FI74786C - Sliding bearing. - Google Patents

Description

7478674786

LIUKULAAKERI - GLIDLAGERSLIDING BEARING - GLIDLAGER

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen monikerroksiseen liukulaakeriin.The invention relates to a multilayer plain bearing according to the preamble of claim 1.

Kiertokankien ja kampiakselin laakereiden rasitukset ovat hyvin mittavat suurissa mäntäpolttomoottoreissa, etenkin dieselmoottoreissa, joiden sylintereissä esiintyvät maksimi-paineet ovat korkeat. Nykyaikaisten moottoreiden päälaake-reina käytetään enimmäkseen rakenteeltaan kerrostettuja laakereita. Täten pyritään hyödyntämään eräiden laakerime-tallien hyvät pintaominaisuudet ja välttämään niiden mekaanisesti heikkoja ominaisuuksia käyttämällä niitä suhteellisen ohuina pintakerroksina. Ns. kolmimetallilaakereissa on laakerin teräksisen tukiliuskan päällä noin 1 mm vahvuinen suuren kuormituksen kestävä sekä hyvän lämmönjohtavuuden omaava laakerimetalli, joko lyijypronssi tai kevytmetalli. Päällimmäisenä on ohut valkometallista koostuva liukukerros, jonka galvaanisesti aikaansaatu paksuus on välillä 0,02 -0,06 mm kuormitetuimmissa laakereissa. Näiden kolmen aines-kerroksen välillä saattaa lisäksi olla ohuita diffuusiones-tokerroksia tai sidosmetallikerroksia. Tällaisten laakereiden väsymislujuus ja lämmönjohtokyky ovat hyvät, mutta niillä ei ole suuriakaan mahdollisuuksia mukautua pieniin asennusvirheisiin tai likahiukkasten painautumiseen laakeri-metallin sisään.The stresses on connecting rods and crankshaft bearings are very high in large piston internal combustion engines, especially diesel engines with high maximum pressures in the cylinders. The main bearing Reina of modern motors is mostly layered bearings. Thus, the aim is to take advantage of the good surface properties of some bearing metals and to avoid their mechanically weak properties by using them as relatively thin surface layers. The so-called trimetallic bearings have a high-load-bearing bearing metal with good thermal conductivity, either lead bronze or light metal, on top of the steel support strip of the bearing. At the top is a thin sliding layer of white metal with a galvanically obtained thickness of between 0.02 and 0.06 mm in the most loaded bearings. In addition, there may be thin anti-diffusion or bonding metal layers between the three material layers. Such bearings have good fatigue strength and thermal conductivity, but they have little chance of adapting to small installation errors or dirt particles penetrating inside the bearing metal.

Tunnetun tekniikan mukaisissa liukulaakereissa päällimmäinen liukukerros koostuu yhdestä metalliseos- tai keinoaineker-roksesta. Liukukerroksen on tällöin oltava ohut lähinnä lujuusopillisista syistä. Tästä on monenlaista haittaa, josta erityisesti voidaan mainita tällaisen ratkaisun alttius vahingoittumiselle käytön aikana. Kun liukulaakerin ja akselin välinen välys on pieni, laakerin lämmetessä on hyvin vähän pelivaraa, josta saattaa aiheutua laakerin kiinnileikkautuminen. Tällainen tilanne saattaa syntyä kun laakerin voitelussa tapahtuu normaalioloista poikkeavia häiriöitä, esimerkiksi siten että likapartikkelit jotka 2 74786 eivät hautaannu rikkovat laakerin öljykalvon. Liukukerros koostuu pehmeämmästä ja alemman sulamispisteen omaavasta materiaalista, minkä kerroksen suurempi paksuus näin ollen laakerin lämmetessä toisi myös etua mahdollista kiinnileik-kautumistilannetta ajatellen. Toisaalta paksumpi liukukerros ei tunnetulla tekniikalla ole mahdollista toteuttaa, koska pintapaineen kesto väsymisen suhteen huononee tällöin ratkaisevasti.In prior art plain bearings, the uppermost sliding layer consists of a single layer of alloy or synthetic material. The sliding layer must then be thin, mainly for strength reasons. This has a number of disadvantages, in particular the susceptibility of such a solution to damage during use. When the clearance between the plain bearing and the shaft is small, there is very little play when the bearing heats up, which can cause the bearing to cut. Such a situation may arise when abnormal lubrication of the bearing occurs, for example, so that dirt particles that are not buried 2,74786 break the bearing oil film. The sliding layer consists of a softer material with a lower melting point, so that the greater thickness of the layer as the bearing heats up also provides an advantage in view of a possible clogging situation. On the other hand, it is not possible to implement a thicker sliding layer with the prior art, because the resistance of the surface pressure with respect to fatigue then deteriorates decisively.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen toiminta-varma kerrostettu polttomoottoreiden runko- ja kampilaakeri, joka omaa entistä paremman mukautumia- ja hautaamiskyvyn heikentämättä kuitenkaan laakerin kuormankantokykyä. Tarkoituksena on lisäksi luoda liukulaakeri, joka mahdollistaa nykyistä paksumpien liukukerrosten käytön laakereissa, erityisesti siten, että alhaisen sulamislämpötilan ja kovuuden sisältävää liukukerroksen ainesosaa voidaan nykyisestä lisätä.The object of the invention is to provide an operationally reliable layered internal and crankshaft bearing for internal combustion engines which has an even better adaptability and burial ability without, however, impairing the load-bearing capacity of the bearing. It is a further object to provide a sliding bearing which allows the use of thicker sliding layers in the bearings, in particular so that a sliding layer component with a low melting point and hardness can be added.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella ratkaisulla. Liukulaakerin liukukerros muodostuu kahdesta tai useammasta metalli- tai metalliseoskerroksesta. Täten voidaan liukukerroksen paksuutta lisätä heikentämättä kuitenkaan laakerin kuormankantokykyä, ts. kyky kestää pintapainetta. Samalla liukukerroksen mukautumiskyky ja hautaamiskyky edullisesti paranevat siten, että laakereiden toimintavarmuus merkittävästi lisääntyy. Edullisessa ratkaisussa käytetään kahta kovuudeltaan ja sulamislämpötilaltaan erilaista metalli- tai metalliseosta, joiden muodostamat aineskerrokset asettuvat laakerin liukukerroksessa vuorotellen päällekkäin. Tällaisessa rakenteessa kovempi aineskerros korkealla myötörajallaan antaa laakerin liukukerrokselle pintapaineen kesto-ominaisuudet, kun sen sijaan pehmeämmät aineskerrokset antavat liukukerrokselle edullisen paksuuden.The object of the invention is achieved by a solution according to claim 1. The sliding layer of the plain bearing consists of two or more metal or alloy layers. Thus, the thickness of the sliding layer can be increased without impairing the load-bearing capacity of the bearing, i.e. the ability to withstand the surface pressure. At the same time, the adaptability and burial ability of the sliding layer are advantageously improved, so that the reliability of the bearings is significantly increased. In the preferred solution, two metal or metal alloys with different hardness and melting temperature are used, the material layers formed in which are alternately superimposed on the bearing sliding layer. In such a structure, the harder material layer with its high yield point gives the bearing sliding layer surface pressure resistance properties, while the softer material layers give the sliding layer a favorable thickness.

Vaihtoehtoisesti voivat eri aineskerrokset koostua kovuudeltaan samanvertaisista metalleista tai metalliseoksista,Alternatively, the different layers of material may consist of metals or alloys of equivalent hardness,

IIII

3 74786 mikäli eri aineskerrosten erilaisiin kiderakenteisiin perustuva yhteisvaikutus aikaansaa synergisesti suuremman lujuuden. Liukukerroksen kaikki eri aineskerrokset eivät myöskään välttämättä tarvitse olla täysin kattavia, vaan erilaiset verkkomaiset tai ristikkohilamaiset välikerrokset ovat niinikään ajateltavissa.3 74786 if the interaction based on different crystal structures of different material layers synergistically provides higher strength. Also, not all the different material layers of the sliding layer need to be completely comprehensive, but different reticulated or lattice-like intermediate layers are also conceivable.

Liukukerroksen valmistamisessa on edullista käyttää fysikaalista kaasufaasipinnoitusmenetelmää. Tällaisia tunnettuja menetelmiä, jotka sellaisinaan eivät sisälly keksinnön piiriin, ovat esim. patenttijulkaisussa FI 63600 sisältyvä sputterointipäällystysmenetelmä ja erilaset ionipinnoitusme-netelmät. Liukukerroksen haluttu rakenne aikaansaadaan höyrystämällä vuorotellen eri metallia tai metalliseosta. Liukukerroksen valmistamisessa voidaan myöskin käyttää muita pinnoitusmenetelmiä, esim. kemiallisia kaasufaasireaktiome-netelmiä tai metalliruiskutusta. Näillä menetelmillä on '·.· kuitenkin vaikeampi saavuttaa keksinnön mukaiset liukuker-roksen ominaisuudet. Esimerkiksi metalliruiskutuksessa eri ainekerrosten paksuudet usein kasvavat liian suuriksi, lisä-haittana on huokoinen pinta.In the preparation of the sliding layer, it is preferable to use a physical gas phase coating method. Such known methods, which as such are not included in the scope of the invention, are e.g. the sputter coating method included in patent publication FI 63600 and various ion coating methods. The desired structure of the sliding layer is obtained by alternately evaporating a different metal or alloy. Other coating methods can also be used to make the sliding layer, e.g. chemical gas phase reaction methods or metal spraying. However, these methods make it more difficult to achieve the sliding layer properties of the invention. For example, in metal spraying, the thicknesses of the different layers of material often become too large, with the additional disadvantage of a porous surface.

:.V Liukukerroksen kokonaispaksuus tulee olla vähintään 0,03 mm, edullisesti vähintään 0,05 mm., eli laakerikerroksen paksuutta voidaan tunnettuihin menetelmiin verrattuna lisätä vähintään kolminkertaiseksi lujuusvaatimuksista tinkimättä.The total thickness of the sliding layer should be at least 0.03 mm, preferably at least 0.05 mm, i.e. the thickness of the bearing layer can be increased at least three times compared to known methods without compromising the strength requirements.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa - kuvio 1 esittää perspektiivikuvantoa eräästä keksinnön sovellutuksesta, ja kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista liukulaakeria leikkauksena tasossa II-II.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which - Figure 1 shows a perspective view of an embodiment of the invention, and Figure 2 shows the plain bearing according to Figure 1 in section in plane II-II.

Piirustuksessa viite 1 tarkoittaa liukulaakerin teräksistä kuoriosaa tai tukiliuskaa. Tämän päälle on järjestetty tina- 4 74786 tai lyijyvaltaisesta valkometallista tai pronssista koostuva välikerros 2, joka on suurta kuormitusta kestävä ja hyvää lämmönjohtavuutta omaava. Välikerroksen 2 ja varsinaisen liukukerroksen 4 väliin on järjestetty diffuusionestokerros 3, joka koostuu esim. nikkelistä.In the drawing, reference 1 means a steel shell part or a support strip of a plain bearing. On top of this, an intermediate layer 2 of tin-4,74786 or lead-dominated white metal or bronze is arranged, which is resistant to high loads and has good thermal conductivity. A diffusion barrier layer 3 consisting of e.g. nickel is arranged between the intermediate layer 2 and the actual sliding layer 4.

Varsinainen keksinnön kohteena oleva liukukerros 4 on monikerroksinen, ja koostuu kahdesta erilaisesta metalli- tai metalliseoksesta A ja B. Aineskerrokset A koostuvat pienen kovuuden ja alhaisen sulamislämpötilan omaavista metalleista esim. tina-antimonista, kun sen sijaan aineskerrokset B esim. alumiini-tina, omaavat suuremman kovuuden. Asettamalla aineskerrokset A Ja B vuorotellen päällekkäin voidaan liukukerroksen kokonaispaksuutta laajentaa ja pehmeämmän metalli-seoksen A määrää huomattavasti lisätä ilman että siitä koituisi laakerin kesto-ominaisuuksille haittaa.The actual sliding layer 4 according to the invention is multilayer, and consists of two different metal or metal alloys A and B. Material layers A consist of metals with low hardness and low melting point, e.g. tin-antimony, while material layers B, e.g. aluminum-tin, have a higher content. hardness. By superimposing the material layers A and B on top of each other, the total thickness of the sliding layer can be expanded and the amount of the softer metal alloy A can be considerably increased without compromising the bearing properties of the bearing.

.··. Liukukerroksen eri aineskerrokset on muodostettu tunnetulla kaasufaasipinnoitusmenetelmällä, jossa esim. vuorotellen vaihtamalla höyrystysainetta tai -lähdettä on aikaansaatu toivottu tulos.. ··. The various material layers of the sliding layer are formed by a known gas-phase coating method in which, e.g., the desired result is obtained by alternately changing the evaporating substance or source.

Liukukerros on päällystetty ohuella korroosionsuojalla 5, joka edullisesti koostuu lyijystä tai tinasta. Tällainen suojakerros myös helpottaa laakerin sisäänajoa. Suojakerros kuluu liukupinnalta pois hyvin lyhyessä käyttöäjassa.The sliding layer is coated with a thin corrosion protection 5, which preferably consists of lead or tin. Such a protective layer also facilitates the running-in of the bearing. The protective layer wears off the sliding surface in a very short period of use.

Keksintö ei rajoitu esitettyyn sovellutusmuotoon, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Liukukerrokseen sisältyvien aineskerrosten määrä ja keskinäinen paksuus voi vaihdella, ja keksinnön puitteissa on myöskin mahdollista käyttää useampaa kuin kahta erilaista metalli- tai metalliseoskerrosta.The invention is not limited to the embodiment shown, but several variations are conceivable within the scope of the appended claims. The number and mutual thickness of the layers of material included in the sliding layer may vary, and it is also possible within the scope of the invention to use more than two different layers of metal or alloy.

IlIl

Claims (6)

5 747865,74786 1. Mäntäpolttomoottorin liukulaakeri, etenkin suuren dieselmoottorin runko- tai kampilaakeri, joka rakenteeltaan on ns. kolmimetallilaakeri joka koostuu teräksisestä tukiliuskasta (1), kevytmetallisesta tai vastaavasta välikerroksesta (2) sekä päällimmäisestä liukukerroksesta (4), tunnettu siitä, että laakerin liukukerros (4) on monikerroksinen koostuen vuorotellen päällekkäin asetetusta kahdesta tai useammasta eri metalli- tai metalliseoskerroksesta (A,B), joista metalleista tai metalliseoksista ainakin kaksi ovat kovuus- ja sulamislämpötilaominaisuuksiltaan tai kiderakenteeltaan erilaisia.1. A plain bearing for a reciprocating internal combustion engine, in particular a frame or crankshaft bearing for a large diesel engine, which has a so-called three-metal bearing consisting of a steel support strip (1), a light metal or similar intermediate layer (2) and an uppermost sliding layer (4), characterized in that the bearing sliding layer (4) is multilayer consisting of two or more different metal or metal layers A, alternately superimposed ), of which at least two of the metals or alloys have different hardness and melting temperature properties or crystal structure. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että pehmeämmät aineskerrokset (A) ovat tina-anti-moniseosta ja kovemmat aineskerrokset (B) ovat alumiini-tina-seosta.Plain bearing according to Claim 1, characterized in that the softer material layers (A) are an tin-anti-multi-alloy and the harder material layers (B) are an aluminum-tin alloy. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että välikerroksen (2) ja liukukerroksen (4) välissä on edullisesti nikkelistä koostuva diffuusionesto-kerros (3). M. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen liuku-: laakeri, tunnettu siitä, että liukukerros (4) on päällystet ty erittäin ohuella sisäänajo- ja korroosionestokerroksella (5).Sliding bearing according to Claim 1 or 2, characterized in that a diffusion barrier layer (3) consisting of nickel is preferably provided between the intermediate layer (2) and the sliding layer (4). Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding layer (4) is coated with a very thin drive-in and anti-corrosion layer (5). 5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että mainitun liukukerroksen (4) aikaansamisessa on käytetty fysikaalista kaasufaasipinnoi-tusmenetelmää, edullisesti sputterointia tai ionipinnoitus- • menetelmää.Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that a physical gas phase coating method, preferably a sputtering or ion coating method, is used to provide said sliding layer (4). 6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen liukulaakeri, tunnettu siitä, että laakerin mainittu liukukerros (4) on kokonaispaksuudeltaan vähintään 0,03 mm, edullisesti vähintään 0,05 mm. 6 74786Sliding bearing according to one of the preceding claims, characterized in that said sliding layer (4) of the bearing has a total thickness of at least 0.03 mm, preferably at least 0.05 mm. 6 74786