[發明專利]曲軸、軸承組件以及大型多缸體二沖程柴油機

有效

• 申請號: 201310551839.X
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103807282A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 馬丁·奧爾松
• 申請（專利權）人: 曼柴油機歐洲股份公司曼柴油機德國分公司
• 主分類號: F16C3/06
• 分類號: F16C3/06;F16C9/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

技術領域

本發明涉及一種曲軸、軸承組件以及十字頭式大型多缸體二沖程發動機。本發明尤其涉及具有通過主軸頸而相互連接的曲拐的曲軸、具有用于曲軸的主軸頸的軸承殼體的軸承組件、以及包括所述曲軸與軸承組件的十字頭式大型多缸體二沖程發動機。

背景技術

低速運行大型二沖程十字頭式柴油機是龐大的并且高效的動力產生機器。這些發動機中最大的以94rpm產生約120.000kW，具有36米的總長以及接近3800噸的重量。

此種類型的發動機分成缸體部分，其通過相鄰橫梁映現在臺板中、通過橫向加強件映現在A-狀曲軸箱框架中、以及通過缸體間距映現在缸體框架中。

這些發動機包括從通過各自都由主軸承支撐的主軸頸而相互連接的曲拐裝配在一起的曲軸。每個曲拐都包括通過曲柄銷相互連接的兩個臂，臂通過收縮連接件與相關的主軸頸連接，所述收縮連接件包括裝配入臂中孔內的主軸頸端部收縮件。每個曲拐都可是一體制造或者由兩個臂與曲柄銷裝配而成。

最大發動機的曲拐重約25噸，整個曲軸重量高達約400噸。曲軸必須能夠傳送可以具有高達約12.000.000Nm的峰值并且活塞的作用在曲軸上的作用力同樣巨大。根據多個構造方面確定曲軸的部件的尺寸，由此尤其是將要傳送的作用力與由曲軸的振動特性產生的作用力影響相應零件的尺寸。此外，連接件與部件的尺寸中的安全因素通過相應的船分類協會的要求調節。

十字頭式大型多缸體二沖程柴油機的主軸頸必須承受由活塞施加到曲軸的大的作用力以及由曲軸的振蕩質量與振動特性產生的作用力。

大型二沖程柴油機的主軸承是滑動軸承，其中在將軸頸從軸承表面（bearing?surface）提升的壓力的作用下，軸頸的旋轉運動的流體動力效應產生在軸承殼體的軸承表面與軸頸的軸承表面之間的油膜中累積的壓力。需要保持最小油膜厚度以防軸承表面的磨損。在十字頭式大型多缸體二沖程柴油機中的單個主曲軸軸承上的載荷未均勻地分布在相應軸承上，而是從軸承到軸承變化。這些變化來自當曲軸旋轉時產生的動態質量力以及生成的曲軸的振動特征。由燃燒壓力產生的曲拐的彎曲以及由待傳送的波動轉矩產生的非中心曲拐中的扭轉導致在發動機運行過程中在相應主軸承之間的軸向偏移與未對準，此外還促進了在相應軸承上的變化載荷。在發動機運行過程中由燃燒壓力產生的曲軸的彎曲與扭轉以及由待傳送的波動轉矩產生的非中心曲拐中的扭轉也導致在每個發動機周期期間的軸頸軸與軸承軸之間的傾斜。

此外，作用在曲軸上的作用力致使曲軸的彎曲，尤其在曲拐處導致主軸頸相對于主軸承的傾斜。在曲軸中主軸頸的傾斜從主軸頸到主軸頸不同，并且這可以導致高邊緣壓力以造成在軸承材料中的疲勞破壞。高邊緣壓力還與低油膜厚度相關。具有在這些類型的軸承中常見的油膜中的高壓的另一個問題與未對準與傾斜無關，而是與沿著主軸承軸的方向的油膜壓力的輪廓相關。

用于大型二沖程柴油機的已知主軸承設有所謂的混合邊緣軸承（blended?edge?bearings）殼體，以便適應相應軸承的不同程度的未對準。

將這種所謂的“混合邊緣”設計引入到薄殼體白金屬主軸承上，以更好地處理曲軸傾斜，并且由此增加朝向邊緣疲勞破壞的抗性。

混合邊緣設計在靠近軸承殼體的邊緣的周邊區域中是平滑的半徑，其在不具有觸碰軸承殼體的邊緣或者在軸承殼體的邊緣處產生高油膜壓力風險的情況下允許主軸承軸傾斜。

當傾斜小并且軸承力很高時，關于混合邊緣軸承的權衡（trade-off）是減小承載能力。在此位置處需要普通軸承（plain?bearings）。如果混合邊緣軸承規定在相同發動機中的其它地方，那么發動機必須裝配以普通與混合邊緣殼體作為備用零件，由于在遠洋船舶中的發動機必須在船上承載此必要的備用零件，因此這使得物流更復雜并且發動機更昂貴。

發明內容

在此背景下，本發明的目的是提供一種克服或者至少減小與現有技術相關的缺點的曲軸。

此目的根據權利要求1通過為往復運動活塞發動機或壓縮機提供曲軸來實現，曲軸具有通過主軸頸相互連接的多個曲拐，主軸頸具有主軸頸軸承表面，所述主軸頸軸承表面在其兩個軸向端之間具有給定寬度，由此至少一個后退區域（receding?area）設置在至少一個主軸頸的的主軸頸軸承表面中，至少一個后退區域與兩個軸向端中的一個鄰接，并且后退區域在遠離與后退區域鄰接的兩個軸向端中的一個的軸向方向上具有減小的深度。