CN107002751A - 半体轴承 - Google Patents

Abstract

一种半体轴承11，其包括一轴承本体111，其具有半圓筒状并具有与另一半体轴承12接触的接合面114与115，以及一油沟槽116，其设于该滑动面并沿一轴的旋转方向延伸。该油沟槽116在平行于轴方向的剖面上具有曲线形状，油沟槽116的宽度在一与轴方向垂直的剖面上在至少±30°的范围内是均一的，且该油沟槽116的宽度在该范围以外的区域中在旋转方向上的至少在下游侧是小于在该范围中的该宽度。

Description

半体轴承

技术领域

本发明是有关于一种半体轴承。

背景技术

在汽车发动机等使用半体轴承是已知的。有些半体轴承具有油沟槽用来保持润滑油。专利文件1披露了一半体轴承，其具有一滑动面，一油沟槽形成在该滑动面的一圆周方向的整个区域。

先前技术文件

专利文件

专利文件1：JP2005-76755A

发明内容

本发明希望解决的问题

在专利文件1所披露的轴承中，润滑油有时候会从接合面漏出。对此，本发明提供一种半体轴承，其泄漏的油的量被减少。

解决问题的手段

本发明提供一种半体轴承，其包括一轴承本体，其具有一半圆筒形状，该半圆筒形状具有作为与一轴滑动的滑动面的一内周面以及与另一半体轴承接触的接合面；和一油沟槽，设置于该滑动面上且在该轴的一旋转方向上延伸，其中，该油沟槽在平行于该轴延伸的一轴方向上的剖面上具有曲线形状，从垂直于该轴方向的剖面上内接于该滑动面的一虚拟的圆的中心观看，在以该轴承本体的中心为基准的至少±30度的范围内，从滑动面侧见到的该油沟槽的宽度是均一的，超出该范围的区域中，在该旋转方向上的一下游侧的至少一区域上，该油沟槽的宽度是小于该油沟槽在该范围中的宽度。

在该范围以外，该油沟槽可朝向该接合面而可变得较浅。

该轴承本体可具有一挤压退让隙，而且在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在以该挤压退让隙为基准朝向该轴承本体的该中心的一位置上，该油沟槽的该深度可以是最小的。

该轴承本体可具有一挤压退让隙，而且在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在该挤压退让隙中的一位置上，该油沟槽的该深度可以是最小的。

该轴承本体具有一挤压退让隙，而且在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在该接合面上的一位置上，该油沟槽的该深度可以是最小的。

该轴承本体具有一挤压退让隙，而且在该轴的该旋转方向上的该下游侧的从该挤压退让隙到该接合面的至少一范围中，该油沟槽可具有均匀的宽度，该宽度小于该油沟槽在该轴承本体的一中心部的一宽度。

在该轴的该旋转方向上的该上游侧的从该挤压退让隙到该接合面的一范围中，该油沟槽可具有均匀的宽度，该宽度小于该油沟槽在该轴承本体的中心部的宽度。

在该轴的该旋转方向上的该上游侧，该油沟槽不须要达到该接合面。

从该范围以外的一位置开始，该油沟槽的宽度可朝向该接合面逐渐减小。

从该范围以外的一位置开始，该油沟槽的深度可朝向该接合面逐渐减小。

发明的效果

根据本发明，漏油的量可以被降低。

附图说明

图1是表示内燃机中的曲轴1的图。

图2是表示主轴承10的外部的图。

图3是表示半体轴承11的外部的图。

图4是表示半体轴承11的剖面结构的图。

图5是表示挤压退让隙的图。

图6是表示油沟槽116的剖面结构的图。

图7是表示半体轴承11的制造方法的图。

图8是表示形成粗沟槽的步骤的图。

图9是表示形成细沟槽的步骤的图。

图10是表示根据变形例1的油沟槽116的构造的图。

图11是表示根据变形例2的油沟槽116的构造的图。

图12是表示根据变形例3的油沟槽116的构造的图。

图13是表示根据变形例4的油沟槽116的构造的图。

图14是表示根据变形例5的油沟槽116的构造的图。

图15是表示根据变形例6的油沟槽116的构造的图。

图16是表示根据变形例8的油沟槽116的构造的图。

符号说明

1…曲轴

2…连杆

10…主轴承

11…半体轴承

111…轴承本体

112…内周面

113…外周面

114…接合面

115…接合面

116…油沟槽

1161…粗沟槽

1162…细沟槽

117…油孔

12…半体轴承

20…连杆轴承

30…曲轴垫圈

具体实施方式

1.构造

图1是表示内燃机中的曲轴1的图。在曲轴1中，主轴承10、连杆轴承20以及曲轴垫圈30被使用。主轴承10是安装在汽缸体(未图示)的外壳(未图示)的一种轴承，用来供保持曲轴1的颈部并支持曲轴1。连杆轴承20是安装在连杆2上的一种轴承，用来保持曲轴1的销并支持连杆2。曲轴垫圈30是一种与主轴承10合并使用的轴承，用来支持曲轴1的轴方向的力。曲轴垫圈30也具有使曲轴1及汽缸体在轴方向定位的功能。

图2是表示主轴承10的外部的图。主轴承10是由两个半圆筒状的轴承(半体轴承11及半体轴承12)构成。半体轴承11从曲轴1观看是安装在活塞侧的一种轴承(上轴承)，半体轴承12是安装在其相反侧的轴承(下轴承)。半体轴承11是根据本发明的半体轴承的一个例子。

图3是表示半体轴承11的外部的图。本体轴承11具有轴承本体111。在本实施例中，轴承本体111具有一种两层结构，其具有一背板以及一内衬层。该背板是用于补强该内衬层的机械强度的层，该背板是由例如钢形成。该内衬层是沿着轴承的滑动面设置(与轴接触的面)，而且是提供轴承特性的层，例如摩擦特性、抗咬合性、耐磨耗性、顺应性、异物嵌合性(对抗异物的稳固性)以及耐腐蚀性。内衬层是由轴承合金所形成。为了避免附着在轴上，避免与轴相同的材料型态，而是使用与轴的材料不同的材料型态作为轴承合金。在本实施例中，因为该轴承被用于搭配以钢形成的轴，铝合金被用来做为轴承合金。注意的是除了铝合金之外，也可以使用铝以外的金属为基底的合金，例如铜合金。

在使用铝合金的例子中，虽然对铝合金的成分并无特别的限制，其可以包括在Cr、Si、Mn、Sb、Sr、Fe、Ni、Mo、Ti、W、Zr、V、Cu、Mg以及Zn中的一种以上的元素是在10％质量分率或以下，在Sn、Pb、In、Tl以及Bi中的中的一种以上的元素是在20％质量分率或以下。前一组的元素主要提供强度与耐磨耗性，后一组的元素主要提供紧密性，而且轴承特性是根据添加的元素的型态与数量做调整。

在使用铜合金的例子中，虽然对铜合金的成分并无特别的限制，其含有Pb与Bi的至少其中之一的含量是在25％质量分率或以下，Sn的含量是在10％质量分率或以下，而且P、Ag、In、Ni、Al等的含量是在2％质量分率或以下。在这些元素中，Pb与Bi是软金属，其提供紧密性。Sn提供强度与耐磨耗性。其他的成分改善了辅助性的特性。特别是，P对于去氧化、促进烧结及强化等是有用的。Ag形成一种化合物，藉由其与润滑油中的不纯物成分S或铜反应而对改善滑动特性是有用的。In改善了耐腐蚀性及润滑油的湿润性。Ni及Al是强化铜。

轴承本体111形成半圆筒状并具有沿着曲轴1滑动的内周面112(滑动面)以及与一外壳(未图示)接触的外周面113。曲轴1的直径是例如φ30-150mm，而且轴承本体111具有一配合曲轴1的直径的内径。而且，轴承直径111具有与半体轴承12接触的接合面114以及接合面115。

半体轴承11在内周面112上具有油沟槽116。油沟槽116是用来供给润滑油至该滑动面且保持住被供给的该润滑油的沟槽。油沟槽116也设有至少一个油孔117，从外周面113穿过至内表面112。在曲轴1中由半体轴承11支持的部分具有一在与油沟槽116相对位置的油孔(未图示)，该油孔贯穿到曲轴1中由连杆轴承20所支持的部分。润滑油经由一设置在汽缸头的油路(未图示)被供给至半体轴承11的外周面113。供给至外表面113的该润滑油经由油孔117被供给至内周面112(滑动面)并润滑主轴承。该滑动面的润滑油经由曲轴1的油孔被供给至连杆轴承20的滑动面。也就是说，油沟槽16也具有保持被供给至连杆轴承20的润滑油的功能。

图4是表示半体轴承11的剖面结构的图。图4A是从垂直于接合面的方向观看半体轴承11的外观图。图4B是沿着图4A的B-B线的剖视图。此剖面是垂直于轴向(与滑动方向平行的剖面)。在此图中，R表示曲轴1的旋转方向，换句话说，在此图中，右侧是旋转方向的下游侧。在此剖面中，轴承本体111的厚度不是均匀的。轴承本体111在其中心部最厚，从中心部朝端部(接合面)逐渐变薄。这是因为内径圆的中心(由内周面112所画出的圆)是从外径圆(由外周面113所画出的圆)的中心朝外侧偏心(偏移)。由于此偏心而形成所谓的油退让隙。油退让隙是指以圆心位于半体轴承内周面的中心部的一圆(通过内周面中心部的圆)为基准，在内周面的一间隙。油退让隙的深度(量)是以从接合面算起的既定高度(例如6-13mm)为基准来量测，而且是例如0.005-0.025mm。油退让隙使接合面附近的油隙膨胀并有助于形成油膜压力。而且，油退让隙有助于油膜的形成、并使油量增加而冷却轴承。

而且，轴承本体111设有挤压退让隙。一挤压退让隙是指在内周面112中与接合面114和接合面115接触的部分中，跨过轴承本体111的整体宽度而相对于内径圆凹陷的部分，换句话说，一退让隙是相对于轴承本体111的宽度全体而设置。注意的是，从该定义可以了解，＂内径圆＂是指内接于内周面112中挤压退让隙以外的部分的圆。

图5是表示挤压退让隙的图。在此注意的是，为了说明起见，挤压退让隙是以比实际的挤压退让隙夸张的方式画出(特别是深度是被夸大的)。在接合面的位置中，内径圆与内周面112的位置差称为挤压退让隙的深度d，且挤压退让隙形成于内接面112上的部分的长度称为挤压退让隙的长度L。挤压退让隙的深度d是例如0.01-0.06mm，而挤压退让隙的长度L是例如4-9.5mm。当该轴承被组装于该外壳时，即使内周面112接近接合面的部分被稍微推向配合的轴，防止与该轴接触。该挤压退让隙藉由将润滑油在接近接合面处释放而具有冷却轴承的效果，并具有将已进入滑动面的异物排出的效果。需注意的是，图4及后续的图式表示对应于挤压退让隙的范围L。

再参阅图4，在本实施例中，油沟槽116是形成于在滑动方向上从接合面114到接合面115的整个长度。但是，油沟槽116的宽度(从垂直于接合面的方向观看半体轴承11时的沟槽的轴方向的长度，以下称为＂沟槽宽度＂)不是均一的，而是在挤压退让隙中相对细(窄)，而在挤压退让隙以外的部分相对粗(厚)。以下，油沟槽116中相对粗的部分称为粗沟槽1161，而相对细的部分被称为细沟槽1162。沟槽宽度并不是从粗沟槽1161到细沟槽1162作连续的(逐渐的)变化，而是急遽地减少。需注意的是除了在细沟槽1162的边界附近以外，粗沟槽1161的宽度是均一的，而且细沟槽1162的宽度是均一的。注意的是所谓沟槽宽度是均一的意指沟槽宽度的变化在一既定的范围内，而且是例如沟槽宽度的1/10或以下，较佳的是沟槽宽度的1/100或以下。

而且，油沟槽116的深度并不是均一的，而是在挤压退让隙中相对小，而在挤压退让隙以外的部分相对大。换句话说，粗沟槽1161是相对深，而且细沟槽1162是相对浅。沟槽深度并不是从粗沟槽1161到细沟槽1162作连续的(逐渐的)变化，而是急遽地减少。注意的是粗沟槽1161的深度是均一，注意的是深度是均一意指深度的变化在一既定的范围内，而且是例如沟槽深度的1/10或以下，较佳的是沟槽深度的1/100或以下，或者是深度的变化是小于内径圆的中心与外径圆的中心的错位。但是，严格来说，有轴承本体111被制造使得在沟槽底部的轴承本体111的厚度是均一的情况，而且在此情况下，沟槽的厚度会对应于油退让隙及挤压退让隙的量而变化。

因此，由于油沟槽116在挤压退让隙以外的部分是相对地厚且深，可充分地确保油沟槽116的体积，或者是换句话说，充分地确保供应至滑动面或连杆轴承的润滑油量。而且，由于油沟槽116在挤压退让隙中的部分是相对地细且浅，与油沟槽的宽度及深度是均一的情况相比，从接合面114与接合面115泄漏的油量可以降低。

图6是表示油沟槽116的剖面结构的图。图6表示与滑动方向垂直的剖面(与轴方向平行的剖面)。图6(A)表示粗沟槽1161的剖面且图6(B)表示细沟槽1162的剖面。在此剖面中，粗沟槽1161与细沟槽1162两者都具有曲线形状，而且更详细地说，是具有圆弧形。特别是在细沟槽1162中，与具有相同沟槽宽度及沟槽深度的剖面形状的方形沟槽相比，剖面的形状是圆弧状，藉此剖面面积可被降低，可降低从接合面114与接合面115泄漏出的油量。粗沟槽1161的沟槽宽度Ww是例如2-5mm，粗沟槽1161的深度Dw是小于沟槽宽度Ww，而且是例如0.5-1.5mm。细沟槽1162的沟槽宽度Wn是窄于沟槽宽度Ww，而窄沟槽1162的深度Dn是浅于深度Dw。

2.制造方法

图7是表示制造半体轴承11的方法的图。在步骤S1中，轴承半体形成半圆筒状。在步骤S2中，该粗沟槽被形成在滑动面。在步骤S3中，该细沟槽被形成在滑动面。在步骤S4中，实施精加工制程。

图8是表示形成粗沟槽的步骤的图。该粗沟槽是通过使用旋转刀刃91切割而形成。旋转刀刃91具有一刀刃宽度，其对应于粗沟槽1161的沟槽宽度。旋转刀刃91是以刀刃的中心为旋转轴而旋转(自转)，而且以轴承本体的内径圆的中心为基准移动(公转)而在挤压退让隙之外的范围描绘出圆弧。藉此，形成该粗沟槽。

图9是表示形成细沟槽的步骤的图。该细沟槽是通过使用旋转刀刃92切削而形成。旋转刀刃92具有一刀刃宽度，其对应于细沟槽1162的沟槽宽度。使旋转刀刃92以刀刃的中心为旋转轴而旋转(自转)，而且以轴承本体的内径圆的中心为基准移动(公转)而在包括挤压退让隙的范围中描绘出圆弧。藉此，形成该细沟槽。

注意的是，取代使用与旋转刀刃91不同的旋转刀刃92，也可以使用旋转刀刃91形成细沟槽。由于该刀刃前端是圆弧形，若改变旋转刀刃91与轴承本体111接触的深度，则可形成细沟槽。在本实施例中，并不是在形成粗沟槽后才形成细沟槽，而且藉由改变旋转刀刃91与轴承本体111的一端到另一端接触的深度，具体而言，旋转刀刃91与对应于细沟槽1162的部分接触较浅，与对应于粗沟槽1161的部分接触较深，细沟槽1162与粗沟槽1161可只藉由使旋转刀刃91沿着内周面作用一周(一个行程)而形成。

步骤S4所提到的精加工制程，其包括例如形成一油沟槽、形成一油孔、形成一微细沟槽、形成一内表面形状以及形成倒角。

3.变形例

本发明并不限于上述的实施例，可以做各种的修改。以下会说明数个修改的实施例。以下的多个的变形实施例中可彼此组合二个以上使用。

3-1变形例1

图10是表示根据变形例1的油沟槽116的构造的图。在此实施例中，细沟槽1162的深度是不均一的，细沟槽1162接近接合面的末端部分的深度是比接近中心的末端部分的深度浅。在图10(A)所示的例子中，细沟槽1162朝接合面逐渐变浅。根据此实施例，与细沟槽1162的深度是均一且与细沟槽1162到达接合面的实施例相比，从接合面泄漏的油量可以被减少。

3-2变形例2

图11是表示根据变形例2的油沟槽116的构造的图。在此实施例中，细沟槽1162的深度不是均一，且细沟槽1162并未到达接合面。换句话说，细沟槽1162在到达接合面前，其深度达到0(以下，此状态称为沟槽＂上升＂)。在此实施例中，从轴承本体111的中心部观看，细沟槽1162在挤压退让隙之前上升。根据此实施例，与粗沟槽1161到达挤压退让隙的实施例相比，从接合面泄漏的油量可以被减少。

3-3变形例3

图12是表示根据变形例3的油沟槽116的构造的图。在此实施例中，细沟槽1162的深度不是均一的，且细沟槽1162并未到达接合面。换句话说，细沟槽1162在到达接合面前上升，在此例中，细沟槽1162在挤压退让隙中上升。根据此实施例，与细沟槽1162到达接合面的实施例相比，从接合面泄漏的油量可以被减少。

3-4变形例4

图13是表示根据变形例4的油沟槽116的构造的图。在此实施例中，粗沟槽1161的深度是均一的，但是细沟槽1162的深度是不均一的，且细沟槽1162到达接合面。细沟槽1162朝接合面逐渐变浅并在接合面处变成最浅。粗沟槽1161的深度与细沟槽1162的深度在两者之间的边界是相同的。换句话说，从粗沟槽1161到细沟槽1162的深度变化是平滑的。根据本实施例，与细沟槽1162的深度是均一且细沟槽1162到达接合面的实施例相比，容易实施加工。

3-5变形例5

图14是表示根据变形例5的油沟槽116的构造的图。在本实施例中，细沟槽1162在曲轴1的旋转方向的上游侧与下游侧是不对称的。更详细地说，细沟槽1162并不存在旋转方向的上游侧，细沟槽1162只存在于旋转方向的下游侧。细沟槽1162的深度是均一的。根据本实施例，在上游侧从接合面泄漏的油量可以被减少。注意的是可以在上游侧形成比下游侧短的细沟槽1162(且具有不是0的长度)。

3-6变形例6

图15是表示根据变形例6的油沟槽116的构造的图。在本实施例中，细沟槽1162在曲轴1的旋转方向的上游侧与下游侧是不对称的。更详细地说，细沟槽1162并不存在旋转方向的上游侧，且细沟槽1162只存在于旋转方向的下游侧。细沟槽1162的深度是不均一的，且朝向接合面逐渐变浅。根据本实施例，与细沟槽1162在曲轴1的旋转方向的上游侧与下游侧是对称的实施例相比，在上游侧从接合面泄漏的油量可以被减少。而且，因为细沟槽1162在旋转方向的至少该下游侧到达接合面，与细沟槽1162没有到达接合面的实施例相比，可以改善释放异物的特性。

3-7变形例7

粗沟槽1161与细沟槽1162的至少其中之一的沟槽宽度不是均一的。例如，粗沟槽1161在旋转方向上接近其中心部最厚，并逐渐朝端部变薄。而且，细沟槽1162可朝接合面变成较薄。根据本实施例，与细沟槽1162的沟槽宽度直到接合面都是均一的实施例相比，可以减少从接合面泄漏的油量。

3-8变形例8

图16是表示根据变形例8的油沟槽116的构造的图。在本实施例中，细沟槽1162延伸到挤压退让隙的外部，粗沟槽1161只形成在挤压退让隙以外的该区域的一部份，且并不是在挤压退让隙以外的整个区域。粗沟槽1161需要只形成在从垂直于轴方向的剖面中的内径圆(内接于滑动面的虚拟圆)的中心Cc观看以轴承本体111的中心Cb为基准的至少±30°的一范围中。从确保由油沟槽116保持的油量的观点而言，形成粗沟槽1161的区域较佳的是宽广的，例如粗沟槽1161较佳的是形成于以中心Cb为基准的至少±45°的范围中，且又更佳的是形成于至少±60°的范围中。

3-9其他变形例

构成轴承本体111的材料并不限于该实施例中所述的例子。轴承本体111除了一背板及一内衬层之外也可以具有一覆盖层。该覆盖层是用来改善内衬层的特性，例如摩擦系数、顺应性、耐腐蚀性以及异物嵌合性(对抗异物的稳固性)。该覆盖层包括例如至少一黏合树脂。例如一热固性树脂是使用作为黏合树脂。详细地说，该黏合树脂包括至少一聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺树脂、苯酚树脂、聚缩醛树脂、聚醚醚酮树脂以及聚苯硫醚树脂。该覆盖层可更包括一固态润滑层。该固态润滑材料被加入以改善摩擦特性。例如，该固态润滑材料包括MoS₂、WS₂、聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、h-BN以及SB₂O₃。例如，MoS₂提供了较佳的润滑。而且，由于PTFE具有低的分子间凝聚力，其具有降低摩擦系数的功效。而且，石墨改善了润湿性并改善了最初顺应性。最初顺应性是一种特性，当该滑动表面开始滑动后与配合的元件接触时，该滑动表面磨耗而变得平滑并使其改善滑动特性。若由于初期适应性的发现而改善了滑动特性，则该滑动层的整体磨耗量会降低。

与本发明有关的该半体轴承并不限于作为主轴承的上轴承使用。与本发明有关的该半体轴承可以作为主轴承的下轴承使用，或者是可用在主轴承以外的轴承，例如连杆轴承等。

在半体轴承11中，至少一挤压退让隙及油退让隙可省略。而且，在该实施例中所提供的与半体轴承11有关的尺寸只是例子，且根据本发明的半体轴承并不限于此。

Claims (10)

1.一种半体轴承，其包括：

一轴承本体，其具有一半圆筒形状，该半圆筒形状具有作为與一轴滑动的滑动面的一内周面以及与另一半体轴承接触的接合面；和

一油沟槽，设置于该滑动面上且沿该轴的一旋转方向延伸；

其中，该油沟槽在平行于该轴延伸的一轴方向上的剖面上具有曲线形状，

从垂直于该轴方向的剖面上内接于该滑动面的一虚拟的圆的中心观看，在以该轴承本体的中心为基准的至少±30度的范围内，从该滑动面侧观看的该油沟槽的宽度是均一的，

在该范围以外的区域中，在该旋转方向上的一下游侧的至少一区域上，该油沟槽的宽度是小于该油沟槽在该范围中的宽度。

2.根据权利要求1的半体轴承，其中，若超出该范围，该油沟槽是朝向该接合面而变得较浅。

3.根据权利要求1或2的半体轴承，其中，该轴承本体具有一挤压退让隙，在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在以该挤压退让隙为基准朝向该轴承本体的该中心的一位置上，该油沟槽的深度是最小的。

4.根据权利要求1或2的半体轴承，其中，该轴承本体具有一挤压退让隙，在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在该挤压退让隙中的一位置上，该油沟槽的深度是最小的。

5.根据权利要求1或2的半体轴承，其中，该轴承本体具有一挤压退让隙，在该轴的该旋转方向上的该下游侧，在该接合面上的一位置上，该油沟槽的深度是最小的。

6.根据权利要求1或2的半体轴承，其中，该轴承本体具有一挤压退让隙，在该轴的该旋转方向上的该下游侧的从该挤压退让隙到该接合面的至少一范围中，该油沟槽具有均匀的宽度，该宽度小于该油沟槽在该轴承本体的中心部的宽度。

7.根据权利要求6的半体轴承，其中，在该轴的该旋转方向上的该上游侧的从该挤压退让隙到该接合面的一范围中，该油沟槽具有均匀的宽度，该宽度小于该油沟槽在该轴承本体的中心部的一宽度。

8.根据权利要求1到4中任一权利要求的半体轴承，其中，在该轴的该旋转方向上的该上游侧，该油沟槽没有达到该接合面。

9.根据权利要求1到8中任一权利要求的半体轴承，其中，从该范围以外的一位置开始，该油沟槽的宽度朝向该接合面逐渐减小。

10.根据权利要求1到8中任一权利要求的半体轴承，其中，从该范围以外的一位置开始，该油沟槽的深度朝向该接合面逐渐减小。