JP2003278756A - すべり軸受 - Google Patents
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- F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 すべり軸受の部分的な早期疲労の発生を防止
する。 【解決手段】 コネクティングロッドの大端部に取り付
けられるすべり軸受１６において、ハウジングの剛性の
大きい部分に接する部位Ａ，Ｂ，Ｃの裏金２１を薄く
し、軸受合金２２を厚くする。すると、そのＡ，Ｂ，Ｃ
部の剛性が低くなるので、当該部位に大きな荷重が作用
してその部位の油膜圧力が高くなると、軸受合金２２の
表面が油膜圧力によって凹状に撓み変形する。この結
果、油膜圧力が広い範囲に分散されて低下し、早期疲労
が防止される。
する。 【解決手段】 コネクティングロッドの大端部に取り付
けられるすべり軸受１６において、ハウジングの剛性の
大きい部分に接する部位Ａ，Ｂ，Ｃの裏金２１を薄く
し、軸受合金２２を厚くする。すると、そのＡ，Ｂ，Ｃ
部の剛性が低くなるので、当該部位に大きな荷重が作用
してその部位の油膜圧力が高くなると、軸受合金２２の
表面が油膜圧力によって凹状に撓み変形する。この結
果、油膜圧力が広い範囲に分散されて低下し、早期疲労
が防止される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、すべり軸受をハウ
ジングの円形穴に嵌合して取り付ける構成のすべり軸受
に関する。
ジングの円形穴に嵌合して取り付ける構成のすべり軸受
に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】例えば内燃機関におい
て、クランクピンはコネクティングロッドの大端部に取
り付けられるすべり軸受によって受けられる。図１２は
コネクティングロッド１の大端部２を示すが、従来、こ
のクランクピン用のすべり軸受３では、図１２において
上部ａおよび左右両側部のやや下側ｂ、ｃでの局部疲労
が早期に発生するという問題があった。
て、クランクピンはコネクティングロッドの大端部に取
り付けられるすべり軸受によって受けられる。図１２は
コネクティングロッド１の大端部２を示すが、従来、こ
のクランクピン用のすべり軸受３では、図１２において
上部ａおよび左右両側部のやや下側ｂ、ｃでの局部疲労
が早期に発生するという問題があった。
【０００３】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、すべり軸受の部分的な早期疲労の発生
を防止できるすべり軸受を提供するところにある。
で、その目的は、すべり軸受の部分的な早期疲労の発生
を防止できるすべり軸受を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、クランクピ
ン用のすべり軸受の早期疲労を発生する部位がハウジン
グであるコネクティングロッドの大端部の剛性と関係す
ることを見出した。すなわち、すべり軸受が早期疲労を
生ずる部位は、上述の通り上部および左右両側部のやや
下側の３箇所である。一方、図１２から明らかなよう
に、大端部２の上部はロッド１aに連なっており、また
左右両側は矩形の張出部分２ａ，２ａになっているた
め、すべり軸受３を嵌合する円形穴４の周囲部のうち、
ロッド１aに連なる上部と、張出部分２ａ，２ａの角部
へと連なる左右両側部のやや上側およびやや下側（円形
穴４の中心点と張出部の角部とを結んだ線上の部分）は
径方向の肉厚が厚く、剛性が高くなっている。
ン用のすべり軸受の早期疲労を発生する部位がハウジン
グであるコネクティングロッドの大端部の剛性と関係す
ることを見出した。すなわち、すべり軸受が早期疲労を
生ずる部位は、上述の通り上部および左右両側部のやや
下側の３箇所である。一方、図１２から明らかなよう
に、大端部２の上部はロッド１aに連なっており、また
左右両側は矩形の張出部分２ａ，２ａになっているた
め、すべり軸受３を嵌合する円形穴４の周囲部のうち、
ロッド１aに連なる上部と、張出部分２ａ，２ａの角部
へと連なる左右両側部のやや上側およびやや下側（円形
穴４の中心点と張出部の角部とを結んだ線上の部分）は
径方向の肉厚が厚く、剛性が高くなっている。
【０００５】このように、すべり軸受３の早期疲労の発
生部位は、大端部２（ハウジング）の剛性の高い箇所に
接している部分と一致している。そして、この早期疲労
の発生部位とハウジングの剛性の高い部分とが一致する
理由として、本発明者は、ハウジングの剛性が高いと、
すべり軸受の内面側で撓み変形し難く、そのために圧力
が集中する結果、その部分の油膜圧力が高くなるからで
あると推定した。
生部位は、大端部２（ハウジング）の剛性の高い箇所に
接している部分と一致している。そして、この早期疲労
の発生部位とハウジングの剛性の高い部分とが一致する
理由として、本発明者は、ハウジングの剛性が高いと、
すべり軸受の内面側で撓み変形し難く、そのために圧力
が集中する結果、その部分の油膜圧力が高くなるからで
あると推定した。
【０００６】以上のことから、本発明は、裏金の内周に
軸受合金を被着して成る円筒状のすべり軸受であって、
ハウジングの円形穴内に嵌合して取り付けられるすべり
軸受において、前記ハウジングの円形穴の周囲部のうち
剛性が高い箇所に接する部位の剛性を他の部位より低く
なるようにしたことを特徴とするものである。
軸受合金を被着して成る円筒状のすべり軸受であって、
ハウジングの円形穴内に嵌合して取り付けられるすべり
軸受において、前記ハウジングの円形穴の周囲部のうち
剛性が高い箇所に接する部位の剛性を他の部位より低く
なるようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】この構成によれば、すべり軸受のうちハウ
ジングの剛性が高い箇所に接している部位は剛性が低く
なっているので、当該部位に作用する荷重が大きくなっ
てその部位の油膜圧力が高くなると、その部位における
軸受合金の内面が油膜圧力を受けて変形し、この結果、
油膜圧力が広い範囲に分散するようになって、当該部位
の油膜圧力は低下する。このためすべり軸受の局部的な
早期疲労を効果的に防止できる。
ジングの剛性が高い箇所に接している部位は剛性が低く
なっているので、当該部位に作用する荷重が大きくなっ
てその部位の油膜圧力が高くなると、その部位における
軸受合金の内面が油膜圧力を受けて変形し、この結果、
油膜圧力が広い範囲に分散するようになって、当該部位
の油膜圧力は低下する。このためすべり軸受の局部的な
早期疲労を効果的に防止できる。
【０００８】本発明では、すべり軸受の剛性を低くする
ために、裏金の厚さを薄くして軸受合金の厚さを厚くす
る手段を採用することができる。この手段を採用すれ
ば、周方向の剛性が高低変化するすべり軸受を容易に製
造することができる。
ために、裏金の厚さを薄くして軸受合金の厚さを厚くす
る手段を採用することができる。この手段を採用すれ
ば、周方向の剛性が高低変化するすべり軸受を容易に製
造することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例をガソリ
ンエンジンのコネクティングロッドのクランクピン用の
軸受に適用して図１ないし図１０に基づいて説明する。
コネクティングロッド１１は金属、例えば鋳鉄製で、図
２に示すように、ロッド本体１２の一端部にキャップ１
３をボルト１４により固定して構成されている。このコ
ネクティングロッド１１において、ロッド本体１２の一
端部とキャップ１３とで構成される大端部１５には、当
該大端部１５をハウジングとしてすべり軸受１６が固定
されている。この場合、ロッド本体１２の下端部とキャ
ップ１３とは、それぞれ半円形の凹部を有し、それら凹
部によって形成される円形穴１７内にすべり軸受１６が
嵌合して取り付けられている。
ンエンジンのコネクティングロッドのクランクピン用の
軸受に適用して図１ないし図１０に基づいて説明する。
コネクティングロッド１１は金属、例えば鋳鉄製で、図
２に示すように、ロッド本体１２の一端部にキャップ１
３をボルト１４により固定して構成されている。このコ
ネクティングロッド１１において、ロッド本体１２の一
端部とキャップ１３とで構成される大端部１５には、当
該大端部１５をハウジングとしてすべり軸受１６が固定
されている。この場合、ロッド本体１２の下端部とキャ
ップ１３とは、それぞれ半円形の凹部を有し、それら凹
部によって形成される円形穴１７内にすべり軸受１６が
嵌合して取り付けられている。
【００１０】なお、コネクティングロッド１１の他端部
である小端部１８の円形穴（符号なし）には、巻きブッ
シュ形のすべり軸受１９が嵌着されており、このすべり
軸受１９によってピストンに取り付けられたピストンピ
ン（図示せず）を受けるようになっている。
である小端部１８の円形穴（符号なし）には、巻きブッ
シュ形のすべり軸受１９が嵌着されており、このすべり
軸受１９によってピストンに取り付けられたピストンピ
ン（図示せず）を受けるようになっている。
【００１１】大端部１５のすべり軸受１６は、クランク
シャフトのクランクピン（図示せず）を受けるためのも
ので、半割軸受２０を２個突き合わせて構成されてい
る。これら半割軸受２０は、図１に示すように、金属
製、例えば鋼製の裏金２１の内周面にＡｌ系或いはＣｕ
系の軸受合金２２を被着して構成されている。なお、両
半割軸受２０の突合せ部分はロッド本体１２とキャップ
１３の合わせ目に一致させてある。
シャフトのクランクピン（図示せず）を受けるためのも
ので、半割軸受２０を２個突き合わせて構成されてい
る。これら半割軸受２０は、図１に示すように、金属
製、例えば鋼製の裏金２１の内周面にＡｌ系或いはＣｕ
系の軸受合金２２を被着して構成されている。なお、両
半割軸受２０の突合せ部分はロッド本体１２とキャップ
１３の合わせ目に一致させてある。
【００１２】さて、図３は４サイクルのガソリンエンジ
ンを運転したときに、すべり軸受１６に作用する荷重を
理論解析により求めたもので、図中、角度はクランクシ
ャフトの回転角を示す。クランクシャフトの回転角は、
爆発行程の開始点（上死点）を０度に定めた場合の角度
を言う。従って、０〜１８０度は爆発行程、１８０〜３
６０度は排気行程、３６０〜５４０度は吸気行程、５４
０〜７２０（０）度は圧縮行程である。
ンを運転したときに、すべり軸受１６に作用する荷重を
理論解析により求めたもので、図中、角度はクランクシ
ャフトの回転角を示す。クランクシャフトの回転角は、
爆発行程の開始点（上死点）を０度に定めた場合の角度
を言う。従って、０〜１８０度は爆発行程、１８０〜３
６０度は排気行程、３６０〜５４０度は吸気行程、５４
０〜７２０（０）度は圧縮行程である。
【００１３】図３から理解されるように、すべり軸受１
６には、クランクシャフトの回転角が１８０度と５４０
度のとき、上向きに大きな荷重が作用し、同３６０度の
とき、下向きに大きな荷重が作用している。
６には、クランクシャフトの回転角が１８０度と５４０
度のとき、上向きに大きな荷重が作用し、同３６０度の
とき、下向きに大きな荷重が作用している。
【００１４】図４〜図６はその下向きおよび上向きに大
きな荷重が作用する時において、すべり軸受１６とクラ
ンクピンとの間の油膜圧力の分布状態を理論解析した結
果である。図４および図６からは、上向きの大荷重作用
時には、すべり軸受１６の上部の油膜圧力が非常に高く
なっていることが分かる。また、下向きの大荷重作用時
には、すべり軸受１６の左右両側部のやや下側の油膜圧
力が非常に高くなっていることが分かる。このように油
膜圧力が高い部位では、軸受合金２２が早期に疲労す
る。
きな荷重が作用する時において、すべり軸受１６とクラ
ンクピンとの間の油膜圧力の分布状態を理論解析した結
果である。図４および図６からは、上向きの大荷重作用
時には、すべり軸受１６の上部の油膜圧力が非常に高く
なっていることが分かる。また、下向きの大荷重作用時
には、すべり軸受１６の左右両側部のやや下側の油膜圧
力が非常に高くなっていることが分かる。このように油
膜圧力が高い部位では、軸受合金２２が早期に疲労す
る。
【００１５】さて、本実施例では、すべり軸受１６の剛
性を、円周方向に沿って部分的に変化させている。つま
り、上記のように大きな油膜圧力が発生する部位の剛性
を他の部位よりも低くなるようにしている。この剛性の
高低変化は裏金２１の厚さと軸受合金２２の厚さとを変
えることによって行っている。
性を、円周方向に沿って部分的に変化させている。つま
り、上記のように大きな油膜圧力が発生する部位の剛性
を他の部位よりも低くなるようにしている。この剛性の
高低変化は裏金２１の厚さと軸受合金２２の厚さとを変
えることによって行っている。
【００１６】すなわち、すべり軸受１６の上部Ａおよび
左右方向両側部のやや下側の部位Ｂ、Ｃにおいては、弾
性係数の大きな裏金２１の肉厚を他の部位より薄くし、
弾性係数の小さな軸受合金２２の厚さを他の部位より厚
くしている。これによってＡ，Ｂ，Ｃの剛性が他の部位
よりも低くなるようにし、以って軸受合金２２の内面に
油膜圧力が作用したとき、その圧力によって軸受合金２
２が厚さを減ずる方向に撓み易くしている。このＡ，
Ｂ，Ｃの位置を更に詳細に言うと、コネクティングロッ
ド１１の大端部１５の円形穴１７と小端部１８の円形穴
(符号なし)のそれぞれの中心を通る線をＬとすると、Ａ
は線Ｌを中心にして両側３０度の範囲、Ｂ，ＣはＡの両
側から７０度隔ててそれぞれ４０度の範囲とされてい
る。
左右方向両側部のやや下側の部位Ｂ、Ｃにおいては、弾
性係数の大きな裏金２１の肉厚を他の部位より薄くし、
弾性係数の小さな軸受合金２２の厚さを他の部位より厚
くしている。これによってＡ，Ｂ，Ｃの剛性が他の部位
よりも低くなるようにし、以って軸受合金２２の内面に
油膜圧力が作用したとき、その圧力によって軸受合金２
２が厚さを減ずる方向に撓み易くしている。このＡ，
Ｂ，Ｃの位置を更に詳細に言うと、コネクティングロッ
ド１１の大端部１５の円形穴１７と小端部１８の円形穴
(符号なし)のそれぞれの中心を通る線をＬとすると、Ａ
は線Ｌを中心にして両側３０度の範囲、Ｂ，ＣはＡの両
側から７０度隔ててそれぞれ４０度の範囲とされてい
る。
【００１７】このようにしてＡ，Ｂ，Ｃ部分の剛性を低
くした場合、そのＡ，Ｂ，Ｃの各部位が接する大端部１
５の径方向の肉厚が厚く剛性が高くとも、比較的軟質の
軸受合金２２が厚くなっていて剛性が低いことから、
Ａ，Ｂ，Ｃの各部位における油膜圧力が高くなると、
Ａ，Ｂ，Ｃの各部位の軸受合金２２の内面が凹状に撓む
ので、油膜圧力が広い面積に分散するようになって、油
膜圧力が低下し、その結果、軸受合金２２の疲労強度が
向上する。
くした場合、そのＡ，Ｂ，Ｃの各部位が接する大端部１
５の径方向の肉厚が厚く剛性が高くとも、比較的軟質の
軸受合金２２が厚くなっていて剛性が低いことから、
Ａ，Ｂ，Ｃの各部位における油膜圧力が高くなると、
Ａ，Ｂ，Ｃの各部位の軸受合金２２の内面が凹状に撓む
ので、油膜圧力が広い面積に分散するようになって、油
膜圧力が低下し、その結果、軸受合金２２の疲労強度が
向上する。
【００１８】図７〜図９は従来のすべり軸受と本発明の
すべり軸受１６とについて、軸受性能を比較するため
に、油膜厚さ、油膜圧力および動力損失を理論解析によ
って求めた結果を示す。この比較結果について見ると、
図７の油膜厚さおよび図９の動力損失については従来と
本発明との間に差は見られなかったが、油膜圧力につい
ては本願発明のすべり軸受１６の方が従来のすべり軸受
よりも最大値が低下していることが分かる。
すべり軸受１６とについて、軸受性能を比較するため
に、油膜厚さ、油膜圧力および動力損失を理論解析によ
って求めた結果を示す。この比較結果について見ると、
図７の油膜厚さおよび図９の動力損失については従来と
本発明との間に差は見られなかったが、油膜圧力につい
ては本願発明のすべり軸受１６の方が従来のすべり軸受
よりも最大値が低下していることが分かる。
【００１９】そして、本発明のすべり軸受１６の最大油
膜圧力が従来のそれよりも低く、疲労強度が向上するこ
とを確認するために、動荷重式疲労試験機によって疲労
試験を実施した。本疲労試験機は、軸回転数３２５０ｒ
ｐｍ、潤滑油ＳＡＥ２０、給油温度１２０℃、給油圧力
０．２９ＭＰａで、すべり軸受に対して下向きに７４．
６ＫＮの荷重を繰り返し加えるようにしたものである。
膜圧力が従来のそれよりも低く、疲労強度が向上するこ
とを確認するために、動荷重式疲労試験機によって疲労
試験を実施した。本疲労試験機は、軸回転数３２５０ｒ
ｐｍ、潤滑油ＳＡＥ２０、給油温度１２０℃、給油圧力
０．２９ＭＰａで、すべり軸受に対して下向きに７４．
６ＫＮの荷重を繰り返し加えるようにしたものである。
【００２０】試験に用いた試料は、内径５６ｍｍ、幅１
７ｍｍで、厚さについては、従来品が総厚１．５ｍｍ、
裏金厚さ１．２ｍｍ、軸受合金厚さ０．３ｍｍのもので
あり、発明品は図１０に示すように下側部分を６０度の
範囲に渡って裏金厚さを０．６ｍｍにして軸受合金厚さ
を０．９ｍｍにしたもの（他の部位は従来品と同じ）で
ある。
７ｍｍで、厚さについては、従来品が総厚１．５ｍｍ、
裏金厚さ１．２ｍｍ、軸受合金厚さ０．３ｍｍのもので
あり、発明品は図１０に示すように下側部分を６０度の
範囲に渡って裏金厚さを０．６ｍｍにして軸受合金厚さ
を０．９ｍｍにしたもの（他の部位は従来品と同じ）で
ある。
【００２１】この疲労の結果は、裏金および軸受合金の
厚さが全周においてそれぞれ均一にされた従来品の寿命
は１．０２×１０８サイクルであったところ、発明品の
寿命は１．１２×１０８サイクルとなり、１０％程度長
寿命となった。
厚さが全周においてそれぞれ均一にされた従来品の寿命
は１．０２×１０８サイクルであったところ、発明品の
寿命は１．１２×１０８サイクルとなり、１０％程度長
寿命となった。
【００２２】本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限
定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が
可能である。Ａ，Ｂ，Ｃの各部位の軸受合金２２の肉厚
は、本発明の他の実施例を示す図１１のように中央から
周方向両側に向かって次第に薄くなるように設定しても
良い。また、裏金２１の外周部を切除することによって
剛性を低くしても良い。本発明は、コネクティングロッ
ド１１の大端部１５に設けられるすべり軸受１６に限ら
れず、ハウジングに取り付けられるすべり軸受一般に広
く適用できる。裏金の材質は鋼に限られず、軸受合金よ
りも高弾性係数のものであれば良い。
定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が
可能である。Ａ，Ｂ，Ｃの各部位の軸受合金２２の肉厚
は、本発明の他の実施例を示す図１１のように中央から
周方向両側に向かって次第に薄くなるように設定しても
良い。また、裏金２１の外周部を切除することによって
剛性を低くしても良い。本発明は、コネクティングロッ
ド１１の大端部１５に設けられるすべり軸受１６に限ら
れず、ハウジングに取り付けられるすべり軸受一般に広
く適用できる。裏金の材質は鋼に限られず、軸受合金よ
りも高弾性係数のものであれば良い。
【図１】本発明の一実施例を示すすべり軸受の断面図
【図２】コネクティングロッドの正面図
【図３】すべり軸受に作用する荷重線図
【図４】クランク角１８０度のときの油膜圧力分布図
【図５】クランク角３６０度のときの油膜圧力分布図
【図６】クランク角５４０度のときの油膜圧力分布図
【図７】油膜厚さの理論解析図
【図８】油膜圧力の理論解析図
【図９】動力損失の理論解析図
【図１０】本発明の試験試料の断面図
【図１１】本発明の他の実施例を示す図１相当図
【図１２】従来の問題点を説明するためのコネクティン
グロッドの大端部の正面図
グロッドの大端部の正面図
【符号の説明】
図中、１１はコネクティングロッド、１５は大端部（ハ
ウジング）、１６はすべり軸受、２１は裏金、２２は軸
受合金である。
ウジング）、１６はすべり軸受、２１は裏金、２２は軸
受合金である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柴山 隆之
名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工
業株式会社内
Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA02 KA02 MA12 PA10
QA01 SB03 SB04
3J033 AA05 GA05
Claims (2)
- 【請求項１】 裏金の内周に軸受合金を被着して成る円
筒状のすべり軸受であって、ハウジングの円形穴内に嵌
合して取り付けられるすべり軸受において、 前記ハウジングの円形穴の周囲部のうち剛性が高い箇所
に接する部位の剛性を、他の部位より低くなるようにし
たことを特徴とするすべり軸受。 - 【請求項２】 前記裏金の厚さを薄くして前記軸受合金
の厚さを厚くすることにより、前記ハウジングの円形穴
の周囲部のうち剛性の高い箇所に接する部位の剛性を他
の部位より低くしたことを特徴とする請求項１記載のす
べり軸受。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087532A JP2003278756A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | すべり軸受 |
| US10/360,912 US6981798B2 (en) | 2002-03-27 | 2003-02-10 | Sliding bearing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087532A JP2003278756A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | すべり軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003278756A true JP2003278756A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=28449391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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