DE112017006200T5

DE112017006200T5 - Halblager

Info

Publication number: DE112017006200T5
Application number: DE112017006200.4T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Takata; Yuichiro KAJIKI
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-08-29
Also published as: US20200063797A1; JP6773542B2; CN110073118A; WO2018105735A1; JP2018096406A

Abstract

Ein Halblager (10) gemäß einer Ausführungsform umfasst: einen Lagerkörper (19) mit halbzylindrischer Form und einer inneren Umfangsfläche (12), die gegen eine Welle gleitet; und eine erste Nut (111), die in der inneren Umfangsfläche (12) derart ausgebildet ist, dass sie sich in einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche (12) erstreckt. In einem Querschnitt des Lagerkörpers (19), der parallel zur Umfangsrichtung ist und durch die erste Nut (111) verläuft, erfüllt ein Winkel θ 30° ≤ θ ≤ 60°, wobei der Winkel θ gebildet wird von: einer Linie, die das Ende der inneren Umfangsflächenseite (12) einer Gegenfläche, die sich auf einer stromabwärts gelegenen Seite in einer Drehrichtung der Welle befindet, mit dem Mittelpunkt eines Kreisbogens verbindet, der eine äußere Umfangsfläche (11) darstellt; und einer Linie, die ein Ende der ersten Nut (111) in der Umfangsrichtung auf der stromaufwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung der Welle mit dem Mittelpunkt verbindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zur Reduzierung der Menge an Schmieröl, die aus einem Halblager austritt.
Stand der Technik
In einem Verbrennungsmotor werden Gleitlager, die ein Paar halbzylindrischer Lager, die aneinanderstoßen, sind (sogenannte „Halblager“), verwendet, um eine Kurbelwelle (Hauptwelle) oder eine Pleuelwelle drehbar zu halten. In solchen Lagern wird Schmieröl einem Spalt zwischen einer Welle und den Lagern zugeführt, es bildet sich ein Ölfilm und die Welle bewegt sich durch die Drehung der Welle von den Lagern weg, wobei die Welle durch den Ölfilm drehbar gehalten wird.
Schmieröl tritt aus den Lagern aus, und es wurden verschiedene Erfindungen gemacht, um das Austreten von Schmieröl zu verhindern. So offenbart beispielsweise Patentliteratur 1 ein unteres Halblager, das eine Nut aufweist, die sich entlang einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche erstreckt, die auf der stromabwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle in einem Endabschnitt in axialer Richtung ausgebildet ist.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2015-94428A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Patentliteratur 1 offenbart ein Halblager, das auf der inneren Umfangsflächenseite auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung der Welle in Bezug auf eine zentrale Position in der Umfangsrichtung eine Nut aufweist. Es gibt jedoch Raum für Verbesserungen betreffend die Positionierung der Enden der Nut, um zu verhindern, dass Schmieröl austritt.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Menge an ausgelaufenem Schmieröl zu reduzieren, indem ein Halblager verwendet wird, das auf der inneren Umfangsflächenseite eine Nut aufweist.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung stellt ein Halblager bereit, das Folgendes umfasst: einen Lagerkörper mit halbzylindrischer Form und einer inneren Umfangsfläche, die gegen ein Wellengegenstück gleitet; und eine erste Nut, die in der inneren Umfangsfläche derart ausgebildet ist, dass sie sich in einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche erstreckt, wobei in einem Querschnitt des Lagerkörpers, der parallel zur Umfangsrichtung ist und durch die erste Nut verläuft, ein Winkel θ 30° ≤ θ ≤ 60° erfüllt, wobei der Winkel θ gebildet wird von: einer Linie, die das Ende der inneren Umfangsflächenseite einer Gegenfläche, die sich auf einer stromabwärts gelegenen Seite in einer Drehrichtung des Wellengegenstücks befindet, mit dem Mittelpunkt eines Kreisbogens verbindet, der eine äußere Umfangsfläche darstellt; und einer Linie, die ein Ende der ersten Nut in der Umfangsrichtung auf der stromaufwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung des Wellengegenstücks mit dem Mittelpunkt verbindet.
Dieses Halblager kann ferner eine zweite Nut umfassen, die derart in der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist, dass sie sich in die Umfangsrichtung erstreckt.
Dieses Halblager kann ferner eine Stauchentlastung umfassen, die in der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist, wobei die erste Nut an einer Position ausgebildet sein kann, die von der Stauchentlastung beabstandet ist und sich auf einer Kantenseite in Bezug auf eine zentrale Position der inneren Umfangsfläche in axialer Richtung der inneren Umfangsfläche befindet, und ein vertiefter Abschnitt, der flacher ist als die erste Nut kann auf einer Kantenseite der ersten Nut in der axialen Richtung derart ausgebildet sein, dass er an die erste Nut angrenzt.
Der vertiefte Abschnitt kann in einer Endfläche in der axialen Richtung des Halblagers offen sein.
Dieses Halblager kann ferner eine Deckschicht umfassen, die auf der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist.
Die erste Nut kann an einer Position ausgebildet sein, die ferner auf einer Kantenseite relativ zu einer Zwischenposition zwischen einer zentralen Position in axialer Richtung und einer Kante der inneren Umfangsfläche angeordnet ist.
Vorzüge der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge an ausgelaufenem Schmieröl zu reduzieren, indem ein Halblager verwendet wird, das auf der inneren Umfangsflächenseite eine Nut aufweist.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf das Halblager 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 2.
5 zeigt das Halblager 20 von der Seite des Halblagers 10 gesehen.
6 zeigt die Analyseergebnisse einer Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ und der Menge an ausgelaufenem Schmieröl.

Bezugszeichenliste
10 ... Halblager, 11 ... Äußere Umfangsfläche, 12 ... Innere Umfangsfläche, 13 ... Stauchentlastung, 14 ... Stauchentlastung, 15 ... Gegenfläche, 16 ... Gegenfläche, 19 ... Lagerkörper, 20 ... Halblager, 22 ... Innere Umfangsfläche, 23 ... Stauchentlastung, 24 ... Stauchentlastung, 25 ... Gegenfläche, 26 ... Gegenfläche, 27 ... Loch, 111 ... Nut, 112 ... Nut, 113 ... Vertiefter Abschnitt, 114 ... Vertiefter Abschnitt, 211 ... Nut, 2111 ... Dicke Nut, 2112 ... Dünne Nut
Beschreibung
1 ist eine Draufsicht auf das Halblager 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1. In den Figuren wird das Halblager 10 mit einem polaren Koordinatensystem dargestellt, in dem das Zentrum (die Mittelachse) des Kreisbogens, der die äußere Umfangsfläche des Halblagers 10 bildet, als Ursprung definiert ist, und eine Linie, die ein Ende der Gegenfläche des Halblagers 10 auf der inneren Umfangsflächenseite mit dem Ursprung verbindet, als Startlinie definiert ist, und die Richtung, in die die Mittelachse einer Welle (ein Beispiel eines Wellengegenstücks, das nicht gezeigt ist), die vom Gleitlager (die Achse der inneren Umfangsfläche) getragen wird, verläuft (im Folgenden als „axiale Richtung“ bezeichnet), ist als z-Achse definiert. Im Koordinatensystem ist eine Richtung, in der die z-Komponente zunimmt, d. h. die Richtung von der Vorderseite zur Rückseite des Blechs aus 2, als +z-Richtung und die entgegengesetzte Richtung, in der die z-Komponente abnimmt, als -z-Richtung definiert.
Das Halblager 10 umfasst einen Lagerkörper 19 mit halbzylindrischer Form. Das Halblager 10 ist so zu positionieren, dass es einem unten beschriebenen oberen Halblager 20 zugewandt ist, das das Paar des Halblagers 10 ist. So entsteht ein zylindrisches Gleitlager, das eine Welle drehbar trägt. Das heißt, das Halblager 10 ist das untere Halblager des Gleitlagers. Das Halblager 10 ist ein Beispiel für ein Halblager gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass sich die von Halblager 10 getragene Welle in Richtung der z-Achse erstreckt und sich in 2 im Uhrzeigersinn dreht. In der vorliegenden Ausführungsform liegt der Durchmesser φ der getragenen Welle beispielsweise im Bereich von 30 mm bis 150 mm und das Gleitlager hat einen Innendurchmesser, der dem Durchmesser der zu tragenden Welle entspricht. In einem Beispiel wird das Halblager 10 als ein Hauptlager eines Automobilmotors verwendet.
Das Halblager 10 weist eine äußere Umfangsfläche 11 auf, die eine Außenfläche mit halbzylindrischer Form ist, und eine innere Umfangsfläche 12, die die Welle trägt. Die äußere Umfangsfläche 11 wird von einem Gehäuse oder einem Zylinderblock getragen (nicht gezeigt). Mindestens ein Abschnitt der inneren Umfangsfläche 12 gleitet gegen die Welle. Das Halblager 10 hat einen dreischichtigen Aufbau mit einer Rückplatte, einer Auskleidungsschicht und einer Deckschicht, die in einer Richtung von der äußeren Umfangsfläche 11 zur inneren Umfangsfläche 12 gestapelt sind. Die Rückplatte ist eine Schicht zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit der Auskleidungsschicht. Die Rückplatte ist z. B. aus Stahl gefertigt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wanddicke des Halblagers 10 nicht gleichmäßig, und die Wanddicke nimmt in 1 in einer Richtung zu einem zentralen Abschnitt in der Links-Rechts-Richtung zu und in Richtungen vom zentralen Abschnitt zu den Endabschnitten (den Gegenflächen) ab. Ein fertiger Innendurchmesserkreis (ein Kreis, der durch die innere Umfangsfläche 12 gezeichnet wird) wird nämlich von der Mitte eines Außendurchmesserkreises (Kreis, der durch die äußere Umfangsfläche 11 gezeichnet wird) nach außen dezentriert (verschoben). Durch diese Dezentrierung entsteht eine sogenannte Ölentlastung. Eine Ölentlastung bezieht sich auf einen Spalt zwischen dem fertigen Innendurchmesserkreis und einem Referenz-Innendurchmesserkreis, dessen Ursprung dem des Außendurchmesserkreises entspricht und der einen kürzeren Radius als der Außendurchmesserkreis aufweist. Die Tiefe (Menge) der Ölentlastung wird mit einer bestimmten Höhe (z. B. 6 bis 13 mm) von der Gegenfläche als Referenz gemessen und beträgt beispielsweise 0,005 bis 0,025 mm. Die Ölentlastung erweitert den Ölspalt in der Nähe der Gegenflächen und unterstützt die Bildung von Keilfilmdrücken. Darüber hinaus unterstützt die Ölentlastung die Bildung eines Ölfilms, erhöht die Ölmenge und kühlt das Lager.
Die Auskleidungsschicht ist eine Schicht zur Bereitstellung von Lagereigenschaften wie Reibungseigenschaften, Widerstand gegen Größenänderungen, Verschleißfestigkeit, Anpassungsfähigkeit, Einbettungseigenschaften von Fremdkörpern (Robustheit gegenüber Fremdkörpern) und Korrosionsbeständigkeit. Die Auskleidungsschicht ist aus einer Lagerlegierung gebildet. Um ein Anhaften der Auskleidungsschicht an der Welle zu verhindern, wird bevorzugt eine Materialart vermieden, die derjenigen der Welle entspricht, und es wird eine andere Materialart als die der Welle verwendet. Wird beispielsweise das Halblager 10 als Lager für eine aus Stahl gefertigte Welle verwendet, wird eine Aluminiumlegierung als Lagerlegierung verwendet. Es ist zu beachten, dass außer einer Aluminiumlegierung auch eine Legierung verwendet werden kann, die ein von Aluminium verschiedenes Metall als Basis verwendet, wie beispielsweise eine Kupferlegierung.
Die Deckschicht ist eine Schicht, die die innere Umfangsfläche darstellt, die gegen die Welle gleitet, und ist eine Schicht zur Verbesserung der Eigenschaften der Auskleidungsschicht, wie Reibungskoeffizient, Anpassungsfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine Einbettungseigenschaft von Fremdkörpern (Robustheit gegenüber Fremdkörpern). Die Deckschicht beinhaltet beispielsweise mindestens ein Bindemittelharz. Als Bindemittelharz wird beispielsweise ein wärmehärtbares Harz verwendet. Insbesondere beinhaltet das Bindemittelharz mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamidimid-(PAI)-Harz, Polyimid-(Pl)-Harz, Polyamidharz, Phenolharz, Polyacetalharz, Polyetheretherketonharz und Polyphenylensulfidharz. Die Deckschicht kann auch einen Festschmierstoff beinhalten. Zur Verbesserung der Reibungseigenschaften wird der Festschmierstoff zugegeben. So beinhaltet der Festschmierstoff beispielsweise mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MoS₂, WS₂, Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit, h-BN und SB₂O₂. Beispielsweise bietet MoS₂ eine bevorzugte Schmierfähigkeit. Da PTFE eine niedrige intramolekulare Kohäsionskraft aufweist, wirkt es zudem reduzierend auf den Reibungskoeffizienten. Darüber hinaus verbessert Graphit die Benetzbarkeit und verbessert die anfängliche Anpassungsfähigkeit. Die anfängliche Anpassungsfähigkeit ist eine Eigenschaft, durch die die Gleitfläche verschleißt, glatt wird und bewirkt, dass sich die Gleiteigenschaften verbessern, wenn sie nach Beginn des Gleitvorgangs in Gleitkontakt mit einem Gegenstück kommt. Verbessern sich die Gleiteigenschaften durch den Ausdruck der anfänglichen Anpassungsfähigkeit, nimmt der Gesamtverschleiß der Gleitschicht ab. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das Halblager 10 eine Deckschicht. Es kann jedoch sein, dass das Halblager 10 keine Deckschicht beinhaltet und einen zweilagigen Aufbau mit der Rückplatte und der Auskleidungsschicht aufweist. Alternativ kann das Halblager 10 einen einlagigen Aufbau mit lediglich der Auskleidungsschicht aufweisen.
Das Halblager 10 weist eine Stauchentlastung 13, eine Stauchentlastung 14, eine Gegenfläche 15, eine Gegenfläche 16, eine Nut 111 (ein Beispiel einer ersten Nut), eine Nut 112 (ein Beispiel einer zweiten Nut), einen vertieften Abschnitt 113 und einen vertieften Abschnitt 114 auf. Die Gegenfläche 15 ist eine Fläche, die gegen das obere Halblager anliegen soll, und ist eine Gegenfläche auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle, die von dem Halblager 10 getragen wird. Die Gegenfläche 16 ist eine Fläche, die gegen das obere Halblager anliegen soll, und ist eine Gegenfläche auf der stromabwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle, die von dem Halblager 10 getragen wird. Die Stauchentlastung 13 ist eine Stauchentlastung, die mit der Gegenfläche 15 in Kontakt steht und sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle befindet. Die Stauchentlastung 14 ist eine Stauchentlastung, die mit der Gegenfläche 16 in Kontakt steht und sich auf der stromabwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle befindet. Die Stauchentlastungen sind breite Entlastungen, die auf der Seite der inneren Umfangsfläche des Halblagers 10 so vorgesehen sind, dass sie über die gesamte Breite des Halblagers 10 in Richtung der z-Achse mit den Gegenflächen in Kontakt stehen. Die Stauchentlastungen dienen zur Befestigung des Lagers am Gehäuse, und wenn Abschnitte der inneren Umfangsfläche 12 in der Nähe der Gegenflächen zur Welle geschoben werden, verhindern die Stauchentlastungen den Kontakt mit der Welle. Außerdem wirken die Stauchentlastungen kühlend auf das Lager, indem sie das Schmieröl, das die Schmierwirkung erfüllt hat, in der Nähe der Gegenflächen austreten lassen, und bewirken, dass Fremdkörper austreten, die in die Seite der inneren Umfangsfläche 12 eingedrungen sind.
Die Nuten 111 und 112 sind Nuten, die in der inneren Umfangsfläche 12 vorgesehen sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind nur zwei Nuten, nämlich Nut 111 und Nut 112, auf der inneren Umfangsflächenseite vorgesehen. Nut 111 und Nut 112 sind Nuten, die sich entlang der Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche 12 erstrecken und die die Funktion haben, das durch die Drehung der Welle in Drehrichtung der Welle strömende Schmieröl in die entgegengesetzte Richtung der Drehrichtung der Welle zurückzuführen. Die Nut 111 ist in der -z-Richtung eines zentralen Abschnitts des Halblagers 10 in der Richtung der z-Achse und die Nut 112 in der +z-Richtung des zentralen Abschnitts des Halblagers 10 in der Richtung der z-Achse ausgebildet. Insbesondere in der Richtung der z-Achse befindet sich die Nut 111 weiter in der Richtung der -z-Achse einer Zwischenposition zwischen der zentralen Position in der Richtung der z-Achse und der Kante in der Richtung der -z-Achse, und die Nut 112 ist weiter in der Richtung der +z-Achse der Zwischenposition zwischen der zentralen Position in der Richtung der z-Achse und der Kante in der Richtung der +z-Achse angeordnet.
Der vertiefte Abschnitt 113 und der vertiefte Abschnitt 114 sind vertiefte Abschnitte in der inneren Umfangsfläche 12. Die Kante der Nut 111 in der -z-Richtung weist durch einen Schneidvorgang eine reduzierte Dicke in radialer Richtung auf, und so wird ein vertiefter Abschnitt 113 gebildet, der in die innere Umfangsfläche 12 eingelassen ist. Die Kante der Nut 112 in +z-Richtung weist durch einen Schneidprozess eine reduzierte Dicke in radialer Richtung auf, und so wird ein vertiefter Abschnitt 114 gebildet, der in die innere Umfangsfläche 12 eingelassen ist.
Die Nut 111 und der vertiefte Abschnitt 113 werden durch Ausüben eines Schneidvorgangs auf die innere Umfangsfläche 12 mittels einer stufenförmigen Schneidvorrichtung ausgebildet. Die Nut 111 und der vertiefte Abschnitt 113 sind aneinander angrenzend angeordnet. Auf ähnliche Weise werden die Nut 112 und der vertiefte Abschnitt 114 durch Ausüben eines Schneidvorgangs auf die innere Umfangsfläche 12 mittels einer stufenförmigen Schneidvorrichtung ausgebildet. Die Nut 112 und der vertiefte Abschnitt 114 sind aneinander angrenzend angeordnet. Die Tiefe eines flachen Abschnitts am Boden der Nut 111 ist in Umfangsrichtung gleichmäßig. Auch die Tiefe eines flachen Abschnitts am Boden der Nut 112 ist in Umfangsrichtung gleichmäßig. Die Tiefe eines flachen Abschnitts des vertieften Abschnitts 113 ist in Umfangsrichtung gleichmäßig, und die Tiefe eines flachen Abschnitts am Boden des vertieften Abschnitts 114 ist ebenfalls in Umfangsrichtung gleichmäßig. Die Innenflächenseite des Halblagers 10 wird einem Schneidprozess unterzogen, wodurch die Nut 111, die Nut 112, der vertiefte Abschnitt 113 und der vertiefte Abschnitt 114 ausgebildet werden. Danach wird die Deckschicht auf der inneren Umfangsfläche 12 im Tampondruckverfahren ausgebildet. Somit befindet sich auf der Nut 111, der Nut 112, dem vertieften Abschnitt 113 und dem vertieften Abschnitt 114 keine Deckschicht, und die Auskleidungsschicht wird freigelegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Tiefe der Nuten und der vertieften Abschnitte in Umfangsrichtung gleichmäßig, kann aber ungleichmäßig sein.
Als nächstes wird die Position der Nut 111 in der Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche 12 beschrieben. 2 zeigt einen Querschnitt, der zur Umfangsrichtung parallel ist und durch die Nut 111 des Lagerkörpers 19 verläuft. Wie in 2 dargestellt, befindet sich das Ende der Nut 111 auf der stromabwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle (das Ende auf der Seite der Stauchentlastung 14) der Enden der Nut 111 in Umfangsrichtung in einem Abstand von der Stauchentlastung 14, um die Stauchentlastung 14 nicht zu überlappen (um die Stauchentlastung 14 nicht zu erreichen). Insbesondere ist der Abstand von (dem Ende) der Stauchentlastung 14 bis zum Ende der Nut 111 auf der Seite der Stauchentlastung 14 kleiner als die Länge der Nut 111 in Umfangsrichtung. Wenn auch die imaginäre Linie L1, die das innenflächenseitige Ende der Gegenfläche 16 mit dem Ursprung A1 der äußeren Umfangsfläche 11 verbindet, als Startlinie des polaren Koordinatensystems definiert ist, befindet sich das Ende der Nut 111 auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle (das Ende auf der Seite der Stauchentlastung 13) der Enden der Nut 111 in Umfangsrichtung an der Position (die Position von Punkt P2), an der die Linie L2, die vom Ursprung A1 in einem Neigungswinkel θ1 verläuft, die innere Umfangsflächenseite 12 schneidet. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel θ1 45°. Das heißt, dass ein von der imaginären Linie L1 und der imaginären Linie L2 gebildeter Winkel θ1 45° beträgt.
Bezüglich der Position der Nut 112 in Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche 12, wie in 3 dargestellt, befindet sich nun das Ende der Nut 112 auf der stromabwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle (das Ende auf der Seite der Stauchentlastung 14) der Enden der Nut 112 in Umfangsrichtung in einem Abstand von der Stauchentlastung 14, um die Stauchentlastung 14 nicht zu erreichen. Insbesondere ist der Abstand von der Stauchentlastung 14 bis zum Ende der Nut 112 auf der Seite der Stauchentlastung 14 kleiner als die Länge der Nut 112 in Umfangsrichtung. Wenn auch die imaginäre Linie L1, die das innenflächenseitige Ende der Gegenfläche 16 mit dem Ursprung A1 der äußeren Umfangsfläche 11 verbindet, als Startlinie des polaren Koordinatensystems definiert ist, befindet sich das Ende der Nut 112 auf der stromaufwärts gelegenen Seite in Drehrichtung der Welle (das Ende auf der Seite der Stauchentlastung 13) der Enden der Nut 112 in Umfangsrichtung an der Position (die Position von Punkt P3), an der die Linie L3, die vom Ursprung A1 in einem Neigungswinkel θ2 verläuft, die innere Umfangsfläche 12 schneidet. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel θ2 45°. Das heißt, dass ein von der imaginären Linie L1 und der imaginären Linie L3 gebildeter Winkel θ2 45° beträgt. In diesem Beispiel sind die Nut 111 und die Nut 112 in Bezug auf die Mittellinie, die sich in die axiale Richtung des Lagerkörpers 19 erstreckt, symmetrisch.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 2. Der Querschnitt entlang Linie C-C ist zur axialen Richtung parallel und verläuft durch die Nut 111 und die Nut 112. Um zu verhindern, dass die Figur unübersichtlich wird, werden in 4 die Rückplatte, die Auskleidungsschicht und die Deckschicht nicht voneinander unterschieden, sondern werden einfach als Lagerkörper 19 dargestellt. Wie in 4 dargestellt, ist die Höhe h1 vom Boden der Nut 111 bis zum Boden des vertieften Abschnitts 113 auf der Kantenseite in der -z-Richtung relativ zur Nut 111 kleiner als die Höhe h2 vom Boden der Nut 111 bis zur inneren Umfangsfläche 12 auf der zentralen Seite relativ zur Nut 111. Wie in der Figur dargestellt, ist auch die Höhe h3 vom Boden der Nut 112 bis zum Boden des vertieften Abschnitts 114 auf der Kantenseite in der +z-Richtung in Bezug auf die Nut 112 kleiner als die Höhe h2 vom Boden der Nut 112 bis zur inneren Umfangsfläche 12 auf der zentralen Seite in Bezug auf die Nut 112. In der vorliegenden Ausführungsform ist Höhe h1 = Höhe h3 erfüllt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der vertiefte Abschnitt 113 und der vertiefte Abschnitt 114 in der Seitenfläche (der Endfläche) des Halblagers in axialer Richtung offen. Auf diese Weise ist es möglich, die Wirkung der Rücksaugung des Schmieröls, das aus der inneren Umfangsfläche des Halblagers austritt oder aus diesem austreten wird, zu verbessern und es in das Halblager zurückzuführen.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist die Breite w1 der Nut 111 in Richtung der z-Achse gleich der Breite w3 des vertieften Abschnitts 113 in Richtung der z-Achse, die Breite der Nut 112 in Richtung der z-Achse ist gleich der Breite w3 des vertieften Abschnitts 114 in Richtung der z-Achse, und Breite w1 = Breite w2 ist erfüllt. Es ist zu beachten, dass die Breite w1 vorzugsweise nicht größer als die doppelte Breite w3 und die Breite w2 vorzugsweise nicht größer als die doppelte Breite w4 ist.
In der vorliegenden Ausführungsform betragen die Breite w1 und die Breite w2 1 mm. Außerdem betragen in der vorliegenden Ausführungsform die Höhe h1 und die Höhe h3 1 mm und die Höhe h2 1,5 mm. Es ist zu beachten, dass die Breite w1, die Breite w2 und die Höhen h1 bis h3 nicht auf die vorstehend genannten Abmessungen beschränkt sind und andere Abmessungen verwendet werden können. So können beispielsweise die Breite w1 und die Breite w2 kleiner als 1 mm oder größer als 1 mm sein. Außerdem können Höhe h1 und Höhe h3 kleiner als 1 mm oder größer als 1 mm sein. Außerdem kann die Höhe h2 kleiner als 1,5 mm oder größer als 1,5 mm sein.
5 ist ein Diagramm, das das obere Halblager 20 zeigt, d. h. das Paar des Halblagers 10, von der Seite des Halblagers 10 gesehen. Außerdem ist die Wanddicke von dem Halblager 20 nicht wie bei Halblager 10 gleichmäßig. Die Wanddicke nimmt in Richtung eines zentralen Abschnitts zu und in Richtungen vom zentralen Abschnitt zu den Endabschnitten (Gegenflächen) ab, und es entsteht eine Ölentlastung.
Das Halblager 20 hat eine Stauchentlastung 23, eine Stauchentlastung 24, eine Gegenfläche 25, eine Gegenfläche 26, ein Loch 27 und eine Nut 211. Loch 27 ist ein Durchgangsloch, das von der äußeren Umfangsfläche zur inneren Umfangsfläche des Halblagers 20 führt. Schmieröl, das der äußeren Umfangsfläche des Halblagers 20 zugeführt wird, wird der Seite der inneren Umfangsfläche 22 über das Loch 27 zugeführt. Die Gegenfläche 15 ist eine Fläche, die an der Gegenfläche 15 anliegen soll, und die Gegenfläche 26 ist eine Fläche, die an der Gegenfläche 16 anliegen soll. Die Stauchentlastung 13 ist eine Stauchentlastung, die mit der Gegenfläche 25 in Kontakt steht, und die Stauchentlastung 24 ist eine Stauchentlastung, die mit der Gegenfläche 16 in Kontakt steht.
Die Nut 211 ist über die gesamte Länge des Halblagers 20 in Umfangsrichtung von der Gegenfläche 25 zur Gegenfläche 26 ausgebildet. Die Breite der Nut 211 (die Länge der Nut in axialer Richtung bei Betrachtung des Halblagers 20 aus einer Richtung orthogonal zu den Gegenflächen; nachstehend „Nutbreite“ genannt) ist nicht gleichmäßig, sondern die Nut 211 ist in den Stauchentlastungen relativ dünn (eng) und in anderen Abschnitten als den Stauchentlastungen relativ dick (breit). Im Folgenden wird ein relativ dicker Abschnitt der Nut 211 als dicke Nut 2111 und ein relativ dünner Abschnitt der Nut 211 als dünne Nut 2112 bezeichnet. Die dicke Nut 2111 und die dünne Nut 2112 sind beide so ausgestaltet, dass sie dicker (breiter) als die Nut 111 und dicker (breiter) als die Nut 112 sind. Die Nutbreite ändert sich nicht kontinuierlich (d. h. allmählich) von der dicken Nut 2111 zur dünnen Nut 2112, sondern nimmt schnell ab. Es ist zu beachten, dass die Nutbreite der dicken Nut 2111 bis auf die Nähe der Kante mit der dünnen Nut 2112 gleichmäßig ist und die Nutbreite der dünnen Nut 2112 gleichmäßig ist. Es ist zu beachten, dass die gleichmäßige Nutbreite bedeutet, dass die Variation der Nutbreite innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt und beispielsweise 1/10 oder weniger der Nutbreite und vorzugsweise 1/100 oder weniger der Nutbreite beträgt.
Außerdem ist die Tiefe der Nut 211 nicht gleichmäßig, sondern relativ klein in der Stauchentlastung und relativ groß in anderen Bereichen als der Stauchentlastung. Mit anderen Worten ist die dicke Nut 2111 relativ tief und die dünne Nut 2112 ist relativ flach. Die Nutbreite ändert sich nicht kontinuierlich (d. h. allmählich) von der dicken Nut 2111 zur dünnen Nut 2112, sondern nimmt schnell ab. Zu beachten ist, dass die Tiefe der dicken Nut 2111 gleichmäßig und die Tiefe der dünnen Nut 2112 gleichmäßig ist. Zu beachten ist, dass die gleichmäßige Tiefe bedeutet, dass die Variation der Tiefe innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt und beispielsweise 1/10 oder weniger der Tiefe der Nut und vorzugsweise 1/100 oder weniger der Tiefe der Nut beträgt. Genauer gesagt, gibt es jedoch Fälle, in denen das Halblager 20 so hergestellt wird, dass seine Dicke vom Boden der Nut bis zur äußeren Umfangsfläche gleichmäßig ist, und in einem solchen Fall schwankt die Dicke der Nut um einen Betrag, der der Ölentlastung und der Stauchentlastung entspricht.
So beträgt beispielsweise die Nutbreite der dicken Nut 2111 2 mm bis 5 mm und die Tiefe der dicken Nut 2111 ist kleiner als die Nutbreite und beträgt beispielsweise 0,5 mm bis 1,5 mm. Die Nutbreite der dünnen Nut 2112 ist schmaler als die Nutbreite der dicken Nut, und die Tiefe der schmalen Nut 2112 ist geringer als die Tiefe der dicken Nut.
Da die Nut 211 relativ dick und tief an dem anderen Abschnitt als den Stauchentlastungen ist, ist es also möglich, das Volumen der Nut 211 ausreichend sicherzustellen, d. h. die Menge an Schmieröl, die der Gleitfläche zugeführt wird, ausreichend sicherzustellen. Da die Nut an den Abschnitten in den Stauchentlastungen relativ dünn und flach ist, ist es außerdem möglich, die Ölmenge zu reduzieren, die aus der Gegenfläche 25 und der Gegenfläche 26 austritt, im Vergleich zu dem Fall, dass die Breite und Tiefe der Nut gleichmäßig sind.
6 ist ein Graph, der die Analyseergebnisse (durch Computersimulation) betreffend eine Beziehung zwischen der Menge des ausgelaufenen Schmieröls und dem Neigungswinkel θ zeigt, wenn das Halblager 10 als Lager verwendet wird, das eine Kurbelwelle eines Motors trägt, dem Motor zugeführter Kraftstoff gezündet und der Motor gedreht wird. In 6 wird die Menge an ausgelaufenem Schmieröl mit Q bezeichnet, wenn ein Halblager verwendet wird, das nicht über die Nut 111, die Nut 112, den vertieften Abschnitt 113 oder den vertieften Abschnitt 114 verfügt.
In der Analyse gemäß 6 ist Neigungswinkel θ1 = Neigungswinkel θ2 erfüllt. Betreffend die Bedingungen bezüglich der Analyse des in 7 gezeigten Graphen, beträgt der Durchmesser des Lagers im dritten Zapfen eines 4-Zylinder-Reihen-Benzinmotors 48 mm, die Breite des Lagers beträgt 17,1 mm, das Lagerspiel beträgt 28 µm, die Drehzahl des Motors beträgt 5200 U/min, und die Viskosität des Schmieröls beträgt 3,52 cP.
Wie in 6 gezeigt, ist die Menge an ausgelaufenem Schmieröl geringer, wenn die Neigungswinkel θ1 und θ2 größer als 0° und nicht größer als 105° sind, als wenn die Nut 111, die Nut 112, der vertiefte Abschnitt 113 und der vertiefte Abschnitt 114 nicht vorgesehen sind. Der Bereich der Neigungswinkel θ1 und θ2, in dem die Menge an ausgelaufenem Schmieröl am geringsten ist, ist ferner 30° ≤ θ1 (θ2) ≤ 60°. In Anbetracht der Menge an ausgelaufenem Schmieröl sowie der minimalen Ölfilmdicke liegen die Neigungswinkel θ1 und θ2 daher bevorzugt in dem Bereich von 30° ≤ θ1 (θ2) ≤ 60°.
In der vorliegenden Ausführungsform betragen die Neigungswinkel θ1 und θ2 45°; somit liegen die Neigungswinkel θ1 und θ2 im Bereich von 30° ≤ θ1 (θ2) ≤ 60°, wo die Menge an ausgelaufenem Schmieröl gering ist. Es ist daher möglich, die Menge an ausgelaufenem Schmieröl zu reduzieren.
Obwohl vorstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene andere Arten ausgeführt werden. So kann beispielsweise die vorstehend beschriebene Ausführungsform wie folgt geändert und die vorliegende Erfindung als solche ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr der folgenden Modifikationen kombiniert werden können.
Bei Nut 111 und Nut 112 sind die Positionen der Enden auf der Seite der Stauchentlastung 14 (die Positionen der Enden auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung der Welle) nicht auf diejenigen in den Figuren beschränkt und können andere Positionen sein, vorausgesetzt, dass die Nuten die Stauchentlastung 14 nicht überlappen (sie die Stauchentlastung 14 nicht erreichen). Ist das Halblager 10 mit keiner Stauchentlastung versehen, sind die Enden auf der stromabwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung der Welle außerdem bevorzugt so angeordnet, dass sie die Gegenfläche 16 nicht erreichen.
Obwohl die Neigungswinkel θ1 und θ2 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 45° betragen, sind die Neigungswinkel θ1 und θ2 nicht auf 45° beschränkt und können andere Winkel sein. Die Neigungswinkel θ1 und θ2 erfüllen bevorzugt 30° ≤ θ1 (θ2) ≤ 60°, während die Positionen vermieden werden, an denen die Ölfilmdicke des Schmieröls am geringsten ist.
Obwohl das Halblager 10 eine Ausgestaltung aufweist, in der sowohl die Nut 111 als auch die Nut 112 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sind, kann das Halblager 10 eine Ausgestaltung aufweisen, in der eine der Nuten 111 und 112 nicht vorgesehen ist.
Obwohl das Halblager 10 mit dem vertieften Abschnitt 113 und dem vertieften Abschnitt 114 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform versehen ist, kann das Halblager 10 eine Ausgestaltung aufweisen, bei der der vertiefte Abschnitt 113 und der vertiefte Abschnitt 114 nicht vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung kann eine Ausgestaltung aufweisen, bei der die vorstehend beschriebene Deckschicht auch auf der Nut 111, der Nut 112, dem vertieften Abschnitt 113 und dem vertieften Abschnitt 114 vorgesehen ist. Alternativ ist es möglich, eine Ausgestaltung zu verwenden, bei der die vorstehend beschriebene Deckschicht auf dem vertieften Abschnitt 113 und dem vertieften Abschnitt 114 vorgesehen ist, aber nicht auf dem Boden der Nut 111 oder der Nut 112.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Nut 111 in der Richtung der z-Achse weiter in der Richtung der -z-Achse einer Zwischenposition zwischen der zentralen Position in Richtung der z-Achse und der Kante in Richtung der -z-Achse, und in Richtung der z-Achse befindet sich die Nut 112 weiter in der Richtung der +z-Achse der Zwischenposition zwischen der zentralen Position in Richtung der z-Achse und der Kante in Richtung der +z-Achse. Die Positionen der Nut 111 und der Nut 112 in Richtung der z-Achse sind jedoch nicht auf die in der Ausführungsform beschränkt und können andere Positionen sein. So ist es beispielsweise möglich, eine Ausgestaltung zu wählen, bei der sich die Nut 111 in der Richtung der z-Achse in der +z-Richtung einer Zwischenposition zwischen der der zentralen Position in der Richtung der z-Achse und der Kante in der Richtung der -z-Achse befindet, und sich in der Richtung der z-Achse die Nut 112 in der -z-Richtung der Zwischenposition zwischen der zentralen Position in der Richtung der z-Achse und der Kante in der Richtung der +z-Achse befindet.
Obwohl die Tiefe von der inneren Umfangsfläche 12 bis zum Boden der Nut 111 und die Tiefe von der inneren Umfangsfläche 12 bis zum Boden der Nut 112 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gleich sind, können sie sich voneinander unterscheiden.
Obwohl die Böden der Nut 111 und der Nut 112 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform flach sind, wie in 4 dargestellt, sind die Böden der Nut 111 und der Nut 112 nicht darauf beschränkt, flach zu sein. So können beispielsweise die Böden von Nut 111 und Nut 112 halbkreisförmig sein. Außerdem können zentrale Abschnitte und Kanten der Böden der Nut 111 und der Nut 112 in Richtung der z-Achse abgerundet sein.
Der Lagerkörper 19 kann über eine Struktur, wie beispielsweise einen Vorsprung (nicht gezeigt), verfügen, der verhindert, dass sich das Halblager 10 dreht, wenn ein Gehäuse an diesem befestigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015094428 A [0004]

Claims

Halblager, umfassend: einen Lagerkörper mit halbzylindrischer Form und einer inneren Umfangsfläche, die gegen ein Wellengegenstück gleitet; und eine erste Nut, die in der inneren Umfangsfläche derart bereitgestellt ist, dass sie sich in einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche erstreckt, wobei in einem Querschnitt des Lagerkörpers, der parallel zur Umfangsrichtung ist und durch die erste Nut verläuft, ein Winkel θ 30° ≤ θ ≤ 60° erfüllt, wobei der Winkel θ gebildet wird von: einer Linie, die das Ende der inneren Umfangsflächenseite einer Gegenfläche, die sich auf einer stromabwärts gelegenen Seite in einer Drehrichtung des Wellengegenstücks befindet, mit dem Mittelpunkt eines Kreisbogens verbindet, der eine äußere Umfangsfläche darstellt; und einer Linie, die ein Ende der ersten Nut in der Umfangsrichtung auf der stromaufwärts gelegenen Seite in der Drehrichtung des Wellengegenstücks mit dem Mittelpunkt verbindet.
Halblager nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Nut, die derart in der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist, dass sie sich in die Umfangsrichtung erstreckt.
Halblager nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Stauchentlastung, die in der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist, wobei die erste Nut an einer Position ausgebildet ist, die von der Stauchentlastung beabstandet ist und die auf einer Kantenseite relativ zu einer zentralen Position der inneren Umfangsfläche in einer axialen Richtung der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist, und einen vertieften Abschnitt, der flacher als die erste Nut ist und der auf einer Kantenseite der ersten Nut in axialer Richtung ausgebildet ist, sodass er an die erste Nut angrenzt.
Halblager nach Anspruch 3, wobei der vertiefte Abschnitt in einer Endfläche des Halblagers offen ist, die in axialer Richtung angeordnet ist.
Halblager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Deckschicht, die auf der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist.
Halblager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Nut an einer Position ausgebildet ist, die ferner auf einer Kantenseite relativ zu einer Zwischenposition zwischen einer zentralen Position in axialer Richtung und einer Kante der inneren Umfangsfläche angeordnet ist.