面上，从轴心等角等方位地形成多个流体润滑条件不同的区域，由此，从低转速区域至高转速区域发挥高定心效果，并能利用由此产生的振动抑制效果防止噪声产生。
背景技术
在现代工业中，轴承发挥的作用较大，成为决定商品的性能和精度的重要因素。其中，在高温下和高负荷状态下支持高速旋转的轴承，即使在严酷的条件下也必须维持一定的性能。轴承大体分为滑动轴承和滚动轴承，应根据使用条件和目的适当选择，但根据产品的需要，有时同一产品的同一部位上也会区分使用上述双方。
例如，汽车的内燃机使用的排气涡轮式增压器的涡轮轴的轴承，区分使用浮动衬套轴承和球轴承。尽管在摩擦等性能方面球轴承的优点更多，但是球轴承涡轮实质上需要的油量多，如果不在油路的班卓（banjo）螺栓内等设置节流孔以抑制油量，则会因油量过多产生各种问题。此外，由于涡轮的旋转速度会超过20万rpm且涡轮直接接触高温的废气（800～900℃），所以相比于自然吸气，油容易劣化，因此相比于油管理严格的球轴承，有时会选择浮动衬套轴承。此外，不论制造成本还是运行成本，浮动衬套轴承都更为经济。
此外，为了使排气涡轮式的涡轮增压器即使排气量小也能大幅提高输出，特别是与柴油发动机兼容性良好，所以最近组合小排气量化的汽油发动机和涡轮增压器的环保汽车，以及在抑制排气的柴油发动机上组合涡轮增压器的清洁柴油车等，与混合动力汽车和EV（电动汽车）同样开始受到重视。
因此，今后从环境和资源等社会现实考虑都迫切需要对成本和油管理等问题少的浮动衬套轴承进行改进，使其在性能方面具有与球轴承相似的摩擦特性和耐久性。可是，与球轴承相比，滑动轴承仍存在容易产生噪声等严重的问题。从高速滑动的物质去除噪声等不是马上能够解决的问题。针对所述问题，在滑动轴承的技术领域中，尽管利用浮动化的技术开发等实现了大幅改善，但是还不足以解决问题。
为了对应这种社会性需求，以往公开了各种技术方案。例如，以往公开了如下轴承结构：“在利用流体轴承将连接一对轮的转轴支承成能旋转的涡轮增压器的轴承结构中，通过抑制浮动衬套的旋转速度从而可以抑制转轴的旋转振动所引起的噪声产生”（参照专利文献1），以及与此相同的“在利用一对流体轴承将旋转轴支承成能旋转的轴承结构中，能够抑制旋转轴的旋转振动所引起的噪声产生”（参照专利文献2）。
所述专利文献1和专利文献2记载的发明都在抑制噪声产生这一目的方面，与本发明的降低噪声的目的相同。但是，在利用旋转产生的相对滑动从而在润滑流体膜上产生压力（动压），由此支承负荷的流体润滑方式的轴承中，由于动压作用于浮动衬套轴承的整个圆周，所以所述动压产生的衬套定心效果比本发明更弱。这是因为，即使从轴停止时开始旋转，由于流入流道的断面积小，所以不会产生大的流速差。此外，这些现有技术为了抑制旋转振动，采用了用于抑制浮动衬套旋转的结构（一个是润滑油，一个是外衬套），即，分别将内置转轴的浮动衬套在旋转的轴向上分开设置等，所以结构复杂，并且存在成本问题。
另外，作为其他的现有技术，以往公开有一种涡轮增压器的轴承机构，“在将涡轮轴借助向心轴承、推力轴承和衬套支承于轴承箱而构成的涡轮增压器中，在所述涡轮转子侧，利用轴承箱上保持的一个向心轴承支承转轴，在压缩机侧，在所述转轴与所述压缩机转子之间依次夹持第一衬套、固定在轴承箱上的推力轴承和第二衬套，在所述第一衬套上设置在所述转轴的外周面和所述推力轴承的内周面之间延伸的圆筒部，并在所述推力轴承的面向所述圆筒部的内周面上设置半月形油槽，从轴承箱侧的油孔借助推力轴承上设置的油孔向该半月形油槽供给润滑油”（参照专利文献3）。
可是，上述的涡轮增压器的轴承结构中，推力轴承、向心轴承、多个衬套以及空气的加压机构等部件的个数多，并且收纳上述部件的轴承箱也存在空间和成本问题。
此外，对于除去噪声的结构没有任何记载和启示。
因此，按照上述的现有技术，并没有对应解决今后对浮动衬套轴承所期望的社会性需求。
专利文献1：日本专利公开公报特开2008-190498号
专利文献2：日本专利公开公报特开2008-111502号
专利文献3：日本实用新型登录公报第2517541号
发明内容
因此，本申请的发明人在重新研究改变表面粗糙度和圆度等各种加工条件时，根据即便高精度的圆度特性和表面粗糙度特性得到提高仍然非常难以抑制噪声产生，即难以抑制成为所述噪声原因的振动产生的经验，在将轴承孔的内表面的圆度改变为多边形方式能否抑制振动产生这样的构思的指导下，对圆度进行各种改变并重复试验，从而完成了本发明。
本发明的低振动型浮动衬套轴承的特征在于，在滑动轴承中，通过进行内表面加工，在轴承孔的表面上，从轴心等角等方位地连续形成多个流体润滑条件不同的区域（通过改变轴的表面与轴承孔的内表面的间隙量，将狭窄流道和宽阔流道平滑连接的一个区域），从低转速区域至高转速区域获得高定心效果并抑制噪声产生。
此外，本发明在上述的低振动型浮动衬套轴承的基础上，所述等角等方位地贯穿设置的供油孔的数量为6个。
本发明的低振动型浮动衬套轴承通过进行内表面加工，在从轴心等角等方位的位置上，从轴心等角等方位地连续形成多个流体润滑条件不同的区域（通过改变轴的表面与轴承孔的内表面的间隙量，将狭窄流道和宽阔流道平滑连接的一个区域），从低转速区域至高转速区域发挥高定心效果，并不易引起不规则振动和自激振动，所以能够发挥抑制由上述振动引起的噪声产生的优良效果。
此外，按照本发明的低振动型浮动衬套轴承，能作为滑动轴承发挥与球轴承相似的摩擦特性和耐久性良好的功能，同时不需要球轴承等所必要的油压控制和管理以及其他特殊部件。
利用所述定心效果，在开始旋转的同时始终朝向轴心作用有动压，从而发挥抑制摆动的效果。其结果，相比于现有的圆形彼此构成的一般的浮动轴承，降低了旋转阻力。
附图说明
图1是本发明的浮动衬套轴承的简要说明图。
图2是表示本发明的轴承孔的内表面形状的圆度结果（1）。
图3是表示本发明的轴承孔的内表面形状的圆度结果（2）。
图4是表示本发明的轴承孔的内表面形状的圆度结果（3）。
图5是表示本发明的轴承孔的内表面形状的圆度结果（4）。
图6是表示本发明的轴承孔的内表面形状的圆度结果（5）。
图7是表示用于降低振动的基本构思的说明图。
图8是说明本发明的润滑状态的斯特里贝克曲线的坐标图。
图9是本发明的定心功能说明图。
附图标记说明
10  低振动型浮动衬套轴承
20  供油槽
30  供油孔
40  轴承孔
S1  定心作用
S2  定心作用产生的摩擦减少部分
A   边界润滑区域
B   混合润滑区域
C   流体润滑区域
P   动压
具体实施方式
本发明的最大特征在于，进行表面加工，通过改变轴的表面与轴承孔40的内表面的间隙量，反复出现狭窄流道和宽阔流道。另外，以下将所述间隙的最狭窄部分称为“最窄部”，将最宽阔部分称为“最宽部”。
图1是说明本发明的低振动型浮动衬套轴承10的概要的说明图。图1的（a）为立体图，图1的（b）为俯视图和单侧断面图。
如图1所示，低振动型浮动衬套轴承10从外表观察时，与一般的浮动衬套没有区别。在外周边缘中心上，等角等方位地设有多个供油孔30。另外，虽然没有图示，但环设供油槽并在该供油槽上设置该供油孔30也是有效的。另外，虽然图1表示了6个供油孔30，但不限于该数量，只要能够发挥作为本发明要点的、由轴承孔40的内径表面形状所产生的效果，则没有特别限定。此外，供油孔30的数量也不受供油孔30的断面积和其他因素的影响。
图2至图6是本发明的轴承孔40的内表面的圆度的测量结果。此外，图2是外周边缘中心的圆度的测量结果，具体表示了从单侧端面向内侧进入4.13mm的位置上的测量结果。
图3是端面附近的测量结果，具体表示了从单侧端面向内侧进入0.88mm的位置上的测量结果。另外，关于相反端面的圆度，由于和图3的结果基本相同，故省略说明。
另外，图2至图6的测量倍率都是2000倍。
图2和图6所绘的曲线如JIS B7451所示，最内侧的圆表示最大高度，最外侧的圆表示最大深度，其间所示的圆表示圆度的平均值。最大高度至最大深度为止的圆度在图2中为4.87μm，在图3所示的端面附近为3.83μm。
另外，所述试验数据使用的衬套轴承上，设有6个供油孔30。不过，如上所述不限于此。
图4是追求圆度的测量结果，圆度为1.28μm。可知圆度明显高于其他的图。但是，振动计的测量中并没有出现特别的振动衰减倾向。
图5是为获得圆度混乱的状态而特意准备的测量结果，在一般的产品中是不能达到品质保证的品质基准的不良品水平。但是可知，对振动和噪声等问题的影响较小。
图6表示了在等角等方位分割中成为最大分割的三角形状，相隔120度并设置动压产生点时的圆度。所述情况也和上述同样，抑制了振动的产生。
另外，对于分割数，设置为六角形状的结构有益于抑制振动产生。
图7是表示用于降低振动的基本构思的说明图。图7的（a）的纵轴表示振动数（G），横轴表示算术平均粗糙度（Ra）。坐标图上部的圆形印记平移变化表示了即使表面粗糙度提高，也没有影响成为噪声原因的振动。左侧的表面的Ra为0.06，右侧的Ra为0.4附近。
另一方面，可知坐标图左侧的纵轴的改变、即振动的增减为随着由○形状的圆度高的○形状变化为多边形化，振动减少。
图7的（b）表示了随着○形状中的圆度和表面粗糙度提高、振动反而增加的现象。左上为圆度0.8μm以下，右下为圆度2.5至4μm。
图8是为了说明本发明的低振动型浮动衬套轴承10的润滑状态，而利用通常的斯特里贝克曲线的坐标图。图8中的实线描绘的坐标线，是为了说明相对运动的两个面之间的润滑状态而通常使用的斯特里贝克曲线，点划线描绘的坐标线是以试验结果为依据的虚拟曲线，表示本发明的低振动型浮动衬套轴承10的润滑状态。
由于本发明的低振动型浮动衬套轴承10可以降低振动，从而可以降低振动所产生的流体摩擦，摩擦阻力也应当减少相应的差额部分，所以S2表示了存在所述减少部分。此外，可以认为能发挥后述的作为本发明效果的定心性（自定心功能），并且由于伴随旋转的动作流体产生的动压作用于整个圆周，所以可以认为从停止时的边界润滑区域A向混合润滑区域B，进而向流体润滑区域C的转移也在低转速区域进行，S1表示了所述定心作用的存在。
图9是作为本发明效果的定心性（自定心功能）的说明图。图9的（a）是楔形间隙中的根据雷诺方程产生的压力分布，图9的（b）表示将其配置在圆周边缘部时，由于因旋转产生的压力均等作用因而始终朝向中心的压力相等，从而产生抑制振动的作用。以上表示了作为本发明效果的定心功能。

Claims (2)

1.一种低振动型浮动衬套轴承，其特征在于，
在滑动轴承中，
通过进行内表面加工，在轴承孔的表面上，从轴心等角等方位地连续形成多个流体润滑条件不同的区域（通过改变轴的表面与轴承孔的内表面的间隙量，将狭窄流道和宽阔流道平滑连接的一个区域），
从低转速区域至高转速区域获得高定心效果并抑制噪声产生。
2.根据权利要求1或2所述的低振动型浮动衬套轴承，其特征在于，所述等角等方位地贯穿设置的供油孔的数量为6个。
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