止推垫圈
阅读：994发布：2020-05-12
专利汇可以提供止推垫圈专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于 内燃机 的止推 垫圈 (1)，其设置有本体和滑动表面(3)，所述本体包括与 机体 相关联的 接触 表面(2)，所述滑动表面(3)具有包含至少一个斜坡部分(4)、至少一个平坦的 水 平部分(5)以及至少一个油通道(6)的表面轮廓，所述斜坡部分(4)和所述平坦的水平部分(5)通过渐近曲线连接，所述斜坡部分(4)渐近地朝向所述平坦的水平部分(5)趋近，授予垫圈(1) 支撑 的最大轴向负荷的增加以及更大的油膜厚度，保证了出色的抗粘连性以及因此的高性能。，下面是止推垫圈专利的具体信息内容。
1.一种用于内燃机的止推垫圈(1)，其设置有本体和滑动表面(3)，所述本体包括与机体相关联的平面的接触表面(2)，所述滑动表面(3)包括包含至少一个斜坡部分(4)、至少一个平坦的水平部分(5)以及至少一个油通道(6)的表面轮廓，其特征在于所述斜坡部分(4)和所述平坦的水平部分(5)通过渐近曲线连接，所述斜坡部分(4)渐近地朝向所述平坦的水平部分(5)趋近，每个斜坡部分(4)包括45°的最大角度长度，每个平坦的水平部分(5)包括
45°的最大角度长度，并且每个油通道(6)包括20°的最大角度长度。
2.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，每个斜坡部分(4)包括300微米的最大深度。
3.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，每个油通道(6)包括2.5毫米的最大深度。
4.如权利要求1所述的垫圈，其特征在于，设置有至少两个斜坡部分(4)和平坦的水平部分(5)的组件，每个组件包括至少两个具有对称或非对称的斜坡的斜坡部分(4)和一个平坦的水平部分(5)。
5.如权利要求4所述的垫圈，其特征在于，设置有多达十个斜坡部分(4)和平坦的水平部分(5)的组件。
6.一种内燃机，其特征在于，其包括至少一个如权利要求1所限定的止推垫圈(1)。
止推垫圈
技术领域
背景技术
[0003] 曲柄轴是内燃机运行中的基本部件，并且负责将由空气/燃料混合物的燃烧产生的能量转换成扭矩。通过支撑轴承安装在机体中的曲柄轴通常为铸碳钢，并且具有联接至曲柄销的连杆，而且它们的几何结构使人想到并排放置的多个曲柄。
[0004] 在有助于将曲柄轴安装在机体中的部件中有衬套和止推垫圈，垫圈负责承受由传动装置或传动系统产生的轴向负荷。
[0005] 止推垫圈通常位于一个或多个轴承位置中，并且基本上包括位于顶部并且替代地也可位于底部的两个半月形或两个垫圈。这些垫圈以承受由曲柄轴传递的可能的轴向力的方式起作用，使得当它们暴露于轴向负荷时所产生的力不直接作用在机体上，因为垫圈为负荷提供支撑表面，防止机体上的磨损。
[0006] 如可以在图1中看出的，止推垫圈设置有本体，大致为半圆周形状，并且具有两个表面。平面接触表面与机体相关联，并且在垫圈与机体之间不存在相对运动，而滑动表面保持与曲柄轴接触，导致垫圈与曲柄轴之间的相对运动。取决于所施加的负荷，相对运动在滑动表面与曲柄轴之间的接触上产生高负荷，滑动表面负责支撑所产生的轴向负荷，以及另外地支撑油通道存在的区域。
[0008] 奥托(Otto)和柴油发动机都承受轴向负荷。而且，这些负荷主要在设置有自动的或机械的变速器的发动机中变得越来越大。这些变速器减少了机动车辆中的燃料消耗，但是它们增加了所施加的负荷，结果是当前使用的止推垫圈不能承受力并最终磨损或遭受其他缺陷。
[0009] 为了使垫圈支撑产生的负荷，需要在垫圈的滑动表面与曲柄轴之间形成油膜。该油膜必须保持最小厚度，并且通过已知为流体动力学支撑的现象产生。这种流体动力学支撑取决于两个主要因素-表面的形状以及面之间的相对速度。
[0010] 为了实现足够的流体动力学支撑，需要保证特定的相对速度以及针对该条件而设置的表面。当速度作为发动机旋转的函数而变化时，能够以实现足够的支撑来支撑高轴向负荷和力的方式更改表面。
[0012] 具有平坦滑动表面的垫圈，顾名思义，在滑动表面上没有任何几何结构，并且仅包括油通道。这些垫圈具有低的抗粘结性并且仅适用于具有低负荷的发动机。
[0013] 凸形的垫圈包括曲线滑动表面。由于缺少平坦部分，它们具有低的抗粘结性。应该注意的是，为了维持流体动力学支撑平坦部分是必要的。
[0014] 同时，斜面和衬垫的垫圈包括至少一个具有恒定倾斜度的斜面、至少一个平坦的水平部分以及至少一个油通道。与平坦的或凸形的垫圈相比，这些垫圈确保了高水平的流体动力学支撑。
[0015] 虽然斜坡和衬垫的垫圈具有更好的性能，但是斜坡部分与水平部分之间的连接表示几何结构的突然变化。这个突然的变化点产生拐点或顶点，减少了流体动力学支撑。
[0016] 提高斜坡和衬垫的垫圈的性能的一种方式为通过渐近过渡将斜坡部分与水平部分连接。鉴于上述情况，尚未开发出任何包括流体动力学轮廓的止推垫圈，其中斜坡部分和平坦水平部分渐近地连接，赋予垫圈所支撑的最大轴向负荷的增加，以及更大的油膜厚度，保证出色的抗粘结性，并且从而保证高性能。
发明内容
[0017] 发明目的
[0018] 本发明的目的是提供一种止推垫圈，所述垫圈包括设置有一个滑动表面的本体，所述滑动表面包括至少一个斜坡部分、至少一个平坦的水平部分、至少一个油通道以及斜坡部分与水平部分之间渐近连接。
[0019] 本发明的另一个目的是提供一种止推垫圈，其包括高流体动力学支撑，由此增加其抗粘连性，并且因此保证了出色的性能，特别是在以高负荷工作的发动机中。
[0020] 本发明的又一个目的是提供一种止推垫圈，其中，与现有技术的垫圈相比，其尺寸变化对其性能影响较小。
[0021] 本发明的简要描述
[0022] 本发明的目的通过一种用于内燃机的止推垫圈实现，所述止推垫圈设置有本体，所述本体包括与机体关联的平面接触表面和包括包含至少一个斜坡部分、至少一个平坦的水平部分以及至少一个油通道的表面轮廓的滑动表面，斜坡部分和平坦的水平部分通过至少一个渐近曲线连接，斜坡部分渐近地朝向平坦的水平表面趋近，斜坡部分包括45°的最大角度长度和300微米的最大深度，平坦的水平部分包括45°的最大角度长度，并且油通道包括20°的最大角度长度和2.5毫米的最大深度，设置有至少一个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件，设置有多达11组斜坡部分4和平坦的水平部分5。
[0024] 基于在附图中图示的实施例，将在下文中更加具体地描述本发明。在附图中：
[0025] 图1为具有全部组成部件的止推垫圈的立体图；
[0026] 图2为根据本发明的止推垫圈的正视图；
[0027] 图3为图2中的截面B-B的细节图；
[0028] 图4为本发明的包括斜坡和平坦的水平部分的两个组件的垫圈的正视图；
[0029] 图5为本发明的包括斜坡和平坦的水平部分的三个组件的垫圈的正视图；
[0030] 图6为本发明的包括斜坡和平坦的水平部分的四个组件的垫圈的正视图；
[0031] 图7为本发明的包括斜坡和平坦的水平部分的五个组件的垫圈的正视图；
[0032] 图8为本发明的包括斜坡和平坦的水平部分的六个组件的垫圈的正视图；
[0033] 图9为针对现有技术的止推垫圈和本发明的止推垫圈获得的油膜厚度的比较图表；
[0034] 图10为在现有技术的垫圈和本发明的止推垫圈的情况中支撑的最大负荷的比较图表；
[0035] 图11为根据斜坡部分的深度的垫圈的流体动力学支撑中的斜坡和平坦的水平部分的组件数量的影响的比较图表；以及
[0036] 图12为在现有技术的止推垫圈和本发明的止推垫圈的情况中的斜坡的深度的公差的影响的比较图表。
具体实施方式
[0037] 本发明涉及一种用于内燃机的止推垫圈1，所述止推垫圈设置有本体，所述主体包括至少一个具有流体动力学轮廓的滑动表面3。
[0038] 如现有技术中已经提到的，止推垫圈1是有助于将曲柄轴安装在内燃机的机体中的部件，并且负责承受由传动系统产生的轴向负荷。
[0039] 如可以在图1中看出的，止推垫圈1设置有基本上半圆周形状的本体，并且包括两个表面。接触表面2是平面的并且与机体相关联，而且在垫圈1与机体之间没有相对运动，而滑动表面3保持与曲柄轴接触，承载垫圈1与曲柄轴之间的相对运动。取决于所施加的负荷，相对运动在滑动表面3与曲柄轴之间的接触上产生高负荷，通过滑动表面3负责支撑由曲柄轴传递的轴向负荷。除此之外，止推垫圈1在滑动表面3中包括至少一个油通道6。
[0040] 为了使垫圈1支撑产生的负荷，必须在垫圈1的滑动表面3与曲柄轴之间形成油膜。该油膜必须保持厚度并且通过已知为流体动力学支撑的现象产生。这种流体动力学支撑取决于两个因素-表面的形状以及发动机的转速。
[0041] 当没有金属与金属的接触时，据说垫圈1保持流体动力学支撑，即，在表面之间存在距离，该距离为油膜的厚度。
[0042] 为了有足够的流体动力学支撑，需要确保特定的转速，并且还需要保证能够用于该条件的最佳表面。由于转速根据发动机的转速而变化，因此需要改变滑动表面的表面，以便实现足够的支撑来支撑高负荷和轴向力。
[0043] 在这方面，本发明提供了图2和3中的止推垫圈1的优选构造，包括滑动表面3的表面轮廓，其包含至少一个斜坡部分4、至少一个平坦的水平部分5以及至少一个油通道6，斜坡部分4和平坦的水平部分5通过渐近曲线连接。
[0044] 斜坡部分4以曲线的倾斜开始并且渐近地朝向平坦的水平部分5趋近。这意味着斜坡部分4和平坦的水平部分5通过平滑地一致的恒定曲线连接，消除了连接中可能的拐点或顶点，保证了流体动力学表面轮廓。
[0045] 如之前在现有技术中说明的，在斜坡部分4与平坦的水平部分5之间的连接中存在拐点或顶点导致对垫圈1的流体动力学支撑的限制。从斜坡部分4向平坦的水平部分5的渐近过渡极大地影响垫圈1的流体动力学支撑，使得该过渡越平滑流体动力学支撑将越大。
[0046] 还存在保证垫圈1的更大的流体动力学支撑的其他因素，这些因素包括角度长度、斜坡部分4的深度和数量以及平坦的水平部分5的长度和数量。
[0047] 事实上，斜坡部分4的角度长度越大或者深度越浅，则在垫圈1中产生的流体动力学支撑越大，即，在垫圈1的表面轮廓中产生的斜坡部分4必须包括大的角度长度和最小的深度。
[0048] 然而，应当注意的是，斜坡部分4的角度长度和数量与平坦的水平部分5的长度之间存在折衷关系，使得斜坡部分4的角度长度越大，平坦的水平部分5的长度越短。
[0049] 如前所述，在更好地利用由会聚的斜坡部分4产生的流体动力学压力方面，平坦的水平部分5是最重要的。没有该平坦的水平部分5会产生所产生的流体动力学压力的突然减小并且减小由垫圈1支撑的负荷。
[0050] 因此，斜坡部分4与平坦的水平部分5之间的关系必须为使得斜坡部分4包括足够大的角度长度以产生良好的流体动力学支撑，尽管这不是必须大得以便从垫圈1的表面轮廓消除平坦的水平部分5。
[0051] 除了斜坡部分4和平坦的水平部分5的长度之间的折衷关系以外，在设置在垫圈1的表面轮廓中的斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件数量方面也存在折衷关系。
[0052] 理论上，在垫圈1的表面轮廓中产生的斜坡部分4的数量越多，用于产生流体动力学支撑的垫圈部件的数量越多，并且每个斜坡部分4的润滑油供给将越好。
[0053] 相反地，斜坡部分4的数量越多，角度长度越短并且这些斜坡部分4的深度越大。当斜坡部分4非常小时，垫圈1的流体动力学支撑大幅地下降。因此，必须确定用于保证每个斜坡部分4的足够的角度长度和深度的斜坡部分4的理想数量。
[0054] 待考虑的另一个方案为垫圈1的沿任何旋转方向支撑负荷的能力。为了垫圈1能够沿任一旋转方向支撑相同的负荷，需要存在与平坦的水平部分一致的两个对称的斜坡部分4。如果事先知道一个旋转方向上的负荷小于其他方向上的负荷，则能够产生不对称的斜坡部分4。
[0055] 因此，本发明的止推垫圈1包括2与10个之间的斜面部分4和平坦的水平部分5的组件，垫圈1在其表面轮廓中包括两个、或三个、或四个、或五个、或六个、或七个、或八个、或九个或十个斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件。这些组件中的每个包括平坦的水平部分5和斜坡部分4，取决于每种设计和应用，具有对称或不对称的斜坡。从11个组件向上，斜坡部分4的长度减小得太多，这危害了垫圈1的流体动力学支撑的产生。图4至8图示了本发明的止推垫圈1的替代的优选构造，其包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的2个组件直到6个组件：
[0056] -图4图示了两个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件以及一个油通道6的垫圈1；
[0057] -图5图示了三个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件以及两个油通道6的垫圈1；
[0058] -图6图示了四个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件以及三个油通道6的垫圈1；
[0059] -图7图示了五个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件以及四个油通道6的垫圈1；
[0060] -图8图示了六个包括斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件以及五个油通道6的垫圈1。
[0061] 此外，垫圈1包括7个、或8个、或9个或10个未示出的斜坡部分4和平坦的水平部分5的组件。
[0062] 如可以看出的，斜坡部分4和平坦的水平部分5的长度根据设置在垫圈1的表面轮廓中的组件的数量而变化。
[0063] 因此，本发明的垫圈1具有包括45°的最大角度长度的每个斜破部分4、包括45°的最大角度长度的每个平坦的水平部分5以及包括20°的最大角度长度的每个油通道6。
[0064] 此外，本发明的止推垫圈1具有包括300微米的最大深度的每个斜坡部分4以及包括2.5毫米的最大深度的每个油通道6。
[0065] 重要的是，本发明的止推垫圈1具有表面轮廓，使得斜坡部分4的深度的尺寸公差对垫圈1的流体动力学支撑的影响较小。在现有技术中，必须控制斜坡部分4的深度的尺寸公差，因为它对推力垫圈的流体动力学支撑和负荷支撑的结果具有直接影响。在本发明的垫圈1的情况下，该公差的变化对这些性能的影响较小。
[0066] 因此，本发明提供一种止推垫圈1，其确保了更大的流体动力学支撑，使得垫圈1能够在粘结之前支撑更大的轴向负荷。
[0067] 图9示出了在具有斜面和衬垫表面轮廓的现有技术止推垫圈和本发明的止推垫圈的情况下获得的油膜厚度之间的比较。将注意到的是，对于在500与1000rpm之间的发动机转速，在现有技术中获得的油膜厚度包括1与1.5微米之间的数值，而本发明的垫圈针对有膜厚度获得1.5与2微米之间的数值。当发动机转速达到3000rpm时，现有技术的垫圈具有大约3.5微米的油膜厚度，而本发明的止推垫圈对于相同的旋转能够保持4微米的油膜厚度。因此，证明了本发明的止推垫圈提供了更大的抗粘结性，因为它获得的油膜厚度大于现有技术中获得的油膜厚度。
[0068] 图10示出了现有技术垫圈和本发明的垫圈支撑的最大负荷之间的差异：
[0069] -现有技术1由没有流体动力学轮廓的垫圈(即，平坦的垫圈)限定；
[0070] -现有技术2由具有流体动力学轮廓但没有平坦部分的垫圈(即，凸形的垫圈)限定；
[0071] -现有技术3由具有流体动力学斜面和衬垫轮廓的垫圈(即，具有平坦部分、曲线部分以及油通道，但在这些部分之间的连接处中具有拐点和不连续的垫圈)限定。
[0072] 如可以清楚地看到的，本发明的垫圈能够支撑比现有技术的垫圈1和2支撑的负荷大得多的轴向负荷。此外，现有技术的垫圈3支撑的最大轴向负荷对应于本发明的垫圈支撑的最小负荷。因此，本发明的垫圈具有出色的抗粘结性，不仅由于所获得的油膜厚度而且由于所支撑的最大轴向负荷，这两者都大于在现有技术中所获得的。
[0073] 图11和图12展示了斜坡部分4的深度的公差的影响。图11示出了斜坡部分4和水平部分5的组件的数量越小，斜坡部分4的深度的影响越小，该效果是公差的结果。通过增加组件的数量，流体动力学支撑趋于增加，但是斜坡部分4的深度的公差的影响也增加。在一定数量的组件之上，支撑趋于下降并且同样存在斜坡部分的深度的影响的持续增加。在图11所示的图表的情况下，从五个组件向上，垫圈的流体动力学支撑趋于变小，并且斜坡部分4的深度的影响更大。
[0074] 图12示出了在现有技术的斜面和衬垫垫圈和本发明的垫圈的情况下斜坡部分4的深度公差的影响。将看出的是，本发明的垫圈对于获得的油膜厚度提供了较小的数值范围，厚度在2与3微米之间变化，而现有技术的垫圈具有更大的范围，在0.5与3微米之间变化的油膜厚度。因此，证明了本发明的垫圈1提供了斜坡部分4的深度的公差及其表面轮廓的影响的减小。
[0075] 因此，已经证明本发明的止推垫圈1提供了出色的流体动力学支撑和所支撑的最大负荷的增加，保证了高抗粘结性以及因此出色的性能。
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