曲軸支承裝置的製作方法
2023-07-13 02:02:36 3
專利名稱：曲軸支承裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及曲軸支承裝置，特別是一種能夠採用更容易的切削加工成形定位銷釘(定位銷)孔以便降低切削工具刀片磨損的曲軸支承裝置。
缸體中的軸承部分110包含軸承合金116。缸體中的安裝部分112具有向缸體的安裝表面118敞開的螺栓螺紋孔120。如
圖12所示，安裝表面118內限定有定位銷釘(定位銷)孔122，其向安裝表面118敞開並與螺栓孔120同軸對正。
曲軸支承裝置108被安裝在發動機102的缸體104上，以便支撐曲軸106，並且包含下曲軸箱128，該下曲軸箱128由作為基體124的鋁合金形成，且具有鑄造(嵌入)在其中的預製件(芯材)126。
下曲軸箱128設有與缸體中的軸承部分110相對的軸承部分130、與軸承部分130兩側鄰近並被連接在缸體中的安裝部分112上的安裝部分132和位於安裝部分132外側以便與缸體中的外壁114對應的外壁134。
下曲軸箱中的軸承部分130配有與缸體中的軸承合金116對應的軸承合金136。下曲軸箱中的安裝部分132包含螺栓孔140，該螺栓孔140與螺栓孔120對應並向著下曲軸箱的安裝表面138敞開。向安裝表面138敞開的定位銷孔142被限定得與螺栓孔140同軸對正。
預製件126包含鑄造在軸承部分130中的支承部分144和與支承部分144的兩側鄰近以鑄造在下曲軸箱的安裝部分132中的穿通部分146。穿通部分146包含面向著下曲軸箱安裝部分132的相對表面148和用於限定螺栓孔140的通孔150。預製件126通過燒制氧化鋁纖維形成，並且鋁合金的基體124在鑄造過程中滲透到預製件中，以形成纖維加強金屬(FRM)部分152。
在曲軸支承裝置108中，曲軸106被安置在軸承合金116、136之間，並且通過將定位銷套154插入定位銷孔122、142中而被對正。在安裝表面118、138彼此接觸的情況下，通過螺紋方式將連接螺栓156穿過孔140和定位銷套154進而插入螺栓螺紋孔120中，下曲軸箱128會被牢固地安裝在缸體104上，以便在兩者之間支撐曲軸106。油盤(未示出)被安裝在下曲軸箱128的底部。
JP 2000-337348中公開的曲軸支承裝置包含用於在內燃機中支撐曲軸的支承結構和用於支撐支承結構的保持部分，其中支承結構由多孔材料製成，保持部分的材料流入支承結構的小孔中。
根據JP 2001-71117中公開的曲軸支承裝置，具有一定體積的圓柱形預製件被設在模具的內腔中，熔融金屬被灌入該內腔中，以鑄造預製件嵌入其中的缸體。預製件在熔融金屬灌入的一側上具有比其他部分更剛硬的部分。
在JP 2002-61538中公開的曲軸支承裝置包含缸體的主體；軸承，其位於主體下方；曲軸，其被形成在主體下部中的軸承部分可轉動地支撐著，並位於軸承部分中；鋁合金層，其位於軸承部分的滑動部分中；以及複合材料，其環繞在熱膨脹係數比滑動部分中的層的熱膨脹係數低的層的周圍。
在圖11和12中所示的傳統的曲軸支承裝置108中，缸體104和下曲軸箱128通過將定位銷套154插入形成在缸體104和下曲軸箱128中的定位銷孔122、142中而得以定位。在下曲軸箱128具有鑄造在鋁合金基體124之內的預製件126後，需要切削加工出定位銷孔142，使之向鑄造出的下曲軸箱的安裝表面134敞開。
這時，如圖12所示，下曲軸箱中的基體124和FRM部分152均需要在鑄造之後為定位銷而切削至從安裝表面138測量的深度「b」，以在下曲軸箱中形成定位銷孔142。深度「b」比從下曲軸箱的安裝表面138到預製件126的穿通部分146的相對表面148的基體深度「a」大。然而，由於具有在鑄造過程中滲透到預製件126中的鋁合金基體124，因而FRM部分152非常剛硬(也即堅硬)。定位銷孔142通過在鑄造之後切削比鋁合金基體124更剛硬(也即堅硬)的FRM部分152形成，從而切削很難進行，並且會嚴重地磨損切削工具的刀片。
根據本發明，由於用於成形定位銷孔的凹陷部分由基體製成並且位於支承件的安裝表面和穿通部分的相對表面之間，所以只有鋁合金的基體需要切削，以允許在鑄造之後成形定位銷孔，從而不再需要對比鋁合金基體更堅硬的FRM進行切削。
圖10是第四實施例的下曲軸箱的剖視圖；圖11是剖視圖，表示的是根據現有技術的發動機的曲軸和周圍部件；圖12是放大剖視圖，表示的是圖11中的箭頭「XII」所指圓形區域。
圖2表示的是安裝在車輛(未示出)上的發動機2、由鋁鑄成的缸體4、由鐵製成的曲軸6和曲軸支承裝置8。
曲軸支承裝置8包含位於缸體4中的以下部件軸承部分10、與軸承部分10的兩側鄰近的安裝部分12和位於安裝部分12外側的外壁14。
缸體中的軸承部分10在圓柱形半圓軸承表面16上包含軸承合金18。缸體中的安裝部分12具有螺栓螺紋孔22，它們向缸體的安裝表面20敞開。如圖1所示，安裝部分12限定了向安裝表面20敞開的定位銷釘(定位銷)孔24，並且其與螺栓孔22同軸對正。缸體中的定位銷孔24與至少一個螺栓孔22例如圖2中的左側螺栓孔22對正。
曲軸支承裝置8被安裝在發動機2的缸體4上，以便支撐曲軸6，並且包含由作為基體26的鋁合金形成並具有鑄造(嵌入)在其內部的預製件(芯材)28的下曲軸箱30。
下曲軸箱30包含與缸體中的軸承部分10相對的軸承部分32、與軸承部分32的兩側鄰近並被連接在缸體中的安裝部分12上的安裝部分34和位於安裝部分34外側與缸體中的外壁14對應的外壁36。
下曲軸箱中的軸承部分32在圓柱形半圓軸承部分38上配有與缸體中的軸承合金18對應的軸承合金40。下曲軸箱中的安裝部分34具有與螺栓孔22對應並向下曲軸箱的安裝表面42敞開的螺栓孔44。如圖1所示，定位銷孔46被限定得與向下曲軸箱的安裝表面42敞開的螺栓孔44同軸對正。下曲軸箱中的定位銷孔46與至少一個螺栓孔44例如圖2中的左側螺栓孔44同軸對正。
這樣，下曲軸箱30包含與缸體4中的安裝表面20接觸的安裝表面42、與缸體4中的螺栓孔22對應並向下曲軸箱的安裝表面42敞開的螺栓孔44和與螺栓孔44對正並向安裝表面42敞開的定位銷孔46。
如圖3所示，預製件28具有鑄造在下曲軸箱的軸承部分32中的中心支承部分48和在支承部分48的兩側鑄造在下曲軸箱的安裝部分34中的穿通部分50。支承部分48具有適合下曲軸箱的軸承部分38的圓柱形半圓支承表面52。穿通部分50包含面向著下曲軸箱安裝表面42的相對表面54和限定了螺栓孔44的通孔56。
預製件28通過燒制氧化鋁纖維形成，並且通過在鑄造過程中將鋁合金基體26插入其中而形成纖維加強金屬(FRM)部分58。
在曲軸支承裝置8中，通過將定位銷套60定位在下曲軸箱與缸體4之間，及通過螺紋方式安裝連接螺栓62，下曲軸箱30被連接在缸體4上，以便支撐曲軸6。油盤(未示出)被連接在下曲軸箱30的底部上。
參照圖1，用以構成定位銷孔並由鋁合金基體26形成的凹陷部分64被限定在下曲軸箱30的安裝表面42與穿通部分50上的面向著安裝表面42的相對表面54之間。
下曲軸箱30包含多於一個的螺栓孔44。下曲軸箱中的定位銷孔46與一個螺栓孔44例如圖2中的左側螺栓孔44同軸對正，並且向下曲軸箱的安裝表面42敞開。
在下曲軸箱30中，基體26中形成的凹陷部分64被限定在設有定位銷孔46的下曲軸箱30的安裝表面42與穿通部分50上的面向著安裝表面42的相對表面54之間。
參照圖3，預製件28包含多於一個的具有通孔56的穿通部分50。至少一個穿通部分50的相對表面54例如圖3中的左相對表面54被安置在比另一個相對表面54低高度「c」的位置處。
也即，在預製件28中，穿通部分50具有一個沿著定位銷孔46的深度形成在較低位置處的相對表面54，從而由基體26形成的凹陷部分64被限定在此處形成有定位銷孔46的下曲軸箱的安裝表面42和穿通部分50上的面向著安裝表面42的相對表面54之間。
因此，在圖1所示的曲軸支承裝置8中，預製件28的穿通部分50的相對表面54被沿著定位銷孔46的深度方向這樣偏置，即凹陷部分64中的基體深度「e」基本等於或大於定位銷孔深度「d」，也即d≤e，其中深度「e」是從安裝表面42至穿通部分50的相對表面54測量的，深度「d」是從下曲軸箱30的安裝表面42至下曲軸箱中的定位銷孔46的底部66測量的。這樣，完全由基體26製成的凹陷部分64形成在安裝表面42與相對表面54之間，從而可以在此處對定位銷孔46進行成形或加工。
上述第一實施例的操作概述如下。
在曲軸支承裝置8中，曲軸6被放置在軸承合金18、40之間，並且其位置通過將定位銷套60插入定位銷孔24、46中而得以對正。在缸體的安裝表面20與下曲軸箱的安裝表面42接觸的情況下，通過螺紋方式將連接螺栓62穿過螺栓孔44進入螺栓孔22中，下曲軸箱30被安裝在缸體4上，用於支撐曲軸6。
曲軸支承裝置8中還具有所述下曲軸箱30，該下曲軸箱30被連接在缸體4上用於支撐曲軸6，並且具有鑄造在鋁合金基體26之內的預製件28。通過使FRM部分58具有插入由燒結氧化鋁纖維所製成的預製件28中的鋁合金基體26，下曲軸箱30的熱膨脹係數會被降低，從而可以防止或最小化油膜間隙膨脹，因此可以降低噪音。
而且，在預製件28中，由基體26製成的凹陷部分64被限定在下曲軸箱30的安裝表面42和穿通部分50上的面向著安裝表面42的相對表面54之間，從而能使得定位銷孔46在此處加工或成形。在鑄造之後，下曲軸箱中的定位銷孔46能通過僅對凹陷部分64所限定的鋁合金基體26進行鑽削或切削成形，從而省掉了對比基體26更堅硬的FRM部分56的鑽削。
因此，本發明的曲軸支承裝置8能夠允許在較短的時間內更容易地對定位銷孔46進行切削，從而延長了切削工具的壽命。
此外，曲軸支承裝置8在下曲軸箱中包含定位銷孔46，該定位銷孔46與螺栓孔44例如圖2中的左側螺栓孔44同軸對正，並且向下曲軸箱中的安裝表面42敞開。由基體26製成用於在其中成形定位銷孔46的凹陷部分64被限定在此處形成定位銷孔46的下曲軸箱的安裝表面42和穿通部分50上的面向著安裝表面42的相對表面54之間。
因此，凹陷部分64能夠形成在下曲軸箱30中的定位銷孔46所形成的部分上，從而升高了未有定位銷孔46形成的部分。這種預製件28的鑄造有助於降低噪音。
另外，在預製件28中，穿通部分50具有一個向著定位銷孔46的深度方向而形成在較低位置的相對表面54，從而由基體26形成用於成形定位銷孔的凹陷部分64被限定在下曲軸箱30的安裝表面42與穿通部分50的相對表面54之間，其中定位銷孔46形成在安裝表面42處，相對表面54面向安裝表面42。
因此，曲軸支承裝置8將用於凹陷部分64的相對表面54簡化為平面，從而能夠更容易地成形預製件28。
圖4和5表示的是本發明的第二實施例。根據第二實施例的曲軸支承裝置8，在預製件28中，通孔56的相對表面54被成形為相同高度。預製件28在定位銷孔46形成處的穿通部分50中包含凹槽或孔68，該凹槽或孔68向著相對表面逐漸擴張，並與通孔56處於對正和環繞關係。槽孔68的深度為相對表面54和底部70之間的距離「f」。
在如圖4所示的曲軸支承裝置8中，槽孔68這樣形成在預製件28中，即基體的深度「e」基本等於或大於定位銷孔深度「d」，也即d≤e，其中深度「e」是從安裝表面42至槽孔68的底部70測量的，深度「d」是從下曲軸箱30的安裝表面42至下曲軸箱中的定位銷孔46的底部66測量的。因此，由基體26構成用於成形定位銷孔的凹陷部分64形成在下曲軸箱30的安裝表面42和槽孔68的底部70之間。
因此，由於位於安裝表面42和槽孔68的底部70之間並由基體26形成的凹陷部分64能夠有利於在定位銷孔46形成處的穿通部分50的上方成形定位銷孔，從而第二實施例的曲軸支承裝置8能基本上實現與第一實施例相同的作用。
同樣，第二實施例的曲軸支承裝置的預製件28的穿通部分50的相對表面54高度相同，並且用於成形定位銷孔的槽孔68僅在下曲軸箱中的定位銷孔46形成處形成在穿通部分50中。因此，凹陷部分64能夠形成在定位銷孔46所形成的位置，從而根本不會降低沒有定位銷孔46形成的部分的剛性，於是有利於通過鑄造預製件28降低噪音。同時，向著相對表面54逐漸加大地張開的槽孔68允許熔融金屬基體26平穩地流入槽孔68中，以便防止產生氣孔，從而可以提高基體26與預製件28之間的結合作用。
圖6-8表示的是本發明的第三實施例。在第三實施例的曲軸支承裝置8中，位於包含通孔56的穿通部分50上的相對表面54形成得具有相同高度。圓柱形突出部72形成在至少一個穿通部分50例如圖8中的左側穿通部分50上，並且以與通孔56對正的方式從相對表面54凸出。突出部72具有從相對表面54至突出部的頂端74測量的高度「g」。
如圖7所示，下曲軸箱30中的安裝部分34包含由鋁合金基體26製成的圓柱形定位銷部分76，定位銷部分76以與螺栓孔44對正的方式從安裝表面42凸出，並且覆蓋著預製件28的突出部72。定位銷部分76具有從安裝表面42至其頂端78測量的高度「h」。
如圖6所示，缸體4中的安裝部分12包含與螺栓孔22對正並向著缸體的安裝表面20向下敞開的定位銷孔80。定位銷部分76在缸體中被裝配在定位銷孔80內。定位銷孔80這樣形成，即延伸到其底部82的高度「i」基本等於或大於定位銷部分76的高度「h」，也即h≤i。
如上所述，該第三實施例的曲軸支承裝置8具有這樣鑄造在下曲軸箱30中的定位銷部分76，即其從安裝表面42凸出，並覆蓋著預製件的套筒狀突出部72。因此，在鑄造之後，定位銷部分76能夠通過僅對覆蓋著突出部72的鋁合金基體26進行機加工或切削形成，從而定位銷部分76這時能被插入下缸體4中的定位銷孔80中。這樣就可以避免切割或鑽削更為剛硬的FRM部分58，而且可以更容易地對定位銷部分76進行成形，同時延長了切削工具的使用壽命。
同樣，第三實施例的曲軸支承裝置8也包含位於預製件28上並以相同高度形成的相對表面54和位於一個穿通部分50上的凸出的定位銷部分76。因此，穿通部分50能基本具有相同的剛性，從而有助於通過鑄造的預製件28減小噪音。而且，作為鑄造在下曲軸箱30中的預製件28的定位銷部分76這樣從安裝表面42凸出，即用於將下曲軸箱30安裝在缸體4上的單獨的定位銷可以省掉，從而減少了部件數目和組裝步驟數。
圖9和10表示的是本發明的第四實施例。在第四實施例的曲軸支承裝置8中，如圖10所示，預製件28的相對表面54形成在相同的高度上，並且用於定位銷的成形件或套84從相對表面54凸出，並與左側穿通部分50的相關通孔56同軸。在下曲軸箱30的安裝部分34中，圓柱形定位銷部分86由鋁合金基體26形成，從而定位銷部分86與螺栓孔44同軸，並覆蓋著成形件84。如圖9所示，定位銷孔88被限定在缸體4的安裝部分12中，並且向下向著安裝表面20敞開，而且與螺栓孔22同軸對正，定位銷部分86裝配在該定位銷孔中。錐形部分90設在套筒件84的下端上，以便能較容易地將其與各個螺栓孔44的上端同軸對正地插入預製件28中。
如上所述，該第四實施例的曲軸支承裝置8包含定位銷部分86，其從安裝部分42凸出並覆蓋著成形件84，其中成形件84用於限定鑄造在下曲軸箱30之中的預製件28的定位銷。定位銷部分86在缸體4中被裝配在定位銷孔94中，其能夠在鑄造之後通過僅對覆蓋著成形件84的鋁合金基體26進行機加工形成。這樣就可以省掉切削比鋁合金基體26更為剛硬的FRM部分58，從而能夠較容易地在短時間內對定位銷部分86進行成形加工，進而延長了切削工具刀片的使用壽命。
同樣，第四實施例的曲軸支承裝置8也包含在相同高度形成的預製件相對表面54和為插入穿通部分50中的定位銷而配備的成形件84。因此，穿通部分50能夠基本具有相同的剛性，從而有助於通過鑄造的預製件28降低噪音。同樣，在下曲軸箱30中成形件84鑄在其中的定位銷部分86從安裝表面42向上凸出，從而省掉了將單獨的定位銷裝配在下曲軸箱30中的組裝步驟。
如上所述，僅對鋁合金基體進行切削能夠使得在鑄造之後的機加工過程中成形定位銷或定位銷孔，並且可以省掉機加工比鋁合金基體更堅硬的FRM部分。因此曲軸支承裝置可以在短時間內較容易地對定位銷孔或定位銷進行成形加工，而且延長了切削工具的使用壽命。
儘管為了說明目的對本發明的特殊優選實施例詳細地給予公開，但應當認識到，對所公開裝置所作的變化和更改，包括部件的重新布置，包含在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種曲軸支承裝置，包括支承件，其被連接在發動機的缸體上用於支撐曲軸，並且該支承件由一個在內部鑄有預製件的鋁合金基體形成；所述支承件具有安裝表面，其與所述缸體上的連接表面接觸；螺栓孔，其與所述缸體中的螺栓孔對應，並且向所述安裝表面敞開；及定位銷孔，其與所述螺栓孔同軸對正，並且向所述安裝表面敞開；所述預製件具有穿通部分，限定所述螺栓孔的通孔形成在該穿通部分中；以及所述支承件具有凹陷部分，該凹陷部分由所述基體形成，以便成形出所述定位銷孔，所述凹陷部分位於所述安裝表面和所述穿通部分上的面向著所述安裝表面的相對表面之間，並且所述定位銷孔完全形成在所述凹陷部分中。
2.如權利要求1所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述支承件中具有多個螺栓孔；和所述定位銷孔被限定得向著所述支承件的所述安裝表面敞開，並且與至少一個所述螺栓孔同軸對正。
3.如權利要求1所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述預製件上的相對表面在所述定位銷孔深度方向上被偏置，以使由所述基體形成的所述凹陷部分被限定在所述支承件上的形成有所述定位銷孔的所述安裝表面與所述穿通部分上的與所述支承件的所述安裝表面相面對著的所述相對表面之間。
4.如權利要求1所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述預製件包含限定了弧形軸承腔的中心部分和一對布置在所述中心部分相反側上的所述穿通部分，並且每個穿通部分均具有限定了形成於傳統部分中的所述螺栓孔的通孔；所述凹陷部分和與其相關的定位銷孔只與一個穿通部分相關，所述一個穿通部分穿通部分上的相對表面被從支承件的安裝表面向下分開相當大的距離，從而在所述安裝表面與所述一個穿通部分穿通部分的相對表面之間限定出形成在凹陷部分中的定位銷孔的深度；以及另一個所述穿通部分上具有相對表面，該相對表面面向支承件的安裝表面，並被向下分開較小的距離，從而在所述另一個穿通部分上的相對表面比所述一個穿通部分上的相對表面高一段距離。
5.如權利要求1所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述預製件包含限定了弧形軸承腔的中心部分和一對布置在所述中心部分相反側上的所述穿通部分，並且每個穿通部分均具有限定了形成於傳統部分中的所述螺栓孔的通孔；每個所述穿通部分上分別具有所述相對表面，所述相對表面被從支承件的安裝表面向下分開較小距離，並且所述一對穿通部分上的相對表面高度相同；所述定位銷孔只與一個穿通部分相關，所述一個穿通部分具有擴大的開口，該開口環繞著通孔並且背離所述相對表面向下同軸延伸一段選定距離；以及限定出所述凹陷部分的基體向下穿透並填滿所述擴大開口，以便成形出所述定位銷孔，所述定位銷孔從所述安裝表面向下延伸到限定在所述擴大開口中的基體中。
6.一種曲軸支承裝置，包括支承件，其被連接在發動機的缸體上用於支撐曲軸，並且該支承件由一個在內部鑄有預製件的鋁合金基體形成；所述支承件具有安裝表面，其與所述缸體上的連接表面接觸；螺栓孔，其與所述缸體中的螺栓孔對應，並且向所述安裝表面敞開；及套筒狀定位銷件，其與所述螺栓孔同軸對正，並且向外凸出超過所述安裝表面；所述預製件具有穿通部分，限定所述螺栓孔的通孔形成在該穿通部分中；所述定位銷部分包含套筒狀成形件，該成形件被與所述螺栓孔同軸對正地固定在所述預製件上，並且向外伸出超過所述安裝表面；以及所述定位銷部分具有環形部分，該環形部分由所述基體形成，並且從所述安裝表面開始環繞著所述成形件向外伸出，從而能夠限定裝配在形成於所述缸體中的相對開口中的定位銷。
7.如權利要求6所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述成形件被整體單件式連接在所述預製件上，並且從所述相對表面同軸伸出，從而向外超出了所述安裝表面。
8.如權利要求6所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述成形件包括單獨的套筒件，該套筒件具有與通孔同軸對正地固定在所述預製件上的一端，所述套筒件遠離所述相對表面向外伸出，並且向外超過了所述安裝表面。
9.如權利要求6所述的曲軸支承裝置，其特徵在於所述預製件包含中心部分，該中心部分限定了指向上方的凹入軸承區域，所述預製件還包含一對定位在所述中心部分相反側上的所述穿通部分，每個所述穿通部分具有從所述安裝表面向下分開的相對表面，並且一對所述穿通部分上的相對表面基本上處於相同的平面上。
全文摘要
一種曲軸支承裝置，其具有連接在發動機缸體上以支撐曲軸的支承件，該支承件由預製件鑄在內部的鋁合金基體形成。支承件包含安裝表面、螺栓孔和定位銷孔。預製件的穿通部分具有限定螺栓孔的通孔。支承件具有由基體形成的凹陷部分。凹陷部分位於支承件的安裝表面和面向安裝表面的穿通部分的相對表面之間，以便在其中成形出定位銷孔。
文檔編號F16M1/00GK1472446SQ0314803
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月27日 優先權日2002年6月27日
發明者中村慎 申請人:鈴木汽車株式會社