專利名稱：用于驅動螺旋槳軸的內燃機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于驅動螺旋槳軸的內燃機，在其最后端的主軸承處，它具有一個推力軸承，在曲軸的軸向方向上，所述主軸承位于一個曲軸的軸柄和所述推力軸承的推力凸輪(thrust cam)之間，該推力凸輪可與所述曲軸一起旋轉，推力軸瓦設置在推力凸輪的軸向向前的滑動面和內燃機底板中所述主軸承的靜止軸承座的軸向向后的支承面之間。
背景技術：
在內燃機中將這樣的一個推力軸承集成在引擎最后端的主軸承的底板中，會有利地使發動機變短。這種內燃機一般是大型船舶的主發動機。所述大型船舶比如是集裝箱船。在這種內燃機中，必須將非常大的扭矩從發動機通過螺旋槳軸傳遞給螺旋槳。當螺旋槳推動船舶前進時，螺旋槳給螺旋槳軸一個向前的力，這個力在所述推力軸承中通過所述底板傳遞給發動機底座。
從旋轉軸到底板的力傳遞是通過推力軸瓦進行的，推力軸瓦相對于主軸承座的支承面基本上是靜止的。推力凸輪上的滑動面在推力軸瓦的支承面上滑動，潤滑油膜借助于推力軸承的潤滑系統被保持在該支承面和所述滑動面之間。
各推力軸瓦各自相對于所述推力凸輪進行調整，推力軸承的總負荷能力是各推力軸瓦的負荷能力的和。因此，希望所述推力軸瓦的負荷能力在工作時合理地均勻分布，這在集成在主軸承中的推力軸承中可能是比較困難的，因為，在與主軸承的可拆卸的上部相對的向上的扇形部分中沒有推力軸瓦。因此，當前的推力凸輪的向上的部分在軸向上不受推力軸瓦的支承。
發明內容
本發明的目的是改善內燃機中的推力軸承的負荷能力。
為此，本發明的內燃機的特征在于，所述推力凸輪在周圍區域具有一個旋轉對稱的弧形凹槽，該凹槽徑向向內最多延伸到推力軸瓦的中間位置。
在推力軸承的負荷能力得到最大限度的利用的滿負荷運行中，所述周圍區域中的所述弧形凹槽意味著，在該周圍區域，推力凸輪被不那么堅實地壓向推力軸瓦的徑向最靠外的區域。
首先，這意味著推力中心(thrust centre)在徑向上稍許向內移動。主軸承的固定部分與所述底板的一個橫向壁形成一個整體，該橫向壁由重材料制成，并具有肋形加強筋。因此，與其與主軸承中的軸孔相鄰的徑向最靠內的區域相比，其徑向最靠外的區域的支承面剛性更強。在工作負荷下，支承面的剛性更強的區域在軸向上變形小一些，這導致在推力軸瓦上，傾向于在其徑向最靠外區域具有最高負荷。所述推力凸輪中的弧形凹槽減小了推力凸輪徑向最靠外區域的軸向壓力，從而對該區域支承面的更強的剛性進行了補償。
其次，所述弧形凹槽在推力軸承上推力凸輪從不受支承轉換為受支承的區域中提供了一種更均勻的壓力分布。在推力凸輪不受支承的區域，推力凸輪的周圍區域傾向于撓曲，隨著該周圍區域繼續旋轉到受支承區域，所述撓曲減小，使位于前面的推力軸瓦受到額外的負荷。所述弧形凹槽提供了對該超負荷的部分補償，該凹槽減小了作用在軸瓦上的推力負荷，這尤其是因為推力凸輪的撓曲所發生的徑向最靠外區域是最大的。
如果該凹槽進一步在徑向向內延伸，超過推力軸瓦的中部，軸瓦所能傳遞地最大推力就可能會減小，這是不愿看到的。
最好，所述弧形凹槽向內最多延伸到推力軸瓦徑向最靠外的30％處，因為，會受最大推力影響的徑向最靠內區域這樣就能包括該推力軸瓦的一個較大區域，這是有利的。
在一種優選實施例中，所述弧形凹槽位于推力凸輪的外表面上。該凹槽使推力凸輪在徑向最靠外區域具有更大的撓性。當推力軸承上的負荷低時，推力凸輪上的壓力就太低而不能使推力凸輪變形，所述滑動面就能基本上平行于所述支承面。當推力凸輪上的壓力高時，由于該凹槽形成的更大的撓性，與該凹槽相對的徑向最靠外區域會在軸向向該凹槽撓曲。所述撓曲意味著更大比例的推力負荷被推力軸瓦的徑向內側區域吸收。因此，該實施例的優點是滑動面通過自身根據負荷的大小來調節自身的形狀，使得保持在推力軸瓦和該滑動面之間的潤滑油膜狀態良好并具有適宜的厚度。
在一種實施例中，所述弧形凹槽與至少一個冷卻劑供給管相連。通過向所述弧形凹槽提供通常是潤滑油的冷卻劑，推力凸輪的徑向最靠外區域的前面和背面同時得到冷卻，從而可以保持較低溫度，從而有助于改善負荷能力，因為比較冷的潤滑油能夠傳遞更大的推力而不會被擠走。由于冷卻劑不是必須在所述弧形凹槽中發揮潤滑功能，供給速率可以完全根據冷卻需要進行調適。
在一種實施例中，所述內燃機中的推力凸輪具有一個徑向突出的凸緣，一個鏈輪固定在該凸緣上的一個位于所述弧形凹槽的徑向外側的位置。在某些情況下，所述推力軸承設置在驅動位于發動機后端的凸輪軸的一個鏈條傳動設備上。在這種情況下，所述鏈輪會限制推力凸輪的徑向最靠外區域靠弧形凹槽而獲得的撓性。通過將所述鏈輪固定到所述凸緣上，該鏈輪只在所述弧形凹槽的一側固定到所述推力凸輪上，而該凹槽的另一側完全保留了所需的撓性。
在一種替代的設計中，所述推力凸輪有在軸向上分別在弧形凹槽兩側的兩個圓柱形表面，一個鏈輪的兩個環形件分別固定到一個所述圓柱形表面上。將所述鏈輪分成在軸向上能適當地互助回彈(mutuallyflexible)的兩個部件還防止了該鏈輪與推力凸輪的徑向最靠外區域的撓性抵消。
或者，所述弧形凹槽可以設置在推力凸輪的軸向向前的滑動面上。但是，這會導致在卸載的推力軸承中，滑動面和支承面之間的距離在徑向最靠外區域比在徑向最靠內區域更大，這會在低負荷的徑向最靠外區域導致油膜非常厚。然而這并不會導致運行上的問題。當推力軸承滿負荷，而且徑向最靠外區域比徑向最靠內區域撓曲得更多時，滑動面和支承面之間的距離就會更均勻，這會促進負荷在推力軸瓦上的均勻分布，提高負荷能力。
由于負荷在推力軸瓦的徑向上分布更均勻，本發明在非常大的，最大連續額定功率至少為40000kW的二沖程十字頭式狄塞爾發動機中尤其有用。由于一般要在低轉速下，例如70到200rpm的轉速下輸出非常高的功率，軸向推力會極高，推力軸承相應具有很大面積的推力軸瓦。從而，軸瓦和滑動面之間的油膜厚度相對于推力軸瓦的尺寸較小，并且，推力在軸瓦上的分布不均勻，這對負荷能力可能有顯著的影響。
下面結合示意圖對本發明的實施例作更詳細的描述。附圖中圖1是本發明的內燃機的側視圖；圖2是圖1所示內燃機的推力軸承的后視圖；圖3是通過圖2中的推力軸承的剖視圖；圖4和圖5是本發明的其他實施例的與圖2相應的剖面的局部；圖6是通過另一個實施例的推力凸輪和推力軸瓦的局部剖面。
具體實施例方式
圖1圖解了一個通過一中間軸2連接到帶有螺旋槳4的螺旋槳軸3的內燃機1。該內燃機可以是四沖程發動機或者二沖程發動機，例如本申請人的ME型或MC型二沖程十字頭式發動機，這些發動機對于本領域的普通技術人員來說是公知的。發動機例如可以有30到120cm的缸徑，缸數例如為5到20，對于十字頭式發動機來說，轉速可以在60到300rpm。發動機的輸出功率例如可以為3000到130000kW。發動機最好具有較大的輸出功率，比如至少30000kW，缸數至少為8，缸徑至少為70cm。
在曲軸6的最后端主軸承5中，內燃機1具有一個示于圖2的后視圖中的推力軸承7，該推力軸承的縱剖面示于圖3。主軸承5的固定軸承座與發動機底板8的一個橫向壁一體澆鑄。該橫向壁由較大的肋9加強，以獲得大的剛性。該主軸承座還包括一個可拆卸的上部10。該主軸承座在其形成軸孔的內表面上覆蓋有軸承金屬，在所述軸孔中設置有一個軸頸12，該主軸承座與曲軸最后端的曲軸軸柄中的軸柄臂相連，并與所述推力軸承中的推力凸輪形成為整體。在推力凸輪的后側，同一個軸部在支承在最后端的軸承16中的軸頸15中延伸。該軸頸15終止于一個法蘭17，后者隨發動機后端與船體艉軸管之間的距離而定，或者固定到中間軸2上，或者直接固定到螺旋槳軸3上。
在固定的主軸承座的后側，有一個繞主軸承的下部呈環形延伸到支承面，在與主軸承的縱向中心線19成直角的基本上豎直的平面內。在圖示的實施例中，所述支承面在軸周長的22/36上延伸。在支承面上，設置了若干個例如八個Michell型推力軸瓦20。這些軸瓦由一個軛鐵21固定，軛鐵21在軸向的延伸超出兩個最上部的推力軸瓦的側表面，從而使軸瓦不能隨推力凸輪一起轉動。所述軛鐵21可以是可拆卸的，從而允許拆卸推力軸瓦，而不需要從推力軸承拆卸軸連同推力凸輪。也可以用所述主軸承座的可拆卸部分上的兩個凸緣來代替軛鐵，或者用可拆卸地固定在所述主軸承上的兩個單獨的終點擋板來代替。
在面對所述支承面的一側，所述推力軸瓦20具有一個徑向延伸的邊緣，軸瓦可以關于該邊緣傾斜從而根據來自推力凸輪的負荷進行調整。推力軸瓦在其對著推力凸輪的相對的支承面上是平面的。
推力凸輪具有一個向前的滑動面22，該滑動面旋轉對稱，并基本上平行于支承面18延伸。在相應于螺旋槳的推力的向前的軸向力的作用下，該滑動面被壓向所述推力軸瓦，同時潤滑油膜被連續不斷地引進該滑動面和推力軸瓦的支承面之間。潤滑油從一個送油管23供給，該送油管向一個U形分配管供給潤滑油。該分配管向下經過推力軸瓦的徑向最靠內部分，如圖2中右側部分所示。從該分配管分支出幾個噴管，例如以這種方式向推力軸瓦供給潤滑油在每一個推力軸瓦處有一個單獨的噴管。
上述推力軸瓦僅當發動機1將船舶向前推進時才起作用。如果發動機連接到一個帶固定漿距螺旋槳的螺旋槳軸，則在倒船時需要使發動機反向運轉。
在反轉時，為了吸收軸向向后的軸力，可以將所述推力軸承設計為雙向作用推力軸承，其中，所述推力凸輪還具有一個第二環形滑動面26，并具有相應的第二推力軸瓦27，第二推力軸瓦設置在軸承16前部的軸向向前的支承面上。
在其徑向向外的周緣上，示于圖3的推力凸輪具有一個弧形凹槽28，該凹槽繞推力凸輪的整個圓周旋轉對稱地延伸。在各種情況下，該凹槽的弧形形狀都根據推力凸輪中對于發動機來說主要的應力情況來進行選擇。例如，該弧形形狀可以是拋物線形，橢圓形，或其他合適的曲線形狀。
圖3中的距離a在徑向方向從推力凸輪圓周上所述凹槽28起始的位置延伸到推力軸瓦范圍在徑向上的一半處。在圖3的實施例中，所述凹槽延伸過的徑向距離對應于推力軸瓦在徑向上的范圍的25％。對于大推力的傳遞，這樣可以有一個好處，那就是，推力軸瓦的盡可能大的部分由推力凸輪中的實心的、非撓性的材料支承。所述凹槽降低了推力凸輪的軸向剛性，從而，推力凸輪的徑向最靠外區域可以在軸向上彈性彎曲。
在推力凸輪14的周緣可以設置一個鏈輪29。使該鏈輪的形狀為齒形輪輞，其齒圈30數等于鏈條傳動裝置的鏈數。圖4示出了一個實施例，其中，所述鏈輪29被固定到一個從推力凸輪的外表面徑向突出的凸緣31上。該固定由螺栓連接實施。所述鏈輪連同相應的凸緣31能夠在軸向上自由調整。在圖4的實施例中，最后端的齒圈30相對于固定凸緣31有一個軸向位移。或者，可以安裝一個鏈輪，使齒圈30在凸緣31兩側軸向對稱。在這種情況下，鏈輪可以熱裝到凸緣上，或者用徑向延伸和/或軸向延伸的螺栓將其螺栓連接到凸緣上。
圖5示出了一個替代的實施例，其中，所述鏈輪被分成兩個環形件32，其中每一個環形件都熱裝到推力凸輪的外表面上的一個圓柱形表面33上。所述兩個環形件32在軸向上能互助回彈(mutually resilient)。
圖6示出了另一個實施例，其中，所述弧形凹槽28’位于與推力軸瓦20相對的滑動面22上。該凹槽28’可以為拋物線形，或者為其他任何可以在材料中形成適當的應力分布的曲線形狀。當軸承卸載時，徑向最靠外的邊緣離開在推力軸瓦20上的支承面一個距離b。當軸承滿負荷時，推力凸輪的徑向最靠外區域受到載荷，使其向推力軸瓦軸向變形。變形的大小使得滑動面和支承面在滿負荷時基本上平行。
上述各種實施例的詳細技術特征可以組合為新的實施例。
權利要求
1.一種用于驅動螺旋槳軸的內燃機，在其最后端的主軸承處具有一個推力軸承，在曲軸的軸向方向上，所述主軸承位于一個曲軸(6)的軸柄和所述推力軸承的推力凸輪之間，該推力凸輪可與所述曲軸一起旋轉，推力軸瓦(20)設置在推力凸輪的軸向向前的滑動面和內燃機底板(8)中所述主軸承的靜止軸承座的軸向向后的支承面之間，其特征在于，所述推力凸輪具有一個旋轉對稱的弧形凹槽(28、28’)，該凹槽徑向向內最多延伸到推力軸瓦的中間位置。
2.如權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述弧形凹槽(28’)向內最多延伸到推力軸瓦(20)徑向最靠外的30％處。
3.如權利要求1所述的內燃機，其特征在于，所述弧形凹槽(28)位于推力凸輪的外表面上。
4.如權利要求3所述的內燃機，其特征在于，所述弧形凹槽(28)與至少一個冷卻劑供給管相連。
5.如權利要求3或4所述的內燃機，其特征在于，所述推力凸輪具有一個徑向突出的凸緣，一個鏈輪(29)固定在該凸緣上的一個位于所述弧形凹槽(28、28’)的徑向外側的位置。
6.如權利要求3或4所述的內燃機，其特征在于，所述推力凸輪具有在軸向上分別在弧形凹槽(28)兩側的兩個圓柱形表面，一個鏈輪的兩個環形件(32)分別固定到一個所述圓柱形表面上。7。如權利要求6所述的內燃機，其特征在于，所述鏈輪的兩個環形件在軸向上能互助回彈。
8.如權利要求1或2所述的內燃機，其特征在于，所述弧形凹槽(28’)位于推力凸輪的軸向向前的滑動面(22)上。
9.如權利要求1所述的內燃機，其特征在于，該內燃機是最大連續額定功率至少為40000kW的二沖程十字頭式狄塞爾發動機。
全文摘要
內燃機的最后端的主軸承設置在一個曲軸的軸柄和一個推力軸承的推力凸輪之間。推力軸瓦(20)設置在推力凸輪的軸向向前的滑動面(22)和靜止主軸承座的軸向向后的支承面(18)之間。所述推力凸輪(14)在一個周圍區域具有一個旋轉對稱的弧形凹槽(28),該凹槽徑向向內最多延伸到推力軸瓦(20)的中間位置。
文檔編號F02F7/00GK1374464SQ02107128
公開日2002年10月16日 申請日期2002年3月11日 優先權日2001年3月12日
發明者安德斯·V·漢森 申請人:曼B與W狄賽爾公司