CN214063092U - 一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，可应用于高原环境下各种汽油机和柴油机中，以达到减小摩擦及节能减排的目的，并优化高原环境对内燃机的影响。其特点是分别在内燃机曲轴‑轴瓦摩擦副接触表面之间加工出具有一定尺寸的圆弧形凹坑织构，织构规则的阵列于曲轴及轴瓦接触表面。本实用新型的优势在于通过织构耦合作用达到提高油膜承载、减小曲轴‑轴瓦摩擦副之间摩擦阻力、提高润滑性能、减小内燃机摩擦磨损的目的。同时可利用织构产生的空化的物理化学性能以改善高原环境对内燃机的影响，增加内燃机的使用寿命以及增长保养周期；如改善高原风沙对内燃机的影响，道路环境导致的振动对内燃机的影响等。

Description

一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件

技术领域

本实用新型涉及一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，可应用于高原使用的各种汽油机、柴油机。

背景技术

自内燃机发明以来，因其优秀的工作效率、较强的可靠性和良好的经济型，被广泛应用于各种领域，尤其是在汽车上的使用。然而内燃机在高原上的使用会因为高原环境问题而受到各种限制，高原恶劣的环境、低的氧气含量和低气压都会对内燃机的正常运作产生影响，直接导致内燃机在高原上的动力性能、经济性和排放性能。近些年来，我国提高了内燃机排放标准，致力于节能减排，减少环境污染。而内燃机是一个结构复杂的整体化系统，存在多种摩擦副，摩擦消耗的功耗占到内燃机整体机械损失的大部分，所以减少内燃机摩擦副间摩擦力是达到节能减排的有效方法。通用的减少内燃机摩擦副间摩擦力的主要方法是从内燃机的结构、材料以及润滑剂的材料上改进，而在内燃机摩擦副间加工织构方法是摩擦学一个较新方向。相比于没有织构的内燃机来说，具有织构的摩擦副间摩擦力大幅度减少，达到节能减排、提高内燃机使用寿命的目的。同时，高原环境对内燃机的影响也普遍存在，织构技术可以有效优化内燃机在高原上的性能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，以通过改变润滑达到减小摩擦、增大曲轴承载力的目的，并依靠织构产生的物理化学性能优化高原环境对内燃机润滑油粘度的影响以及道路不平稳震动内燃机曲轴-轴瓦造成的损伤；本实用新型所述组件包括：曲轴1和轴瓦3；在曲轴-轴瓦摩擦副的接触表面上设计有圆弧形曲轴织构2和圆弧形轴瓦织构4形成耦合织构；

圆弧形织构具体参数：曲轴上织构的半径为30±0.5um、深度为18±0.5um、面积占有率为40±0.5％、深径比为0.6±0.5％；轴瓦上织构的半径为30±0.5um、深度为18±0.5um、面积占有率为40±0.5％、深径比为0.6±0.5％。

优选的，本实用新型所述圆弧形曲轴织构为多个阵列的弧面凹坑，且面积占有率和深径比相同。

优选的，本实用新型所述圆弧形轴瓦织构为多个阵列的弧面凹坑，且面积占有率和深径比相同。

优选的，本实用新型所述圆弧形曲轴织构和圆弧形轴瓦织构面积占有率和深径比相同。

优选的，本实用新型所述圆弧形织构均匀分布于曲轴-轴瓦两侧接触面。

优选的，本实用新型所述曲轴-轴瓦摩擦副表面织构的加工：采取激光加工技术在曲轴-轴瓦接触表面进行加工处理。

本实用新型的原理：

首先对润滑油膜流场特性进行先行分析；由牛顿内摩擦定律可知，曲轴在轴瓦内360°高速旋转时带动曲轴-轴瓦摩擦副的润滑油流体流动形成流体动压效应，对形成的流体油膜进行仿真分析。

润滑油在流入织构区域时由于截面面积的增大引起压力降低，曲轴运动速度的增大会使流体压力降低至空气分离压从而在织构入口区域发生空化，空化效应产生的空泡在破灭时产生向四周辐射的巨大压力，提供沿曲轴径向的承载力来承载曲轴在轴瓦中的转动，有效的解决曲轴-轴瓦间直接接触带来的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，并且承载力提高会进一步消除曲轴转动带来的震动；同时，两表面摩擦副间的织构在互相位移中会将进入内燃机中的沙尘储存在织构空间中，防止沙尘附在摩擦副表面造成拉缸和刮伤，减小了内燃机曲轴-轴瓦间的摩擦损耗以及内燃机摩擦副间的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，提高内燃机使用寿命，缩短内燃机保养周期。

润滑油流体在形成动压油膜的同时，会在缸套侧织构区域内形成涡流。涡流的产生对摩擦系数有一定影响，且涡流的产生与织构深度相关，织构深度过浅时无法产生涡流，织构深度过深时，对承载力产生负面影响，因此必须控制织构深度以产生最优效果。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型所述曲轴-轴瓦接触表面上的织构可以显著改善润滑、提高减磨性能来有效的减小摩擦副间的摩擦；微型织构会存储和释放润滑油，增强润滑油的流动性，解决润滑油不足时的润滑问题；微型表面织构会在润滑时产生空化反应，空化效应产生的空泡在破灭时产生向四周辐射的巨大压力，提供沿曲轴径向的承载力来承载曲轴在轴瓦中的转动，有效的解决曲轴-轴瓦间直接接触带来的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，并且承载力提高会进一步消除曲轴转动带来的震动。

(2)两表面摩擦副间的织构在互相位移中会将进入内燃机中的沙尘储存在织构空间中，防止沙尘附在摩擦副表面造成拉缸和刮伤，减小了内燃机曲轴-轴瓦间的摩擦损耗以及内燃机摩擦副间的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，提高内燃机使用寿命，缩短内燃机保养周期。

附图说明

图1是本实用新型整体结构三维示意图；

图2是本实用新型曲轴局部织构示意图；

图3是本实用新型轴瓦局部织构示意图。

图中：1-曲轴，2-曲轴织构，3-轴瓦，4-轴瓦织构，5-油孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，所述组件包括：曲轴1和轴瓦3；在曲轴-轴瓦摩擦副的接触表面上设计有圆弧形曲轴织构2和圆弧形轴瓦织构4形成耦合织构；圆弧形织构具体参数：曲轴上织构的半径为30um、深度为18um、面积占有率为40％、深径比为0.6％；轴瓦上织构的半径为30um、深度为18um、面积占有率为40％、深径比为0.6％。

本实用新型不同于传统的减小摩擦副摩擦的方法，本实用新型通过在摩擦副接触表面形成微观织构从而达到减小摩擦副间摩擦、提高润滑效果的目的，同时通过织构产生的空化效应产生的空泡在破灭时产生向四周辐射的巨大压力，提供沿曲轴径向的承载力来承载曲轴在轴瓦中的转动，有效的解决曲轴-轴瓦间直接接触带来的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，并且承载力提高会进一步消除曲轴转动带来的震动；同时，两表面摩擦副间的织构在互相位移中会将进入内燃机中的沙尘储存在织构空间中，防止沙尘附在摩擦副表面造成拉缸和刮伤，减小了内燃机曲轴-轴瓦间的摩擦损耗以及内燃机摩擦副间的表面失效、表面磨损刮伤及金属熔断等负面作用，提高内燃机使用寿命，缩短内燃机保养周期。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，其特征在于，所述组件包括：曲轴(1)和轴瓦(3)；在曲轴-轴瓦摩擦副的接触表面上设计有圆弧形曲轴织构(2)和圆弧形轴瓦织构(4)形成耦合织构；

圆弧形织构具体参数：曲轴上织构的半径为30±0.5um、深度为18±0.5um、面积占有率为40±0.5％、深径比为0.6±0.5％；轴瓦上织构的半径为30±0.5um、深度为18±0.5um、面积占有率为40±0.5％、深径比为0.6±0.5％。

2.根据权利要求1所述带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，其特征在于：

所述圆弧形曲轴织构为多个阵列的弧面凹坑，且面积占有率和深径比相同；

所述圆弧形轴瓦织构为多个阵列的弧面凹坑，且面积占有率和深径比相同；

所述圆弧形曲轴织构和圆弧形轴瓦织构面积占有率和深径比相同。

3.根据权利要求1或2所述带有耦合织构的内燃机曲轴和轴瓦组件，其特征在于：圆弧形织构均匀分布于曲轴-轴瓦两侧接触面。

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