CN110214235A - 半轴承 - Google Patents

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Abstract

半轴承(10)具有设置在内周面(12)侧以沿着内周面的圆周方向延伸的凹槽(111)和凹槽(112)。在凹槽(111)的圆周端部中，位于轴的旋转方向的上游侧的端部定位在135°的偏离角(θ1)处，该偏离角(θ1)被定义为在假想线L1和假想线L2之间形成的角度：假想线L1将配合表面(16)的内周侧端部与外周面的原点P1相连接；假想线L2将凹槽(111)的圆周端部中的位于轴的旋转方向的上游侧的端部的位置P2与外周面的原点P1相连接。另外，在凹槽(112)的圆周端部中，位于轴的旋转方向的上游侧的端部定位在135°的偏离角θ2处，该倾斜角θ2被定义为在假想线L1和假想线L3之间形成的角度：假想线L1将配合表面(16)的内周侧端部与外周面的原点P1相连接；假想线L3将凹槽(112)的圆周端部中的位于轴的旋转方向的上游侧的端部的位置P3与外周面的原点P1相连接。

Description

半轴承
技术领域
本发明涉及用于减少从半轴承泄漏的润滑油量的技术。
背景技术
在内燃发动机中，滑动轴承(滑动轴承是抵靠彼此的一对半圆筒形轴承(称为“半轴承”))用于能旋转地支撑曲轴(主轴)或连杆轴。在这样的轴承中，润滑油被供应到轴和轴承之间的间隙，形成油膜，并且该轴由于轴的旋转而远离轴承移动，而该轴由油膜支撑而旋转。
润滑油从轴承泄漏，并且已经进行了各种发明以防止润滑油泄漏。例如，专利文献1公开了一种下半轴承，该下半轴承在轴向方向的端部中具有沿着内周面的圆周方向延伸的凹槽，该凹槽形成在轴的旋转方向的下游侧。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP 2015-94428A
发明内容
问题
专利文献1公开了一种在内周面上具有凹槽的半轴承，相对于圆周方向上的中心位置，该凹槽处于轴的旋转方向的下游侧。然而，关于凹槽的端部的定位存在改进的空间，以便防止润滑油泄漏。
本发明旨在使用在内周面上具有凹槽的半轴承来减少润滑油泄漏量。
解决方案
本发明提供了一种具有半圆筒形状的半轴承，所述半轴承具有内周面，轴沿所述内周面滑动，所述半轴承包括：凹槽，所述凹槽设置在所述内周面上并且沿着所述内周面的圆周方向延伸。由以下的线形成的角度在135°到173°的范围内：将位于所述轴的旋转方向的下游侧的配合表面的在所述内周面上的端部与所述外周面的中心轴线相连接的线；以及将所述凹槽在所述圆周方向上的、位于所述轴的旋转方向的上游侧的端部与所述外周面的所述中心轴线相连接的线。
本发明可具有这样的构造：所述凹槽被设置为一对凹槽。
另外，本发明可具有这样的构造：所述半轴承进一步包括形成在所述内周面上的压溃释放部，并且其中所述凹槽形成在这样的位置，该位置远离所述压溃释放部，并且相对于所述内周面在轴向方向上的中心位置位于边缘侧；并且比所述凹槽浅的凹部邻近所述凹槽在所述轴向方向上的边缘侧形成。
另外，本发明可具有这样的构造：所述凹部在所述半轴承的位于所述轴向方向上的端表面中开口。
另外，本发明可具有这样的构造：在所述内周面上形成有覆盖层。
另外，本发明可具有这样的构造：相对于所述内周面在轴向方向上的中心位置和边缘之间的中间位置，所述凹槽进一步位于边缘侧。
另外，本发明可具有这样的构造：所述凹槽在所述内周面的轴向方向上的宽度不大于从所述凹槽到在所述轴向方向上接近所述凹槽的边缘的宽度的两倍。
有利发明效果
根据本发明，可以使用在内周面上具有凹槽的半轴承来减少润滑油泄漏量。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的半轴承10的平面图。
图2是沿着图1中的线A-A截取的剖视图。
图3是沿着图1中的线B-B截取的剖视图。
图4是沿着图2中的线C-C截取的剖视图。
图5示出了润滑油泄漏量的分析结果的示例。
图6示出了从半轴承10侧看到的半轴承20。
附图标记说明
10…半轴承
11…外周面
12…内周面
13…压溃释放部
14…压溃释放部
15…配合表面
16…配合表面
111…凹槽
112…凹槽
113…凹部
114…凹部
20…半轴承
22…内周面
23…压溃释放部
24…压溃释放部
25…配合表面
26…配合表面
27…孔
211…凹槽
2111…厚凹槽
2112…薄凹槽
具体实施方式
实施方式
下文参照附图描述根据本发明的一个实施方式的半轴承10。图1是根据本发明的一个实施方式的半轴承10的平面图，而图2是沿着图1中的线A-A截取的剖视图。图3是沿着图1中的线B-B截取的剖视图。在这些图中，使用极坐标系来例示半轴承10，在该极坐标系中，将半轴承10的外周面的中心(中心轴线)定义为原点，并且将半轴承10的配合表面位于内周面上的端部与原点连接的线定义为起始线，并且将由滑动轴承支撑的轴的中心轴线(内周面的轴线)定义为z轴。在该坐标系中，将z分量增加的方向(该方向为从图2的纸张正面到背面的方向)定义为+z方向，并且将z分量减小的相反方向定义为–z方向。
半轴承10具有半圆筒形状，并被定位成面对下面描述的上半轴承20(为一对半轴承10)。因此，形成了圆筒形滑动轴承，该滑动轴承能旋转地支撑轴。也就是说，半轴承10为滑动轴承的下半轴承。半轴承10是根据本发明的半轴承的示例。注意，轴由半轴承10支撑，从而在z轴方向上延伸，并且在图2中顺时针旋转。在本实施方式中，例如，被支撑轴的直径φ在30mm到150mm的范围内，并且滑动轴承的内径与将被支撑轴的直径匹配。
半轴承10具有：外周面11，该外周面11是半圆筒形状的外表面；以及内周面12，该内周面12支撑轴。半轴承10具有三层结构，即：在从外周面11到内周面12的方向上堆叠的背板、衬里层和覆盖层。该背板是用于增强衬里层的机械强度的层。例如，该背板由钢形成。
衬里层是用于提供诸如摩擦特性、抗咬合性、耐磨性、顺应性、异物嵌入特性(抵抗异物的坚固性)和耐腐蚀性之类的轴承特性的层。衬里层由轴承合金形成。为了防止衬里层粘附到轴上，避免使用与轴的材料类型相同的材料类型，而是使用与轴的材料类型不同的材料类型。例如，如果半轴承10用作由钢形成的轴的轴承，则使用铝合金作为轴承合金。注意，除了铝合金之外，还可使用采用除铝之外的金属作为基体的合金，诸如铜合金。
覆盖层是构成轴的内周面的层，并且是用于改善衬里层的特性(诸如摩擦系数、顺应性、耐腐蚀性和异物嵌入特性(抵抗异物的坚固性))的层。例如，覆盖层至少包括粘合剂树脂。例如，使用热固化树脂作为粘合剂树脂。具体地说，粘合剂树脂包括聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚缩醛树脂、聚醚醚酮树脂和聚苯硫醚树脂中的至少一种。覆盖层还可包括固体润滑材料。添加固体润滑材料是为了改善摩擦特性。例如，固体润滑材料包括MoS2、WS2、聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、h-BN和SB2O3中的至少一种。例如，MoS2提供优选的润滑性。另外，由于PTFE具有低的分子内粘合力，因此它具有降低摩擦系数的效果。此外，石墨改善了润湿性并改善了初始顺应性。初始顺应性是在与配对构件进行滑动接触时开始滑动之后滑动表面磨损、变得光滑并使滑动特性改善的特性。如果由于初始顺应性的表现而改善滑动特性，则滑动层的总磨损量将减少。在本实施方式中，半轴承10包括覆盖层。然而，半轴承10可以不包括覆盖层，而是可以具有包括背板和衬里层的双层结构。
半轴承10具有压溃释放部13、压溃释放部14、配合表面15、配合表面16、凹槽111、凹槽112、凹部113和凹部114。配合表面15是用来抵靠上半轴承的表面，并且是位于轴的旋转方向的上游侧的配合表面。配合表面16是用来抵靠上半轴承的表面，并且是位于轴的旋转方向的下游侧的配合表面。压溃释放部是宽的释放部，该宽的释放部设置在半轴承10的内表面侧，从而在半轴承10在z轴方向上的整个宽度上与所述配合表面接触。压溃释放部用于将轴承附接至壳体，并且如果内周面12的靠近配合表面的部分被推向轴，则压溃释放部防止与轴接触。另外，压溃释放部的效果是，通过允许已实现润滑效果的润滑油在配合表面附近排出来冷却轴承，并且排出已进入内周面12侧的异物。压溃释放部13是与配合表面15接触且位于轴的旋转方向的上游侧的压溃释放部。压溃释放部14是与配合表面16接触且位于轴的旋转方向的下游侧的压溃释放部。
凹槽111和凹槽112是设置在内周面12中的凹槽。在本实施方式中，在内周面上仅设有两个凹槽，即凹槽111和凹槽112。凹槽111和凹槽112是沿着内周面12的圆周方向延伸的凹槽，并且功能是使由于轴的旋转而沿轴的旋转方向流动的润滑油在与轴的旋转方向相反的方向上返回。凹槽111形成在半轴承10在z轴方向上的中心部分的–z方向上，而凹槽112形成在半轴承10在z轴方向上的中心部分的+z方向上。具体地说，在z轴方向上，凹槽111进一步定位在z轴方向上的中心位置与-z轴方向上的边缘之间的中间位置的-z轴方向上，而凹槽112进一步定位在z轴方向上的中心位置与位于+z轴方向上的边缘之间的中间位置的+z方向上。
凹部113和凹部114是位于内周面12中的凹部。凹槽111位于–z方向上的边缘由于切削加工而在径向方向上具有减小的厚度，因此形成了凹入内周面12的凹部113。凹槽112位于+z方向上的边缘由于切削加工而在径向方向具有减小的厚度，因此形成了凹入内周面12的凹部114。
通过使用阶梯形切削机对内周面12施加切削加工来形成凹槽111和凹部113，并且类似地通过使用阶梯形切削机对内周面12施加切削加工来形成凹槽112和凹部114。凹槽111的底部处的平坦部分的深度在圆周方向上是均匀的，并且凹槽112的底部处的平坦部分的深度在圆周方向上也是均匀的。凹部113的平坦部分的深度在圆周方向上是均匀的，并且凹部114的底部处的平坦部分的深度在圆周方向上也是均匀的。半轴承10的内表面侧经受切削加工，因此形成了凹槽111、凹槽112、凹部113和凹部114。之后，通过移印(padprinting)在内周面12上形成覆盖层。因此，在凹槽111、凹槽112、凹部113和凹部114上不存在覆盖层，因此将衬里层由此暴露出。在本实施方式中，凹槽和凹部的深度在圆周方向上是均匀的，但也可以是不均匀的。
接下来，关于在内周面12的圆周方向上看到的凹槽111的位置，如图2所示，在凹槽111沿圆周方向的端部中，凹槽111的位于轴的旋转方向的下游侧的端部(位于压溃释放部14侧的端部)距压溃释放部14一定距离地定位，从而不会到达压溃释放部14。具体地说，从压溃释放部14到凹槽111的位于压溃释放部14侧的端部的距离短于凹槽111在圆周方向上的长度。另外，当将配合表面15的内表面侧端部与外周面11的原点A1连接的假想线L1定义为极坐标系的起始线时，在凹槽111沿圆周方向的端部中，凹槽111的位于轴的旋转方向的上游侧的端部(位于压溃释放部13侧的端部)处于这样的位置(点P2的位置)，即：从原点A1以倾斜角θ1绘制的线L2与内周面12相交。在本实施方式中，倾斜角θ1为135°。
接下来，关于在内周面12的圆周方向上看到的凹槽112的位置，如图3所示，在凹槽112沿圆周方向的端部中，凹槽112的位于轴的旋转方向的下游侧的端部(位于压溃释放部14侧的端部)距压溃释放部14一定距离地定位，从而不会到达压溃释放部14。具体地说，从压溃释放部14到凹槽112的位于压溃释放部14侧的端部的距离短于凹槽112在圆周方向上的长度。另外，当将配合表面15的内表面侧端部与外周面11的原点A1连接的假想线L1定义为极坐标系的起始线时，在凹槽112沿圆周方向的端部中，凹槽112的位于轴的旋转方向的上游侧的端部(位于压溃释放部13侧的端部)处于这样的位置(点P3的位置)，即：从原点A1以倾斜角θ2绘制的线L3与内周面12相交。在本实施方式中，倾斜角θ2为135°。
在半轴承10中，根据润滑油的类型，油膜具有其最小厚度的位置可位于倾斜角θ1和倾斜角θ2大于135°的范围内。因此，在本实施方式中，倾斜角θ1和倾斜角θ2设定为135°，使得在凹槽111或凹槽112上不存在油膜具有其最小厚度的位置。
图4是沿着图2中的C-C线截取的剖视图。在图4中，为了防止图变得复杂，没有彼此区分背板、衬里层和覆盖层。在本实施方式中，半轴承10的壁厚不均匀，并且壁厚在朝向图1中的左右方向上的中心部分的方向上增加，且在从中心部分到端部(配合表面)的方向上减小。这是因为完成的内径圆(由内周面12绘制的圆)从外径圆(由外周面11绘制的圆)的中心向外偏心(偏移)。由于这种偏心，形成了所谓的油释放部。所述油释放部是指完成的内径圆与基准内径圆之间的间隙，该基准内径圆的半径小于外径圆的半径并且具有与外径圆相同的原点。使用距离作为基准的配合表面的一定高度(例如，6mm至13mm)来测量油释放部的深度(量)，并且该深度例如为0.005mm至0.025mm。油释放部扩大了配合表面附近的油空隙，并有助于形成楔形膜压力。此外，所述油释放部有助于形成油膜，增加油量并冷却轴承。
如图4所示，在相对于凹槽111位于–z方向的边缘侧上从凹槽111的底部到凹部113的底部的高度h1小于在相对于凹槽111的中心侧上从凹槽111的底部到内周面12的高度h2。另外，如图所示，在相对于凹槽112位于+z方向的边缘侧上从凹槽112的底部到凹部114的底部的高度h3小于在相对于凹槽112的中心侧上从凹槽112的底部到内周面12的高度h2。在本实施方式中，满足高度h1＝高度h3。
在本实施方式中，凹部113和凹部114在半轴承在轴向方向上的侧表面中开口。因此，可以提高将从半轴承的内周面泄露或将要从半轴承的内周面泄漏的润滑油吸回来并将润滑油返回到半轴承的效果。
另外，在本实施方式中，凹槽111沿z轴方向的宽度w1与凹部113沿z轴方向的宽度w3相同，凹槽112沿z轴方向的宽度与凹部114沿z轴方向的宽度w3相同，并且满足宽度w1＝宽度w2。注意，宽度w1优选不大于宽度w3的两倍，并且宽度w2优选不大于宽度w4的两倍。
在本实施方式中，宽度w1和宽度w2为1mm。另外，在本实施方式中，高度h1和高度h3为1mm，并且高度h2为1.5mm。注意，宽度w1、宽度w2和高度h1至h3不限于前述尺寸，而是可采用其他尺寸。例如，宽度w1和宽度w2可小于1mm或大于1mm。另外，高度h1和高度h3可小于1mm或大于1mm。另外，高度h2可小于1.5mm或大于1.5mm。
图5是一个图表，示出了当凹槽111和凹槽112未到达压溃释放部14的滑动轴承用作支撑发动机曲轴的轴承并且发动机通过点燃供应到发动机的燃料而旋转时关于润滑油泄漏量(侧漏)的分析结果。如图5所示，当倾斜角θ如在本实施方式中一样为135°时，润滑油泄漏量小于倾斜角θ为90°时的泄漏量。因此，润滑油泄漏量减少。
另外，如果凹槽111和凹槽112到达压溃释放部14，则最小油膜厚度较小。相反，根据本实施方式，凹槽111和凹槽112未到达压溃释放部14。因此，最小油膜厚度较大，并且防止负载能力减小。
图6是示出从半轴承10侧看到的上半轴承20(为一对半轴承10)的视图。半轴承20的壁厚也与半轴承10一样不均匀。壁厚在朝向中心部分的方向上增大，而在从中心部分到端部(配合表面)的方向上减小，并且形成了油释放部。
半轴承20具有压溃释放部23、压溃释放部24、配合表面25、配合表面26、孔27和凹槽211。孔27是从半轴承20的外周面穿透到内周面的通孔。供应到半轴承20的外周面的润滑油经由孔27供应到内周面22侧。配合表面15是用来抵靠配合表面15的表面，并且配合表面26是用来抵靠配合表面16的表面。压溃释放部13是与配合表面25接触的压溃释放部，并且压溃释放部24是与配合表面16接触的压溃释放部。
凹槽211形成在半轴承20沿圆周方向的整个长度上(从配合表面25到配合表面26)。凹槽211的宽度(当从正交于配合表面的方向观察半轴承20时凹槽沿轴向方向的长度；下文中被称为“凹槽宽度”)是不均匀的，但凹槽211在压溃释放部中相对较薄(窄)而在除压溃释放部之外的部分处相对较厚(宽)。下文中，凹槽211的相对较厚部分将被称为厚凹槽2111，并且凹槽211的相对较薄部分将被称为薄凹槽2112。厚凹槽2111和薄凹槽2112均被构造为比凹槽111厚(宽)，且比凹槽112厚(宽)。凹槽宽度不是从厚凹槽2111连续地(即逐渐地)改变为薄凹槽2112，而是迅速减小。注意，除了在与薄凹槽2112交界的边界附近之外，凹槽2111的凹槽宽度是均匀的；并且薄凹槽2112的凹槽宽度是均匀的。注意，凹槽宽度是均匀的意味着凹槽宽度的变化在一定范围内，例如，为凹槽宽度的1/10或更小，优选地为凹槽宽度的1/100或更小。
另外，凹槽211的深度不是均匀的，但在压溃释放部中相对较小而在除压溃释放部之外的部分处相对较大。换句话说，厚凹槽2111相对较深，而薄凹槽2112相对较浅。凹槽宽度不是从厚凹槽2111连续地(即逐渐地)改变为薄凹槽2112，而是迅速减小。注意，厚凹槽2111的深度是均匀的，并且薄凹槽2112的深度是均匀的。注意，深度是均匀的意味着深度的变化在一定范围内，例如，为凹槽深度的1/10或更小，优选地为凹槽深度的1/100或更小。然而，严格地说，存在这样的情况：半轴承20被制造成使得其从凹槽底部到外周面的厚度是均匀的，并且在这种情况下，凹槽厚度的波动量对应于油释放部和压溃释放部。
例如，厚凹槽2111的凹槽宽度为2mm到5mm，并且厚凹槽2111的深度小于凹槽宽度，且例如为0.5mm至1.5mm。薄凹槽2112的凹槽宽度比厚凹槽的凹槽宽度更窄，并且窄凹槽2112的深度比厚凹槽的深度更浅。
因此，由于凹槽211在除压溃释放部之外的部分处相对较厚且较深，可以充分地确保凹槽211的容积，换句话说，可以充分地确保供应到滑动表面的润滑油量。此外，由于凹槽在压溃释放部中的部分处相对较薄且较浅，因此与凹槽的宽度和深度均匀的情况比较，可以减少从配合表面25和配合表面26泄漏的油量。
修改
尽管上面已经描述了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，而是可以以其他各种模式执行。例如，可以如下修改上述实施方式，并且可以如此执行本发明。注意，上述实施方式和以下修改可以彼此组合。
关于凹槽111和凹槽112，压溃释放部14侧的端部位置(轴的旋转方向上的下游侧的端部位置)不限于图中所示的位置，而是可以为其他位置，只要凹槽不与压溃释放部14重叠即可。例如，凹槽111和凹槽112在压溃释放部14侧的端部可位于图1中的左右方向上的中心部分的右侧。另外，在半轴承10没有设置压溃释放部的构造中，优选的是凹槽111和凹槽112在轴的旋转方向的下游侧上的端部不与配合表面16重叠。
尽管倾斜角θ1和θ2在上述实施方式中为135°，但是倾斜角θ1和θ2不限于135°，而是可以为其他角度。如图5所示，润滑油泄漏量在倾斜角θ介于135°至173°的范围内时小于倾斜角θ为90°时的泄漏量。优选的是，避免使用油膜厚度为其最小值时的位置，并且倾斜角θ1和θ2在135°至173°的范围内。
尽管在上述实施方式中半轴承10具有设置有凹槽111和凹槽112的构造，但是半轴承10可具有未设置凹槽111和凹槽112中的一者的构造。
尽管在上述实施方式中半轴承10设置有凹部113和凹部114，但是半轴承10可具有未设置凹部113和凹部114的构造。
本发明可具有上述覆盖层还设置在凹槽111、凹槽112、凹部113和凹部114上的构造。另选地，可以采用上述覆盖层设置在凹部113和凹部114上而不是设置在凹槽111或凹槽112的底部上的构造。
在上述实施方式中，在z轴方向上，凹槽111进一步定位在位于z轴方向上的中心位置与-z轴方向上的边缘之间的中间位置的-z轴方向上；并且在z轴方向上，凹槽112进一步定位在位于z轴方向上的中心位置与+z轴方向上的边缘之间的中间位置的+z方向上。然而，凹槽111和凹槽112在z轴方向上的位置不限于实施方式中的位置，并且可以是其他位置。例如，可以采用以下的构造，其中在z轴方向上，凹槽111位于z轴方向上的中心位置和-z轴方向上的边缘之间的中间位置的+z方向上，并且在z轴方向上，凹槽112位于z轴方向的中心位置和+z轴方向上的边缘之间的中心位置的-z方向上。
尽管从内周面12到凹槽111的底部的深度以及从内周面12到凹槽112的底部的深度在上述实施方式中是相同的，但是它们可彼此不同。
尽管凹槽111和凹槽112的底部在上述实施方式中如图4所示是平坦的，但是凹槽111和凹槽112的底部不限于是平坦的。例如，凹槽111和凹槽112的底部可以是半圆形的。另外，凹槽111和凹槽112在z轴方向上的中心部分和底部边缘可以是圆的。

Claims (7)

1.一种具有半圆筒形状的半轴承，所述半轴承具有内周面，轴沿着所述内周面滑动，所述半轴承包括：
凹槽，所述凹槽设置在所述内周面上并且沿着所述内周面的圆周方向延伸；
其中由以下的线形成的角度在135°到173°的范围内：将位于所述轴的旋转方向的下游侧的配合表面的在所述内周面上的端部与外周面的中心轴线相连接的线；以及将所述凹槽在所述圆周方向上的、位于所述轴的旋转方向的上游侧的端部与所述外周面的所述中心轴线相连接的线。
2.根据权利要求1所述的半轴承，其中，所述凹槽被设置为一对凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的半轴承，所述半轴承进一步包括：
形成在所述内周面上的压溃释放部，
其中所述凹槽形成在这样的位置，该位置远离所述压溃释放部，并且相对于所述内周面在轴向方向上的中心位置位于边缘侧；并且
比所述凹槽浅的凹部邻近所述凹槽在所述轴向方向上的边缘侧形成。
4.根据权利要求3所述的半轴承，其中，所述凹部在所述半轴承的位于所述轴向方向上的端表面中开口。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半轴承，其中，在所述内周面上形成有覆盖层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半轴承，其中，所述凹槽相对于所述内周面在轴向方向上的中心位置和边缘之间的中间位置进一步定位在边缘侧。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半轴承，其中，所述凹槽在所述内周面的轴向方向上的宽度不大于从所述凹槽到在所述轴向方向上接近所述凹槽的边缘的宽度的两倍。
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