大功率發動機的曲軸軸承的製作方法

2023-10-11 11:17:19 1

專利名稱：大功率發動機的曲軸軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率發動機尤其是二衝程大功率柴油機的曲軸軸承，它有一個下部和一個可拆的上部以及有一個分成兩個半軸瓦至少部分用硬質軸承合金最好AlSn合金製造的薄的滑動軸承軸瓦，在正常工作期間它的支承表面可加潤滑劑。
例如由本申請人的DK170811B1已知此類結構。在此已知的結構中，使用薄的軸瓦，它們有鋼製的支座，支座內部塗有用軸承合金最好AlSn合金構成的含支承表面的塗層。AlSn合金，尤其如AlSn40，造成一個能承高負荷的支承表面，所以與過去具有用巴氏合金構成的支承表面的設計相比，軸承的寬度可以減小，這一點對於獲得緊湊的結構方式而言是極為重要的。另一方面，AlSn合金耐無潤滑運轉的能力低於巴氏合金。在正常的運行條件下這一情況當然不帶來什麼問題，因為此處具有充分的潤滑。
然而，在DK170811B1中所提及類型的大功率發動機中，例如可見到用於船艦驅動的大功率二衝程柴油機，曲軸在發動機裝配時就已必須旋轉。為此在實際工作中採用可與飛輪接合的輔助發動機。但是在發動機裝配時可能出現軸承潤滑系統尚未工作或還不能可靠工作的情況。因此，在此已知的設計中存在著這樣的危險，即，在那裡用AlSn合金構成的支承表面在發動機裝配過程中已經由於無潤滑運轉而受損或破壞，這對於本來可達到的使用壽命造成不利的影響，並可能導致高額維修費用。儘管已試圖通過採用鉬或類似物來緩和此缺點。然而，此類物質具有很低的表面張力。因此存在著此物質有導致軸瓦或其半軸瓦分化瓦解的危險，從而使它們可能滑移。
因此，以此為出發點，本發明的目的是，在避免所描述的這些缺點並保持基本優點的情況下，採取結構簡單及經濟的措施，改進前言所述類型的設計，從而有效地預防在初始的無潤滑運轉過程中使軸承受損。
按本發明為達到此目的採取的措施是，至少下半軸瓦的支承表面在新狀態設有一個具有良好的無潤滑運轉特性並設計為快速磨損的磨損層的保護層，其厚度在允許的直徑公差範圍內。
採取這些措施完全克服了已知設計的缺點，有效地預防了由於初始的無潤滑運轉導致軸承受損，所以可達到長的使用壽命並因而有長的維修間隔期。因為保護層只需在裝配階段用於初始的無潤滑運轉，所以保護層可以如此之薄，以致其厚度在允許的直徑公差範圍內變動。在保護層磨損以後便處於正常的狀態。因此無需改變鑽孔的尺寸等。在磨損保護層過程中產生的磨粒如此之細，以致在軸承潤滑系統投入運行時可藉助於潤滑油將其帶走。不必擔心這些細小的磨粒會在潤滑系統內部造成故障。因為按本發明的保護層可以非常之薄，這樣做還可以節省材料消耗。此外，保護層可以簡單地塗敷。因此，總而言之，與採取本發明的措施相關的費用比較低。儘管如此，按本發明的保護層仍能可靠防止初始無潤滑運轉可能的破壞作用，並使採用鉬等材料成為多餘。因此採取本發明的措施保證有傑出的經濟性。
在從屬權利要求中說明了有利的設計以及上述措施合乎目的的改進。例如，保護層可有利地用聚四氟乙烯(Teflon)製造。這種材料有良好的自潤滑特性，並因而特別適宜於用作無潤滑運轉的材料。此外，在整個有關的表面有均勻一致的保護層。無需擔心局部分布不均。
保護層的厚度最好為5μ-50μ，尤其是10μ-30μ。一方面這一厚度足以使磨損時間比無潤滑運轉時期更長，而另一方面保證在保護層完全磨損後不會產生不允許的軸承間隙。
保護層最好設計為噴塗層。這就可以用簡單的方法獲得所期望的小的層厚。合乎目的的是，噴塗在最高為150℃的低的溫度範圍內進行，所以絕無使要塗層的支承表面產生變形的危險。
在發動機裝配時，曲軸實際上只受自重引起的負荷。因此若分開式的軸承結構只有其下一半設有按本發明的保護層無論如何已經足夠，這樣一來上面所列舉的有關直徑關係、磨粒量、材料消耗和生產成本等方面的優點得到進一步的強化。
上述措施其他有利的設計及合乎目的的改進在其餘的從屬權利要求中說明，並可由下面藉助於附圖的舉例說明中進一步看出。
在下面要說明的附圖中表示

圖1大功率發動機曲軸主軸承視圖；以及圖2通過圖1所示之曲軸主軸承的剖面。
大功率發動機例如可用作船艦發動機的二衝程大功率柴油機的基本結構和工作方式都是已知的因此本文無需詳述。
圖1所示之曲軸主軸承由組合在機架1中的下部2和可裝在下部上面的上部3組成。可拆除的上部3用拉杆4固定。下部2和上部3制有互補成一個孔的凹糟，在凹糟內分別置入分開式滑動軸承瓦的半軸瓦5a、b，在滑動軸承瓦內支承著在這裡沒有詳細表示的曲軸的有關軸頸。在上部3裝有用於輸入潤滑油的潤滑劑輸入管道7。在這裡軸瓦所涉及的是所謂的薄軸瓦。
對於要求上部3緊壓在下部2上的這種薄軸瓦，軸承裝置組裝後加工配屬於軸瓦的孔和最終加工軸瓦。為了裝配曲軸，拆除上部3，曲軸的每個軸頸6便可以置入各有關主軸承的下半軸瓦5a內。接著，通過裝好上部3將主軸承裝配成套。在採用厚軸瓦時，它允許在下部2與上部3之間有一定的間隙，在這種情況下有關的孔可在分解的狀態下加工。
在圖示的例子中，薄軸瓦的兩半軸瓦5a、b各包括一個由圖2可以最清楚地看出的鋼製支座8，它的裡面也就是支承表面一側，設有一個含支承表面9用一種恰當的軸承合金，在這裡是用AlSn合金最好是AlSn40制的塗層10。塗層可以輥塗。AlSn合金如AlSn40是一種可承高負荷的硬質軸承合金，它允許軸承的寬度比較小。另一方面，業已證實這種材料對於無潤滑運轉很敏感。
在本例中，當發動機裝配時若已裝入的曲軸必須在支承表面能進行有效潤滑前旋轉，會造成無潤滑運轉。在這種情況下曲軸尚未由於燃燒壓力而僅僅由於其自重而受載。此時曲軸藉助於一臺可與其接合的輔助發動機旋轉。在這種情況下每分鐘的轉數與正常運行相比是較低的。
為防止由於此類初始的無潤滑運轉而受損，在軸瓦的新狀態，支承表面9設有圖2中用點示意表示的能比較迅速磨損的保護層11，它由一種無潤滑運轉性能良好的亦即有良好的自潤滑作用的材料組成，以及它構成了一個磨損層，此磨損層經過比較短的耐用時間便自動消失。保護層11的耐用時間只要相應於從發動機裝配到潤滑系統有工作能力時所歷經的運轉時間就夠了，這只是比較短的運轉時間或比較少的旋轉數。在這之後不再需要保護層11並由於自然磨損而消失。
保護層11保證，在潤滑系統尚未開始工作或尚未充分發揮作用而曲軸卻已經必須旋轉期間(在發動機裝配時便會出現這種情況)，在這裡用AlSn合金構成的對無潤滑運轉十分敏感的塗層10表面不會受損。
在發動機裝配時，如上面已提及的那樣，曲軸僅受其自重造成的負荷。因此，如圖2示意表示的那樣僅在下半軸瓦5a上設保護層11已完全能滿足要求。不過，為了提高可靠性和簡化生產或倉庫管理，合宜的是兩個半軸瓦5a、b均可設有保護層11，所以形成一個沿整個支承表面連續的保護層。當然也可以設想附加地在軸頸6上與軸瓦接觸的區域中也設有上述類型的保護層。在一些特殊情況下，僅有這種設計就已經能夠取得所期望的效果。
保護層11可由聚四氟乙烯(Teflon)或類似的具有良好無潤滑運轉特性的塑料組成。但也可設想替代這種均勻一致的塗層材料，而採用一種鑲嵌在膠合劑中的幹潤滑材料，例如形式上為一種適用的聚合物粉末和/或金屬粉末。保護層11的層厚可以例如在5-50μ的範圍內。在這裡所涉及的是這樣一個數量級，即它處於允許的直徑公差範圍內並與此同時可以很好地補償軸瓦支承表面9的表面粗糙度。通過試驗特別證明層厚在10-30μ的範圍內是恰當的。
保護層11可以塗刷在有關的表面上，或也可以輥塗。特別優先採用的是藉助於一個有噴嘴的設備通過噴塗來塗敷保護層11。此類設備可以具有高精度地經濟地製成保護層11。塗敷溫度取決於所使用的無潤滑運轉的材料。塗敷溫度不應超過150℃的範圍，以避免變形。在此溫度下，上面已提及的塑料可以良好塗敷。經常採用冷塗，亦即在環境溫度下塗敷。這尤其適用於嵌鑲在膠合劑中的粉末材料。
在發動機裝配結束和潤滑系統投入運行後，亦即進油管道7加入潤滑油後，便不再需要保護層11。因此保護層在完全磨損後不再更新。
只有在發動機修理中將舊的仍然是好的軸瓦重新作為準新軸瓦使用時是例外。
權利要求
1．大功率發動機尤其是二衝程大功率柴油機的曲軸軸承，它有一個下部(2)和一個可拆除的上部(3)以及有一個分成兩個半軸瓦(5a、b)至少部分用硬質軸承合金最好AlSn合金製造的薄的滑動軸承軸瓦，在正常工作期間它的支承表面(9)可加潤滑劑，其特徵為至少下半軸瓦(5a)的支承表面(9)在新狀態設有一個具有良好的無潤滑運轉特性並設計為快速磨損的磨損層的保護層(11)，它的厚度在允許的直徑公差範圍內。
2．按照權利要求1所述的曲軸軸承，其特徵為保護層(11)至少部分由塑料組成。
3．按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為保護層(11)至少部分由聚四氟乙烯(Teflon)組成。
4．按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為保護層有5-50μ的厚度。
5．按照權利要求4所述的曲軸軸承，其特徵為保護層有10-30μ的厚度。
6．按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為保護層(11)設計為噴塗層。
7．按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為保護層(11)的塗敷溫度最高為150℃。
8．按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為整個支承表面(9)設有保護層(11)。
9．尤其按照前列諸權利要求之一所述的曲軸軸承，其特徵為可支承在支承表面(9)上的主軸頸(6)設有保護層(11)。
全文摘要
本發明涉及大功率發動機尤其二衝程大功率柴油機的曲軸軸承,它有一個下部(2)和一個可拆除的上部(3)以及有一個分成兩個半軸瓦(5a、b)至少部分用硬質軸承合金最好AlSn合金製造的薄的滑動軸承軸瓦,在正常工作期間它的支承表面(9)可加潤滑劑,為了有效地預防在初始的無潤滑運轉過程中軸承受損,至少下半軸瓦(5a)的支承表面(9)在新狀態設有一個具有良好的無潤滑運轉特性並設計為快速磨損的磨損層的保護層(11),其厚度在允許的直徑公差範圍內。
文檔編號F16C5/00GK1230639SQ9910479
公開日1999年10月6日 申請日期1999年4月2日 優先權日1998年4月2日
發明者阿爾內·克維特加爾德·彼得森 申請人:曼B與W狄賽爾公司