CN2216613Y - 曲轴支承用新型滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种曲轴支承用滚动轴承，尤其适用于内燃机曲轴支承，它包括外圈、内圈、滚动体，其特征在于空心圆柱滚子轴承为带保持架的空心圆柱滚子轴承，且空心圆柱滚子被保持架的兜孔所隔开，并均匀分布在具有轴承内外圈壁厚标志点及缩小配合直径公差带的内圈、外圈所组成的单列滚道中，且具有热态工作时平均游隙为零计算出的冷态轴承原始游隙。

Description

曲轴支承用新型滚动轴承

本实用新型为一种适用于曲轴支承用新型滚动轴承，尤其造用于内燃机曲轴支承，它具有噪声低、效率高及轴承寿命长等优点。

现有内燃机曲轴支承大多采用实心圆柱滚子轴承，如6135G柴油机曲轴主轴承，它采用的轴承为C4G7002136L(见附图1及2)，采用此种滚动轴承存在如下缺点：

1、总机噪声大，一般高达120分贝，大大超过国家标准规定。

2、有时轴承产生“耍圈”现象，即轴承内圈、外圈与其配合的轴颈或机座孔出现高速游转，使曲轴产生磨损，甚至使机器报废。

这些缺点的出现主要是内燃机的工作状态是由汽缸、活塞、连杆等作往复运动而带动曲轴作旋转运动，运动方向不断正反切换，加上汽缸在燃气燃烧时产生的突发性推力，使轴承承受反复的冲击负荷。这种周期性的负荷作用在有间隙的轴承上，轴承各个零件间就产生撞击噪声。至于“耍圈”的产生，就单套轴承而言是由于在较高温度下、游隙等于零或负游隙情况下产生滚子卡死不转，静止不动的外圈因而随内圈一起旋转而产生耍圈。作为多缸柴油机，一般有多个轴承同时支承曲轴工作，例6135G机有七个轴承。由于曲轴主轴颈存在同轴度误差，轴承内圈孔与滚道、外圈外圆与滚道存在壁厚误差，且各个滚子存在直径尺寸误差等。因此各轴承回转轴线便不在同一条直线上，形成各自的旋转轴线，而曲轴只能按某一条轴线旋转，在较高温度下工作的各个轴承之实际游隙较小，当它们不能按各自旋转轴线转动时，有的轴承就会出现滚子卡住不转而产生“耍圈”。

为了克服上述缺点，下面进一步对解决途径作进一步分析。

如附图3所示，汽缸压燃，活塞04通过连杆05作用于曲轴02上一冲击力F，若轴承01间隙(也称游隙，下同)为△1，经过t1时刻，曲轴02连同轴承内圈2一起撞击滚子3及外圈1，由于： $t1\sqrt{\frac{2{\mathrm{\Δ}}_1}{a_1}}$ 而 $a_1=\frac{F}{M}$

式中：M——活塞、连杆、曲轴、内圆等系统质量；

      a₁——上述系统之加速度

当曲轴02连同内圈2撞击滚子3时，运动的动量MV转变为冲量Pt₂，撞击力P的大小不仅取决于动量大小，也取决于与滚子——滚道变形相关的撞击时间t₂，即： ${\mathrm{Pt}}_2=\mathrm{Mv}={\mathrm{Ma}}_1{t}_1=M\·-\frac{F}{M}\·\sqrt{\frac{{2\mathrm{\Δ}}_{1}M}{F}}$ $=\sqrt{2{\mathrm{\Δ}}_1\mathrm{MF}}$ $t2=\sqrt{\frac{2{\mathrm{\Δ}}_2}{a_2}}=\sqrt{\frac{{2\mathrm{\Δ}}_2}{P/M}}$ $P=\frac{{\mathrm{\Δ}}_1}{{\mathrm{\Δ}}_2}\·F$

即撞击力P与轴承间隙△₁汽缸冲击力F成正比，而与轴承滚子——滚道总变形成反比。

为了保持内燃机的输出马力，F是不能减小的，因此减少撞击力及撞出噪声的途径是减小轴承的间隙和增大受载条件下滚子与滚道的总变形，其中减小△₁是关键，如果△₁为零，则P就等于零，就会消除撞击。但必须指出：

(1)缩小轴承间隙会增大“耍圈”的危险性，因此使用现有的滚子轴承，大幅度减小轴承的工作间隙是无法实现的。

(2)轴承零件总有制造误差和允差范围，要实现轴承游隙为零就必须保证轴承在负间隙即过盈的条件下运转，但实心滚子轴承不能在过盈条件下高速运转。

(3)轴承的工作游隙(热态间隙)不仅与轴承的原始间隙值及其范围有关，而且与箱体孔和曲轴轴颈的尺寸及公差、轴承外圈和内圈配合尺寸及公差有关。因此，要减小轴承的工作游隙，不仅要减少轴承的原始游隙值和公差带，而且要压缩箱体孔、轴颈及轴承内处圈尺寸的公差带。

除上述方法外，还可采用满滚子无保持架预负荷的空心滚子轴承(见我国专利86209983.8,89200708.4)它可以完全消除轴承游隙。然而在此场合应用此法，由于轴承原始游隙到热态(工作)游隙约有0.10毫米缩减量，这对预负荷的空心圆柱滚子轴承来说，就要在原有的过盈量上再加上0.10毫米，这将破坏预负荷空心圆柱滚子轴承的正常工作。

本实用新型的目的在于克服上述缺点和问题，提供一种新型的曲轴支承用滚动轴承，特别适于要求噪声低、效率高、轴承寿命长的内燃机曲轴支承。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

一种曲轴支承用空心圆柱滚子轴承，包括内圈、外圈、滚动体，其特征在于空心圆柱滚子轴承为带保持架4的空心圆柱滚子轴承，且空心圆柱滚子3被保持架4的兜孔4—1所隔开，并均匀分布在具有轴承内外圈壁厚标志点5及缩小配合直径公差带的内圈2、外圈1所组成的单列滚道中，并且具有按热态工作时平均游隙值为零计算出的冷态轴承原始游隙△1。

本实用新型的目的还可以由以下技术措施进一步实现。

前述的轴承，其中滚动体采用空心圆柱滚子3，空心圆柱滚子3的孔径与外径之比为0.50—0.65。

前述的轴承，其中保持架4开有兜孔4—1，并在保持架4上作均匀分布。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、显著地降低了撞击噪声，大部分轴承撞击力为零，小部分撞击力降至现有技术的1/4—1/12。

2、显著地降低了滚子最大负荷26％。

3、提高轴承接触疲劳寿命5倍以上。

4、减少滚子离心力30％。

5、由于缩小机器配合直径公差及提高轴承组的同心度并非依靠提高加工精度，而是靠检验分选达到，因此成本增加不多，易实施。

下面结合说明书附图对本实用新型的实施例作进一步说明：

图1为采用实心滚子轴承的6135G柴油机汽缸曲轴剖面图。

图中：01为轴承C4G7002136L    02为曲轴

     03为曲轴轴颈    04为活塞    D为箱体孔

图2：为图1之侧视图之局部剖视图

图中05为连杆

图3：为内燃机曲轴支承受力分析图

图4：为本实用新型实施例之一剖视图

图5：为本实用新型实施例之一的正视图

图4、图5中1为轴承外圈，2为内圈，3为空心圆柱滚子，

4为带兜孔，4—1的保持架，5为轴承内外圈壁厚标志点，

△₁为轴承游隙

在本实用新型的实施例中：

1、采用空心圆柱滚子作为轴承的滚动体。空心圆柱滚子孔径与外径之比为0.5，由于空心圆柱滚子受载时，不仅有接触点的接触变形，而且还有整体弯曲变形。与实心圆柱滚子相比，在同样负荷下其总变形至少增加一倍(空心度愈大，增加愈多)，所以有效地减小了撞出力，由于空心圆柱滚子可以在一定过盈条件下工作，因此防止了滚子“卡死”、“耍圈”现象。

2、采用带保持架的空心圆柱滚子轴承，且保持架开有兜孔，均匀分布在保持架上，以满足和解决内燃机分离法装配要求和防止滚子散落。

3、轴承的原始游隙根据轴承的工作温度、有关零件的温度分布(例箱体、轴承外圈、内圈及曲轴等)、配合公差、材料热膨胀系数计算出轴承的热态工作时平均游隙为零的冷态轴承原始游隙，其公差带控制在≤0.03毫米。

4、缩小轴承配合的公差带，将轴承内圈内径及外圈外径按标准公差带中值分为两组，并在轴承内、外环上分别标出组别。

5、减小轴承圈壁厚差或减小影响：前者将轴承圈的标准壁厚允差减小一倍以上，后者采用在轴承圈的端面上增添壁厚标志点(最大壁厚或最小壁厚)。在装配时外圈标志点及内圈标志点分别取同一方向，以减少多个轴承滚道的不同心度。

本实施例的轴承外径为280mm，内径为180mm，轴承宽度为31mm，原始游隙为0.1mm。

Claims (3)

1、一种曲轴支承用空心圆柱滚子轴承，包括外圈、内圈、滚动体，其特征在于：空心圆柱滚子轴承为带保持架(4)的空心圆柱滚子轴承，且空心圆柱滚子(3)被保持架(4)的兜孔(4—1)所隔开，并均匀分布在具有轴承内外圈壁厚标志点(5)及缩小配合直径公带差的内圈(2)、外圈(1)所组成的单列滚道中，并且具有按热态工作时平均游隙值为零计算出的冷态轴承原始游隙(△1)。

2、根据权利要求1所述的轴承，其特征在于空心圆柱滚子(3)的孔径与外径之比为0.5至0.65范围内。

3、根据权利要求1所述的轴承，其特征在于保持架(4)上开有兜孔(4—1)，且均匀分布于保持架(4)上。

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