專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的活塞銷軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞銷軸承，帶有輪轂孔，一個(gè)活塞銷支承在這些輪轂孔內(nèi)。
例如從DE2152462B2，DE4141279A1和DE3036062C2中已經(jīng)知道，內(nèi)燃機(jī)活塞的輪轂孔適合于載荷和變形地構(gòu)造。在那里所說的輪轂外形基于這樣的知識(shí)得出作用在活塞頂部上的燃?xì)饬νㄟ^銷座傳遞到活塞銷上，由此，活塞銷由于其在連桿中的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性地彎曲。按照通常的設(shè)想，輪轂孔因此在水平平面內(nèi)和垂直平面內(nèi)、特別是在輪轂孔的頂點(diǎn)上和底點(diǎn)上承受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。為了能夠適應(yīng)這種變形，DE2152462B2提出了一種輪轂形狀，其中，輪轂孔的母線是彎曲的，輪轂孔的軸線朝向活塞中心略微彎曲，孔的橫截面是橢圓形的，橢圓的短半軸平行于活塞的縱軸線延伸。
在DE3036062C2中建議，輪轂孔在橫截面上呈橢圓形，橢圓的長半軸平行于活塞的縱軸線延伸。此外，輪轂孔的遠(yuǎn)離活塞縱軸線的側(cè)面具有較大的橢圓度，靠近活塞縱軸線的側(cè)面具有較小的橢圓度，其中，在另一實(shí)施形式中，在孔的頂點(diǎn)中母線傾斜。
上述所有形狀在實(shí)際中不能阻止隨著活塞載荷的增高由于點(diǎn)火壓力而在桿中和在槽邊緣以及槽底部的區(qū)域中出現(xiàn)裂紋，其原因可能是由于在孔的頂點(diǎn)和底點(diǎn)上活塞銷與輪轂孔之間的間隙過大。為了達(dá)到盡可能小的間隙，在DE1650206A1中提出了一種橢圓的輪轂孔，其中，橢圓的長軸垂直于活塞的縱軸線。這會(huì)同時(shí)提高活塞銷與輪轂孔之間的咬合可能性和噪聲。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種比現(xiàn)有技術(shù)改善了的用于活塞銷軸承的輪轂孔形狀，它可明顯減小活塞中的機(jī)械應(yīng)力，從而也可延長活塞的使用壽命。此外，可通過該形狀避免活塞銷軸承中的噪聲發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征來解決。
只在赤道-頂點(diǎn)-赤道輪轂區(qū)域內(nèi)單側(cè)構(gòu)成高橢圓，其中，位于輪轂孔頂點(diǎn)中的橢圓母線平行于輪轂孔軸線延伸，通過此，一方面有利地達(dá)到，在本發(fā)明的高橢圓孔結(jié)構(gòu)中，輪轂孔徑向上較遠(yuǎn)的外側(cè)區(qū)域，即輪轂孔側(cè)面區(qū)域承受較高的載荷。由此，由于關(guān)于銷軸線的杠桿臂增大，產(chǎn)生較大的力矩，該力矩使活塞繞銷軸線的彎曲降低。由此在燃燒槽的槽邊緣和槽底上產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)更小的切向應(yīng)力。
另一方面，只在赤道-底點(diǎn)-赤道輪轂區(qū)域內(nèi)單側(cè)構(gòu)成圓柱形，其中，位于輪轂孔底點(diǎn)中的橢圓母線平行于輪轂孔軸線延伸，通過此有利地達(dá)到，在活塞銷從于輪轂上表面接觸轉(zhuǎn)換到與輪轂下表面接觸時(shí)，活塞銷與輪轂之間的間隙最小。
總之，通過本發(fā)明的輪轂形狀達(dá)到比現(xiàn)有技術(shù)明顯提高的活塞壽命。
有利的進(jìn)一步構(gòu)造是從屬權(quán)利要求的主題。
下面借助一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖表示

圖1一個(gè)活塞的局部縱剖面，圖2輪轂孔的沿線yy剖切的橫截面，圖3一個(gè)活塞的立體圖以及不同的高載荷位置A-E，圖4不同的輪轂孔結(jié)構(gòu)對(duì)圖3所示位置的壽命的影響的圖表，圖5.1輪轂孔的徑向應(yīng)力圖，該輪轂孔在赤道-頂點(diǎn)-赤道之間為圓柱形輪轂形狀，在赤道-底點(diǎn)-赤道之間為圓柱體輪轂形狀，圖5.2輪轂孔的徑向應(yīng)力圖，該輪轂孔在赤道-頂點(diǎn)-赤道之間為高橢圓輪轂形狀，在赤道-底點(diǎn)-赤道之間為圓柱體輪轂形狀，圖5.3高橢圓和圓柱形輪轂孔的應(yīng)力差別，圖6壽命變化的描述。
如從圖1中看到的，一個(gè)用于內(nèi)燃機(jī)的活塞1具有一個(gè)帶有上輪轂區(qū)域2.1和下輪轂區(qū)域2.2的輪轂孔2，一個(gè)圓柱體的活塞銷(未示出)支承在該孔內(nèi)。按照?qǐng)D1和圖2，上輪轂區(qū)域安置在燃?xì)饬σ粋?cè)，其中，輪轂孔2的用5標(biāo)記的表面在周邊上沿著整個(gè)輪轂縱軸線X在輪轂赤道-頂點(diǎn)-輪轂赤道的區(qū)域內(nèi)高橢圓地構(gòu)成，橢圓的參數(shù)為x＝b/2×cosαy＝a/2×sinα，0°≤α≤180°。
在輪轂孔2的下區(qū)域2.2內(nèi)，表面5沿著整個(gè)輪轂縱軸線X在輪轂赤道-輪轂底點(diǎn)-輪轂赤道之間圓柱體狀地構(gòu)成，其中，適合于這兩個(gè)輪轂區(qū)域的是a 大的橢圓直徑，b＝D小的橢圓直徑，D 圓柱形輪轂部分的直徑，α 任意射線相對(duì)于z軸構(gòu)成的角度。
對(duì)于整個(gè)輪轂孔適合的是，位于頂點(diǎn)和底點(diǎn)中的母線3和4平行于輪轂縱軸線延伸，該縱軸線垂直于活塞縱軸線。合理的是，橢圓度為輪轂孔直徑D的0.05至0.2％。
如從圖3和圖4中看出的，通過本發(fā)明的輪轂構(gòu)形可以得到顯著的使用壽命提高，該使用壽命提高由一個(gè)具有190bar點(diǎn)火壓力的輕金屬柴油活塞的1000h活塞應(yīng)力試驗(yàn)得出的。在圖3中清楚地描述了帶有桿6、連桿7和活塞銷8的活塞以及測量點(diǎn)A-E。
圖5.1和5.2以上輪轂區(qū)域2.1的展開圖表示了圓柱形和高橢圓結(jié)構(gòu)中的表面壓力分布，圖5.3表示圖5.1和5.2在使用輕金屬活塞的情況下在點(diǎn)火壓力為175bar時(shí)的表面壓力分布之差別。如可看出的，輪轂孔外部區(qū)域中的徑向應(yīng)力較高，使得由于關(guān)于銷軸線的杠桿臂增大而產(chǎn)生一個(gè)較大的力矩，該力矩使活塞繞銷軸線的彎曲減小。由此例如在槽邊緣上產(chǎn)生較小的切向應(yīng)力但燃燒槽中的其它區(qū)域也受到較小的載荷。
圖6中給出了使用壽命的變化，以圓柱形的輪轂孔為出發(fā)點(diǎn)，它相應(yīng)于100％的值。由此，前面所述的特別是在槽底部、銷方向上的槽邊緣(MuRaBoRi)和冷卻通道-槽(KueKa)上的應(yīng)力減小對(duì)活塞壽命的明顯提高起到作用。
附圖標(biāo)記1活塞2輪轂孔2.1上輪轂區(qū)域(高橢圓)2.2下輪轂區(qū)域(圓柱形)3頂點(diǎn)，頂點(diǎn)中的母線4底點(diǎn)，底點(diǎn)中的母線5整個(gè)輪轂孔的表面6活塞桿7連桿
8活塞銷X輪轂縱軸線，赤道Y活塞縱軸線Z輪轂橫軸線Y′橢圓長半軸與下輪轂區(qū)域的圓直徑之間的差GDS活塞的背壓側(cè)DS活塞的壓力側(cè)
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)的活塞銷軸承，具有輪轂孔，一個(gè)活塞銷支承在這些輪轂孔中，其特征在于，輪轂孔(2)的表面(5)沿其整個(gè)銷長度在輪轂赤道-輪轂頂點(diǎn)-輪轂赤道的區(qū)域內(nèi)是高橢圓形狀，橢圓的參數(shù)為x＝b/2×cosαy＝a/2×sinα，0°≤α≤180°，在輪轂赤道-輪轂底點(diǎn)-輪轂赤道的區(qū)域內(nèi)呈圓柱體狀構(gòu)成，其中a大的橢圓直徑，b＝D小的橢圓直徑，D圓柱形輪轂部分的直徑，α任意射線相對(duì)于x軸構(gòu)成的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞(1)，其特征在于，輪轂孔(2)的位于頂點(diǎn)(3)和底點(diǎn)(4)中的母線平行于輪轂孔軸線延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞(1)，其特征在于，活塞銷(8)是圓柱形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞(1)，其特征在于，活塞銷(3)具有成形穿口(Formeinstiche)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞銷軸承，一個(gè)圓柱形的活塞銷(8)支承在該活塞銷軸承中，要給出一種比現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)了的輪轂孔形狀，以便明顯減小活塞中的機(jī)械應(yīng)力，從而達(dá)到活塞壽命的延長。通過這種形狀避免在活塞銷軸承中產(chǎn)生噪聲。本發(fā)明的方案是，輪轂孔(2)的表面(5)沿其整個(gè)軸線在輪轂赤道－輪轂頂點(diǎn)－輪轂赤道的區(qū)域內(nèi)是高橢圓形狀，橢圓的參數(shù)為x＝b/2×cosα；y＝a/2×sinα，0°≤α≤180°，在輪轂赤道－輪轂底點(diǎn)－輪轂赤道的區(qū)域內(nèi)呈圓柱體狀構(gòu)成，其中a大的橢圓直徑，b＝D小的橢圓直徑，D圓柱形輪轂部分的直徑，α任意射線相對(duì)于z軸構(gòu)成的角度。
文檔編號(hào)F16J1/10GK1656331SQ03811587
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者D·魏因考夫, G·楚格施韋特 申請(qǐng)人:瑪勒股份有限公司