具有在轴向方向上成型的滑动面的表面几何形状的滑动轴承壳

摘要

滑动轴承壳(1)，所述滑动轴承壳(1)的滑动面(2)在滑动轴承壳(1)的顶点的区域中在轴向方向上至少在边缘区域(21)处凸状地弯曲，其中，弯曲在所述滑动轴承壳(1)的顶点处为最显著的，并且在所述滑动轴承壳(1)的周向方向上朝两个局部表面(3)连续地减小。用于制造所述类型的滑动轴承壳的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及具有局部凸状弯曲的滑动面的滑动轴承壳。本发明还涉及用于制 造这种类型的滑动轴承壳的方法。

背景技术

轴承壳的滑动面的机械加工通过钻透轴承壳来进行。这涉及以转速X（转/分 钟）旋转并且在被机械加工的轴承壳的轴向方向上以进给速率Y（毫米/转）移动 的钻轴。例如使用具有安装在轴头上的彼此以180°相反布置的两个切削筒的钻 轴来进行钻透加工。

钻轴包括用于将轴承壳（连续或非连续地）切成一定壁厚的第一切削筒，以 及可选的用于形成所谓的暴露区域的第二切削筒。暴露区域应理解为位于轴承壳 的端部或位于局部表面的区域中的区域，其中轴承壳的壁厚相比于轴承壳的其余 部分的壁厚而言有所减小。以这种方式能够降低由于形成轴承的两个轴承壳的连 接处的不精确所造成的在轴承壳中运行的轴的磨损。以180°彼此相反设置的两个 切削筒布置成可在轴头上轴向移动。当钻轴处于闲置状态时，可以调节切削圆的 直径。

在机械加工过程中，两个切削筒相对于它们的轴向方向、即在钻轴的径向方 向上在位置上固定。

作为钻轴的精确线性进给运动的结果，在滑动轴承壳上形成了也以精确的线 性方式机械加工的滑动面的表面几何形状。

这样的轴承壳1’如图1所示。附图标记2’表示无成型结构的滑动面，并且附 图标记3’表示位于轴承壳1’的边缘区域处的两个局部表面。图2显示了通过传统 的无成型结构的轴承壳的横截面（沿着图1中所示的点划线）。滑动面2’沿着轴 承壳的轴向方向是平的。

特别是在内燃机中会出现非常高的负载，直到滑动轴承壳的沿滑动轴承壳的 轴向看去为外部的区域和轴之间形成接触。在操作过程中，位于滑动轴承壳的在 滑动轴承壳的轴向方向上的外部区域和轴之间的高油压导致了滑动轴承位置处 的大量的油损失。滑动轴承壳和轴之间的油膜的撕裂导致位于滑动轴承壳和轴之 间的接触区的区域中的相当高水平的磨损和材料疲劳。轴承处的滑动面和包含在 其中的轴的磨损的一个原因是轴在负载下的最小弯曲或倾斜，如图4中极度放大 的轴W的倾斜所示意性显示。如果轴承是承受高负载的内燃机中的连杆轴承或主 轴承，轴对轴承的这些不均匀的负载最终会对发动机的运行性能产生不利影响。 具体而言，在滑动轴承壳承受最高负载的区域中、即滑动轴承壳的顶点处，尤其 可能发生会对发动机的工作状态有很大影响的严重缺陷。由此造成的这种缺陷可 能导致对发动机工作状态的干扰，或甚至导致发动机的完全崩溃。

根据DE10208118A1，这个问题通常通过将滑动轴承的两个端部部分（在 轴承的轴向方向上观察）构造成圆的来解决，如图3和图5所示。当曲柄销或轴 在负载下弯曲时，边缘区域21’处的弯曲可防止滑动轴承的端部部分彼此撞击。

根据DE10208118A1，除了轴在负载下弯曲的问题，也必须考虑轴承在负 载下形变的问题。在滑动轴承在轴向方向上观测的中间部分中，相比在边缘区域 中具有较高的油压。依赖于位置的油压导致轴承的滑动面存在凹状形变，使得即 使滑动面在边缘区域处构造成圆的，油膜仍会撕裂。然而，更大程度的圆度与承 重区域最大化相违背。

为了解决与轴的倾斜或弯曲不同的这个问题，DE10208118A1提出了一种 滑动轴承，其包括柱形轴承表面和位于所述轴承表面的各轴向端面上的倾斜的端 部部分。在轴承的轴向方向上观察时，倾斜表面从轴承表面的特定轴向位置延伸 到边缘，倾斜表面的轴向长度沿柱形轴承表面的周向变化。在轴承的周向方向上， 倾斜表面的轴向长度适应于在负载下滑动层可能发生的形变。在一个实施例中， 倾斜表面的轴向长度选择为使得它在轴承壳的顶点处最长，并且朝向轴承壳的周 向端部变短。通过选择端部区域处的倾斜程度和倾斜的轴向长度，可寻求对油压 所导致的轴承壳的形变的补偿。

与此问题不同的问题即上述的轴承中的轴的弯曲或倾斜，后者通常通过在轴 承的整个周向上将轴承壳的端部圆化来处理。轴承壳端部的轻微圆化不能充分解 决由于轴的弯曲或倾斜所导致的油膜撕裂的问题。然而，滑动面的很圆的构造会 减少轴承中的轴的导向精度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种轴承壳，通过它可减小由于定位在那里的轴的 弯曲或倾斜所导致的轴承壳的边缘区域处（在轴向方向上观测）的油膜撕裂的可 能性，同时保持轴承中轴的导向精度。本发明的另一个目的是提供一种用于制造 这种轴承的方法，通过所述方法还可凭借较小的花费来额外地实现滑动面的成 型。

所述目的通过根据权利要求1所述的滑动轴承壳和根据权利要求10所述的用 于生产这种滑动轴承壳的方法来解决。

根据本发明的滑动轴承壳包括滑动面，所述滑动面在顶点的区域中（在轴承 壳的周向方向上观测）在轴向方向上并至少在边缘区域处凸状弯曲。弯曲在顶点 处为最显著的，并且在所述滑动轴承壳的周向方向上朝两个局部表面连续减小。 由于操作过程中发生的轴的弯曲或倾斜，因此足以在所述滑动轴承壳的顶点处最 显著地实现倾斜的几何形状。因此，滑动面的其中所述滑动面为仅稍微弯曲或者 完全未弯曲的区域保持为远离所述顶点区域。因此，与在周向方向上连续弯曲的 滑动面相比，改善了轴的导向。凸曲率减小了轴承边缘区域处的油膜撕裂的可能 性。作为弯曲的结果，与在轴承形变处定向的端部区域的倾斜相反，轴的不同的 倾斜角度和/或弯曲度得到了考虑。以这种方式，考虑到了轴与滑动面之间由于磨 损而增大的间隙，这种磨损对所产生的倾斜角和弯曲幅度具有直接的影响。

优选地，曲率在周向方向上连续逐渐减少到零，使得在两个局部表面处不设 置有凸式构型。这进一步提高了轴承的导向精度。此外，可以通过这种方式特别 容易地集成暴露区域，该暴露区域意味着在局部表面的区域中轴承壳的壁厚的减 少。暴露区域可防止两个轴承壳的接合处的不精确，其会导致接合处的局部表面 的内边缘向内凸出，特别是鉴于轴承壳以高压挤压到一起以形成轴承的事实。作 为其结果，轴的操作特性得到改善，并实现了轴的轴承的磨损的减少。为了产生 暴露区域，钻轴除了包括用于将所述轴承壳（连续或不连续地）切削到一定壁厚 的第一切削筒以外，还包括第二切削筒。第一切削筒优选布置成在工具的进给方 向上偏置到第二切削筒之后。优选地，两个切削筒都安装在钻轴上，使得它们彼 此以180°相对。可以通过在机械加工过程中以适当方式定位第二切削筒和相对于 所述轴承壳轴线倾斜钻具来在所述轴承壳的端部处形成暴露区域。

优选地，轴承壳的滑动面在轴向方向上在边缘区域处弯曲，并且在边缘区域 之间是平坦的，弯曲区域和平坦区域之间的过渡是连续的。以这种方式，轴承壳 的导向精度得到提高。避免平坦区域和弯曲区域之间的非连续过渡可以减小过渡 区域中油膜撕裂的可能性，这是因为在轴倾斜或弯曲的情况下非连续过渡具有与 直线的、非圆滑的滑动面的边缘类似的效果。

优选地，在轴向方向上观察时，边缘区域中的曲率半径是恒定的。换句话说， 除了没有限定曲率半径的平坦区域，轴承壳包括轴向方向上的位于边缘区域中的 具有恒定曲率半径的弯曲。以此方式，轴承壳的构造和生产得到简化。相比于倾 斜，恒定的曲率半径导致轴承壳厚度朝向边缘越来越大地减少。轴的不同的倾斜 角和/或弯曲度都以这种方式进行补偿。

优选地，在轴向方向上观察，边缘区域中的曲率半径是变化的。通过改变曲 率半径，边缘区域中厚度的变化量（即减少量的增加幅度）可以更好地针对轴的 不同倾角或弯曲度的单个分布来进行调节。优选地，该变化是恒定的。

轴承壳的滑动面优选在轴向方向上在整个宽度上弯曲，该弯曲是连续的凸形。 通过连续凸出的弯曲，由于轴的倾斜或弯曲而造成的油膜撕裂的可能性减至最 小。而且，通过在周向方向上减小的和选择性地朝向局部表面全部逐渐减少的曲 率，确保了轴承壳具有足够的导向精度。

优选地，在轴向方向上曲率半径在整个宽度上是恒定的，以通过简单的生产 方法来确保针对不同的轴的相对于轴承壳的轴向方向的倾斜的良好的可调节性。

优选地，在轴向方向上曲率半径从内侧向外侧变化，以补偿操作过程中轴的 多个倾角或弯曲度的单个分布。优选地，该变化是恒定的。

滑动面的厚度在顶点的区域中（在轴向方向上观测）的减小量优选为2μm至 8μm。此选择已证明是倾斜角补偿和导向稳定性之间的最佳折衷，特别是对于内 燃机中的连杆轴承而言。

用于制造如上所述的轴承壳的工具包括由旋转驱动装置所驱动的柱形钻轴。 钻轴围绕旋转轴线旋转，并且包括在外周处安装或连接到钻轴上的至少一个第一 切削筒。如上所述，钻轴可以包括另外的切削筒，用于形成暴露区域或用于制造 微结构。在轴承壳坯料的机械加工过程中，切削筒的切割区域与坯料的滑动层接 触，并且当钻轴旋转时，其（连续或不连续地）将轴承壳切到一定壁厚，由此同 时也产生了实际的滑动面。

为了制造根据本发明的滑动轴承壳，首先将坯料夹持在用于钻孔的夹具中。 滑动面的制造通过将钻轴和轴承壳坯料之间的两个相对运动叠加来进行。除了钻 轴的旋转，还发生第一相对运动：即轴承壳坯料和钻轴的沿待制轴承壳的轴向方 向的线性相对运动，用于对轴承壳的滑动面进行精钻；还发生轴承壳坯料和钻轴 的第二相对运动，其与第一运动叠加并且与其垂直，使得产生具有圆滑的滑动面 的轴承壳。

可以通过使用固定的或静止的用于钻孔的夹具或固定的或静止的旋转钻轴来 产生两个相对运动（即轴向相对运动和垂直于它的相对运动）。还可以想到的是 这两者的结合，使得所使用的钻轴除了旋转运动还进行垂直运动，同时叠加上用 于钻孔的夹具的进给运动。相反，所使用的钻轴除了旋转运动还可以进行进给运 动，同时叠加用于钻孔的夹具的垂直运动。

如果在工具的操作过程中第一切削筒可以在其轴向方向上由调节装置来调 节，则甚至可以省略整个钻轴的用于成型滑动面的径向运动。调节方向不同于旋 转轴线的方向，使得调节方向在垂直于旋转轴线的方向上具有未消失的分量。以 这种方式，在钻透轴承壳的过程中可以有针对性地来实现凸曲率。

在上面提到的所有生产方法中，可通过简单的操作来完成精钻滑动面，并同 时进行成型和可选择地形成暴露区域。

附图说明

图1显示了具有线性机械加工的无成型结构的滑动面的轴承壳；

图2显示了通过根据图1的轴承壳的横截面；

图3显示了通过具有在边缘区域处倒圆的滑动面构型的轴承壳的横截面；

图4示意性显示了朝向轴承倾斜的轴，所述轴承具有线性机械加工的无成型 结构的滑动面；

图5示意性显示了朝向轴承倾斜的轴，所述轴承具有在边缘区域处倒圆的滑 动面构型；

图6显示了具有在边缘区域处凸式倒圆的滑动面构型的轴承壳，其中凸曲率 朝向局部表面渐减；

图7A显示了具有恒定曲率半径的滑动面构型的轴承壳；

图7B显示了具有不断变化的曲率半径的滑动面构型的轴承壳；

图7C显示了具有恒定的曲率半径和平坦区域的滑动面构型的轴承壳；

图7D显示了具有不断变化的曲率半径和平坦区域的滑动面构型的轴承壳。

具体实施方式

图6显示了在边缘区域处（在轴承壳1的轴向方向上观测）具有凸式倒圆的 滑动面构型21的轴承壳1，其中凸曲率朝向局部表面3逐渐减少。

弯曲21的结果是，在边缘区域处，在负载下操作的轴承壳1中的轴的弯曲或 倾斜针对磨损和操作特性的影响得到减小，这是由于轴承壳1的边缘处的油膜撕 裂的可能性减小。应当指出，图3、图5、图6和图7A到图7D中的弯曲出于说 明目的而被极度夸大了。

根据图7A，滑动面2的构型在滑动轴承壳1的顶点处为在轴向方向的整个长 度上以恒定的曲率半径凸状弯曲。该构型连续减小，并且在滑动轴承壳1的周向 方向上朝向两个局部表面3逐渐变小。

在另一个实施方案中，根据图7B的构型在滑动轴承壳1的顶点处为在轴向方 向的整个长度上以不断变化的曲率半径凸状弯曲。该构型连续减小，并且在滑动 轴承壳1的周向方向上朝向两个局部表面3逐渐变小。

在另一个实施方案中，根据图7C的滑动轴承壳1的滑动面2的构型在顶点处 为在轴向方向上在边缘区域21中以恒定的曲率半径凸状弯曲。两个凸状弯曲的 边缘区域21之间的滑动面2是平坦的。滑动面2的从弯曲区域到平坦区域的过 渡是连续的。该构型也不断减小，并且在滑动轴承壳1的周向方向上朝向两个局 部表面3逐渐变小。

在另一个实施方案中，根据图7D的滑动面2的构型在滑动轴承壳1的顶点 处为在轴向方向上在边缘区域21中以不断变化的曲率半径凸状弯曲。两个凸状 弯曲的边缘区域21之间的滑动面2是平坦的。滑动面2的从弯曲区域到平坦区 域的过渡是连续的。该构型也不断减小，并且在滑动轴承壳1的周向方向上朝向 两个局部表面3逐渐变小。

为了生产该轴承壳，使用包括第一切削筒和可选地包括用于形成暴露区域的 第二切削筒的钻轴。

为了制造夹持在用于钻孔的夹具中的轴承壳坯料的成型滑动面2，所使用的 钻轴除了旋转运动还进行进给运动以及与该进给运动叠加的同时进行的竖直运 动。为此，待机械加工的滑动轴承壳坯料优选保持在固定或静止的用于钻孔的夹 具中。

备选地，进给运动和同时进行的竖直运动也可通过用于钻孔的夹具来进行。 在这种情况下，所使用的钻轴只进行旋转运动，并且除那之外它是静止的。

另一个备选方案是，所使用的钻轴除了旋转运动还进行竖直运动，同时叠加 上用于钻孔的夹具的进给运动。

另一个备选方案是，所使用的钻轴除了旋转运动还进行进给运动，同时叠加 上用于钻孔的夹具的竖直运动。

备选地，第一和/或第二切削筒可以径向可移动的方式设置在钻轴上。切削筒 例如可以包括有压电元件。通过单个压电元件或多个压电元件（在多个切削筒的 情况下）的相应的致动装置，压电元件会发生膨胀，并因此主要在钻轴的径向方 向上改变了切削筒的位置。以这种方式，所描述的成型可以不用整个钻轴或用于 钻孔的夹具的竖直运动来产生，相反，它可以仅通过提高和降低单个或多个切削 筒来产生。