滚动摩擦组合式活塞的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种滚动摩擦组合式活塞，它包括活塞本体和滚动轴承，并通过连接轴组合。活塞销座两侧向外延伸形成延伸壁并加工出通孔。轴承内圈固定在连接轴上，外圈外表面为弧形并带有椭圆度。组合后轴承处在活塞两侧延伸壁中间，连接轴分别与延伸壁通孔和轴承内圈形成过盈配合。采用此种结构的活塞，工作时轴承与汽缸内表面形成滚动运动，相比于滑动运动，摩擦损失显著下降。连接轴对轴承形成弹性支承，可有效避免拉缸等故障的发生。轴承滚动时还可对销孔、销等施以飞溅润滑，提高了运动组件的可靠性。另外此种结构还可实现对锻钢活塞、铸铁活塞等减重的目的。
【专利说明】滚动摩擦组合式活塞
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于内燃机的活塞，尤其是一种滚动摩擦组合式活塞。
【背景技术】
[0003]近年来，发动机在向着高功率、高负荷和轻量化的方向不断发展，同时对活塞的可靠性、低摩擦性等也提出了更高的要求，这就需要从结构上进行不断的优化。
[0004]发动机功率损失的30%由摩擦造成，而活塞裙部与汽缸内表面间的滑动摩擦是其中的一个主要因素，对有效功率的影响较大。另外由于存在侧向力、热膨胀及二阶运动，经常会导致活塞裙部产生严重的磨损甚至拉伤。为此，国内外活塞设计制造商致力于优化活塞与汽缸的贴合，如在裙部设置形线、在表面涂石墨以及使用铰接活塞等。由于均属面间滑动摩擦，以上方法都存在一定的缺点，裙部形线为活塞工作时的热膨胀预留出了空间，并能形成楔形润滑，但良好的形线需要考虑活塞和汽缸的变形以及活塞的运动等众多因素，设计较为困难，目前多根据经验，并常在试验过程中反复修改，增加了产品开发的周期和成本；裙部涂石墨能增加裙部润滑性并促进初期磨合，但控制精度较低，同一批活塞的石墨层厚度存在差别；铰接活塞的头部和裙部通过活塞销铰接在一起，裙部摆动减小，一定程度上降低了运动过程中裙部的磨损，但仍存在形线设置困难等问题。
[0005]在申请号为:CN200510113015.9的文件中公开了一种变活塞与汽缸间滑动摩擦为滚动摩擦的滚动活塞，它包括活塞体和位于活塞体四周的若干个滚动体，两者间有连接固定器。滚动体为滚轴，连接固定器包括上活塞套、下活塞套，所述滚轴位于上活塞套与下活塞套之间的槽内，部分位于套间`开口外，上、下活塞套卡固在活塞体上。当活塞在汽缸中运动时，滚轴在汽缸壁上滚动。该技术虽然在概念上形成了活塞与汽缸间的滚动摩擦，但未提出组合活塞明确的结构方案，未给出活塞在汽缸内的运动形式，并且由于结构和部件繁琐，其加工性、装配性和工作性均难以实现。
[0006]有鉴于此，如何降低活塞下端与汽缸间的磨损并保证活塞的结构强度及运动性能成为业内技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种滚动摩擦组合式活塞，以减小活塞与汽缸间的摩擦损失，优化活塞的运动形式，提高活塞的可靠性。另外在锻钢活塞、铸铁活塞中使用此技术还有利于活塞的减重。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种滚动摩擦组合式活塞，包括活塞本体和滚动轴承，所述滚动轴承的内圈与一个连接轴配合，且连接轴的两端与活塞本体连接。
[0009]所述活塞本体上部为活塞顶，包括顶部中心的燃烧室以及外圆处的环岸和环槽，下部为销座，销座两侧以(3.5?30) mm的厚度向外延伸形成延伸壁，并在延伸壁上分别加工有通孔，通孔距延伸壁边缘的截面厚度不小于1.5mm,以保证强度。
[0010]所述滚动轴承为异形轴承，内圈固定在连接轴上并处在活塞体两侧延伸壁的中间，外圈外表面沿轴线方向加工成弧形，并带有椭圆度。
[0011]所述的外圈的椭圆度根据汽缸及活塞的变形情况进行设计，设计的原则:1.轴向长度应保证轴承与活塞的延伸壁不发生干涉，2.径向厚度应保证轴承不与连杆发生干涉。
[0012]所述连接轴长度与延伸壁两个外侧面之间的距离一致，装配后分别与延伸壁通孔和轴承内圈形成过盈配合。
[0013]所述的连接轴的轴径不小于4.5mm,以保证在侧向力作用下不产生大的弯曲变形。
[0014]所述延伸壁通孔的中心线与在活塞轴线方向的中心线高度一致，并低于销孔中心。
[0015]本发明的有益效果是:
采用上述结构的滚动摩擦组合式活塞，工作时轴承与汽缸内表面形成滚动运动，加上椭圆弧面与汽缸壁面的良好贴合，相比于原有活塞裙与汽缸的滑动运动，摩擦损失显著下降。连接轴对于轴承形成弹性支承，工作时可有效降低汽缸壁与活塞间侧向力的影响，避免出现拉缸等故障。润滑油经油带流至轴承表面，高速滚动过程中可对销孔、活塞销以及连杆等运动部件形成飞溅润滑，提高了活塞组件的可靠性。另外若此种结构用于锻钢活塞、铸铁活塞等高强度活塞中，还可实现减重的目的。本发明结构简单，易于装配，能够实现批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例所提供的一种活塞结构示意图；
图2为图1中活塞本体的局部剖视图；
图3为图1中轴承的局部剖视图。
[0017]图中，I为活塞本体,2为轴承,3为连接轴,4为销座,5为延伸壁,6为通孔,7为通孔中心，8为销孔中心，9为外圈，10为内圈，11为弧线，12为油带。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作形式进一步说明，但它们并不构成对本发明的限制。
[0019]如附图1所示，滚动摩擦组合式活塞，它包括活塞本体1、滚动轴承2和连接轴3,滚动轴承2通过连接轴3装配到活塞本体I上。
[0020]如附图2所示，活塞下部无活塞裙，销座4两侧以一定的厚度向外延伸形成延伸壁5，其厚度要保证延伸壁5能够承受活塞工作时的侧向压力，在延伸壁5的下部加工出通孔6，通孔6距延伸壁5的边缘应有一定的距离，以防止延伸壁5被拉断。各通孔中心7在活塞轴线方向上应保持高度一致，并且低于销孔中心8，以便使轴承2与汽缸的接触位置在活塞销孔中心8以下，防止活塞在工作过程中发生大的摆动。
[0021]如附图3所示，滚动轴承2为异形轴承，其外圈9表面沿轴线方向形成一条弧线11，此弧线11的半径略小于汽缸半径，并与汽缸同心，另外由于活塞工作时汽缸与轴承2间有力的作用，会使轴承2发生一定的变形，因此轴承2的弧线11应带有一定的椭圆度，以便在变形条件下汽缸与轴承有良好的贴合。椭圆度根据汽缸及活塞的变形情况进行设计，设计的原则:轴向长度应保证轴承与活塞的延伸壁不发生干涉，即有间隙，2.径向厚度应保证轴承不与连杆发生干涉，即有间隙。
[0022]活塞各部件组合后，轴承2处在活塞两侧延伸壁5的中间，其中连接轴3分别与延伸壁通孔6和轴承内圈10形成过盈配合，以保证工作过程中两两间不发生相对转动及滑动。所述连接轴3长度与延伸壁5外侧面间距离一致，而轴径则应保证在侧向力作用下连接轴3不发生大的弯曲变形。
[0023]工作时活塞在汽缸内上下运动，两侧轴承2分别与汽缸内表面贴合并发生滚动运动，相比与滑动运动，大幅降低了由于摩擦引起的功率损失，另外由于连接轴3对轴承2形成的支承带有一定的弹性，避免了拉缸等故障的发生。润滑油经油带12流至轴承2表面，滚动过程中对销孔、活塞销以及连杆等运动部件形成飞溅润滑，提高了活塞运动组件的可靠性。
[0024]如有减重要求，还可将延伸壁5部分去除，仅留承载通孔6及其与销座4相连的部分。
【权利要求】
1.一种滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:包括活塞本体和滚动轴承，所述的滚动轴承的内圈与一个连接轴配合，且连接轴的两端与活塞本体连接。
2.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述活塞本体上部为活塞顶，包括顶部中心的燃烧室以及外圆处的环岸和环槽，下部为销座，销座两侧以3.5^25mm的厚度向外延伸形成延伸壁，并在延伸壁上分别加工有通孔，通孔距延伸壁边缘的截面厚度≥1.5_，以保证强度。
3.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述滚动轴承为异形轴承，内圈固定在连接轴上并处在活塞体两侧延伸壁的中间，外圈外表面沿轴线方向加工成弧形，并带有椭圆度。
4.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述的外圈的椭圆度根据汽缸及活塞的变形情况进行设计，设计的原则:1.轴向长度应保证轴承与活塞的延伸壁不发生干涉，2.径向厚度应保证轴承不与连杆发生干涉。
5.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述连接轴长度与延伸壁两个外侧面之间的距离一致，装配后分别与延伸壁通孔和轴承内圈形成过盈配合。
6.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述的连接轴的轴径^ 4.5mm,以保证在侧向力作用下不产生大的弯曲变形。
7.如权利要求1所述的滚动摩擦组合式活塞，其特征在于:所述延伸壁通孔的中心线与在活塞轴线方向的中心线高度一致，并低于销孔中心。
【文档编号】F02F3/00GK103696869SQ201310732573
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】刘世英, 章健, 赵文斌, 郭伟, 熊培友 申请人:山东滨州渤海活塞股份有限公司