DE1233675B

DE1233675B - Arrangement for lubricating a cyclically loaded plain bearing

Info

Publication number: DE1233675B
Application number: DEG23836A
Authority: DE
Inventors: Phil Prince Love
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Current assignee: Federal Mogul Engineering Ltd
Priority date: 1957-01-31
Filing date: 1958-01-31
Publication date: 1967-02-02
Also published as: FR1190870A

Description

Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers mit einer in der Lagerfläche der Lagerschale vorgesehenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aussparung, die in Drehrichtung eines Zapfens vor der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche in einer abrupt in die Lagerfläche übergehenden Stufe, die in einem Bereich von etwa 90 bis 30' vor der höchstbelasteten Lagerstelle liegt, endet und die mit der Umfangsfläche des Zäpfens eine flache Kammer für das über die Stufe in die belastete Lagerfläche eintretende Schmieröl bildet, das der Kammer über eine Bohrung im Zapfen und eine ölzuführungsnut in der Lagerschale zugeführt wird. Die sich zyklisch wiederholende Belastung tritt im selben Lagerflächenbereich auf. Derartige Belastungsverhältnisse sind beispielsweise bei den Kurbelwellenlagem und den Pleuelstangenlagem von Maschinen mit hin- und hergehender Arbeitsbewegung vorhanden.Arrangement for lubricating a cyclically loaded plain bearing The invention relates to an arrangement for lubricating a cyclically loaded plain bearing with a circumferentially extending recess provided in the bearing surface of the bearing shell, which in the direction of rotation of a journal in front of the bearing surface absorbing the cyclical load abruptly into the The step over the bearing surface, which lies in a range of about 90 to 30 'in front of the most heavily loaded bearing point, ends and which forms a flat chamber with the circumferential surface of the pin for the lubricating oil entering the loaded bearing surface via the step, which the chamber via a bore is fed in the journal and an oil feed groove in the bearing shell. The cyclically repeating load occurs in the same area of the bearing surface. Such load conditions exist, for example, in the crankshaft bearings and the connecting rod bearings of machines with reciprocating working movement.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art erstreckt sich die Schmierölbohrung im Zapfen, die an eine längs der Zapfenachse verlaufende Bohrung angeschlossen ist, längs eines Zapfendurchmessers, so daß zwei einander diametral gegenüberliegende Mündungen in der Zapfenumfangsfläche vorhanden sind, von denen bei jeder Winkelstellung des Zapfens weniastens eine mit der Aussparung in der Lagerschale bzw. mit der flachen Kammer in Verbindung steht. Infolge dieser ständigen Verbindung mit dem Schmierölkreislauf herrscht in der flachen Kammer stets der gleiche, durch die Umwälzung bestimmte Schmieröldruck, mit dem das Schmieröl über die Stufe in den Lagerspalt im belasteten Bereich der Lagerfläche eintritt. Ferner ist bei der bekannten Ausbildung die in der Zapfenumfangsfläche mündende Bohrung so angeordnet, daß sie im Zeitpunkt der stärksten Lagerbelastung mit ihrem einen Ende nahe vor der Stufe in die flache Kammer mündet, so daß hier notwendigerweise der statische Druck des Schmierölsystems herrscht. Bei dieser bekannten Anordnung müssen infolge der kontinuierlichen Ölzuführung große Öhnengen umgewälzt werden, zumal das öl ständig unter hohem, ein Entweichen an den Lagerstellen begünstigendem Druck zugeführt werden muß, damit auch im Zeitpunkt der stärksten Belastung ein ölfilm an der belasteten Lagerfläche vorhanden ist. Denn es besteht bei zyklisch belasteten Lagern im besonderen Maße die Gefahr, daß der ölfilm zwischen der belasteten Lagerfläche und dem Zapfen herausgedrückt wird, so daß ein hoher ölzuführungsdruck erforderlich ist, um den ölfilm vor der nächsten Belastungsspitze wiederherzustellen. Daher muß bei der bekannten Anordnung ein vergleichsweise hoher hydrostatischer öldruck aufrechterhalten werden, um eine wirksame Lagerschmierung zu gewährleisten.In a known arrangement of this type, the lubricating oil bore in the journal, which is connected to a bore running along the journal axis, extends along a journal diameter, so that two diametrically opposed orifices are present in the journal circumferential surface, of which at least one at each angular position of the journal communicates with the recess in the bearing shell or with the flat chamber. As a result of this constant connection with the lubricating oil circuit, the same lubricating oil pressure, determined by the circulation, always prevails in the flat chamber with which the lubricating oil enters the bearing gap in the loaded area of the bearing surface via the step. Furthermore, in the known design, the bore opening into the pin circumferential surface is arranged so that at the time of the greatest bearing load it opens with its one end close to the step into the flat chamber, so that the static pressure of the lubricating oil system necessarily prevails here. In this known arrangement, large amounts of oil must be circulated as a result of the continuous oil supply, especially since the oil must be constantly supplied under high pressure, which promotes escape at the bearing points, so that an oil film is present on the loaded bearing surface even at the time of the heaviest load. Because there is a particular risk with cyclically loaded bearings that the oil film is pushed out between the loaded bearing surface and the journal, so that a high oil supply pressure is required to restore the oil film before the next peak load. Therefore, in the known arrangement, a comparatively high hydrostatic oil pressure must be maintained in order to ensure effective bearing lubrication.

Es ist ferner eine Anordung zum Schmieren der Kurbelwellen- und Pleuelstangenlager einer Kolbenmaschine mit hin- und hergehender Arbeitsbewegung bekannt, bei der eine in der Lagerfläche des Zapfens mündende Bohrung vorgesehen ist, die während einer Zapfenumdrehung zweimal mit einer Aussparung in der Lagerschale in Verbindung kommt, wobei die Anordnung von Aussparung und Bohrung so getroffen ist, daß die Verbindung jeweils kurz vor Erreichen der Kolbenendstellungen erfolgt, so daß die ölzufuhr während jeder Zapfendrehung zweimal unterbrochen ist und vor Erreichen der Höchstlast wieder einsetzt. Bei dieser bekannten Ausführung wird die umzuwälzende öhnenge zwar herabgesetzt, jedoch tritt auch hier das öl unter dem hydrostatischen Druck im ölsystem in die belastete Lagerfläche ein, so daß mit einem hohen hydrostatischen Öldruck gearbeitet werden muß bzw. die Gefahr einer nicht genügenden Lagerschmierung besteht.Furthermore, an arrangement for lubricating the crankshaft and connecting rod bearings of a reciprocating working motion piston is known, in which a bore opening into the bearing surface of the journal is provided which comes into contact twice with a recess in the bearing shell during one journal revolution, the arrangement of the recess and the bore is made so that the connection is made shortly before reaching the piston end positions, so that the oil supply is interrupted twice during each pivot rotation and starts again before the maximum load is reached. In this known embodiment, the ohnenge to be circulated is reduced, but here too the oil enters the loaded bearing surface under the hydrostatic pressure in the oil system , so that a high hydrostatic oil pressure has to be used or there is a risk of insufficient bearing lubrication.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lager für zyklische Belastung derart auszubilden, daß Schmieröl mit einem Druck, der über dem in der ölzuführleitung herrschenden Druck liegt, vor Erreichen der Höchstbelastung zugeführt und eine wirksame Schmierung der die Hauptbelastung aufnehmenden Lagerteile im Zeitpunkt der stärksten Belastung mit Sicherheit erreicht wird.The object of the invention is to provide a bearing for cyclical loads to form in such a way that lubricating oil with a pressure which is above that in the oil supply line prevailing pressure is present Reaching the maximum load fed and effective lubrication of the main load bearing parts at the time the greatest load is surely reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung eines über dem Schmiermittelzuführungsdruck liegenden hydrodynamischen Druckes vor der Stufe am Ende der geschlossenen Kammer, der im Zeitpunkt höchster Belastung in der belasteten Laggerfläche wirksam ist, die ölzuführungsbohrung im Zapfen kurz vor Erreichen der Höchstlast mit dem der Stufe gegenüberliegenden Ende der Ölzuführungsnut in Strömungsverbindung gebracht wird.According to the invention, this object is achieved in that for the generation a hydrodynamic pressure above the lubricant supply pressure the stage at the end of the closed chamber, the one at the time of highest load is effective in the loaded bearing surface, the oil supply hole in the journal is short before reaching the maximum load with the end of the oil supply groove opposite the step is brought into flow communication.

Bei dieser Ausbildung wird erreicht, daß sich kurz vor Erreichen der Höchstlast vor der als Staustufe wirkenden abrupten Stufe ein hydrodynamischer Druck aufbaut, der über dem im ölverteilersystem herrschenden hydrostatischen Druck liegt und eine wirksame Schmierun- der belasteten Lagerfläche gewährleistet. Außerdem wird erreicht, daß dem Lager nur unmittelbar vor Erreichen der Höchstlast öl zugeführt wird, so daß auch der ölverlust insgesamt herabgesetzt ist.With this design it is achieved that shortly before the maximum load is reached in front of the abrupt step acting as a barrage, a hydrodynamic pressure builds up, which is above the hydrostatic pressure prevailing in the oil distribution system and ensures an effective lubrication and loaded bearing surface. What is also achieved is that the bearing is only supplied with oil immediately before the maximum load is reached, so that the oil loss is also reduced overall.

Für ein Schublager ist zwar bereits eine Ausbildung bekannt, bei welcher in der einen ebenen Gleitfläche Aussparungen bzw. Stufen vorhanden sind. Hier handelt es sich jedoch nicht um die Lagerung eines Zapfens in einem Radiallager, und es tritt auch nicht wie bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine z lische Belastung auf. Ferner sind bei dem Yk C vorbekannten Schublager auch keine Maßnahmen vorgesehen, um das öl zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen zu halten, was zur Erzielung einer in der Wirkung vergleichbaren hydrodynamischen Druckerhöhung notwendig wäre.A design is already known for a thrust bearing in which recesses or steps are present in one flat sliding surface. Here, however, it is not a question of the storage of a pin in a radial bearing, and neither does a z lische load occur as in the arrangement according to the invention. Furthermore, in the case of the previously known Yk C thrust bearings, no measures are provided to hold the oil between the parts moving relative to one another, which would be necessary to achieve a hydrodynamic pressure increase that is comparable in effect.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung günstige Verhältnisse dann erzielt werden, wenn sich die Kammer über einen Umfangsbereich zwischen 20 und 50' erstreckt.It has been shown that in a design according to the invention favorable conditions are achieved when the chamber extends over a circumferential area between 20 and 50 ' .

Zweckmäßig wird die Tiefe der Kammer zrößer als gewählt, jedoch soll die Tiefe der Kammer das Achtfache dieses Wertes nicht überschreiten. Bei Beachtung dieser Werte ist ein hoher hydrodynamischer Druck vor der Staustufe gewährleistet, weil keine nennenswerte> den Druckaufbau vor der Stufe hindernde Rückströmung am Boden der Aussparung auftritt. Aus praktischen Gründen sollte die Tiefe der Aussparung jedoch wenigstens 0,025min betragen.The depth of the chamber is expediently greater than selected, but the depth of the chamber should not exceed eight times this value. If these values are observed, a high hydrodynamic pressure in front of the barrage is guaranteed because there is no significant backflow at the bottom of the recess that would prevent the pressure build-up in front of the step. For practical reasons, however, the depth of the recess should be at least 0.025 min.

Ferner ist es zweckmäßig, an dem der Stufe gegenüberliegenden Ende der Kammer eine in der Lagerfläche der Lagerschale ausgebildete ölverteilemut vorzusehen, die sich über die Breite der Kammer erstreckt und tiefer als die Kammer ist. Durch diese Ausbildung wird eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten öls über dieBreite derKammer erreicht, und es ergibt sich eine weitere Verbesserung der Lagerschmieruno, Bei einer zweckmäßigen Ausbildung sind in der Lagerfläche der Lagerschale hinter der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche etwa in dem der Stufe bis zu einer Abweichung von 201 diametral gegenüberliegenden Bereich flache, das seitliche Entweichen von Öl aus dein Lagerspalt erleichternde, Aussparungen vorgesehen. Dadurch wird verhindert, daß sich an der betreffenden Stelle ein nennenswerter Öldruck aufbaut, der bestrebt wäre, der Ausbildung eines ölfilms von der Aussparung über die Stufe hinweg entgegenzuwirken.Furthermore, it is expedient to provide an oil distribution groove formed in the bearing surface of the bearing shell at the end of the chamber opposite the step, which groove extends over the width of the chamber and is deeper than the chamber. This design ensures that the supplied oil is evenly distributed over the width of the chamber, and there is a further improvement in the bearing lubrication Deviation from 201 diametrically opposite area, flat recesses are provided to facilitate the lateral escape of oil from the bearing gap. This prevents a significant oil pressure from building up at the point in question, which would attempt to counteract the formation of an oil film from the recess across the step.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

F i 1 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Stimansicht des Kurbelzapfenlagers einer Pleuelstange eines Kolbenmotors; F i g. 2 zeigt die Abwicklung der unteren Lagerschalenhälfte; F i g. 3 zeigt in verkleinertem Maßstab die Pleuelstange mit Kolben und Kurbelzapfenlager in Seitenansicht; F i g. 4 zeigt die Abwicklung einer abgeänderten unteren Lagerschalenhälfte. Fig. 1 is an end view, partially in section, of the crankpin bearing of a connecting rod of a reciprocating engine; F i g. 2 shows the development of the lower half of the bearing shell; F i g. 3 shows, on a reduced scale, the connecting rod with piston and crank pin bearing in side view; F i g. 4 shows the development of a modified lower bearing shell half.

Die Pleuelstange 10 ist in üblicher Weise an ihrem einen Ende als Gehäuseteil 11 zur Aufnahme der einen Lagerschalenhälfte ausgebildet, und es ist ein Lagerdeckel 12 vorgesehen, der mit dem Gehäuseteil 11 verschraubt ist. An ihrem anderen Ende ist die Pleuelstange 10 mit einem Kolben 13 verbunden. Auf Grund der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 13 bzw. der Pleuelstange 10 ergibt sich eine zyklische Belastung des Kurbelzapfenlagers, wobei die Hauptbelastung im Lagerbereich 14 auftritt.The connecting rod 10 is designed in the usual way at one end as a housing part 11 for receiving the one bearing shell half, and a bearing cover 12 is provided which is screwed to the housing part 11. At its other end, the connecting rod 10 is connected to a piston 13 . Due to the reciprocating movement of the piston 13 or the connecting rod 10 , there is a cyclic load on the crank pin bearing, the main load occurring in the bearing area 14.

Zwischen dem Lagergehäuseteil 11 der Pleuelstange 10 und dem Lagerdeckel 12 sind zwei halbzylindrische Lagerschalen 15, 16 eingespannt. In der Lagerfläche der Lagerschalenhälfte 16 ist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende konzentrische Aussparung 17 ausgebildet, die vor dem am stärksten belasteten Lagerbereich 14 mit einer Stufe 18 in die Lagerfläche übergeht. Bei der gezeigten Ausführung gemäß F i g. 1 ist die Stufe 18 an der Trennfuge zwischen den beiden Lagerschalenhälften 15, 16 gebildet, also 901 vor dem am stärksten belasteten Lagerbereich 14 angeordnet. In Abweichung von der gezeigten Ausführung kann die Stufe 18 bis zu 30' vor dem Lagerbereich 14 liegen. Die Aussparung 17 erstreckt sich über einen Mittelpunktswinkel a, der zwischen 20 und 501 betragen kann. Sie nimmt nicht die ganze Breite der Lagerschalenhälfte 16 ein, vielmehr verbleiben zu beiden Seiten der Aussparung Stege 19, die ein seitliches Austreten von öl aus der Aussparung 17 verhindern sollen.Two semi-cylindrical bearing shells 15, 16 are clamped between the bearing housing part 11 of the connecting rod 10 and the bearing cover 12. A concentric recess 17 extending in the circumferential direction is formed in the bearing surface of the bearing shell half 16 and merges into the bearing surface with a step 18 in front of the bearing area 14 that is most heavily loaded. In the embodiment shown according to FIG. 1 , the step 18 is formed at the parting line between the two bearing shell halves 15, 16 , that is to say 901 in front of the bearing area 14 that is subject to the greatest load. In a departure from the embodiment shown, the step 18 can lie up to 30 ′ in front of the storage area 14. The recess 17 extends over a central angle a, which can be between 20 and 501 . It does not take up the entire width of the bearing shell half 16 ; rather, webs 19 remain on both sides of the recess, which are intended to prevent oil from leaking out of the recess 17 laterally.

In der durch den Pfeil 20 gekennzeichneten Drehrichtung des Kurbelzapfens gesehen, ist vor der Aussparung 17 eine sich parallel zur Lagerachse erstreckende ölverteilernut 21 in der Breite der Aussparung vorgesehen, deren Tiefe annähernd doppelt so groß wie die der Aussparung ist. Diese ölverteilernut 21 steht mit einer Ölzuführungsnut 22 in Verbindung, die in der Lagerfläche der Lagerschalenhälften 15, 16 ausgebildet ist und sich in Umfangsrichtung über die eine Stoßkante 23 zwischen den Lagerschalenhälften 15, 16 hinaus erstreckt, wobei das Ende 24 der ölzuführungsnut 22 der ölverteilernut21 etwa diametral gegenüberliegt.Seen in the direction of rotation of the crank pin indicated by the arrow 20, an oil distributor groove 21 extending parallel to the bearing axis is provided in the width of the recess in front of the recess 17, the depth of which is approximately twice as great as that of the recess. This oil distribution groove 21 is in connection with an oil supply groove 22 which is formed in the bearing surface of the bearing shell halves 15, 16 and extends in the circumferential direction beyond the one abutting edge 23 between the bearing shell halves 15, 16 , the end 24 of the oil supply groove 22 of the oil distribution groove21 for example diametrically opposite.

Der Zapfen 28 weist eine radiale ölzuführungsbohrung 29 auf, die so angeordnet ist, daß sie kurz vor Erreichen der Höchstlast mit dem Ende 24 der ölzuführungsnut 22 in Verbindung tritt, damit über die ölzuführungsbohrung 29 unter Druck stehendes öl über die Zuführungsnut 22 und die ölverteilernut 21 in die Aussparung 17 tritt und das Öl über die Stufe 18 hinweg einen Ölfilm zwischen der Lagerschalenhälfte 15 und dem Zapfen 28 bildet.The pin 28 has a radial oil supply bore 29 which is arranged in such a way that it comes into contact with the end 24 of the oil supply groove 22 shortly before the maximum load is reached, so that oil under pressure via the oil supply bore 29 via the supply groove 22 and the oil distribution groove 21 enters the recess 17 and the oil forms an oil film between the bearing shell half 15 and the journal 28 over the step 18 .

In dem der Stufe 18 etwa diametral gegenüberliegenden Bereich sind in der Lagerfläche der Lagerschale 15, 16 von der Ölzuführungsnut 22 getrennte seitliche Aussparungen 25 vorgesehen, die ein Entweichen von Öl erleichtern und damit den Aufbau eines Druckes verhindern, der dem zur Ausbildung des ölfilms führenden Druck im Bereich der Aussparung 17 und der Stufe 18 entgegenwirken würde. Die flachen Aussparungen 25 verlaufen gleichfalls konzentrisch zur Lagerachse und können sich über einen Winkelbereich von 10 bis 80' erstrecken. Bei einem Lager mit einem Durchmesser von 75 mm soll die Tiefe der Aussparungen 25 mindestens 0,25 mm betragen.In the area approximately diametrically opposite the step 18 , lateral recesses 25 are provided in the bearing surface of the bearing shell 15, 16 separate from the oil supply groove 22, which facilitate the escape of oil and thus prevent the build-up of a pressure that is equal to the pressure leading to the formation of the oil film in the area of the recess 17 and the step 18 would counteract this. The flat recesses 25 also run concentrically to the bearing axis and can extend over an angular range of 10 to 80 ' . In the case of a bearing with a diameter of 75 mm , the depth of the recesses 25 should be at least 0.25 mm.

In F i g. 4 ist eine abgeänderte Ausbildung der unteren Lagerschalenhälfte 16 dargestellt. In Ab- änderung von der vorbeschriebenen Ausführung ist an Stelle der in der Lagerfläche der Lagerschale ausgebildeten Ölzuführungsnut 22 ein kürzerer, mit der ölzuführungsbohrung 29 im Zapfen 28 zusammenwirkender Schlitz 26 vorgesehen, der durch einen Verbindungskanal 27 auf der Rückseite der Lagerschalenhälfte 16 hinter der Lagerfläche mit der Ölverteilernut 21 verbunden ist. Durch die Länge des Schlitzes 26 ist die Zeitdauer der Zuführung von Öl zur Aussparung 17 während jeder Umdrehung des Zapfens 28 bestimmt.In Fig. 4 shows a modified design of the lower bearing shell half 16 . In ex change from the previously described embodiment of the formed in the bearing surface of the bearing shell Ölzuführungsnut 22 is a shorter, with the oil supply hole 29 cooperating in the pin 28 slot 26 is provided instead, which through a connecting duct 27 on the back of the bearing shell half 16 behind the bearing surface with the oil distribution groove 21 is connected. The length of the slot 26 determines the duration of the supply of oil to the recess 17 during each revolution of the pin 28 .

Claims

Claims: 1. Arrangement for lubricating a cyclically loaded plain bearing with a provided in the bearing surface of the bearing shell, extending in the circumferential direction, the in the direction of rotation of a pin in front of the bearing surface absorbing the cyclic load in a step that abruptly merges into the bearing surface, which in a Area from about 90 to 301 in front of the most heavily loaded bearing point, ends and which, with the circumferential surface of the journal, forms a flat chamber for the lubricating oil entering the loaded bearing surface via the step, which lubricates the chamber through a bore in the journal and an oil supply groove in the bearing shell is supplied, characterized in that to generate a hydrodynamic pressure above the lubricant supply pressure in front of the step (18) at the end of the closed chamber (17), which is effective at the time of maximum load in the loaded bearing surface, the oil supply bore (29) in the journal (28) shortly before reaching the H öchstlast is brought into flow connection with the end of the oil supply groove (22) opposite the step.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the chamber (17) extends over a circumferential region between 20 and 501 . 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the depth of the chamber (17) is greater than and that it does not exceed eight times this value. 4. Arrangement according spoke 1 to 3, characterized in that at the end of the chamber (17) opposite the step (18) opposite CD C, an oil distributor groove C (21) C formed in the Laaerfläche of the Laaerschale (15, 16) is provided which extends C across the width of the chamber and is deeper than the chamber. 5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that in the bearing surface of the bearing shell (15, 16) behind the bearing surface (14) which absorbs the cyclic load, approximately in the area diametrically opposite the step (18) up to a deviation of 201 is flat , the lateral escape of oil from the bearing gap facilitating Aussparunfren (25) are provided. Documents considered: German Patent No. 664 788; Swedish Patent No. 71289; British Patent Specification No. 450,786. U.S. Patent Nos. 2,199,699, 1,497,009.