專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸的內(nèi)燃機(jī)，在其最后端的主軸承處，它具有一個(gè)推力軸承，在曲軸的軸向方向上，所述主軸承位于一個(gè)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(zhuǎn)，推力軸瓦設(shè)置在推力凸輪的軸向向前的滑動(dòng)面和內(nèi)燃機(jī)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(shù)：
在內(nèi)燃機(jī)中將這樣的一個(gè)推力軸承集成在引擎最后端的主軸承的底板中，會(huì)有利地使發(fā)動(dòng)機(jī)變短。這種內(nèi)燃機(jī)一般是大型船舶的主發(fā)動(dòng)機(jī)。所述大型船舶比如是集裝箱船。在這種內(nèi)燃機(jī)中，必須將非常大的扭矩從發(fā)動(dòng)機(jī)通過螺旋槳軸傳遞給螺旋槳。當(dāng)螺旋槳推動(dòng)船舶前進(jìn)時(shí)，螺旋槳給螺旋槳軸一個(gè)向前的力，這個(gè)力在所述推力軸承中通過所述底板傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)底座。
從旋轉(zhuǎn)軸到底板的力傳遞是通過推力軸瓦進(jìn)行的，推力軸瓦相對(duì)于主軸承座的支承面基本上是靜止的。推力凸輪上的滑動(dòng)面在推力軸瓦的支承面上滑動(dòng)，潤(rùn)滑油膜借助于推力軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)被保持在該支承面和所述滑動(dòng)面之間。
各推力軸瓦各自相對(duì)于所述推力凸輪進(jìn)行調(diào)整，推力軸承的總負(fù)荷能力是各推力軸瓦的負(fù)荷能力的和。因此，希望所述推力軸瓦的負(fù)荷能力在工作時(shí)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?yàn)?，在與主軸承的可拆卸的上部相對(duì)的向上的扇形部分中沒有推力軸瓦。因此，當(dāng)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善內(nèi)燃機(jī)中的推力軸承的負(fù)荷能力。
為此，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的特征在于，所述推力凸輪在周圍區(qū)域具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的弧形凹槽，該凹槽徑向向內(nèi)最多延伸到推力軸瓦的中間位置。
在推力軸承的負(fù)荷能力得到最大限度的利用的滿負(fù)荷運(yùn)行中，所述周圍區(qū)域中的所述弧形凹槽意味著，在該周圍區(qū)域，推力凸輪被不那么堅(jiān)實(shí)地壓向推力軸瓦的徑向最靠外的區(qū)域。
首先，這意味著推力中心(thrust centre)在徑向上稍許向內(nèi)移動(dòng)。主軸承的固定部分與所述底板的一個(gè)橫向壁形成一個(gè)整體，該橫向壁由重材料制成，并具有肋形加強(qiáng)筋。因此，與其與主軸承中的軸孔相鄰的徑向最靠?jī)?nèi)的區(qū)域相比，其徑向最靠外的區(qū)域的支承面剛性更強(qiáng)。在工作負(fù)荷下，支承面的剛性更強(qiáng)的區(qū)域在軸向上變形小一些，這導(dǎo)致在推力軸瓦上，傾向于在其徑向最靠外區(qū)域具有最高負(fù)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(qū)域的軸向壓力，從而對(duì)該區(qū)域支承面的更強(qiáng)的剛性進(jìn)行了補(bǔ)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(zhuǎn)換為受支承的區(qū)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(qū)域，推力凸輪的周圍區(qū)域傾向于撓曲，隨著該周圍區(qū)域繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到受支承區(qū)域，所述撓曲減小，使位于前面的推力軸瓦受到額外的負(fù)荷。所述弧形凹槽提供了對(duì)該超負(fù)荷的部分補(bǔ)償，該凹槽減小了作用在軸瓦上的推力負(fù)荷，這尤其是因?yàn)橥屏ν馆喌膿锨l(fā)生的徑向最靠外區(qū)域是最大的。
如果該凹槽進(jìn)一步在徑向向內(nèi)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(huì)減小，這是不愿看到的。
最好，所述弧形凹槽向內(nèi)最多延伸到推力軸瓦徑向最靠外的30％處，因?yàn)?，?huì)受最大推力影響的徑向最靠?jī)?nèi)區(qū)域這樣就能包括該推力軸瓦的一個(gè)較大區(qū)域，這是有利的。
在一種優(yōu)選實(shí)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(qū)域具有更大的撓性。當(dāng)推力軸承上的負(fù)荷低時(shí)，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(dòng)面就能基本上平行于所述支承面。當(dāng)推力凸輪上的壓力高時(shí)，由于該凹槽形成的更大的撓性，與該凹槽相對(duì)的徑向最靠外區(qū)域會(huì)在軸向向該凹槽撓曲。所述撓曲意味著更大比例的推力負(fù)荷被推力軸瓦的徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域吸收。因此，該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是滑動(dòng)面通過自身根據(jù)負(fù)荷的大小來調(diào)節(jié)自身的形狀，使得保持在推力軸瓦和該滑動(dòng)面之間的潤(rùn)滑油膜狀態(tài)良好并具有適宜的厚度。
在一種實(shí)施例中，所述弧形凹槽與至少一個(gè)冷卻劑供給管相連。通過向所述弧形凹槽提供通常是潤(rùn)滑油的冷卻劑，推力凸輪的徑向最靠外區(qū)域的前面和背面同時(shí)得到冷卻，從而可以保持較低溫度，從而有助于改善負(fù)荷能力，因?yàn)楸容^冷的潤(rùn)滑油能夠傳遞更大的推力而不會(huì)被擠走。由于冷卻劑不是必須在所述弧形凹槽中發(fā)揮潤(rùn)滑功能，供給速率可以完全根據(jù)冷卻需要進(jìn)行調(diào)適。
在一種實(shí)施例中，所述內(nèi)燃機(jī)中的推力凸輪具有一個(gè)徑向突出的凸緣，一個(gè)鏈輪固定在該凸緣上的一個(gè)位于所述弧形凹槽的徑向外側(cè)的位置。在某些情況下，所述推力軸承設(shè)置在驅(qū)動(dòng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)后端的凸輪軸的一個(gè)鏈條傳動(dòng)設(shè)備上。在這種情況下，所述鏈輪會(huì)限制推力凸輪的徑向最靠外區(qū)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(cè)固定到所述推力凸輪上，而該凹槽的另一側(cè)完全保留了所需的撓性。
在一種替代的設(shè)計(jì)中，所述推力凸輪有在軸向上分別在弧形凹槽兩側(cè)的兩個(gè)圓柱形表面，一個(gè)鏈輪的兩個(gè)環(huán)形件分別固定到一個(gè)所述圓柱形表面上。將所述鏈輪分成在軸向上能適當(dāng)?shù)鼗ブ貜?mutuallyflexible)的兩個(gè)部件還防止了該鏈輪與推力凸輪的徑向最靠外區(qū)域的撓性抵消。
或者，所述弧形凹槽可以設(shè)置在推力凸輪的軸向向前的滑動(dòng)面上。但是，這會(huì)導(dǎo)致在卸載的推力軸承中，滑動(dòng)面和支承面之間的距離在徑向最靠外區(qū)域比在徑向最靠?jī)?nèi)區(qū)域更大，這會(huì)在低負(fù)荷的徑向最靠外區(qū)域?qū)е掠湍し浅：?。然而這并不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行上的問題。當(dāng)推力軸承滿負(fù)荷，而且徑向最靠外區(qū)域比徑向最靠?jī)?nèi)區(qū)域撓曲得更多時(shí)，滑動(dòng)面和支承面之間的距離就會(huì)更均勻，這會(huì)促進(jìn)負(fù)荷在推力軸瓦上的均勻分布，提高負(fù)荷能力。
由于負(fù)荷在推力軸瓦的徑向上分布更均勻，本發(fā)明在非常大的，最大連續(xù)額定功率至少為40000kW的二沖程十字頭式狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)中尤其有用。由于一般要在低轉(zhuǎn)速下，例如70到200rpm的轉(zhuǎn)速下輸出非常高的功率，軸向推力會(huì)極高，推力軸承相應(yīng)具有很大面積的推力軸瓦。從而，軸瓦和滑動(dòng)面之間的油膜厚度相對(duì)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(duì)負(fù)荷能力可能有顯著的影響。


下面結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作更詳細(xì)的描述。附圖中圖1是本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的側(cè)視圖；圖2是圖1所示內(nèi)燃機(jī)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(fā)明的其他實(shí)施例的與圖2相應(yīng)的剖面的局部；圖6是通過另一個(gè)實(shí)施例的推力凸輪和推力軸瓦的局部剖面。
具體實(shí)施例方式
圖1圖解了一個(gè)通過一中間軸2連接到帶有螺旋槳4的螺旋槳軸3的內(nèi)燃機(jī)1。該內(nèi)燃機(jī)可以是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或者二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，例如本申請(qǐng)人的ME型或MC型二沖程十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知的。發(fā)動(dòng)機(jī)例如可以有30到120cm的缸徑，缸數(shù)例如為5到20，對(duì)于十字頭式發(fā)動(dòng)機(jī)來說，轉(zhuǎn)速可以在60到300rpm。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率例如可以為3000到130000kW。發(fā)動(dòng)機(jī)最好具有較大的輸出功率，比如至少30000kW，缸數(shù)至少為8，缸徑至少為70cm。
在曲軸6的最后端主軸承5中，內(nèi)燃機(jī)1具有一個(gè)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(fā)動(dòng)機(jī)底板8的一個(gè)橫向壁一體澆鑄。該橫向壁由較大的肋9加強(qiáng)，以獲得大的剛性。該主軸承座還包括一個(gè)可拆卸的上部10。該主軸承座在其形成軸孔的內(nèi)表面上覆蓋有軸承金屬，在所述軸孔中設(shè)置有一個(gè)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(cè)，同一個(gè)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(gè)法蘭17，后者隨發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)，有一個(gè)繞主軸承的下部呈環(huán)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(nèi)。在圖示的實(shí)施例中，所述支承面在軸周長(zhǎng)的22/36上延伸。在支承面上，設(shè)置了若干個(gè)例如八個(gè)Michell型推力軸瓦20。這些軸瓦由一個(gè)軛鐵21固定，軛鐵21在軸向的延伸超出兩個(gè)最上部的推力軸瓦的側(cè)表面，從而使軸瓦不能隨推力凸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。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(gè)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(gè)單獨(dú)的終點(diǎn)擋板來代替。
在面對(duì)所述支承面的一側(cè)，所述推力軸瓦20具有一個(gè)徑向延伸的邊緣，軸瓦可以關(guān)于該邊緣傾斜從而根據(jù)來自推力凸輪的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。推力軸瓦在其對(duì)著推力凸輪的相對(duì)的支承面上是平面的。
推力凸輪具有一個(gè)向前的滑動(dòng)面22，該滑動(dòng)面旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，并基本上平行于支承面18延伸。在相應(yīng)于螺旋槳的推力的向前的軸向力的作用下，該滑動(dòng)面被壓向所述推力軸瓦，同時(shí)潤(rùn)滑油膜被連續(xù)不斷地引進(jìn)該滑動(dòng)面和推力軸瓦的支承面之間。潤(rùn)滑油從一個(gè)送油管23供給，該送油管向一個(gè)U形分配管供給潤(rùn)滑油。該分配管向下經(jīng)過推力軸瓦的徑向最靠?jī)?nèi)部分，如圖2中右側(cè)部分所示。從該分配管分支出幾個(gè)噴管，例如以這種方式向推力軸瓦供給潤(rùn)滑油在每一個(gè)推力軸瓦處有一個(gè)單獨(dú)的噴管。
上述推力軸瓦僅當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1將船舶向前推進(jìn)時(shí)才起作用。如果發(fā)動(dòng)機(jī)連接到一個(gè)帶固定漿距螺旋槳的螺旋槳軸，則在倒船時(shí)需要使發(fā)動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
在反轉(zhuǎn)時(shí)，為了吸收軸向向后的軸力，可以將所述推力軸承設(shè)計(jì)為雙向作用推力軸承，其中，所述推力凸輪還具有一個(gè)第二環(huán)形滑動(dòng)面26，并具有相應(yīng)的第二推力軸瓦27，第二推力軸瓦設(shè)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(gè)弧形凹槽28，該凹槽繞推力凸輪的整個(gè)圓周旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地延伸。在各種情況下，該凹槽的弧形形狀都根據(jù)推力凸輪中對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說主要的應(yīng)力情況來進(jìn)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(shí)施例中，所述凹槽延伸過的徑向距離對(duì)應(yīng)于推力軸瓦在徑向上的范圍的25％。對(duì)于大推力的傳遞，這樣可以有一個(gè)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(shí)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(qū)域可以在軸向上彈性彎曲。
在推力凸輪14的周緣可以設(shè)置一個(gè)鏈輪29。使該鏈輪的形狀為齒形輪輞，其齒圈30數(shù)等于鏈條傳動(dòng)裝置的鏈數(shù)。圖4示出了一個(gè)實(shí)施例，其中，所述鏈輪29被固定到一個(gè)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(shí)施。所述鏈輪連同相應(yīng)的凸緣31能夠在軸向上自由調(diào)整。在圖4的實(shí)施例中，最后端的齒圈30相對(duì)于固定凸緣31有一個(gè)軸向位移?；蛘?，可以安裝一個(gè)鏈輪，使齒圈30在凸緣31兩側(cè)軸向?qū)ΨQ。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(gè)替代的實(shí)施例，其中，所述鏈輪被分成兩個(gè)環(huán)形件32，其中每一個(gè)環(huán)形件都熱裝到推力凸輪的外表面上的一個(gè)圓柱形表面33上。所述兩個(gè)環(huán)形件32在軸向上能互助回彈(mutually resilient)。
圖6示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中，所述弧形凹槽28’位于與推力軸瓦20相對(duì)的滑動(dòng)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(dāng)?shù)膽?yīng)力分布的曲線形狀。當(dāng)軸承卸載時(shí)，徑向最靠外的邊緣離開在推力軸瓦20上的支承面一個(gè)距離b。當(dāng)軸承滿負(fù)荷時(shí)，推力凸輪的徑向最靠外區(qū)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(dòng)面和支承面在滿負(fù)荷時(shí)基本上平行。
上述各種實(shí)施例的詳細(xì)技術(shù)特征可以組合為新的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳軸的內(nèi)燃機(jī)，在其最后端的主軸承處具有一個(gè)推力軸承，在曲軸的軸向方向上，所述主軸承位于一個(gè)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(zhuǎn)，推力軸瓦(20)設(shè)置在推力凸輪的軸向向前的滑動(dòng)面和內(nèi)燃機(jī)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(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的弧形凹槽(28、28’)，該凹槽徑向向內(nèi)最多延伸到推力軸瓦的中間位置。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述弧形凹槽(28’)向內(nèi)最多延伸到推力軸瓦(20)徑向最靠外的30％處。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，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(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述弧形凹槽(28)與至少一個(gè)冷卻劑供給管相連。
5.如權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述推力凸輪具有一個(gè)徑向突出的凸緣，一個(gè)鏈輪(29)固定在該凸緣上的一個(gè)位于所述弧形凹槽(28、28’)的徑向外側(cè)的位置。
6.如權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，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(cè)的兩個(gè)圓柱形表面，一個(gè)鏈輪的兩個(gè)環(huán)形件(32)分別固定到一個(gè)所述圓柱形表面上。7。如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述鏈輪的兩個(gè)環(huán)形件在軸向上能互助回彈。
8.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，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(dòng)面(22)上。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該內(nèi)燃機(jī)是最大連續(xù)額定功率至少為40000kW的二沖程十字頭式狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)的最后端的主軸承設(shè)置在一個(gè)曲軸的軸柄和一個(gè)推力軸承的推力凸輪之間。推力軸瓦(20)設(shè)置在推力凸輪的軸向向前的滑動(dòng)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(gè)周圍區(qū)域具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的弧形凹槽(28),該凹槽徑向向內(nèi)最多延伸到推力軸瓦(20)的中間位置。
文檔編號(hào)F02F7/00GK1374464SQ02107128
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2002年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者安德斯·V·漢森 申請(qǐng)人:曼B與W狄賽爾公司