JP5914383B2

JP5914383B2 - すべり軸受

Info

Publication number: JP5914383B2
Application number: JP2013033837A
Authority: JP
Inventors: 克宏芦原; 悠一朗梶木; 裕紀高田; 暁拡本田; 村上　元一; 元一村上
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: EP2960533A4; CN105008733A; JP2014163432A; EP2960533B1; CN105008733B; US9470266B2; WO2014129595A1; US20150377285A1; EP2960533A1

Description

本発明は、すべり軸受の技術に関し、円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受の技術に関する。

従来、エンジンのクランクシャフトを軸支するための軸受であって、円筒形状を二分割した二つの部材を合わせる半割れ構造のすべり軸受が公知となっている。また、前記軸受の摺動面積を減らし、フリクション低減効果を得るために、前記軸受の幅を狭くする構造がある。しかし、軸受の幅を狭くすると、流出油量が増加していた。そこで、前記軸受の軸方向両端部に、全周に逃げ部分（細溝）を形成した軸受が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００３−５３２０３６号公報

しかし、従来の全周に細溝を形成した軸受では、摺動面積減少により、負荷容量が低下し、良好な潤滑に必要な油膜厚さを確保することができず、且つ、総和の流出油量が多かった。

そこで、本発明は係る課題に鑑み、フリクション低減効果を得ることができ、総和の流出油量を抑えることができる軸受を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から上流側の最小油膜厚さとなる位置までとしたものである。

請求項２においては、円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって、前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から上流側の油膜圧力勾配が最大となる位置までとしたものである。

請求項３においては、円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって、前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度までの長さであって、溝のない軸受の最小油膜厚さに対する、前記所定の軸受角度まで細溝を加工した軸受の最小油膜厚さの割合が８０％より大となる長さとしたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

すなわち、油膜圧力の発生を妨げない程度の細溝を設けることで、摺動面積を減らしつつ、フリクション低減効果を得ることができ、かつ、総和の流出油量を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るすべり軸受を示す正面図。（ａ）本発明の第一実施形態に係るすべり軸受を構成する半割部材を示す平面図。（ｂ）同じくＡ−Ａ線断面図。（ｃ）同じくＢ−Ｂ線断面図。軸受角度と油膜厚さとの関係を示すグラフ図（計算値）。軸受角度と軸受幅方向中央部における油膜圧力との関係及び軸受角度と油膜圧力勾配との関係を示すグラフ図（計算値）。軸受角度と最小油膜厚さ割合との関係を示すグラフ図。（ａ）細溝を設けたすべり軸受の油膜圧力の勾配を示す三次元グラフ図。（ｂ）細溝を設けないすべり軸受の油膜圧力の勾配を示す三次元グラフ図（計算値）。（ａ）溝なし軸受に対するエンジン回転数と摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ）増減量との関係を示すグラフ図。（ｂ）溝なし軸受に対するエンジン回転数と毎分油量増減量との関係を示すグラフ図（実験値）。

次に、発明の実施の形態を説明する。なお、図１はすべり軸受１の正面図であり、画面の上下を上下方向、画面の手前方向及び奥方向を軸方向（前後方向）とする。

まず、第一の実施形態に係るすべり軸受１を構成する半割部材２について図１及び図２を用いて説明する。
すべり軸受１は円筒状の部材であり、図１に示すように、エンジンのクランクシャフト１１のすべり軸受構造に適用される。すべり軸受１は、二つの半割部材２・２で構成されている。二つの半割部材２・２は、円筒を軸方向と平行に二分割した形状であり、断面が半円状となるように形成されている。本実施形態においては、半割部材２・２は上下に配置されており、左右に合わせ面が配置されている。クランクシャフト１１をすべり軸受１で軸支する場合、所定の隙間が形成され、この隙間に対し図示せぬ油路から潤滑油が供給される。

図２（ａ）においては、上側および下側の半割部材２を示している。なお、本実施形態においては、クランクシャフト１１の回転方向を図１の矢印に示すように正面視時計回り方向とする。また、軸受角度ωは、図２（ｂ）における右端の位置を０度とし、図２（ｂ）において、反時計回り方向を正とする。すなわち、図２（ｂ）において、左端の位置の軸受角度ωが１８０度となり、下端の位置の軸受角度ωが２７０度となるように定義する。

上側の半割部材２の内周には円周方向に溝が設けられており、中心に円形の孔が設けられている。また、上側の半割部材２の左右に合わせ面が配置されている。
下側の半割部材２の内周の摺動面において、その軸方向の端部に細溝３が形成されている。
細溝３は下側の半割部材２に設けられる。本実施形態においては、細溝３は軸方向に並列して二本設けられている。詳細には、細溝３は、クランクシャフト１１の回転方向下流側合わせ面（軸受角度ωが１８０度）から軸受角度ωが正となる方向（反時計回り方向）に向けて円周方向に設けられる。すなわち、下側の半割部材２においては、図２（ｂ）の右側の合わせ面が回転方向上流側合わせ面、図２（ｂ）の左側の合わせ面が回転方向下流側合わせ面となる。
細溝３は、図２（ｃ）に示すように、軸受厚さＤよりも浅い深さｄとなるように形成されている。また、細溝の幅はｗとなるように形成されている。

次に細溝３の長さｌについて図３を用いて説明する。

まず、細溝３の長さｌを、回転方向下流側合わせ面から最小油膜厚さｈ_ｍｉｎの位置までの長さＬ１とした場合について説明する。
図３は、軸受角度ωと油膜厚さｈとの関係を示すグラフである。図３の油膜厚さは、エンジン回転数、軸受半径、軸受幅、油の粘度、及びクランク角度と軸受荷重との関係に基づいて算出される。油膜厚さｈは、回転方向下流側合わせ面から、軸受角度ωが増加するに従って最小油膜厚さｈ_ｍｉｎまで減少し、更に軸受角度ωが増加するに従って増加する。

そこで、細溝３の長さＬ１は、回転方向下流側合わせ面（軸受角度ωが１８０度）から最小油膜厚さｈ_ｍｉｎとなる軸受角度ω１までの長さに形成したものである。なお、軸受角度ω１は、１８０度よりも大きく２７０度よりも小さい。より詳細には、軸受角度ω１は、通常２２５度よりも大きく２７０度よりも小さい領域に存在する。

次に、細溝３の長さｌを、回転方向下流側合わせ面から油膜圧力勾配ΔＰ_Ｍａｘ１が最大となる位置までの長さＬ２とした場合について説明する。
図４は、軸受角度ωと油膜圧力Ｐとの関係及び軸受角度ωと油膜圧力勾配ΔＰとの関係を示すグラフである。図４の油膜圧力Ｐは、エンジン回転数、軸受半径、軸受幅、油の粘度、及びクランク角度と軸受荷重との関係に基づいて算出される。油膜圧力Ｐは、回転方向下流側合わせ面から、軸受角度ωが増加するに従って上に凸の曲線を描き最大値Ｐ_Ｍａｘまで増加し、更に軸受角度ωが増加するに従って減少する。

油膜圧力勾配ΔＰは油膜圧力Ｐのある点における接線の傾きを示したものであり、図４に示すように軸受角度ωが増加するに従って極大値ΔＰ_Ｍａｘ１まで増加し、更に軸受角度ωが増加するに従って極小値ΔＰ_ｍｉｎ１まで減少する。更に軸受角度ωが増加するに従って極大値ΔＰ_Ｍａｘ２まで増加し、更に軸受角度ωが増加するに従って極小値ΔＰ_ｍｉｎ２まで減少する。更に軸受角度ωが増加するに従って増加する。ここで極大値ΔＰ_Ｍａｘ１は極大値ΔＰ_Ｍａｘ２よりも大きい。

そこで、細溝３の長さＬ２は、回転方向下流側合わせ面（軸受角度ωが１８０度）から最大油膜圧力勾配ΔＰ_Ｍａｘ１となる軸受角度ω２までの長さに形成したものである。なお、軸受角度ω２は、１８０度よりも大きく２７０度よりも小さい。より詳細には、軸受角度ω２は、通常２２５度よりも大きく２７０度よりも小さい領域に存在する。

次に、細溝３の長さｌを、溝のない軸受の最小油膜厚さ（１００％）に対する、軸受角度ω３まで細溝３を加工したすべり軸受１の最小油膜厚さの割合が８０％となる長さＬ３とした場合について説明する。ここで、最小油膜厚さの割合が８０％となるすべり軸受１の最小油膜厚さとは、すべり軸受１が安全な潤滑を行うのに最低限必要な油膜厚さである。
図５は、軸受角度ωと最小油膜厚さ割合との関係を示すグラフである。ここで、最小油膜厚さ割合とは、溝のない軸受の最小油膜厚さ（１００％）に対する、ある軸受角度まで細溝３を加工したすべり軸受１の最小油膜厚さとの割合である。図５の最小油膜厚さ割合は、エンジン回転数、軸受半径、軸受幅、油の粘度、及びクランク角度と軸受荷重との関係に基づいて算出される。最小油膜厚さ割合は、細溝３の長さｌが増加するに従って減少する。すなわち、ある軸受角度ωまで細溝３を加工した場合の最小油膜厚さの溝のない軸受の最小油膜厚さに対する割合は１００％よりも小さくなる。

そこで、細溝３の長さＬ３は、回転方向下流側合わせ面（軸受角度ωが１８０度）から最小油膜厚さ割合が８０％となる軸受角度ω３までの長さＬ３に形成したものである。なお、軸受角度ω３は、１８０度よりも大きく２７０度よりも小さい。より詳細には、軸受角度ω３は、通常２２５度よりも大きく２７０度よりも小さい領域に存在する。

また、軸受２の軸方向端部に細溝３を設けたことにより、図６（ａ）に示すように、軸受２の軸方向端部における圧力勾配を変化させることができる。すなわち、図６（ｂ）に示す細溝３がない場合と比べて、細溝３において軸受端部から中央部へ向かって下降する圧力勾配の増加に伴って、油の吸い戻し量が増加し、総和の流出油量が抑制される。

また、図７（ａ）は、温度ごとのエンジン回転数と摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ）増減量との関係を示すグラフである。ここで、丸（○）は温度Ｔ１における摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ）増減量、四角（□）は温度Ｔ２における摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ）増減量をそれぞれ表す。また、Ｔ１＞Ｔ２である。細溝３を設けたことにより、図７（ａ）に示すように、油温に関わらず摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ）を低減させることが可能となった。ここで、ＦＭＥＰとは、フリクションの傾向を見るための値であり、ＦＭＥＰが低減するとフリクションが低減する。

また、図７（ｂ）は、温度ごとのエンジン回転数毎分油量増減量との関係を示すグラフである。ここで、丸（○）は温度Ｔ１における毎分流出油量増減量、四角（□）は温度Ｔ２における毎分流出油量増減量をそれぞれ表す。細溝３を設けたことにより、図７（ｂ）に示すように、Ｔ１及びＴ２の低温域においては、毎分流出油量の増減がほとんどなく、総和の流出油量の増加を抑えることができている。

以上のように、円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材２・２を上下に配置したすべり軸受１であって、すべり軸受１の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度ωまで円周方向に細溝３を設け、前記所定の軸受角度ωは、回転方向下流側合わせ面（軸受角度ωが１８０度）から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、言い換えれば、軸受角度ωは、１８０度以上２７０度以下の範囲である。
このように構成することにより、油膜圧力の発生を妨げない程度の細溝を設けることで、摺動面積を減らしつつ、フリクション低減効果を得ることができ、かつ、総和の流出油量を抑えることができる。

また、細溝３の長さｌを、回転方向下流側合わせ面から上流側の最小油膜厚さｈ_ｍｉｎとなる軸受角度ω１までの長さＬ１としたものである。
このように構成することにより、油膜圧力の発生を妨げない程度の細溝を設けることで、摺動面積を減らしつつ、フリクション低減効果を得ることができ、かつ、総和の流出油量を抑えることができる。

また、細溝３の長さｌを、回転方向下流側合わせ面から上流側の油膜圧力勾配が最大となる軸受角度ω２までの長さＬ２としたものである。
このように構成することにより、油膜圧力の発生を妨げない程度の細溝を設けることで、摺動面積を減らしつつ、フリクション低減効果を得ることができ、かつ、総和の流出油量を抑えることができる。

また、細溝３の長さｌを、溝のない軸受の最小油膜厚さ（１００％）に対する、軸受角度ω３まで細溝３を加工したすべり軸受１の最小油膜厚さの割合が８０％より大となる長さＬ３としたものである。
このように構成することにより、油膜圧力の発生を妨げない程度の細溝を設けることで、摺動面積を減らしつつ、フリクション低減効果を得ることができ、かつ、総和の流出油量を抑えることができる。

１すべり軸受
２半割部材
３細溝
１１クランクシャフト

Claims

円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって、
前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、
前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、
前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から上流側の最小油膜厚さとなる位置までとした、
ことを特徴とするすべり軸受。
円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって、
前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、
前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、
前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から上流側の油膜圧力勾配が最大となる位置までとした、
ことを特徴とするすべり軸受。
円筒を軸方向と平行に二分割した半割部材を上下に配置したすべり軸受であって、
前記下側の半割部材の軸方向端部に、回転方向下流側合わせ面から所定の軸受角度まで円周方向に細溝を設け、
前記所定の軸受角度は、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度であり、
前記細溝の長さを、回転方向下流側合わせ面から回転方向上流側へ０度以上９０度以下の範囲で回転させた角度までの長さであって、溝のない軸受の最小油膜厚さに対する、前記所定の軸受角度まで細溝を加工した軸受の最小油膜厚さの割合が８０％より大となる長さとした、
ことを特徴とするすべり軸受。