CN111868401A - 轴承支承结构 - Google Patents

Abstract

一种轴承支承结构，绕中心轴旋转的轴构件由沿周向分离成两部分的滚动轴承以旋转自如的方式支承，其中，所述轴构件具有外嵌有所述滚动轴承的嵌合部，所述嵌合部的与所述中心轴正交的方向的截面为非正圆形状，所述滚动轴承具备：内圈，在周向上分离成两部分而外嵌于所述嵌合部，在外周具有内侧滚道面；外圈，在周向上分离成两部分而固定于所述内圈的径向外方，在内周具有与所述内侧滚道面同轴的外侧滚道面；以及多个滚动体，在所述内侧滚道面与所述外侧滚道面之间配置成滚动自如。

Description

轴承支承结构

技术领域

本发明的一个方式涉及内圈沿周向分离成两部分的滚动轴承。

背景技术

机动车等车辆、船外机等使用的内燃机的曲轴以往通过滑动轴承来支承曲轴颈。然而，滑动轴承需要供给大量的润滑油，需要专用的供油装置，因此车辆的重量增加。因此，近年来，通过将滑动轴承变更为滚动轴承而不需要供油装置，进行使车辆轻量化的搭配。

曲轴颈处于由曲柄臂沿轴向夹持的位置。因此，无法将环状的滚动轴承以原样的方式装配。因此，对曲轴进行旋转支承的滚动轴承使用沿周向分离成两部分的分离型的滚动轴承(参照专利文献1～2)。分离的半圆状的滚动轴承分别夹着曲轴颈从径向两侧装配之后，在壳体的内侧被固定为一体。

在专利文献1、专利文献2记载的滚动轴承中，不具备内圈，滚动体以曲轴颈的外周面为滚道面进行滚动。通常，为了确保滚动寿命，滚动轴承的滚道面大致需要60HRC以上的硬度。然而，以热锻制造的曲轴的材料中的碳量为0.3～0.5％左右，比较低，难以提高曲轴颈的表面硬度。

因此，研究了通过将沿周向分离成两部分的内圈组装于曲轴颈的外周来确保滚动寿命的情况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-139153号公报

专利文献2：日本特开2012-225426号公报

发明内容

发明要解决的课题

在沿周向分离成两部分的滚动轴承中，在内外圈的对接部，在滚道面有时会产生台阶、间隙。因此，滚动体在通过该对接部时，存在产生杂音或者由于冲击而滚动寿命下降的可能性。因此，在组装分离型的滚动轴承时，需要以内外圈的对接部的方向与作用于滚动轴承的载荷的方向不重叠的方式组装。

然而，在内圈沿周向分离的情况下，即使假设内圈的内径比轴的外径小，也只不过是在分离的内圈之间产生间隙，而无法以过盈配合的状态组装于轴的外周。因此，在使用过程中内圈转动，内外圈的对接部的方向可能与作用于滚动轴承的载荷的方向重叠。

如图6所示，作为防止内圈51绕着曲轴颈52转动的方案，可考虑组装将内圈51和曲轴颈52沿径向贯通的销53，或者向内圈51与曲轴颈52的嵌合面组装键(省略图示)的方法。然而，在曲轴中，为了确保强度，难以增大键槽、销孔54。而且，在使用了小型的键、销53的情况下，键槽、销孔54的接触面压升高，磨损、变形可能会增大。此外，在内燃机中，轻量化的要求强烈，内圈51的径向的板厚较薄，因此存在销53、键向内圈51的外周突出的情况，在该情况下，内圈51的滚道面56缩小，产生滚动寿命下降的问题。

鉴于以上的状况，本发明的一个方式目的是在通过内圈沿周向分离的滚动轴承对曲轴等旋转轴进行支承的轴承支承结构中，不使用销、键等止转单元而防止内圈相对于旋转轴的转动。

用于解决课题的方案

本发明的一个方式涉及一种轴承支承结构，绕中心轴旋转的轴构件由沿周向分离成两部分的滚动轴承以旋转自如的方式支承，其特征在于，所述轴构件具有外嵌有所述滚动轴承的嵌合部，所述嵌合部的与所述中心轴正交的方向的截面为非正圆形状，所述滚动轴承具备：内圈，在周向上分离成两部分而外嵌于所述嵌合部，在外周具有内侧滚道面；外圈，在周向上分离成两部分而固定于所述内圈的径向外方，在内周具有与所述内侧滚道面同轴的外侧滚道面；以及多个滚动体，在所述内侧滚道面与所述外侧滚道面之间配置成滚动自如，所述内圈的内周为与所述嵌合部的外周对应的形状，与所述中心轴正交的方向的截面为非正圆形状，通过限制所述内圈的径向的位移，来防止所述内圈相对于所述轴构件的转动。

发明效果

根据本发明的方式，在通过内圈沿周向分离的滚动轴承对曲轴等旋转轴进行支承的轴承支承结构中，不使用销、键等止转单元而能够防止内圈相对于旋转轴的转动。由此，能够以避免内圈的对接部的方向与作用于滚动轴承的载荷的方向重叠的方式维持内圈的组装状态，因此能够长期地防止杂音的产生，能够确保良好的滚动寿命。

附图说明

图1是组装有第一实施方式的滚动轴承的曲轴的轴向剖视图。

图2是将曲轴颈的部分放大的轴向剖视图。

图3是与中心轴正交的方向的曲轴颈的剖视图。

图4是说明防止内圈的转动的作用效果的说明图。

图5(a)是另一实施例的曲轴颈的部分的轴向剖视图。图5(b)是与中心轴正交的方向的剖视图。

图6是表示以往的止转单元的轴向剖视图。

具体实施方式

通过附图，详细说明本发明的滚动轴承的实施方式。图1是组装有本发明的第一实施方式的滚动轴承10的曲轴30(轴构件)的轴向剖视图。曲轴30是组装于船外机、机动车等的内燃机，将活塞31的往复运动转换成旋转运动的部件。在以下的说明中，将曲轴30的中心轴m的方向称为轴向，将与中心轴m正交的方向称为径向，将绕着中心轴m转圈的方向称为周向。

曲轴30通过对含碳量为0.3～0.5％左右的碳钢或合金钢进行热锻而制造，一体形成有多个曲轴颈32(嵌合部)、多个曲轴销33、将各曲轴颈32与各曲轴销33连结的多个曲柄臂34。在图1的曲轴30中，在轴向的五个部位形成有曲轴颈32，在轴向的四个部位形成有曲轴销33。

通过图2、图3，说明曲轴颈32的方式。各曲轴颈32的方式都同样，因此在图1中，以标注有J的标号的曲轴颈32为例进行说明。

图2是在外周组装有滚动轴承10的曲轴颈32的轴向剖视图。图3是图2的Y-Y的位置处的与中心轴m正交的方向的剖视图。

各曲轴颈32为柱状，沿中心轴m相互同轴地形成。与中心轴m正交的方向的截面沿轴向均匀，为椭圆形状。在第一实施方式中，曲轴颈32的外周面36在通过高频淬火等提高了硬度之后，实施磨削加工。

在各曲轴颈32的外周分别外嵌有滚动轴承10，曲轴30以曲轴颈32为轴旋转。

再次参照图1。各曲轴销33为圆柱状，在从曲轴颈32沿径向偏心的位置，与中心轴m平行地设置。曲轴销33的外周面通过高频淬火等提高了硬度之后，实施磨削加工。各曲轴销33经由连杆41与活塞31连结。

在内燃机中，通过汽油等的燃料周期性地爆炸燃烧而活塞31沿图1的上下方向位移，曲轴销33绕着曲轴颈32旋转。在活塞31位移到上方时对燃料点火，因此曲轴颈32负荷的载荷在对燃料刚点火之后，即，曲轴销33以曲轴颈32的上方的位置为基准而沿曲轴30的旋转方向旋转了规定的角度β时，成为最大。角度β大致为30°左右(20°<β<40°)。

接下来，通过图2，说明滚动轴承10的方式。滚动轴承10为滚针轴承，具备外圈11、内圈13、作为滚动体的多个滚针15、保持架16。外圈11、内圈13及保持架16分别沿周向分离成两部分。

外圈11由轴承钢等高碳钢制造。在使沿周向分离成两部分的外圈11(在以下的说明中，有时将它们分别称为“外圈片11a”)组合时，外周面17由单一的圆筒面形成。在内周，在轴向的中央遍及整周地形成外侧滚道面12，并且小径的突缘18、18形成在外侧滚道面12的轴向两外侧。外侧滚道面12是与外周面17同轴的圆筒形状而供滚针15滚动的面。

突缘18、18比外侧滚道面12向径向内方突出，滚针15由突缘18、18引导而沿周向滚动。需要说明的是，滚针15可以由曲柄臂34引导而沿周向滚动。在该情况下，不需要在外圈11设置突缘18、18。外周面17及外侧滚道面12在对外圈11进行了淬火之后通过磨削加工而被精加工。

内圈13由轴承钢等高碳钢制造。在使沿周向分离成两部分的内圈13(在以下的说明中，有时将它们分别称为“内圈片13a”)组合时，整体为大致圆筒形状。

在内圈13的外周，在轴向中央遍及整周地形成内侧滚道面14。内侧滚道面14是供滚针15滚动的面，使内圈片13a、13a组合时的内侧滚道面14由单一的圆筒面形成。

内圈13的内周是与曲轴颈32的外周对应的形状。即，内周面19的与中心轴m正交的方向的截面是和曲轴颈32的与中心轴m正交的方向的截面相同的椭圆形状。

内侧滚道面14及内周面19在对内圈13进行了淬火之后，通过磨削加工而被精加工。在滚动轴承10中，外圈11同轴地配置在内圈13的径向外方。

在第一实施方式中，内圈13在径向的厚度成为最小的位置处，由包含中心轴m且沿径向延伸的分离面20分离成两部分。分离面20的方向没有限定为第一实施方式。例如，可以是包含中心轴m且与第一实施方式的分离面20正交的朝向(即，径向的厚度成为最大的朝向)的分离面。

内圈13的内周面19与外周面21的轴向两端部通过由与中心轴m正交的平面构成的端面22、22连结。两端面22、22之间的轴向的尺寸比曲轴颈32的轴向两侧的曲柄臂34、34的轴向的内宽稍小。

滚针15为沿轴的方向比直径长的圆柱状，由轴承钢等钢材制造。在滚动轴承10中，多个滚针15在外圈11与内圈13之间以其轴朝向与中心轴m相同的方向的方式配置。

保持架16为薄壁的圆筒形状，由聚酰胺等树脂材料、薄壁的碳钢钢板制造。保持架16具备称为“兜孔”的沿径向贯通的多个孔(省略图示)。兜孔沿周向等间隔地设置，滚针15通过收容于各兜孔而沿周向等间隔地配置。

需要说明的是，滚动轴承10除了第一实施方式之外，也可以是不具备保持架16而使滚针15沿周向接近配置的所谓满滚子式的滚动轴承。

接下来，通过图3，说明滚动轴承10的组装状态。

将分离成两部分的滚动轴承10分别从径向两侧组装于曲轴颈32，在壳体44、45的内侧组合成一体。

在组装滚动轴承10时，首先，将分离成两部分的内圈片13a、13a安装。各内圈片13a、13a以内周面19的椭圆形状的方向与曲轴颈32的外周面36的椭圆形状的方向一致的方式分别从径向外方组装。接下来，组装与滚针15及保持架16组合的外圈片11a、11a。

这样组装于曲轴颈32的外周的滚动轴承10通过由与发动机机体(省略图示)一体形成的上部壳体44和设置在油盘(省略图示)侧的下部壳体45沿径向夹持而固定于发动机机体。

上部壳体44和下部壳体45分别具有半圆状的内周面46，在如图3那样组合时，其内周面46成为比滚动轴承10的外圈11的外径稍小的直径的单一的圆筒面。通过利用螺栓47、47将下部壳体45与上部壳体44紧固连结而外圈11以过盈配合的状态固定于各壳体44、45的内周。

这样，曲轴30经由滚动轴承10安装于发动机机体，能够以曲轴颈32为旋转轴旋转。当曲轴30旋转时，滚针15一边在外侧滚道面12与内侧滚道面14之间滚动，一边绕着中心轴m公转。

接下来，说明通过第一实施方式的轴承支承结构防止内圈13的转动的作用效果。

图4是说明第一实施方式的作用效果的说明图，示意性地示出内圈13绕着曲轴颈32转动的状态。为了避免图变得烦杂，在图4中，示出将内圈13沿周向固定，并改变曲轴颈32的周向的相位，由此内圈13与曲轴颈32相对地转动的情形。

另外，在图4中，通过虚线表示内圈13与曲轴颈32相对地位移之前(以下，称为“转动前”)，即，图3所示的状态时的曲轴颈32，通过实线表示相对于内圈13沿周向位移了角度θ时(以下，称为“转动后”)的曲轴颈32。在转动前，如图3所示，曲轴颈32的外周与内圈13的内周遍及整周地接触。

需要说明的是，在图4中，示出外圈11未通过壳体等固定，内圈13与曲轴颈32相对地转动，由此分离的滚动轴承10向相互沿径向分离的方向位移的情形。

曲轴颈32的与中心轴m正交的方向的截面形状为椭圆，为非正圆形状。由此，从中心轴m至曲轴颈32的外周面36的尺寸L根据周向的方向而互不相同。将椭圆的中心设为O，将长轴方向的外周面36上的点设为A，将沿周向倾斜了角度θ的方向的外周面36上的点设为B时，中心O与点B的距离Lb比中心O与点A的距离La小。

因此，假定为曲轴颈32相对于内圈13相对地转动了角度θ的情况下，转动后的外周面36上的点A比转动前的外周面36上的点B向径向外方进行位置偏移。即，在图4的标注了交叉影线的区域K中，转动后的曲轴颈32的外周位于比转动前的曲轴颈32的外周靠径向外方的位置。

因此，如图4所示，在外圈11未通过壳体等固定的情况下，分离的滚动轴承10被曲轴颈32施力，从而向相互向径向外方分离的方向(在图4中，为上下方向)位移。此时，在图4的上下方向上，内圈13的内周面19的径向的尺寸增大，并且外圈11的外周面17的径向的尺寸增大。

然而，在第一实施方式中，外圈11在壳体44、45的内周被固定，无法沿径向位移。而且，在滚动轴承10中，径向的间隙极小，滚针15的内切直径与内侧滚道面14的直径之差为几十μm左右。该直径的尺寸差相当于滚动轴承10的径向间隙。因此，当内圈13与曲轴颈32要沿周向相对位移时，内侧滚道面14与外侧滚道面12经由滚针15立即抵接，限制内圈13的径向的位移。因此，内圈13的内周面19的径向的尺寸几乎不变化，因此曲轴颈32相对于内圈13沿周向无法相对地位移。这样，第一实施方式的轴承支承结构能够防止内圈13相对于曲轴颈32沿周向转动的情况。

另外，在第一实施方式中，将曲轴颈32的外周面36和内圈13的内周面19设为相互对应的形状，将与中心轴m正交的方向的截面形状设为相互相同的椭圆形状。因此，外周面36与内周面19的接触位置处的以中心轴m为中心的曲率半径彼此相等。因此，内圈13与曲轴颈32以沿周向扩展的面进行接触，因此能够降低接触面压。因此，能够抑制曲轴颈32的外周面36及内圈13的内周面19的磨损。

另外，在第一实施方式中，仅通过使曲轴颈32的外周面36及内圈13的内周面19相互嵌合就能够防止内圈13的转动，因此内圈13的轴向长度不会受到限制。而且，由于不使用键、销，因此不存在它们向内圈13的外周突出的情况。因此，在第一实施方式的轴承支承结构中，内侧滚道面14的轴向长度未受限制，因此滚动轴承10的负荷容量不会下降，能够确保良好的滚动寿命。此外，由于不需要设置键槽、销孔等，因此能够确保曲轴颈32的强度。

另外，由于不使用键、销，因此能够削减部件个数，并且不需要在曲轴颈32设置键槽、销孔等，因此能够削减机械加工工时，以低成本制造曲轴30。

如以上说明所述，在第一实施方式的轴承支承结构中，即便在使用了内圈13沿周向分离的分离型的滚动轴承10的情况下，也不用使用销、键等止转单元，能够防止内圈13的转动。因此，通过预先以内圈13的对接部的方向与作用于滚动轴承10的载荷的方向不重叠的方式组装，能够维持其组装状态，长期防止杂音的产生，确保滚动寿命。

需要说明的是，在第一实施方式中，曲轴颈32的与中心轴m正交的方向的截面为椭圆形状，但是没有限定于此。虽然省略图示，但是例如与中心轴m正交的方向的截面即使为正方形等多边形，也能够得到同样的作用效果。

另外，在第一实施方式中，说明了曲轴颈32为沿轴向具有均匀的截面的柱状的情况。然而，没有限定于此，在曲轴颈32的轴向的一部分，与中心轴m正交的方向的截面可以为椭圆形状。

图5示出在曲轴颈32的轴向的一部分形成有与中心轴m正交的方向的截面为椭圆形状的止转部37、37的实施例。图5(a)为轴向剖视图，图5(b)为图5(a)的Z-Z的位置处的剖视图。在本实施例中，止转部37、37在曲轴颈32的轴向两端部相互同轴地形成，在轴向的中央设有截面为圆的圆筒部38。内圈13的内周面19为与止转部37、37的外周对应的形状，与中心轴m正交的方向的截面为与止转部37、37同样的椭圆形状。需要说明的是，内圈13具有沿轴向均匀的截面，其内周面19未与圆筒部38相接。

在本实施例中，内圈13也是沿周向分离成两部分，在曲轴颈32沿周向进行了转动的情况下，内圈13由轴向两侧的止转部37、37向径向外方(图5的上下方向)施力。内圈13与第一实施方式同样地被限制径向的移动，因此能够防止内圈13沿曲轴颈32的外周转动的情况。

以上，说明了本发明的实施方式。然而，上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明没有限定为上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以对上述的实施方式进行适当变更地实施。

本申请基于在2018年3月20日提出申请的日本专利申请(特愿2018-053371)，并将其内容作为参照援引于此。

标号说明

10：滚动轴承，11：外圈，11a：外圈片，12：外侧滚道面，13：内圈，13a：内圈片，14：内侧滚道面，15：滚针，16：保持架，17：外周面，18：突缘，19：内周面，20：分离面，30：曲轴，31：活塞，32：曲轴颈，33：曲轴销，34：曲柄臂，36：外周面(曲轴颈)，51：内圈，52：曲轴颈，53：销，54：销孔

Claims (2)

1.一种轴承支承结构，绕中心轴旋转的轴构件由沿周向分离成两部分的滚动轴承以旋转自如的方式支承，其特征在于，

所述轴构件具有外嵌有所述滚动轴承的嵌合部，

所述嵌合部的与所述中心轴正交的方向的截面为非正圆形状，

所述滚动轴承具备：

内圈，在周向上分离成两部分而外嵌于所述嵌合部，在外周具有内侧滚道面；

外圈，在周向上分离成两部分而固定于所述内圈的径向外方，在内周具有与所述内侧滚道面同轴的外侧滚道面；以及

多个滚动体，在所述内侧滚道面与所述外侧滚道面之间配置成滚动自如，

所述内圈的内周为与所述嵌合部的外周对应的形状，与所述中心轴正交的方向的截面为非正圆形状，通过限制所述内圈的径向的位移，来防止所述内圈相对于所述轴构件的转动。

2.根据权利要求1所述的轴承支承结构，其特征在于，

所述非正圆形状为椭圆形状。

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