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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein halbes Drucklager, das die Axialkraft einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aufnimmt.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors wird an einem Zapfenabschnitt davon durch einen Zylinderblock-Unterteil des Verbrennungsmotors über ein Hauptlager drehbar gelagert, das durch die Kombination eines Paares von Halblagern in einer zylindrischen Form konfiguriert ist.
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Eine oder beide Lagerhälften werden in Kombination mit einem halben Drucklager verwendet, das die Axialkraft einer Kurbelwelle aufnimmt. Das halbe Drucklager ist an einer oder beiden axialen Endflächen des halben Lagers angeordnet.
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Das halbe Drucklager nimmt die in der Kurbelwelle erzeugte Axialkraft auf. Das heißt, das halbe Drucklager ist zur Aufnahme der auf die Kurbelwelle ausgeübten Axialkraft angeordnet, z.B. wenn die Kurbelwelle und ein Getriebe durch eine Kupplung miteinander verbunden sind.
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Auf der Seite der Gleitfläche des halben Drucklagers wird in der Nähe jedes Umfangsendes des halben Drucklagers eine Axialdruckentlastung so ausgebildet, dass die Dicke eines Lagerelements zu einer Umfangsendfläche des halben Drucklagers hin geringer wird. Im Allgemeinen wird die Axialdruckentlastung so ausgebildet, dass ihre Länge von der Umfangsendfläche des halben Drucklagers bis zu einer Gleitfläche und ihre Tiefe in der Umfangsendfläche unabhängig von den radialen Positionen konstant werden. Die Axialdruckentlastung wird gebildet, um Ausrichtungsfehler der Endflächen des Drucklagerpaares zu absorbieren, wenn die Drucklagerhälften in einem geteilten Lagergehäuse zusammengesetzt werden (siehe
10 von
JP H11-201145 A ).
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Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wird an ihrem Zapfenteil über das Hauptlager, das aus dem Paar von Halblagern besteht, vom Zylinderblock-Unterteil des Verbrennungsmotors gelagert. Dabei wird das Schmieröl von einem Ölkanal in einer Zylinderblockwand durch eine Durchgangsbohrung in einer Wand des Hauptlagers in eine Schmierölnut geleitet, die entlang einer inneren Umfangsfläche des Hauptlagers ausgebildet ist. Das Schmieröl wird auf diese Weise in die Schmierölnut des Hauptlagers geleitet und dann dem halben Drucklager zugeführt. Es ist zu beachten, dass für das Drucklager, das die Axialkraft der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufnimmt, im Allgemeinen eine Schichtstruktur verwendet wird, bei der eine Aluminiumlagerlegierungsschicht oder eine Kupferlagerlegierungsschicht auf einer Oberfläche einer Stützmetallschicht aus einer Fe-Legierung gebildet wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wenn die durch die Kopplung der Kurbelwelle mit einem Getriebe o.ä. auf die Kurbelwelle ausgeübte Axialkraft auf die Gleitfläche des halben Drucklagers aufgebracht wird, wird die Stoßkraft im Wesentlichen gleichzeitig in der Nähe der Umfangsendflächen des halben Drucklagers aufgebracht, und daher kann es zu einer Ermüdung (Risse und/oder Abblättern) in der Axialdruckentlastung oder der Lagerlegierungsschicht der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche kommen.
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Genauer gesagt wird das halbe Drucklager verwendet, indem es mit einem Lagersitz (Sitzfläche) in den Seitenflächen eines Zylinderblocks und einem Lagerdeckel montiert wird. Da jedoch ein Innendurchmesser des Lagersitzes etwas größer als ein Außendurchmesser des halben Drucklagers ausgebildet ist, ist das halbe Drucklager in Umfangsrichtung leicht beweglich. Andererseits, wenn ein Paar der Drucklagerhälften verwendet wird, indem sie zu einer Ringform kombiniert werden (siehe z.B.
10 von
JP H11-201145 A ), neigt eine Druckringoberfläche der Kurbelwelle dazu, zuerst die Gleitfläche einer der Drucklagerhälften zu berühren, anstatt gleichzeitig beide Gleitflächen des Paares der Drucklagerhälften zu berühren, und eine momentane Axialkraft von der Kurbelwelle wird auf die Gleitfläche des Drucklagers ausgeübt. So bewegt sich eines der halben Drucklager entsprechend der Drehung der Druckringoberfläche leicht in Umfangsrichtung, eine Umfangsendfläche eines der halben Drucklager auf einer Vorderseite der Drehrichtung der Kurbelwelle kollidiert mit einer Umfangsendfläche des anderen halben Drucklagers auf einer Rückseite der Drehrichtung der Kurbelwelle, und es wird eine Stoßbelastung in der Nähe der Umfangsendflächen der halben Drucklager aufgebracht. Die Ermüdung (Risse oder Abblättern von einer Metallrückseitenschicht aus Stahl) neigt dazu, in der an die Umfangsendfläche des halben Drucklagers angrenzenden Axialdruckentlastung oder in der Lagerlegierungsschicht der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche aufgrund der Wirkung der wiederholt ausgeübten Stoßbelastung aufzutreten, wenn die Kurbelwelle und das Getriebe miteinander verbunden werden.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung ist daher die Bereitstellung eines halben Drucklagers für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, bei dem die Ermüdung im Betrieb nicht leicht auftritt.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein halbringförmiges halbes Drucklager zur Aufnahme der Axialkraft einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bereit, wobei das halbe Drucklager umfasst: eine Stützmetallschicht aus einer Fe-Legierung, die eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite definiert, und eine Lagerlegierungsschicht, die auf der ersten Fläche der Stützmetallschicht vorgesehen ist, wobei die Lagerlegierungsschicht umfasst: eine Gleitfläche auf einer der Stützmetallschicht gegenüberliegenden Seite, wobei das halbe Drucklager ferner umfasst: zwei an beide Umfangsendflächen des halben Drucklagers angrenzend ausgebildete Axialdruckentlastungen, wobei jede Axialdruckentlastung umfasst: eine Axialdruckentlastungsfläche, die so ausgebildet ist, dass eine Wanddicke des halben Drucklagers von der Gleitfläche in Richtung der Umfangsendfläche kleiner wird, wobei
die Axialdruckentlastungsfläche eine Lagerlegierungsschicht enthält,
in der Axialdruckentlastung wird die Stützmetallschicht so gebildet, dass eine Dicke davon zur Umfangsendfläche hin geringer wird,
jede Umfangsendfläche der Stützmetallschicht umfasst: eine freiliegende Endfläche, die an die zweite Fläche angrenzt und einen Teil der Umfangsendfläche des halben Drucklagers bildet, sowie eine Übergangsfläche, die zwischen der ersten Fläche und der freiliegenden Endfläche gebildet ist, und
die Lagerlegierungsschicht umfasst ferner: einen Verlängerungsabschnitt, der sich in Richtung zu der zweiten Fläche der Stützmetallschicht erstreckt, um die Übergangsfläche
zu bedecken, wobei der Verlängerungsabschnitt umfasst: eine Verlängerungsendfläche, die einen Teil der Umfangsendfläche des halben Drucklagers bildet, wobei die Verlängerungsendfläche angrenzend an die freiliegende Endfläche ausgebildet ist, so dass die Verlängerungsendfläche und die freiliegende Endfläche sich zumindest teilweise in derselben Ebene erstrecken.
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Eine axiale Länge (A1) des Verlängerungsabschnitts in der Umfangsendfläche des halben Drucklagers kann vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm betragen.
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Eine axiale Tiefe (RD1) der Axialdruckentlastung von der Gleitfläche in der Umfangsendfläche des halben Drucklagers kann zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers vorzugsweise konstant sein und 0,1 bis 1 mm betragen.
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Eine Länge (L1) der Axialdruckentlastung von der Umfangsendfläche des halben Drucklagers kann zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers vorzugsweise konstant sein und 3 bis 25 mm betragen.
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Darüber hinaus kann zumindest die Gleitfläche der Lagerlegierungsschicht durch eine Überzugsschicht abgedeckt sein.
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Wie oben beschrieben, nimmt das halbe Drucklager für die Kurbelwelle die Axialkraft der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Teil der Umfangsendfläche der Stützmetallschicht, d.h. die Übergangsfläche, mit dem Verlängerungsabschnitt der Lagerlegierungsschicht bedeckt, so dass die Lagerlegierungsschicht auf der Seite der Axialdruckentlastungsfläche der Umfangsendfläche der Stützmetallschicht zunächst eine Stoßbelastung erhält und dann elastisch verformt wird, so dass die auf die Stützmetallschicht ausgeübte Belastung verringert wird. Andererseits ist die freiliegende Endfläche der Stützmetallschicht, die weniger leicht elastisch verformt werden kann als der Verlängerungsabschnitt der Lagerlegierungsschicht, auf einer hinteren Oberflächenseite (einer Seite, die der Axialdruckentlastungsfläche gegenüberliegend ist) der Umfangsendfläche der Stützmetallschicht freiliegend, und folglich wird die Stoßbelastung hauptsächlich auf einen Bereich (die freiliegende Endfläche) der Umfangsendfläche der Stützmetallschicht aufgebracht, der von der Lagerlegierungsschicht entfernt liegt. Dementsprechend wird die Stoßbelastung nicht ohne weiteres auf die Lagerlegierungsschicht in der Axialdruckentlastungsfläche oder einen an die Axialdruckentlastung angrenzenden Bereich der Gleitfläche übertragen, und daher tritt in diesen Bereichen in der Lagerlegierungsschicht nicht ohne weiteres Ermüdung auf.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Lagervorrichtung;
- 2 ist eine Frontansicht der Lagervorrichtung;
- 3 ist ein Schnitt durch die Lagervorrichtung;
- 4 ist eine Frontansicht eines halben Drucklagers der Ausführungsform 1;
- 5 ist ein Schnitt durch ein Umfangsende einer Axialdruckentlastung des halben Drucklagers der Ausführungsform 1;
- 6 ist eine vergrößerte Ansicht des in 5 dargestellten Umfangsendes;
- 7 ist eine Frontansicht eines Halblagers;
- 8 ist eine Ansicht von unten, bei der die in 7 dargestellte Lagerhälfte von einer radial inneren Seite aus gesehen wird;
- 9 ist eine Frontansicht eines halben Drucklagers der Ausführungsform 2;
- 10 ist eine Seitenansicht des halben Drucklagers der Ausführungsform 2;
- 11 ist eine Seitenansicht eines halben Drucklagers der Ausführungsform 3; und
- 12 ist ein Schnitt durch ein halbes Drucklager, bei dem eine Überzugsschicht auf einer Lagerlegierungsschicht gebildet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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[Ausführungsform 1]
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(Gesamtkonfiguration der Lagervorrichtung)
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Zunächst wird eine Gesamtkonfiguration einer Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 unter Verwendung der 1 bis 3 beschrieben. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, wird in einem Lagergehäuse 4, das durch Anbringen eines Lagerdeckels 3 an einem Bodenteil eines Zylinderblocks 2 gebildet ist, eine Lagerbohrung (Haltebohrung) 5 gebildet, die eine kreisförmige, zwischen den beiden Seitenflächen durchgehende Bohrung ist, und an den Umfangskanten der Lagerbohrung 5 sind an den Seitenflächen Lagersitze 6, 6 ausgebildet, die ringförmige Vertiefungen sind. Halbe Lager 7, 7, die einen Zapfenteil 11 einer Kurbelwelle drehbar lagern, werden zu einer zylindrischen Form zusammengesetzt und dann in die Lagerbohrung 5 eingepasst. Halbe Drucklager 8, 8, die über einen Druckring 12 der Kurbelwelle die Axialkraft f (siehe 3) aufnehmen, werden zu einer Ringform zusammengesetzt und dann in die Lagersitze 6, 6 eingepasst.
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Wie in 2 dargestellt, ist auf der inneren Umfangsfläche des Halblagers 7 auf der Seite des Zylinderblocks 2 (Oberseite) der ein Hauptlager konfigurierenden Halblager 7 eine Schmierölnut 71 gebildet und in der Schmierölnut 71 ist eine bis zu einer äußeren Umfangsfläche reichende Durchgangsbohrung 72 gebildet (siehe 7 und 8). Es ist zu beachten, dass die Schmierölnuten auch sowohl in der oberen als auch der unteren Lagerhälfte gebildet sein können.
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Darüber hinaus sind in jedem der Halblager 7 an seinen beiden Umfangsenden, angrenzend an die Anschlagflächen der Halblager 7, Anstoßaussparungen 73, 73 gebildet (siehe 2). Die Anstoßaussparung 73 ist ein Bereich mit abnehmender Wanddicke, der so geformt ist, dass die Wanddicke eines Bereichs, der an das Umfangsende der Lagerhälfte 7 angrenzt, zum Umfangsende hin allmählich kleiner wird. Die Anstoßaussparung 73 wird mit der Absicht gebildet, Ausrichtungsfehler und Verformungen der Stoßflächen beim Zusammensetzen des Paares der Lagerhälften 7, 7 auszugleichen.
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(Konfiguration des halben Drucklagers)
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Als nächstes wird die Konfiguration des halben Drucklagers 8 der Ausführungsform 1 mit Hilfe der 2 bis 5 beschrieben. Das halbe Drucklager 8 der vorliegenden Ausführungsform wird durch Verwendung eines Bimetalls zu einer halbringförmigen, flachen Platte geformt, wobei eine dünne Lagerlegierungsschicht 85 mit einer Stützmetallschicht 84 aus einer Fe-Legierung verbunden ist. Es ist zu beachten, dass Stahl, rostfreier Stahl oder ähnliches als Fe-Legierung der Stützmetallschicht 84 verwendet werden kann. Außerdem kann eine Cu-Lagerlegierung, eine Al-Lagerlegierung oder ähnliches als Lagerlegierungsschicht 85 verwendet werden. Die Lagerlegierungsschicht 85 ist in der Härte geringer (nämlich weicher) als die Stützmetallschicht 84 aus der Fe-Legierung, und ist daher im Ausmaß der elastischen Verformung bei Aufnahme äußerer Kraft groß.
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Das halbe Drucklager 8 umfasst eine Gleitfläche 81 (Lagerfläche), die aus der Lagerlegierungsschicht 85 in einem zentralen Umfangsbereich gebildet ist, und Axialdruckentlastungen 82, 82 in Bereichen, die an beide Umfangsendflächen 83, 83 angrenzen. Die Axialdruckentlastung 82 hat eine flache Axialdruckentlastungsfläche (Ebene) 82s. Zwei Ölnuten 81a, 81a sind auf der Gleitfläche 81 zwischen den Axialdruckentlastungen 82, 82 auf beiden Seiten ausgebildet, um die Ölrückhalteleistung für das Schmieröl zu verbessern.
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Es ist zu beachten, dass, wie in 12 dargestellt, auf der Gleitfläche 81 der Lagerlegierungsschicht 85 eine Überzugsschicht 87 gebildet werden kann. Als Überzugsschicht 87 kann ein Metall oder eine Legierung wie Sn, eine Sn-Legierung, Bi, eine Bi-Legierung, Pb oder eine Pb-Legierung oder ein Harzgleitmaterial verwendet werden. Das Harzgleitmaterial wird aus einem Harzbindemittel und einem festen Schmiermittel gebildet. Obwohl ein bekanntes Harz als Harzbindemittel verwendet werden kann, ist es vorzuziehen, eine oder mehrere Arten zu verwenden, die aus der Gruppe bestehend aus hoch hitzebeständigem Polyamid-Imid, Polyimid und Polybenzimidazol ausgewählt werden. Es ist auch möglich, als Harzbindemittel eine Harzzusammensetzung zu verwenden, in der ein hoch hitzebeständiges Harz, das eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid-Imid, Polyimid und Polybenzimidazol, enthält, mit 1 bis 25 Volumenprozent Harz, das eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Epoxid und Polyethersulfon, enthält, oder einer polymerlegierten Harzzusammensetzung gemischt wird. Als Festschmierstoff können Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Polytetrafluorethylen, Bornitrid oder ähnliches verwendet werden. Das Zugabeverhältnis des Festschmierstoffs zum Harzgleitmaterial beträgt vorzugsweise 20 bis 80 Volumenprozent. Um die Verschleißfestigkeit des Harzgleitmaterials zu erhöhen, können außerdem 0,1 bis 10 Volumenprozent harte Partikel aus Keramik, einer intermetallischen Verbindung oder ähnlichem im Harzgleitmaterial enthalten sein.
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Darüber hinaus kann die Überzugsschicht 87 nicht nur auf eine Fläche, die als Gleitfläche 81 der Lagerlegierungsschicht 85 dient, die die axiale Belastung der Kurbelwelle aufnimmt, sondern auch auf die Axialdruckentlastungsfläche 82s, eine Fläche der Ölnut 81a, eine Fläche des Außendurchmessers, eine Fläche des Innendurchmessers, eine Rückseitenfläche, eine Fläche des Umfangsendes und dergleichen des halben Drucklagers 8 aufgebracht werden. Die Dicke der Überzugsschicht 87 beträgt 0,5 bis 20 3µm, vorzugsweise 1 bis 10 µm.
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Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung die Gleitfläche 81, die Axialdruckentlastungsfläche 82s, die Rückseitenfläche 84b und die Umfangsendfläche 83 als Oberflächen definiert sind, wenn die Überzugsschicht 87 nicht gegeben ist.
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Die Axialdruckentlastung 82 ist ein Bereich mit abnehmender Wanddicke, der in einem Bereich auf der Seite der Gleitfläche 81 neben den beiden Umfangsendflächen so ausgebildet ist, dass die Wanddicke des halben Drucklagers 8 zu dessen Endfläche hin allmählich kleiner wird und der sich über die gesamte radiale Länge der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 erstreckt. Die Axialdruckentlastung 82 wird gebildet, um Ausrichtungsfehler der Umfangsendflächen 83, 83 des Paares der halben Drucklager 8, 8 auszugleichen, die sich aus Ausrichtungsfehlern oder ähnlichem ergeben, wenn die halben Drucklager 8 in dem geteilten Lagergehäuse 4 zusammengesetzt werden.
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Wie in 4 dargestellt, hat die Axialdruckentlastung 82 in der vorliegenden Ausführungsform eine konstante Axialdruckentlastungslänge L1 zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers 8.
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Bei der Verwendung in einer Kurbelwelle (von der ein Zapfenteil einen Durchmesser von etwa 30 bis 100 mm hat) eines kleinen Verbrennungsmotors eines Automobils oder ähnlichem wird die Axialdruckentlastungslänge LI, gemessen von der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8, auf 3 bis 25 mm eingestellt.
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Hier ist die Axialdruckentlastungslänge L1 definiert als eine Länge, die in einer senkrechten Richtung von einer Ebene (Drucklager-Spaltebene HP) aus gemessen wird, die die beiden Umfangsendflächen 83 des halben Drucklagers 8 einschließt. Insbesondere ist die Axialdruckentlastungslänge L1 an einem radial inneren Ende des halben Drucklagers 8 definiert als eine Länge in einer senkrechten Richtung von der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bis zu einem Punkt, an dem die Axialdruckentlastungsfläche 82s sich mit einer inneren Umfangskante der Gleitfläche 81 schneidet.
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Darüber hinaus ist die Axialdruckentlastung 82 des halben Drucklagers 8 so ausgebildet, dass sie in der Umfangsendfläche 83 eine axiale Tiefe RD1 aufweist, die zwischen dem radial inneren Ende und dem radial äußeren Ende des halben Drucklagers 8 konstant ist.
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Die axiale Tiefe RD1 der Axialdruckentlastung 82 kann auf 0,1 bis 1 mm eingestellt werden.
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Hier bedeutet die axiale Tiefe einen axialen Abstand von einer Ebene, die die Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8 einschließt, bis zur Axialdruckentlastungsfläche 82s. Mit anderen Worten, die axiale Tiefe ist ein Abstand senkrecht zur Axialdruckentlastungsfläche 82s, der von einer imaginären Gleitfläche gemessen wird, die eine Verlängerung der Gleitfläche 81 bis zur Axialdruckentlastung 82 ist. Daher ist die axiale Tiefe RD1 insbesondere als eine Tiefe von der Axialdruckentlastungsfläche 82s in der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bis zur Gleitfläche 81 definiert.
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Wie in 5 und 6 dargestellt, definiert die Stützmetallschicht 84 zwei Flächen, d.h. eine erste Fläche 84a, mit der die Lagerlegierungsschicht 85 verbunden ist, und eine zweite Fläche 84b, die die Rückseitenfläche des halben Drucklagers 8 bildet. Darüber hinaus umfasst die Umfangsendfläche der Stützmetallschicht 84, die sich zwischen der ersten Fläche 84a und der zweiten Fläche 84b erstreckt, eine freiliegende Endfläche 84e, die sich neben der zweiten Fläche 84b erstreckt, um einen Teil der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 zu bilden, und eine Übergangsfläche 84t, die sich von der freiliegenden Endfläche 84e zur ersten Fläche 84a erstreckt.
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Die Lagerlegierungsschicht 85 hat einen Verlängerungsabschnitt 86, der sich axial von der Seite der ersten Fläche 84a zur Seite der zweiten Fläche 84b erstreckt, um die Übergangsfläche 84t der Stützmetallschicht 84 zu bedecken, und dieser Verlängerungsabschnitt 86 hat eine Verlängerungsendfläche 86e, die einen Teil der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bildet. Die Verlängerungsendfläche 86e wird neben der freiliegenden Endfläche 84e ohne jede Stufe gebildet, so dass die Verlängerungsendfläche 86e und die freiliegende Endfläche 84e in der gleichen Ebene (der Umfangsendfläche 83) verlaufen.
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Während sich die Umfangsendfläche 83 in der Ausführungsform 1 in der gleichen Ebene senkrecht zur axialen Richtung insgesamt erstreckt, kann sich die Umfangsendfläche 83 so erstrecken, dass z.B. ein Teil der freiliegenden Endfläche 84e neben der Übergangsfläche 84t flach (oder bündig) mit der Verlängerungsendfläche 86e ausgebildet ist, der andere Teil der freiliegenden Endfläche 84e neben der zweiten Fläche 84b jedoch von der flachen Fläche zurückgesetzt oder entfernt ist.
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Darüber hinaus kann aus Sicht der tatsächlichen Herstellung die Form der Axialdruckentlastungsfläche 82s in einem Umfangsabschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 eine leicht gebogene Kurve sein, und die Form der ersten Fläche 84a der Stützmetallschicht 84 in der Axialdruckentlastung 82 kann ebenfalls eine leicht gebogene Kurve im Umfangsabschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 sein.
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Genauer gesagt ist in einem Abschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8 und senkrecht zur Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 der Verlängerungsabschnitt 86 der Lagerlegierungsschicht 85 als ein Teil definiert, der von einem Schnittpunkt P1 der Umfangsendfläche 83 und einer gedachten Linie, die eine Verlängerung der ersten Fläche 84a der Stützmetallschicht 84 in der Axialdruckentlastung 82 ist, einem Schnittpunkt P2 der ersten Fläche 84a und der Übergangsfläche 84t und einem Schnittpunkt P3 der Übergangsfläche 84t und der freiliegenden Endfläche 84e, umschlossen wird.
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Ferner beträgt eine axiale Länge A1 des Verlängerungsabschnitts 86, die ein Abstand vom Schnittpunkt PI zum Schnittpunkt P3 ist, vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm und insbesondere vorzugsweise 10 bis 40 % der Dicke der Stützmetallschicht 84 in der Umfangsendfläche.
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Darüber hinaus ist eine Dicke A2 des Verlängerungsabschnitts 86 entlang der ersten Fläche 84a, die ein Abstand vom Schnittpunkt PI zum Schnittpunkt P2 ist, vorzugsweise 0,2 bis 1 mm, und die Dicke des Verlängerungsabschnitts 86 wird zum Schnittpunkt P3 hin allmählich kleiner.
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Es ist zu beachten, dass sich der Verlängerungsabschnitt 86 über die gesamte radiale Länge der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 erstreckt.
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Die Übergangsfläche 84t wird in der Ausführungsform 1 als ebene Fläche ausgebildet, kann aber auch als gekrümmte Fläche ausgebildet werden, die zur Seite des Verlängerungsabschnitts 86 hin konvex ist, d.h. eine gekrümmte Fläche mit einem Krümmungsradius, deren Krümmungsmittelpunkt auf einer dem Verlängerungsabschnitt 86 gegenüberliegenden Seite liegt. Alternativ kann die Übergangsfläche 84t aus einer Vielzahl von Ebenen oder einer diskontinuierlichen Oberfläche mit einer konvexen Form zur Seite des Verlängerungsabschnitts 86 als Ganzes gebildet werden.
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Darüber hinaus kann eine Ecke zwischen der Axialdruckentlastungsfläche 82s und der Umfangsendfläche 83 in eine runde Form (R-Form) gebracht werden.
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(Wirkungen gemäß Ausführungsform 1)
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Wie oben beschrieben, kollidiert im Wesentlichen gleichzeitig mit der Ausübung der Axialkraft f von der Kurbelwelle auf die Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8 die Umfangsendfläche 83 des einen halben Drucklagers 8 mit der Umfangsendfläche 83 des anderen halben Drucklagers 8, so dass eine Stoßbelastung jeweils auf die Nähe der Umfangsendflächen 83 der halben Drucklager 8 ausgeübt wird. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Lagersitz 6, der eine ringförmige Vertiefung am Umfangsrand der Lagerbohrung 5 ist, nur an der Seitenfläche des Zylinderblocks 2 des Lagergehäuses 4 gebildet wird, die durch die Befestigung des Lagerdeckels 3 am unteren Teil des Zylinderblocks 2 gebildet wird, wie in 1 dargestellt, und daher ein einzelnes halbes Drucklager auf einer Seitenfläche des Lagergehäuses 4 angeordnet ist, die Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 mit einer Endfläche (Spaltfläche) des Lagerdeckels 3 kollidiert, und dadurch die Stoßbelastung in der Nähe der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 aufgebracht wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Verlängerungsabschnitt 86 der Lagerlegierungsschicht 85 auf dem an die Axialdruckentlastung 82 angrenzenden Teil der Umfangsendfläche 83 gebildet, so dass dieser Teil die Stoßbelastung aufnimmt und dann elastisch verformt wird, und die auf den angrenzenden Bereich der Stützmetallschicht 84 zur Lagerlegierungsschicht 85 aufzubringende Last dadurch in der Umfangsendfläche 83 entlastet wird. Außerdem ist die freiliegende Endfläche 84e der Stützmetallschicht 84, die weniger leicht elastisch verformbar ist als der Verlängerungsabschnitt 86, auf einer hinteren Oberflächenseite (eine Seite, die von der Axialdruckentlastung 82 entfernt ist) der Umfangsendfläche 83 freiliegend, so dass die Stoßbelastung hauptsächlich auf einen Bereich der Stützmetallschicht 84, der von der Axialdruckentlastung 82 entfernt ist, aufgebracht wird. So wird die Stoßbelastung in einem Bereich der Gleitfläche 81 neben der Axialdruckentlastungsfläche 82s oder der Axialdruckentlastung 82 nicht leicht auf die Lagerlegierungsschicht 85 übertragen, so dass in diesen Bereichen nicht leicht eine Ermüdung der Lagerlegierungsschicht 85 auftritt.
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Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform bei der Bildung des Verlängerungsabschnitts auf der gesamten (ganzflächigen) Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 die Stoßbelastung unabhängig von der Position in Dickenrichtung des halben Drucklagers 8 wie bei einem herkömmlichen halben Drucklager gleichmäßig auf die Stützmetallschicht der Axialdruckentlastung übertragen wird, so dass sich die Stoßbelastung auch auf die Stützmetallschicht in den Bereichen der Axialdruckentlastungsfläche und der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche ausbreitet und die Ermüdung daher tendenziell in der an die Bereiche angrenzenden Lagerlegierungsschicht auftritt.
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Wenn die axiale Länge A1 des Verlängerungsabschnitts 86 ebenfalls zu groß ist, wird das Verhältnis der Fläche (freiliegende Endfläche 84e) der Stützmetallschicht, die hauptsächlich die Stoßbelastung in der Umfangsendfläche 83 trägt, geringer, so dass die starke Stoßbelastung auch auf die Fläche (Verlängerungsendfläche 86e) des Verlängerungsabschnitts 86 aufgebracht wird. Wenn die hohe Stoßbelastung auf diese Weise auf die Oberfläche des Verlängerungsabschnitts 86 aufgebracht wird, tritt tendenziell eine Ermüdung in der Lagerlegierung des Verlängerungsabschnitts 86 auf.
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Wenn die axiale Länge A1 und die Dicke A2 des Verlängerungsabschnitts 86 zu klein sind, ist die elastische Verformung der Lagerlegierungsschicht zur Verringerung der Stoßbelastung gering, und die Verringerung der Stoßbelastung wird unzureichend. So wird die hohe Stoßbelastung in den Bereichen der Axialdruckentlastungsfläche und der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche auf die Stützmetallschicht übertragen, so dass tendenziell eine Ermüdung in der Lagerlegierungsschicht auftritt.
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(Abmessungen der Lagerlegierungsschicht und der Stützmetallschicht)
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5 zeigt einen Schnitt durch eine Seitenfläche, bei dem die Umgebung der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 von innen (in Richtung des Pfeils YI in 4) gesehen wird.
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Bei der Verwendung in einer Kurbelwelle (von der ein Zapfenteil einen Durchmesser von etwa 30 bis 100 mm hat) eines kleinen Verbrennungsmotors eines Automobils oder ähnlichem beträgt die Dicke T des halben Drucklagers 8 1,5 bis 3,5 mm, die Dicke TB der Stützmetallschicht 84 1,1 bis 3,2 mm und die Dicke TA der Lagerlegierungsschicht 85 0,1 bis 0,7 mm, und zwar in einem Bereich, in dem die Gleitfläche 81 gebildet ist. In dem Bereich, in dem die Gleitfläche 81 gebildet ist, sind die Dicke TB der Stützmetallschicht 84 und die Dicke TA der Lagerlegierungsschicht 85 vorzugsweise konstant.
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Darüber hinaus wird, wie in 5 dargestellt, die Axialdruckentlastung 82 des halben Drucklagers 8 so ausgebildet, dass die Wandstärke des halben Drucklagers 8 zur Umfangsendfläche 83 hin allmählich kleiner wird.
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Wie in 6 dargestellt, wird die Dicke der Stützmetallschicht 84 in dem Bereich, in dem die Axialdruckentlastung 82 gebildet ist, von einer in Umfangsrichtung mittleren Seite zur Umfangsendfläche hin kleiner, und eine axiale Dicke A3 in der Umfangsendfläche 83, d.h. der axiale Abstand A3 vom Schnittpunkt P1 der Umfangsendfläche 83 und der gedachten Linie, die eine Verlängerung der ersten Fläche 84a zur Axialdruckentlastung 82 ist, zur zweiten Fläche 84b beträgt 0,6 bis 2,7 mm.
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In ähnlicher Weise wird die axiale Dicke der Lagerlegierungsschicht 85 in dem Bereich, in dem die Axialdruckentlastung 82 gebildet ist, von der in Umfangsrichtung mittleren Seite zur Umfangsendfläche hin kleiner, und die axiale Dicke A4 in der Umfangsendfläche 83, d.h. der axiale Abstand A4 vom Schnittpunkt P1 der Umfangsendfläche 83 und einer gedachten Linie, die eine Verlängerung der ersten Fläche 84a der Stützmetallschicht 84 zur Umfangsendfläche 83 ist, zur Axialdruckentlastungsfläche 82s, beträgt 0,05 bis 0,6 mm.
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(Herstellung des halben Drucklagers)
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Das halbe Drucklager 8 in der vorliegenden Ausführungsform wird hergestellt durch Pressformen einer Vertiefung (die schließlich zur Axialdruckentlastung 82 wird) auf einer vorderen Oberflächenseite der Lagerlegierungsschicht aus einem planaren mehrschichtigen Gleitmaterial einschließlich der Stützmetallschicht 84 und der Lagerlegierungsschicht 85, und anschließendes Schneiden des Gleitmaterials durch ein Paar von Patrize und Matrize und eine Pressmaschine zu einer halbringförmige Form, so dass die Vertiefung an beiden Umfangsenden liegt. Hier wird der Abstand zwischen den Schneidabschnitten eines Paares aus Patrize und Matrize im Allgemeinen verengt, um die durch den Schnitt entstehenden Grate zu reduzieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Freiraum an den Schnittpartien einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche, die eine halbringförmige Form haben, wie bisher schmal gemacht, der Freiraum am Umfangsende wird jedoch im Vergleich zur herkömmlichen Ausführungsform breiter gemacht. Folglich wird beim Pressformen die Lagerlegierungsschicht 85 auf der Stützmetallschicht 84 in der Nähe der Umfangsendfläche beim plastischen Fließen im Zwischenraum so geschnitten, dass die Seitenfläche (Umfangsendfläche) der Stützmetallschicht 84 bedeckt wird, und der Verlängerungsabschnitt 86 der Lagerlegierungsschicht 85 wird in der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 gebildet.
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Es ist zu beachten, dass, wie in Absatz 0017 von
JP H11-201145 A beschrieben, wenn eine Axialdruckentlastung durch eine Pressmaschine gebildet wird, nachdem ein mehrschichtiges Gleitmaterial in eine halbringförmige Form (die Form eines halben Drucklagers) gestanzt wurde, eine Lagerlegierungsschicht und eine Stützmetallschicht des mehrschichtigen Gleitmaterials in einem Teil, in dem die Axialdruckentlastung gebildet wird, plastisch hauptsächlich in eine Richtung ausfließen werden, in die die Umfangsendfläche des gestanzten Elements zeigt, so dass sie von einer ursprünglichen Position des Umfangsendes weglaufen, d.h., so dass eine Umfangslänge von der ursprünglichen Umfangsendfläche des gestanzten Elements vergrößert wird. Da sich die Lagerlegierung und das Stützmetall in der Verformungsbeständigkeit unterscheiden und insbesondere der plastische Verformungsbetrag der Lagerlegierung groß ist, wird die Umfangsendfläche außerdem nicht flach. Daher ist es notwendig, in dem Bauteil, in dem die Axialdruckentlastung gebildet wird, die Lagerlegierung und das Stützmetall, die plastisch geflossen sind und dann von der ursprünglichen Position der Umfangsendfläche ablaufen, durch einen Schneidvorgang zu entfernen und eine ebene Umfangsendfläche zu bilden. Daher wird bei einem konventionellen halben Drucklager keine Verlängerung einschließlich einer Lagerlegierungsschicht auf einer Oberfläche der Stützmetallschicht in der Umfangsendfläche gebildet, wie in
3 und dergleichen von
JP H11-201145 A dargestellt.
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Darüber hinaus ist, obwohl die Lagervorrichtung 1 des Typs, in dem das Halblager 7 und das halbe Drucklager 8 getrennt sind, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt und auch auf die Lagervorrichtung 1 des Typs anwendbar, in dem das Halblager 7 und das halbe Drucklager 8 integriert sind.
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Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben wurde, ist eine bestimmte Konfiguration nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und Grade von Änderungen der Konstruktion, die nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweichen, fallen unter die vorliegende Erfindung.
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[Ausführungsform 2]
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Wie in 9 und 10 dargestellt, kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auch angewendet werden auf ein halbes Drucklager 8' mit einem Vorsprung 8p, der zu einer radial äußeren Seite hin vorsteht, und zwar zum Zwecke der Positionierung und Verdrehsicherung. Außerdem kann eine Umfangslänge dieses halben Drucklagers 8' um eine vorbestimmte Länge S1 kürzer sein als das in der Ausführungsform 1 dargestellte halbe Drucklager 8. Darüber hinaus kann das halbe Drucklager 8' geschnitten sein, um eine Bogenform mit einem Radius R in der inneren Umfangsfläche in der Nähe der Umfangsendfläche 83 aufzuweisen. Ebenso ist es möglich, an einer radial äußeren Kante oder einer radial inneren Kante auf der Gleitflächenseite des halben Drucklagers 8' eine in Umfangsrichtung verlaufende Fase zu bilden.
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[Ausführungsform 3]
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Wie in 11 dargestellt, kann ein halbes Drucklager 8" gemäß Ausführungsform 3 eine Rückseitenentlastung 90 haben, die eine Form hat, die der der Axialdruckentlastung an beiden Umfangsenden einer Rückseitenfläche (einer zweiten Fläche einer Stützmetallschicht) auf einer der Gleitfläche 81 gegenüberliegenden Seite ähnelt. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall die Dicke der Stützmetallschicht als eine von der zweiten Fläche aus gemessene Dicke definiert wird, falls die Rückseitenentlastung 90 nicht gebildet ist.
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Alternativ kann die Rückseitenentlastung 90 so konfiguriert sein, dass sie eine Ebene parallel zur Gleitfläche 81 hat.
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Es ist zu beachten, dass, wie in 11 dargestellt, eine Entlastungslänge L3 der Rückseitenentlastung 90 größer ist als die oben beschriebene Axialdruckentlastungslänge L1 der Axialdruckentlastung 82, aber nicht darauf beschränkt ist, und gleich der Axialdruckentlastungslänge L1 sein oder kleiner als die Axialdruckentlastungslänge L1 sein kann.
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Darüber hinaus werden zwar vier halbe Drucklager 8 in der Lagervorrichtung 1 in der Ausführungsform 1 verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und gewünschte vorteilhafte Effekte können durch die Verwendung von mindestens einem halben Drucklager 8 gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Darüber hinaus können das halbe Drucklager 8 gemäß der vorliegenden Erfindung und ein konventionelles Drucklager miteinander gepaart und somit als ringförmiges Drucklager verwendet werden. Ferner kann in der Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung das halbe Drucklager 8 an einer oder beiden axialen Endflächen des halben Lagers 7, das eine Kurbelwelle drehbar trägt, angeformt sein.
