专利名称：轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新的轴承，一种在旋转的机器里恢复润滑流体压力的方法，以及包含这种轴承的发动机。
背景技术：
为了润滑内燃发动机曲轴上的轴承，现有技术采用润滑油流过曲轴主轴开口的方法，即当曲轴上的开口旋转通过轴承上的所述开口时，将油送入所述曲轴的内部润滑油室(internal gallery)。所述主轴承通常是壳轴承，设有通孔并且内部设有凹槽以便于润滑油流进所述曲轴。流过所述主轴承之后，进入的润滑油流经曲轴内部润滑油室进入后续轴承部分例如大端轴承。主要由于曲轴旋转的效应，流进的润滑油受到外部压力润滑油室(external pressure gallery)和大端轴承之间的压力降；例如，在通常的汽车发动机中，润滑油可能从外部压力润滑油室的60 PSI(4巴)压力下降到大端轴承的30 PSI(2巴)压力。由于存在这种压力降，为了在大端轴承获得理想的压力，外部润滑油室(external gallery)必须具有较高的润滑油压力。因此，必须用大功率泵来给外部润滑油室加压，而这就增加了成本和发动机的重量。为了避免这些问题，人们试图强迫润滑油流经曲轴端部，但是这些方法是笨拙而且昂贵的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种用于传送润滑流体的轴承，该轴承包括至少一个开口用于连通轴承内部和轴承外部，当润滑流体流经所述开口时，所述开口能够增加润滑流体的压力，所述轴承从而在轴承的内部和外部之间沿一个方向推进所述润滑流体。
在进一步相关的实施例中，所述开口或每个开口包括设在内表面的倾斜的腔室，以便将润滑流体向轴承的内部推进。所述开口或每个开口向两个方向倾斜从而形成一个内腔室，所述腔室包括较长的第一倾斜，设在开口的一侧，和较短的第二倾斜，设在开口的另一侧。所述倾斜或每个倾斜可以是曲线形的。第一倾斜包括较长的曲率半径，第二倾斜包括较短的曲率半径。所述倾斜或每个倾斜基本上是平的。所述轴承可以应用在发动机上。所述轴承是发动机曲轴上的主轴承。所述轴承将润滑油从主轴承的外部向所述曲轴的内部压力润滑油室推进。
在另一个实施例中，本发明公开了一种促使润滑流体通过轴承的方法，所述方法包括形成多个开口以连通轴承内部和外部的，当润滑流体流经开口时，该开口能够增加润滑流体的压力，所述开口的形状从而在轴承的内部和外部之间沿一个方向推进润滑流体。
在进一步相关的实施例中，所述方法包括形成多个倾斜的开口。所述方法还包括通过形成具有长的曲率半径的第一倾斜和短的曲率半径的第二倾斜，从而形成每个倾斜的开口。所述方法还包括在轴承的内表面形成倾斜的开口。所述轴承能促进润滑流体流进轴承的内部或是从轴承的内部流出。所述倾斜或每个倾斜基本上是平的。所述轴承是发动机曲轴上的主轴承。所述轴承促进润滑油从主轴承的外部流向曲轴的内部压力润滑油室。
在另一个实施例中，本发明公开了一种轴承及其支撑中的旋转轴，所述轴承包括至少一个外部开口以连通轴承外部，轴承或旋转轴中至少一个包括倾斜的腔室，每个腔室连通一个所述外部开口和所述轴的内部，在使用中润滑流体因而在外部开口和所述轴的内部之间沿一个方向推进。
在进一步相关的实施例中，所述旋转轴包括内部压力室(internlpressure gallery)，当轴旋转时，所述内部压力室用于接纳在倾斜的腔室中增压了的润滑流体。所述轴承包括曲轴的主轴承，所述倾斜或每个倾斜的腔室设在其内表面上。所述轴承的每个倾斜的腔室包括较长的部分，其曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。在所述轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。在中心线一侧，所述轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的内部腔室。所述轴承包括壳轴承。所述轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料和陶瓷材料。
在另一个实施例中，本发明公开了一种包括旋转轴的发动机，所述发动机包括设在所述旋转轴上的第一轴承，所述第一轴承包括至少一个外部开口以连通外部压力室和至少一个倾斜的内腔，每个内腔连通一个外部开口和第一轴承的内部；以及所述旋转轴上的内部压力室，当轴旋转时，所述内部压力室用于接纳在倾斜的内部腔室中增压了的润滑流体，所述内部压力室与旋转轴上的第二轴承连通。
在进一步相关的实施例中，所述旋转轴包括内燃发动机上的曲轴。所述第一轴承包括所述曲轴上的主轴承，所述第二轴承包括所述曲轴的大端轴承。每个所述倾斜的腔室包括较长的部分，其曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。在第一轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。在中心线一侧，所述第一轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的腔室。所述第一轴承包括壳轴承。所述第一轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料和陶瓷材料。所述曲轴包括低压钻孔(low pressure drilling)、中压钻孔(intermediate pressure drilling)和高压钻孔(high pressure drilling)。
在另一个实施例中，本发明公开了一种将润滑流体推进到旋转轴内部压力室的方法，所述方法包括形成第一轴承以环绕所述旋转轴，所述第一轴承包括至少一个外部开口用来连通第一轴承的外部和至少一个倾斜的内腔，每个内腔用于连通一个外部开口和第一轴承的内部。在使用中，当旋转轴旋转时，在所述至少一个倾斜的内腔中的润滑流体被加压，润滑流体因而被推进到内部压力室。
在进一步相关的实施例中，所述内部压力室连通至少一个倾斜的内腔和旋转轴上的第二轴承。所述旋转轴包括内燃发动机上的曲轴。所述第一轴承包括内燃发动机曲轴上的主轴承，所述第二轴承包括所述曲轴的大端轴承。每个所述倾斜的腔室包括较长的部分，其曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。在第一轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。在中心线一侧，所述第一轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的腔室。所述第一轴承包括壳轴承(shellbearing)。所述第一轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料和陶瓷材料。所述内部压力室包括低压钻、中压钻和高压钻。
本发明其它的优点和新颖的特征将会在其后的说明书中部分提到，本领域普通技术人员在通读了本发明的说明书和相关的附图后也轻易的理解到其它部分。
为了更好地理解本发明以及有效地实施本发明，以下将结合附图和附图标记描述本发明的实施例。其中图1是本发明一个实施例的轴承所用的曲轴的三维视图；图2A是本发明一个实施例的主轴承的剖视图，剖面垂直于轴承径向平面；图2B是本发明一个实施例的主轴承的侧视图；图2C是本发明一个实施例的主轴承的剖视图，剖面垂直于轴承径向平面，与图2A的观察方向相反；图2D是本发明一个实施例的主轴承的三维视图，可以看到所述轴承的一系列外部开口；图2E是根据本发明一个实施例的主轴承的剖视图，剖面平行于轴承的径向平面；图3是本发明一个实施例的环绕曲轴的主轴承的剖视图；图4是本发明一个实施例采用的具有中压钻孔的曲轴；图5是本发明一个实施例采用的具有高压钻孔的曲轴；图6是本发明一个实施例采用的具有低压钻孔的曲轴。
具体实施例方式
图1示出了本发明一个实施例所用的内燃发动机曲轴的三维视图。主轴承环绕曲轴的主轴承段100；大端轴承环绕曲轴的大端段101，所述大端轴承通过连接杆组来驱动活塞组。配重102随所述大端段101转动。
如上文所讨论的，现有技术中润滑曲轴轴承需要在环绕主轴承的外部润滑油室具有高的油压，这就需要大功率的油泵，从而增加了重量和成本。相反，根据本发明的一个实施例，如图2A-2E所示，主轴承200使用多个倾斜的内腔201-206以辅助将润滑油泵入主轴承200，从而减少所需外油压，在大端轴承获得给定油压。从轴承外面进入的油流经外部开口207-212，曲轴的内部润滑油室的开口转动经过轴承的内腔201-206。这样，润滑油被压进倾斜的内腔201-206，产生流体动力薄膜并增加局部油压。内腔201-206的倾斜形状可以有效地辅助泵油，经过轴承200进入曲轴的内部润滑油室。
相对于现有技术中的曲轴轴承润滑，图2A-2E的实施例中的主轴承200具有许多优点。因为在使用中，所述倾斜的内腔201-206协助将润滑油经轴承推进到曲轴的内部润滑油室，减小了外部压力润滑油室和大端轴承之间的油压降。例如，在通常的汽车发动机中对特定的曲轴设计而言，现有技术可能需要60 PSI(4巴)的外部油压来实现大端轴承30 PSI(2巴)的压力。但是，采用图2A-2E的实施例中的主轴承200，仅仅需要40 PSI(2 2/3巴)的外部油压就可以在大端轴承产生相同的30 PSI(2巴)压力。由于外部润滑油室的油压减小了，用来给外部润滑油室加压的泵的功率就可以小些，这就意味着发动机更轻、成本更低、用材更省。而且，由于发动机具有更小的油容量，因此发动机能少传递些热量给润滑油，也能采用更低级的燃料混合物，从而增加了燃料的经济性。在发动机的使用过程中，所减少的油容量也需要更少些的油泵，还减少了排放。部件例如大端轴承的耐用性也提高了。还可以采用小型的油冷装置。在采用这种发动机的车辆的外体上的冷却开口可以更小些，从而减少了车辆的空气阻滞作用。
回到图2A-2E的实施例，图2E示出了主轴承200通过图2C的轴线213的C-C剖视图。从图2E可以看出，主轴承200具有多个倾斜的内腔201-206，每个开口通向外部开口207-212中的一个。油从环绕主轴承200的外部润滑油室流经外部开口207-212，进入倾斜的内腔201-206。曲轴的内部压力润滑油室的开口旋转经过倾斜的内腔201-206，从而将油泵送到曲轴的内部润滑油室，并且流经曲轴的大端轴承段101(见图1)。如图2E所示，主轴承200优选具有6个腔室201-206，其中4个在中心线的一侧，其余两个在中心线的另一侧。当然其它数目的腔室和腔室之间的间隔也是可以的。这里的主轴承200是壳轴承，当然本发明也可采用其它形式的轴承。作为可选的尺寸示例，主轴承200从壳的内部到外部的厚度214为1.5mm，倾斜的内腔的较长部分215的曲率半径是18.63mm，倾斜的内腔的较短部分216的曲率半径是5.03mm，中心线218和较长曲率的棱线(edge line)219之间的距离是11.47mm。但是以上这些尺寸是非限制性的，本发明的实施例也可采用其它尺寸。例如，倾斜的内腔可以是平的，与曲线相反。
在图2A-2E的其它视图中，图2A示出了图2B中的主轴承200通过其轴线220的A-A面剖视图；图2B是主轴承200的侧视图；图2C示出了图2B通过轴线220的B-B面剖视图；图2D示出了主轴承200的三维视图，可以看到上方的外部开口208-210。
根据本发明一个实施例，图3是环绕曲轴301的主轴承300的剖视图。在使用中，外部润滑油室302中的润滑油流经主轴承的外部开口303，进入倾斜的内腔304，所述内腔304包括两部分，一部分具有较长的曲率半径305，另一部分具有较短的曲率半径306。当曲轴301沿着箭头307所示的方向旋转(即从较短半径的倾斜部分转向较长半径的倾斜部分)，摩擦力沿着较长倾斜部分的内表面阻止润滑油进入。当腔304向较小容量端的压力增加，油就会沿箭头308的方向被送进(即随着运动的主元件朝向曲轴的旋转中心)。这种设置在效果上采用了液压的作用，沿着钻孔309方向“泵”油，并与由曲轴和油产生的向心力的方向相反。由于在倾斜的内腔304中的油压308增加了，当内润滑油室309旋转经过倾斜的内腔304时，油被泵送到内润滑油室309。油从内润滑油室309沿着曲轴进一步被送到大端轴承。以这种方式，本发明的一个实施例辅助油从外润滑油室302流进内润滑油室309，并且到达大端轴承，从而减少了外润滑油室302所需要的油压。
根据本发明的一个实施例，主轴承200可以采用多种不同的曲轴设计，例如图4-6所示的实施例。在图4中，曲轴的内润滑油室具有中压钻孔401，连接主轴承段402和大端轴承403。钻孔404连接曲轴的内润滑油室和大端轴承。或者根据本发明的另一个实施例，参见图5，同时采用主轴承与镜像钻孔曲轴(mirror drilled crankshaft)500，其中高压钻孔501连接主轴承段和大端轴承段502。类似地，根据本发明另一个实施例，参见图6，采用主轴承与低压钻孔曲轴600，其中低压钻孔601连接主轴承段602和大端轴承段603。本发明也可采用其它的曲轴设计。
虽然已经给出了在内燃发动机曲轴的轴承的实施例，但是本发明并不受限于这些。例如，根据本发明其它情况下的一个实施例，也可以通过辅助润滑油流进轴承来有效降低旋转机器中的润滑油压。另外，很多适当的材料都可用来实现本发明，如钢、金属合金、碳纤维材料和陶瓷材料等，但不限于上述材料。
根据本发明的一个实施例，也可以采用轴承和倾斜的导槽协助将润滑油从轴承的内部泵送到其外部。例如，图2E中倾斜的腔室可以设置在曲柄的外部，与轴承的开口相对的位置。本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明书后，也可以预见到其它的变形来适应不同的需要。
本领域普通技术人员也可以预见前述的一些方式中哪些是最优选的方式，哪些是相对较好的方式，哪些是一般的方式。本发明不限于说明书优选实施例中描述的方式。本领域普通技术人员可以认识到本发明在很多不同类型的带有轴承的旋转式机器中都具有广阔的应用前景。在不偏离本发明的基础上，本发明的实施例具有很多的变形。例如，本发明可以应用在所有的内燃发动机中，如机动车、特种车辆、船舶和火车。本发明尤其适用于低供给液压重要或有用的场合，例如低润滑油室压力。
权利要求
1.一种用于传送润滑流体的轴承，所述轴承包括至少一个开口用于连通所述轴承内部和外部，当所述润滑流体流经所述开口时，所述开口的形状能够增加所述润滑流体的压力，所述轴承从而将所述润滑流体在轴承的内部和外部之间沿一个方向推进。
2.根据权利要求1的轴承，所述至少一个开口包括在内表面的倾斜的腔室，将所述润滑流体向轴承的内部推进。
3.根据权利要求2的轴承，所述至少一个开口向两个方向倾斜从而形成内部腔室，所述腔室包括在开口一侧的长的第一倾斜，和在开口的另一侧的相对较短的第二倾斜。
4.根据权利要求2的轴承，其中至少一个倾斜是曲线形。
5.根据权利要求4的轴承，其中第一倾斜包括长的曲率半径，第二倾斜包括相对较短的曲率半径。
6.根据权利要求2的任一轴承，其中至少一个倾斜基本上是平的。
7.根据权利要求1的轴承，它被应用在发动机上。
8.根据权利要求1的轴承，所述轴承是内燃发动机的曲轴上的主轴承。
9.根据权利要求8的轴承，所述轴承将润滑油从主轴承的外部向所述曲轴的内润滑油室推进。
10.一种将润滑流体推进到轴承的方法，所述方法包括形成多个连通所述轴承内部和外部的开口，当所述润滑流体流经所述开口时，所述开口的形状可以增加润滑流体的压力，所述开口的形状从而将所述润滑流体在轴承的内部和外部之间沿一个方向推进。
11.根据权利要求10的方法，包括形成多个倾斜的开口。
12.根据权利要求11的方法，包括通过形成具有较长曲率半径的第一倾斜和较短曲率半径的第二倾斜，从而形成各个倾斜的开口。
13.根据权利要求11的方法，包括在所述轴承的内表面形成所述倾斜的开口。
14.根据权利要求10的方法，所述轴承将所述润滑流体推进到轴承的内部。
15.根据权利要求10的方法，所述轴承将所述润滑流体推出轴承的外部。
16.根据权利要求10的方法，各个所述倾斜基本上是平的。
17.根据权利要求10的方法，所述轴承是内燃发动机曲轴上的主轴承。
18.根据权利要求17的方法，所述轴承将润滑油从主轴承的外部推进到所述曲轴的内部压力润滑油室。
19.一种轴承及其支撑中的旋转轴，所述轴承包括至少一个外部开口以连通轴承外部，其中所述轴承和旋转轴中至少一个包括倾斜的腔室，每个腔室连通一个外部开口和所述轴的内部，在使用中从而将润滑流体在外部开口和所述轴的内部之间的沿一个方向推进。
20.根据权利要求19的轴承和旋转轴，所述旋转轴包括内部压力室，当轴旋转时，所述内部压力室用于接纳在至少一个倾斜的腔室中增压了的润滑流体。
21.根据权利要求19的轴承，所述轴承包括曲轴的主轴承，每个所述倾斜的腔室设在其内表面上。
22.根据权利要求21的轴承，每个所述倾斜的腔室包括较长部分和较短部分，所述较长部分的曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。
23.根据权利要求21的轴承，在所述轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。
24.根据权利要求23的轴承，在中心线一侧所述轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的腔室。
25.根据权利要求19的轴承，所述轴承包括壳轴承。
26.根据权利要求19的轴承，所述轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料或陶瓷材料。
27.一种包括旋转轴的发动机，所述发动机包括在所述旋转轴上的第一轴承，所述第一轴承包括至少一个外部开口用于连通外部压力室和至少一个倾斜的内腔，每个内腔连通一个外部开口和第一轴承的内部；和所述旋转轴上的内部压力室，当旋转轴旋转时，所述内部压力室用于接纳在倾斜的腔室中增压了的润滑流体；所述内部压力室与旋转轴上的第二轴承连通。
28.根据权利要求27的发动机，所述旋转轴包括发动机上的曲轴。
29.根据权利要求28的发动机，所述第一轴承包括所述曲轴上的主轴承，所述第二轴承包括所述曲轴的大端轴承。
30.根据权利要求27的发动机，每个所述倾斜的腔室包括较长部分和较短部分，所述较长部分的曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。
31.根据权利要求27的发动机，在所述第一轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。
32.根据权利要求31的发动机，在中心线一侧所述第一轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的腔室。
33.根据权利要求27的发动机，所述第一轴承包括壳轴承。
34.根据权利要求27的发动机，所述第一轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料或陶瓷材料。
35.根据权利要求28的发动机，所述曲轴包括低压钻孔、中压钻孔和高压钻孔中的一种。
36.一种将润滑流体推进到旋转轴上的内部压力室的方法，所述方法包括形成第一轴承以环绕所述旋转轴，所述第一轴承包括至少一个外部开口用来连通第一轴承的外部和至少一个倾斜的内腔，每个内腔用于连通一个外部开口和第一轴承的内部；在使用中，当旋转轴旋转时，倾斜的内腔中的润滑流体压力增加，从而将润滑流体推进到所述内部压力室。
37.根据权利要求26的方法，所述内部压力室连通至少一个倾斜的内腔和在旋转轴上的第二轴承。
38.根据权利要求36的方法，所述旋转轴包括内燃发动机上的曲轴。
39.根据权利要求37的方法，所述第一轴承包括在内燃发动机曲轴上的主轴承，所述第二轴承包括所述曲轴的大端轴承。
40.根据权利要求36的方法，每个所述倾斜的腔室包括较长部分和较短部分，所述较长部分的曲率半径大于所述较短部分的曲率半径。
41.根据权利要求36的方法，在所述第一轴承的径向平面的中心线一侧，倾斜腔室的数目多于在中心线另一侧的。
42.根据权利要求41的方法，在中心线一侧所述第一轴承包括四个倾斜的腔室，在中心线另一侧两个倾斜的腔室。
43.根据权利要求36的方法，所述第一轴承包括壳轴承。
44.根据权利要求36的方法，所述第一轴承的材料选自钢、金属合金、碳纤维材料或陶瓷材料。
45.根据权利要求37的方法，所述内部压力室包括低压钻孔、中压钻孔和高压钻孔中的一种。
全文摘要
本发明的一个实施例公开了一种环绕旋转轴的轴承。所述轴承包括至少一个外部开口用于连通轴承外部，以及至少一个倾斜的内腔室，每个腔室连通一个外部开口和轴承的内部。另一个实施例公开了一种促使润滑流体进入旋转轴的内部压力润滑油室的方法，所述方法包括形成第一轴承以环绕所述旋转轴，所述第一轴承包括至少一个外部开口以连通第一轴承的外部，以及至少一个倾斜的内腔室，每个腔室连通第一轴承的一个外部开口和第一轴承内部。在使用中，当旋转轴旋转时，在倾斜的内腔室中的润滑流体被加压并进入内部压力润滑油室。本发明也公开了其它的相关实施例。
文档编号F16C33/10GK101014776SQ200580021611
公开日2007年8月8日 申请日期2005年5月16日 优先权日2004年5月14日
发明者菲利普·G·沃 申请人:曼纳得竞争科技有限公司