具有无轴承大端部的连接杆的制作方法
【专利说明】具有无轴承大端部的连接杆
[0001]本申请要求提交于2013年06月17日、申请号为61/835，985的临时专利申请的优先权，此处其整个内容通过参考并入本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种无轴承连接杆以及生产连接杆的方法。本发明还涉及一种内燃机以及包括这种连接杆的自动车辆。
【背景技术】
[0003]连接杆用来将曲柄轴连接至活塞。连接杆包括杆状杆主体，小端部设置在杆主体的一个端部。大端部设置在杆主体的另一端部。连接杆主体越厚，越高的负荷能够在发动机操作期间施加至连杆。
【发明内容】
[0004]连杆的小端部包含活塞销镗孔并且允许活塞销延伸通过镗孔。小端部经由活塞销机械地连接至活塞。在小端部的对置部位，连杆的大端部包含曲柄销镗孔，其用于允许曲柄轴轴瓦延伸通过镗孔。大端部机械地连接至曲柄轴。
[0005]在该发明的实施例中，大端部分裂为两个件。杆部分从杆主体的一个端部继续。帽子部分利用螺栓联接至杆部分。在该发明中连接杆被称为分裂式连接杆。
[0006]对连接杆的机械特性的要求因每个区域而不同。例如，小端部以及连接杆的杆主体要求具有高强度以及高韧性以便在使用期间不会承受疲劳故障或者冲击故障。连接杆的大端部设计为使得镗孔的直径表面不逆着曲柄轴轴颈的摩擦而变形。
[0007]如果弹性模量低于钢弹性模量的合金被用作连接杆的材料，那么可以实现重量降低，但是大端部的刚度将不足够。设计连接杆具有用于获得足够刚度的尺寸将减损重量降低的优势。
[0008]连接杆将在燃烧周期期间生成的功率从活塞传递至发动机的曲柄轴。连接杆通常由第一端部和第二端部限定。第一端部和第二端部均典型地包括出现在连接杆的每个端部的孔口。典型地，出现在连接杆的第一端部中的孔口小于出现在连接杆的第二端部中的孔口。连接杆的第一端部中的孔口构造为依靠活塞销连接至活塞。连接杆的第二端部中的孔口构造为依靠曲柄轴销连接至曲柄轴。
[0009]钢是用于制造连接杆和曲柄轴轴瓦的最常见的材料。大端部内径和曲柄轴轴瓦之间的间隙非常小。间隙尺寸在0.005英寸的级别。连杆的内部镗孔和两个部件的轴瓦表面之间的紧密容差限制出现在曲柄轴镗孔和轴瓦之间的发动机油的量。
[0010]典型地，软的以及粗糙的金属轴承表面安置在轴瓦表面和的大端部镗孔的内径之间。该软金属表面降低摩擦并且向内径以及曲柄轴轴瓦提供了一些润滑。习惯上，铜铅合金用于轴承材料。较软的铅铜合金提供了润滑，并且消除会引起热滞以及发动机故障的大多数钢与钢的接触。
[0011]软金属轴承组合易受疲劳和故障的影响。金属轴承还增加连接杆组件的质量；并且使发动机组件处理更复杂。
[0012]在该发明中解决了对于具有无轴承大端部的连接杆的需要，该连接杆能够承受高压施加在连接杆的负荷轴承表面上。还存在对于连接杆的需要，该连接杆提供了成本效益的性能，同时在质量制造环境中留下用于生产的实践。
【附图说明】
[0013]现在参考附图，详细示出了示意性例子。附图代表在该申请中描述的示范例证。附图未按比例绘制。为了更好地图示以及解释示范例证的创新方案，特定特征可以被放大。在该申请中提出的示范例证不旨在详尽的、限制性的或者约束示出于附图中的精确的形式以及构造。通过参考如下附图详细描述本发明的示范例证:
[0014]图1图示了根据示范例证的连接杆；
[0015]图2图示了根据另一示范例证的连接杆；
[0016]图3图示了连接杆的大端部以及热喷涂内径表面。
【具体实施方式】
[0017]现在参考下文的讨论以及附图，详细示出了示意性实施例。为了更好地图示以及解释，本公开特定特征可以被放大、移除或者局部分段。在该申请中陈述的描述不旨在详尽的限制或者以任何方式约束权利要求的精确形式。
[0018]在该发明中根据实施例生产的连接杆具有的优势在于，它们在曲柄轴轴瓦和大镗孔的内径之间不包含轴承壳。
[0019]在正常发动机操作期间，连接杆将功率从活塞传递至发动机的曲柄轴。燃烧功率通过点火可燃燃料空气混合物生成。连接杆转换活塞的线性运动为曲柄轴上的旋转运动。在该实施例中燃料通常以石油为基础，但是能够使用其他类型燃料。燃料空气混合物的燃烧施加极限压力在活塞和连接杆上。为了传递燃烧功率，连接杆依靠活塞销(未示出)机械地联接至活塞。
[0020]大端部轴承表面和曲柄轴轴瓦之间的界面在操作期间经历连续周期性径向负荷。施加至轴承表面的这些周期性负荷主要引起连接杆轴承的磨损。
[0021]例证针对具有大曲柄轴端部的连接杆。大端部镗孔内径在通常安装有软金属轴承的轴承表面的机加工内径上包括热喷涂涂层。热喷涂涂层给予在先前不必要的方法中采用连接杆的轴承。
[0022]在一些实施例中，大镗孔的内径表面的水平直径构造为与可以大于垂直直径的曲柄轴轴瓦配合。该偏心度能够出现在经涂覆及未经涂覆的表面镗孔中。
[0023]与曲柄轴销配合的表面的偏心度可以大致改善曲柄轴轴瓦和连接杆的大端部镗孔之间的界面周围的油润滑。大镗孔的偏心度可以通过机加工镗孔或者涂覆表面而设置，仅作为例子。
[0024]可以机加工内径、大镗孔端部的负荷轴承表面，然后施加涂层，例如，金属涂层。一个实施例使用热喷涂方法(例如HV0F)、等离子或者冷涂以施加金属以及聚合物涂层。一个示范热喷涂涂层由铜(Cu)合金(例如，Cu-Sn，Cu-Sn-Bi，Cu-Sn-Ni或者Cu-Sn-Bi_Ni)组成，仅作为例子。在其他例子中，可以采用电板涂层或者喷溅涂层。
[0025]金属涂层可以具有的厚度为约50和400微米之间。在另一实施例中，涂层厚度在约150和200微米之间。第三实施例具有的厚度为约150微米。
[0026]金属涂层可以沿着图示于附图中的位置“A”施加。在“A”涂层被施加之后，下一步骤可以为机加工操作以使表面粗糙并且提供期望的圆形形状。
[0027]在机加工操作之后，聚合物涂层可以施加至位置“B”。正如附图图示的，聚合物涂层被施加在大镗孔的层上，延伸在金属涂层的顶部。在一个例子中，聚合物涂层可以具有铝粒子(大约10-15% )、聚四氟乙烯(PTFE，即，Teflon特氟隆)(大约5-7% )、硅烷(大约
4.5至5.0% )和平衡聚酰胺-酰亚胺材料的混合物的成分。仅作为例子，聚合物涂层商业上可从MAHLE获得，包括商业上公知为F1和F2可获得的聚合物涂层。还可以采用描述于美国专利公开号2011/0317955的这些聚合物涂层。此处美国专利公开号2011/0317955的整个内容通过参考清楚地并入。
[0028]聚合物涂层可以施加成比任何金属涂层薄的层。在一个例子中，聚合物涂层大约为3-5微米厚，第二示范方法提供了 10微米厚的涂层，在第三例子中，涂层大约为3-15微米厚。在一些示范应用中，聚合物涂层可以为40微米厚。
[0029]金属涂层和聚合物涂层可以大致结合以作用为轴承的替代。由于消除了轴承部件的上和下连接杆部分，所以无轴承设计导致更轻的总体部件。能够比使用独立轴承部件的一些先前实施例具有更高负荷能力。
[0030]偏心大镗孔形状可以创建在大镗孔表面。正如图示的，利用热喷涂涂层或者任何其他金属涂层，金属涂层可以施加至大镗孔的内径的“A”位置。在一个方法中，热喷涂涂层包括铜(Cu)合金，例如，Cu-Sn、Cu-Sn-B1、Cu-Sn-Ni或者Cu-Sn-B1-Ni，仅作为例子。金属涂层可以具有的厚度为约50和400微米之间的，第二示范例证具有的厚度为约150和200微米之间的，第三示范例证具有的厚度为约150微米。
[0031]仅作为例子，可以采用三金属涂层或者双金属涂层。在一个例证中，大镗孔的最底端仅包括聚合物涂层，即，其直接施加至金属镗孔表面。
[0032]更具体来说，大镗孔的整个内径具有聚合物涂层，类似于上述第一示范例证。机加工大镗孔表面，例如，在应用聚合物涂层之前，可以要求提供如图示的偏心形状。
[0033]大镗孔的内径可以初始机加工以形成水平偏心形状。偏心形状由大于直径D1的直径D2限定。例如，大致如上述第一示范例证中描述的，聚合物涂层可以沿着整个内径直接施加至金属(例如钢)表面。因此，具有聚合物涂层的连接杆大端部将具有偏心度，作为水平直径D2大于垂直直径D1的结果。
[0034]热喷涂涂层可以施加在整个内径上，(不存在其他机加工)聚合物涂层可以施加在热喷涂涂层的顶部。由于施加聚合物涂层可以消除得自于热喷涂的粗糙，并且可导致在第一三个示范例证中详细的水平偏心形状。