滾動摩擦組合式活塞的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種滾動摩擦組合式活塞，它包括活塞本體和滾動軸承，并通過連接軸組合?；钊N座兩側(cè)向外延伸形成延伸壁并加工出通孔。軸承內(nèi)圈固定在連接軸上，外圈外表面為弧形并帶有橢圓度。組合后軸承處在活塞兩側(cè)延伸壁中間，連接軸分別與延伸壁通孔和軸承內(nèi)圈形成過盈配合。采用此種結(jié)構(gòu)的活塞，工作時軸承與汽缸內(nèi)表面形成滾動運動，相比于滑動運動，摩擦損失顯著下降。連接軸對軸承形成彈性支承，可有效避免拉缸等故障的發(fā)生。軸承滾動時還可對銷孔、銷等施以飛濺潤滑，提高了運動組件的可靠性。另外此種結(jié)構(gòu)還可實現(xiàn)對鍛鋼活塞、鑄鐵活塞等減重的目的。
【專利說明】滾動摩擦組合式活塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于內(nèi)燃機的活塞，尤其是一種滾動摩擦組合式活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，發(fā)動機在向著高功率、高負荷和輕量化的方向不斷發(fā)展，同時對活塞的可靠性、低摩擦性等也提出了更高的要求，這就需要從結(jié)構(gòu)上進行不斷的優(yōu)化。
[0003]發(fā)動機功率損失的30%由摩擦造成，而活塞裙部與汽缸內(nèi)表面間的滑動摩擦是其中的一個主要因素，對有效功率的影響較大。另外由于存在側(cè)向力、熱膨脹及二階運動，經(jīng)常會導致活塞裙部產(chǎn)生嚴重的磨損甚至拉傷。為此，國內(nèi)外活塞設(shè)計制造商致力于優(yōu)化活塞與汽缸的貼合，如在裙部設(shè)置形線、在表面涂石墨以及使用鉸接活塞等。由于均屬面間滑動摩擦，以上方法都存在一定的缺點，裙部形線為活塞工作時的熱膨脹預留出了空間，并能形成楔形潤滑，但良好的形線需要考慮活塞和汽缸的變形以及活塞的運動等眾多因素，設(shè)計較為困難，目前多根據(jù)經(jīng)驗，并常在試驗過程中反復修改，增加了產(chǎn)品開發(fā)的周期和成本；裙部涂石墨能增加裙部潤滑性并促進初期磨合，但控制精度較低，同一批活塞的石墨層厚度存在差別；鉸接活塞的頭部和裙部通過活塞銷鉸接在一起，裙部擺動減小，一定程度上降低了運動過程中裙部的磨損，但仍存在形線設(shè)置困難等問題。
[0004]在申請?zhí)枮?CN200510113015.9的文件中公開了一種變活塞與汽缸間滑動摩擦為滾動摩擦的滾動活塞，它包括活塞體和位于活塞體四周的若干個滾動體，兩者間有連接固定器。滾動體為滾軸，連接固定器包括上活塞套、下活塞套，所述滾軸位于上活塞套與下活塞套之間的槽內(nèi)，部分位于套間開口外，上、下活塞套卡固在活塞體上。當活塞在汽缸中運動時，滾軸在汽缸壁上滾動。該技術(shù)雖然在概念上形成了活塞與汽缸間的滾動摩擦，但未提出組合活塞明確的結(jié)構(gòu)方案，未給出活塞在汽缸內(nèi)的運動形式，并且由于結(jié)構(gòu)和部件繁瑣，其加工性、裝配性和工作性均難以實現(xiàn)。
[0005]有鑒于此，如何降低活塞下端與汽缸間的磨損并保證活塞的結(jié)構(gòu)強度及運動性能成為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員亟需解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滾動摩擦組合式活塞，以減小活塞與汽缸間的摩擦損失，優(yōu)化活塞的運動形式，提高活塞的可靠性。另外在鍛鋼活塞、鑄鐵活塞中使用此技術(shù)還有利于活塞的減重。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種滾動摩擦組合式活塞,包括活塞本體和滾動軸承，所述滾動軸承的內(nèi)圈與一個連接軸配合，且連接軸的兩端與活塞本體連接。
[0009]所述活塞本體上部為活塞頂，包括頂部中心的燃燒室以及外圓處的環(huán)岸和環(huán)槽，下部為銷座，銷座兩側(cè)以(3.5?30) mm的厚度向外延伸形成延伸壁，并在延伸壁上分別加工有通孔，通孔距延伸壁邊緣的截面厚度不小于1.5mm,以保證強度。[0010]所述滾動軸承為異形軸承，內(nèi)圈固定在連接軸上并處在活塞體兩側(cè)延伸壁的中間，外圈外表面沿軸線方向加工成弧形，并帶有橢圓度。
[0011]所述的外圈的橢圓度根據(jù)汽缸及活塞的變形情況進行設(shè)計，設(shè)計的原則:1.軸向長度應保證軸承與活塞的延伸壁不發(fā)生干涉，2.徑向厚度應保證軸承不與連桿發(fā)生干涉。
[0012]所述連接軸長度與延伸壁兩個外側(cè)面之間的距離一致，裝配后分別與延伸壁通孔和軸承內(nèi)圈形成過盈配合。
[0013]所述的連接軸的軸徑不小于4.5mm,以保證在側(cè)向力作用下不產(chǎn)生大的彎曲變形。
[0014]所述延伸壁通孔的中心線與在活塞軸線方向的中心線高度一致，并低于銷孔中心。
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]采用上述結(jié)構(gòu)的滾動摩擦組合式活塞，工作時軸承與汽缸內(nèi)表面形成滾動運動，加上橢圓弧面與汽缸壁面的良好貼合，相比于原有活塞裙與汽缸的滑動運動，摩擦損失顯著下降。連接軸對于軸承形成彈性支承，工作時可有效降低汽缸壁與活塞間側(cè)向力的影響，避免出現(xiàn)拉缸等故障。潤滑油經(jīng)油帶流至軸承表面，高速滾動過程中可對銷孔、活塞銷以及連桿等運動部件形成飛濺潤滑，提高了活塞組件的可靠性。另外若此種結(jié)構(gòu)用于鍛鋼活塞、鑄鐵活塞等高強度活塞中，還可實現(xiàn)減重的目的。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型實施例所提供的一種活塞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中活塞本體的局部剖視圖；
[0019]圖3為圖1中軸承的局部剖視圖。
[0020]圖中，I為活塞本體,2為軸承,3為連接軸,4為銷座,5為延伸壁,6為通孔,7為通孔中心，8為銷孔中心，9為外圈，10為內(nèi)圈，11為弧線，12為油帶。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作形式進一步說明，但它們并不構(gòu)成對本實用新型的限制。
[0022]如附圖1所示,滾動摩擦組合式活塞，它包括活塞本體1、滾動軸承2和連接軸3,滾動軸承2通過連接軸3裝配到活塞本體I上。
[0023]如附圖2所示，活塞下部無活塞裙，銷座4兩側(cè)以一定的厚度向外延伸形成延伸壁5，其厚度要保證延伸壁5能夠承受活塞工作時的側(cè)向壓力，在延伸壁5的下部加工出通孔6，通孔6距延伸壁5的邊緣應有一定的距離，以防止延伸壁5被拉斷。各通孔中心7在活塞軸線方向上應保持高度一致，并且低于銷孔中心8，以便使軸承2與汽缸的接觸位置在活塞銷孔中心8以下，防止活塞在工作過程中發(fā)生大的擺動。
[0024]如附圖3所示，滾動軸承2為異形軸承，其外圈9表面沿軸線方向形成一條弧線11，此弧線11的半徑略小于汽缸半徑，并與汽缸同心，另外由于活塞工作時汽缸與軸承2間有力的作用，會使軸承2發(fā)生一定的變形，因此軸承2的弧線11應帶有一定的橢圓度，以便在變形條件下汽缸與軸承有良好的貼合。橢圓度根據(jù)汽缸及活塞的變形情況進行設(shè)計，設(shè)計的原則:軸向長度應保證軸承與活塞的延伸壁不發(fā)生干涉，即有間隙，2.徑向厚度應保證軸承不與連桿發(fā)生干涉，即有間隙。
[0025]活塞各部件組合后，軸承2處在活塞兩側(cè)延伸壁5的中間，其中連接軸3分別與延伸壁通孔6和軸承內(nèi)圈10形成過盈配合，以保證工作過程中兩兩間不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動及滑動。所述連接軸3長度與延伸壁5外側(cè)面間距離一致，而軸徑則應保證在側(cè)向力作用下連接軸3不發(fā)生大的彎曲變形。
[0026]工作時活塞在汽缸內(nèi)上下運動，兩側(cè)軸承2分別與汽缸內(nèi)表面貼合并發(fā)生滾動運動，相比與滑動運動，大幅降低了由于摩擦引起的功率損失，另外由于連接軸3對軸承2形成的支承帶有一定的彈性，避免了拉缸等故障的發(fā)生。潤滑油經(jīng)油帶12流至軸承2表面，滾動過程中對銷孔、活塞銷以及連桿等運動部件形成飛濺潤滑，提高了活塞運動組件的可靠性。
[0027]如有減重要求，還可將延伸壁5部分去除，僅留承載通孔6及其與銷座4相連的部分。
【權(quán)利要求】
1.一種滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:包括活塞本體和滾動軸承，所述的滾動軸承的內(nèi)圈與一個連接軸配合，且連接軸的兩端與活塞本體連接。
2.如權(quán)利要求1所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述活塞本體上部為活塞頂，包括頂部中心的燃燒室以及外圓處的環(huán)岸和環(huán)槽，下部為銷座，銷座兩側(cè)以3.5^30mm的厚度向外延伸形成延伸壁，并在延伸壁上分別加工有通孔，通孔距延伸壁邊緣的截面厚度≥1.5_，以保證強度。
3.如權(quán)利要求1所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述滾動軸承為異形軸承，內(nèi)圈固定在連接軸上并處在活塞體兩側(cè)延伸壁的中間，外圈外表面沿軸線方向加工成弧形，并帶有橢圓度。
4.如權(quán)利要求3所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述的外圈的橢圓度根據(jù)汽缸及活塞的變形情況進行設(shè)計，設(shè)計的原則:1.軸向長度應保證軸承與活塞的延伸壁不發(fā)生干涉，2.徑向厚度應保證軸承不與連桿發(fā)生干涉。
5.如權(quán)利要求1所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述連接軸長度與延伸壁兩個外側(cè)面之間的距離一致，裝配后分別與延伸壁通孔和軸承內(nèi)圈形成過盈配合。
6.如權(quán)利要求1所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述的連接軸的軸徑≥ 4.5mm,以保證在側(cè)向力作用下不產(chǎn)生大的彎曲變形。
7.如權(quán)利要求3所述的滾動摩擦組合式活塞，其特征在于:所述延伸壁通孔的中心線與在活塞軸線方向的中心 線高度一致，并低于銷孔中心。
【文檔編號】F02F3/00GK203742820SQ201320870516
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】劉世英, 章健, 趙文斌, 郭偉, 熊培友 申請人:山東濱州渤海活塞股份有限公司