CN105570305B - 一种轴瓦以及轴瓦的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴瓦以及轴瓦的加工方法，轴瓦的内表面具有微孔结构，所述微孔结构沿所述轴瓦的旋转方向，自始端开始，其深度具有增加的趋势。微孔结构沿轴瓦的旋转方向，自始端开始，具有深度增加的趋势，即微孔结构的底部沿润滑油的流动方向，深度会增加，而润滑油具有朝向更深处流动的趋势，故可保证润滑油向微孔结构底部流动，保证动压效应的发挥；而且，随着润滑油的增加，会形成明显的堆积作用，最终沿微孔结构前方的边缘强制溢出，形成挤压效应，使得微孔结构的动压效应更为明显，油膜流动性增强，从而进一步提高轴瓦润滑性能和承载能力、可靠性。

Description

一种轴瓦以及轴瓦的加工方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种轴瓦以及轴瓦的加工方法。

背景技术

轴瓦，作为一种滑动轴承广泛应用于发动机中。轴瓦通常与曲轴轴颈等组成滑动摩擦副。

请参考图1，图1为一种典型的轴瓦结构示意图；图2为图1中I部位的局部放大示意图；图3为图2的A-A向剖视图。

该轴瓦10包括金属瓦背101、位于金属瓦背101内表面的减摩合金层102，并且在减摩合金层102的内表面设有微孔结构102a，“内”即靠近轴颈的一侧。如图1所示，减摩合金层102的内表面设有若干阵列的微孔结构102a。

现有的发动机轴瓦10，从微观上看轴瓦10的内表面通常为光滑表面，然而，由弹流理论以及仿生研究可知，摩擦副表面不是越光滑越好，摩擦副表面过于光滑，当表面贫油时，难以形成油膜，从而形成边界摩擦甚至干摩擦，加快磨损，使轴瓦10失效。

图1中，在轴瓦10的内表面设置微孔结构102a，当摩擦副中轴颈转动时，轴瓦10内表面的微孔结构102a会形成收敛缝隙流体膜层，使每一个孔都像一个微动力滑动轴承，即一个表面在一个多孔表面上滑动时，会在微孔的上方及其周边产生流体动压力，产生动压效应，从而有助于油膜的生成，降低摩擦。

请继续参考图4-1、4-2，图4-1为图1中轴瓦10内表面微孔结构102a 的第一种结构示意图；图4-2为图1中轴瓦10内表面微孔结构102a的第二种结构示意图。

从以上两图可看出，现有的轴瓦10内表面的微孔结构102a，多设计为规则的三角孔、矩形孔等，在实际应用中，轴瓦10的油膜承载能力得到了一定的改善。

然而，发动机频繁启停，对于轴瓦10的润滑要求很高，目前的微孔结构102a促进润滑的技术存在瓶颈，难以进一步提高润滑效果；而且，在早期磨合时，润滑油不易进入微孔结构102a内，无法形成所需的动压效应，引起轴瓦10早期失效。

有鉴于此，如何对轴瓦作出改进，以进一步改善润滑情况，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种轴瓦以及轴瓦的加工方法，该轴瓦能够改善润滑情况和承载能力、可靠性。

本方案提供的轴瓦，其内表面具有微孔结构，所述微孔结构沿所述轴瓦的旋转方向，自始端开始，其深度具有增加的趋势。

微孔结构沿轴瓦的旋转方向，自始端开始，具有深度增加的趋势，即微孔结构的底部沿润滑油的流动方向，深度会增加，而润滑油具有朝向更深处流动的趋势，故可保证润滑油向微孔结构底部流动，保证动压效应的发挥；而且，随着润滑油的增加，会形成明显的堆积作用，最终沿微孔结构前方的边缘强制溢出，形成挤压效应，使得微孔结构的动压效应更为明显，油膜流动性增强，从而进一步提高轴瓦润滑性能和承载能力、可靠性。

可选地，所述微孔结构的深度自始端开始渐增，渐增至最深位置后，再渐缩至末端边缘，所述微孔结构深度渐增段和深度渐缩段之间平滑过渡。

可选地，所述微孔结构的所述深度渐增段，其宽度自始端也开始渐增，所述深度渐缩段的宽度，渐缩至末端。

可选地，所述微孔结构的宽度渐增形成弧形轮廓。

可选地，所述微孔结构为相对旋转方向对称的结构；所述微孔结构一侧轮廓自始端，一侧轮廓自始端，先凹口向内地弧形扩张，再凹口向内地弧形收缩，然后凹口向外地收缩过渡至与另一侧轮廓相交。

可选地，所述微孔结构深度渐缩段与深度渐增段长度的比例为 (0.5～1.3)：2。

可选地，所述微孔结构的最大宽度为0.15-0.2mm，最大长度为 0.3-0.4mm，最大深度为0.035-0.05mm。

可选地，所有所述微孔结构的面积之和占所述轴瓦内表面面积的 6.5％～7.5％。

可选地，所述微孔结构的边缘具有向外突出的微凸结构(202b)，所述微凸结构(202b)能够随着所述轴瓦的相对运动而被磨平。

本发明还提供一种加工轴瓦的方法，包括下述步骤：

将轴瓦装夹入工装内；

采用高能喷射的粒子在所述轴瓦的减摩合金层表面轰击加工出如上任一项所述的微孔结构，轰击时在微孔结构的边缘形成向外突出的微凸结构。

加工出的轴瓦具有与上述轴瓦相同的技术效果。另外，采取轰击加工时，相应地会产生微凸结构，微凸结构能够形成支撑间隙，在早期磨合过程中，有利于润滑油的快速分布于轴瓦内表面的所有微孔结构内，随着轴瓦的相对运动，微孔结构的微凸结构会被磨平，形成正常工作状态下的平面+微孔结构的形态。

附图说明

图1为一种典型的轴瓦结构示意图；

图2为图1中I部位的局部放大示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4-1为图1中轴瓦内表面微孔结构的第一种结构示意图；

图4-2为图1中轴瓦内表面微孔结构的第二种结构示意图；

图5为本发明所提供轴瓦一种具体实施例的结构示意图；

图6为图5中轴瓦内表面设有微孔结构时的微孔结构阵列示意图；

图7为图6中单个微孔结构的示意图；

图8为图5中轴瓦设置微孔结构时微孔结构处沿旋转方向的剖视图；

图9为润滑油在图8中微孔结构处流动的示意图；

图10为润滑油在图7中微孔结构处流动的示意图；

图11为通过喷射粒子的设备加工轴瓦的示意图。

图1～4-2中：

10轴瓦、101金属瓦背、102减摩合金层、102a微孔结构

图5-11中：

20轴瓦、201金属瓦背、202减摩合金层、202a微孔结构、202b微凸结构

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图5，图5为本发明所提供轴瓦一种具体实施例的结构示意图，该图未示出其内表面的微孔结构；图6为图5中轴瓦内表面设有微孔结构时的微孔结构阵列示意图；图7为图6中单个微孔结构的示意图；图8为图5中轴瓦设置微孔结构时微孔结构处沿旋转方向的剖视图。

本实施例提供的轴瓦20，包括金属瓦背201和位于金属瓦背201内表面的减摩合金层202，可结合图5、8理解，金属瓦背201可以是以铜基或铝基为基础的合金瓦背，为了更好地提高轴瓦20性能，还在减摩合金层 202的内表面20a镀锌层。本文主要针对轴瓦20的内表面20a进行改进，其具体结构或材质不作限定，以上所述的轴瓦20层状结构仅是一种示例。

该轴瓦20的内表面20a具有微孔结构202a，轴瓦20与其他部件配合形成摩擦副，则轴瓦20的内表面20a即朝向摩擦副另一者的表面，具体到该实施例，轴瓦20的内表面20a即减摩合金层202的内表面20a。

该轴瓦20的微孔结构202a作了独特设计，即沿轴瓦20的旋转方向，自微孔结构202a的始端开始，其深度具有增加的趋势。图7中，微孔结构 202a类似于蝌蚪状，也可以表述为水滴状，相应地，上端为始端，下端为末端，图8，则左端为始端，右端为末端。

请继续参考图9和图10，图9为润滑油在图8中微孔结构202a处流动的示意图；图10为润滑油在图7中微孔结构202a处流动的示意图。

结合图9、10理解，该实施例中的微孔结构202a实际上是宽度和深度自始端均渐增地设置。

如图9所示，轴瓦20工作过程中，随着轴瓦20摩擦副中另一者(比如曲轴轴颈)的运转，位于摩擦副之间的油膜也随之高速转动，当润滑油遇到微孔结构202a时，由于微孔结构202a的深度逐渐加深，微孔结构202a 的底部呈斜面，形成楔形结构，油膜也将逐步向前推动，并具有进入微孔结构202a内部深处的趋势，使得润滑油易于进入微孔结构202a内部，以保证动压效应的发挥；而且，随着润滑油的增加，会形成明显的堆积作用，最终沿微孔结构202a前方的边缘强制溢出，如图10所示，形成挤压效应，使得微孔结构202a的动压效应更为明显，油膜流动性增强，从而进一步提高轴瓦20润滑性能和承载能力、可靠性。

图9中，微孔结构202a的深度自始端渐增，可以理解，该结构设置的原理在于，微孔结构202a的底部沿润滑油流动方向深度会增加，其利用润滑油易朝深处流动的原理，以保证润滑油向微孔结构202a底部流动，保证能够产生动压效应，并且相应地产生堆积效果，继而进一步提高润滑油在微孔结构202a中的动压效应。

因此，微孔结构202a的深度并不限定为渐增，只要自始端开始，具有深度增加的趋势即可产生挤压效应，提高动压效应。比如，微孔结构202a 自始端可以先保持一段深度不变，然后再加深，即采取分段加深的设计，如此均会达到一定的提高动压效应的目的。当然，设置为深度渐增的结构，可以减小润滑油流动的阻力，更有利于润滑油流动堆积，并加强动压效应。这与背景技术中通常深度一致的规则形状微孔结构相比，动压效应能够得到明显的提升。

由上述内容可知，微孔结构202a的深度变化是为了挤压润滑油，挤压的润滑油最终需要挤出微孔结构202a，为了使润滑油能够快速挤出，加强动压效应，微孔结构202a的深度自始端渐增至最深位置后，可渐缩至末端边缘，当然为了减小流动阻力，深度渐增段L1和深度渐缩段L2之间可以曲面平滑过渡，始端、末端边缘也均可以是曲面平滑过渡，如图9所示。

针对上述微孔结构202a，还可以作出进一步改进。

如图10所示，

微孔结构202a的宽度渐增至一定位置后，可以再渐缩形成弧形边缘，如图10所示。图7中，宽度渐缩段L2与深度渐缩段L2位置相对应，即该微孔结构202a，包括一深度渐增、宽度渐增段L1，以及与该段相接的深度渐缩、宽度渐缩段L2。如此设计，深度渐增、宽度渐增段L1在深度和宽度设计上均能加强润滑油向微孔结构202a底部流动，提高润滑油进入微孔结构202a底部的几率和油量，加强堆积效果，而且弧形渐增的轮廓设计便于润滑油均匀地从四周进入；宽度、深度渐缩段L2形成收敛段，从而促进深度、宽度渐增段L1的润滑油能够快速地挤出。

具体地，如图7所示，微孔结构202a可以设计为相对旋转方向对称的结构；微孔结构202a一侧轮廓自始端，先凹口向内地弧形扩张，再凹口向内地弧形收缩，形成如图7中微孔结构202a的球形头部(上端)，然后继续收缩过渡至与另一侧轮廓相交，如图中所示的较长的尾部。即微孔结构 202a呈对称的流线型设计，以在达到上述效果的基础上，进一步减小润滑油阻力，符合润滑油的流动特性。

此时，微孔结构202a的最大宽度最好处于0.15-0.2mm之内，最大长度为0.3-0.4mm，最大深度为0.035-0.05mm。为了凸显堆积挤压效果，深度渐增段L1的长度应当短于深度渐缩段L2，相应地，宽度渐增段L1的长度也就短于宽度渐缩段L2的长度，二者的比例可以是(0.5～1.3)：2，以达到较好的堆积再挤压的效果。且，为了合理地分配非微孔结构和微孔结构202a，所有微孔结构202a的表面积最好占轴瓦20内表面20a总面积的6.5％～7.5％，以达到最佳的动压效应。

针对上述各实施例，还可以对微孔结构202a作进一步的优化。如图8 所示，微孔结构202a的边缘具有向外突出的微凸结构202b，即形成微凸的边缘。微凸结构202b能够形成支撑间隙，在早期磨合过程中，有利于润滑油的快速分布于轴瓦20内表面20a的所有微孔结构202a内，随着轴瓦 20的相对运动，微孔结构202a的微凸结构202b会被磨平，形成正常工作状态下的平面+微孔结构202a的形态，如图9所示。

对于上述的轴瓦20，本实施例还提供一种加工轴瓦20的方法，可参考图11理解，图11为通过喷射粒子的设备加工轴瓦20的示意图。

主要包括下述步骤：

将轴瓦20装夹入工装内；

可以先在轴瓦20的减摩合金层202内表面20a涂覆一层石墨粉，以增加初步润滑；

采用高能喷射的粒子(如图11中所示的圆球)在轴瓦20的减摩合金层202表面轰击加工出微孔结构202a，粒子轰击时，相应地在微孔结构202a 的边缘形成向外突出的微凸结构；

然后，去除轴瓦20内表面20a的石墨层和可能残余的粒子，获得清洁的减摩合金层202微孔结构202a阵列，为进一步增加表面润滑性能，还可以在减摩合金层202的内表面20a挂锡。

轰击时，可以通过步进电机精确控制轴瓦20的线位移和角位移，溅射获得规则排列的微孔结构202a列阵。另外，为了保证能够形成上述尺寸规格的微孔结构202a，可以控制粒子以一定的角度a入射于减摩合金层202 的表面，入射夹角最好选为25-35度。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轴瓦(20)，其内表面(20a)具有微孔结构(202a)，其特征在于，所述微孔结构(202a)沿所述轴瓦(20)的旋转方向，自始端开始，其深度具有增加的趋势；所述微孔结构(202a)为相对旋转方向对称的结构；所述微孔结构(202a)一侧轮廓自始端，先凹口向内地弧形扩张，再凹口向内地弧形收缩，然后凹口向外地收缩过渡至与另一侧轮廓相交；所述微孔结构(202a)具有尾部和球形头部，尾部长度长于所述球形头部，呈水滴状。

2.如权利要求1所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)的深度自始端开始渐增，渐增至最深位置后，再渐缩至末端边缘，所述微孔结构(202a)深度渐增段和深度渐缩段之间平滑过渡。

3.如权利要求2所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)的所述深度渐增段，其宽度自始端也开始渐增，所述深度渐缩段的宽度，渐缩至末端。

4.如权利要求3所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)的宽度渐增形成弧形轮廓。

5.如权利要求1所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)深度渐缩段与深度渐增段长度的比例为(0.5～1.3)：2。

6.如权利要求5所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)的最大宽度为0.15-0.2mm，最大长度为0.3-0.4mm，最大深度为0.035-0.05mm。

7.如权利要求1所述的轴瓦(20)，其特征在于，所有所述微孔结构(202a)的面积之和占所述轴瓦(20)内表面(20a)面积的6.5％～7.5％。

8.如权利要求1-7任一项所述的轴瓦(20)，其特征在于，所述微孔结构(202a)的边缘具有向外突出的微凸结构(202b)，所述微凸结构(202b)能够随着所述轴瓦(20)的相对运动而被磨平。

9.一种轴瓦(20)的加工方法，其特征在于，包括下述步骤：

将轴瓦(20)装夹入工装内；

采用高能喷射的粒子在所述轴瓦(20)的减摩合金层(202)表面轰击加工出权利要求1-8任一项所述的轴瓦的微孔结构(202a)，轰击时在微孔结构(202a)的边缘形成向外突出的微凸结构(202b)。