本發(fā)明涉及一種低摩擦無襯套連桿活塞銷結構，具體的說是一種取消襯套的連桿配合表面涂有類金剛石涂層材料dlc的活塞銷所組成的結構，屬于連桿活塞技術領域。

背景技術：

在活塞式發(fā)動機中，連桿的作用是連接發(fā)動機中的曲軸和活塞，將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動，并將活塞承受的燃氣壓力傳給曲軸，由曲軸對外輸出機械能做功。連桿包括連桿小頭、桿身、連桿大頭三部分，活塞上設有兩個活塞銷孔，連桿小頭通過活塞銷與活塞相連，活塞銷穿過活塞銷孔和連桿小頭孔，活塞銷座和活塞銷、連桿小頭和活塞銷分別組成運動副?；钊N與活塞銷孔和連桿小頭孔的連接配合，一般為“全浮式”，即在發(fā)動機運轉過程中，活塞銷既可在連桿小頭孔內轉動，又可以在活塞銷孔內轉動，以使活塞銷各部位的磨損比較均勻。連桿小頭孔與活塞銷運動副工作環(huán)境惡劣，既要承受較大的表面接觸壓力，又要克服由于潤滑油的供應不足導致咬合與磨損，一般在連桿小頭孔中壓入襯套，襯套內孔表面為質地較軟的減摩、耐磨的銅合金材料，具有抗咬合性和順應性，在減少摩擦的同時順應活塞銷的變形。在小頭孔壁和襯套上設有對應的潤滑油孔，便于潤滑油進入運動副，改善連桿小頭孔與活塞銷之間的潤滑條件，降低摩擦并提高運動副的可靠性。

但是，在連桿制造過程中，由于襯套和連桿小頭孔為過盈配合，襯套壓入連桿小頭孔后，會發(fā)生變形，為保證襯套內孔和活塞銷的精密配合關系，還需要額外增加一道精鏜襯套內孔的工序，從而使連桿的制造成本增加。

隨著發(fā)動機強化程度的日益升高，發(fā)動機缸內的爆發(fā)壓力越來越大，鋼活塞的使用越來越廣，鋼活塞和活塞銷之間由于潤滑不良產生的咬合現(xiàn)象也日益增多。

人們已經做過多次嘗試，通過結構改進及應用減摩涂層，以除去襯套。如2007年1月10公布的沃爾夫岡·賴因等人專利cn1894523a，公開了一種無襯套活塞和連桿組件及其制造方法，其中活塞銷為異型結構，銷和連桿小頭涂上厚度2至8微米的磷化涂層，磷化涂層易于磨損，被磨損的涂層會在發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)中循環(huán)，引起其它損害。另外專利中提到的異型結構的活塞銷，由于銷本身外表面要求硬度比較高，對加工制造也提出了不少挑戰(zhàn)，很難實現(xiàn)經濟性的量產。2012年4月18公布的蘇洪吉等人專利cn202194699u，公開了一種往復式內燃機小頭無襯套連桿，其中連桿小頭孔為異型結構，在連桿小頭孔內有二條與孔軸線平行的油槽。在連桿工作中，其小頭孔與活塞銷構成一對摩擦副，表面接觸載荷較高，若不考慮活塞銷材料表面特性，專利中的這對摩擦副極易發(fā)生咬合失效。2014年10月29公布的沃爾夫岡·賴因等人專利cn104126076a，公開了用于連桿小頭的熱噴涂層，在連桿小頭孔內表面整體或局部熱噴涂一層合金，厚度在5至100微米。這種設計首先是熱噴涂過程熱對連桿小頭孔的影響無法掌控，極易導致連桿小頭孔強度下降，同時會引起連桿孔的變形，熱噴涂后需要再加工，這些與帶襯套連桿相比沒有太多的技術進步，在生產成本方面無任何優(yōu)勢。

綜上所述，雖然人們在進行連桿小頭孔與活塞銷配副設計時，圍繞減輕重量、降低成本、提升可靠性及可批量生產性等方面持續(xù)推出新的技術措施，但是在已出現(xiàn)的技術中又存在這樣那樣的不足，無法在批量生產應用中發(fā)揮優(yōu)勢。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種低摩擦無襯套連桿活塞銷結構，連桿小頭孔取消襯套，直接配合涂有類金剛石涂層的活塞銷，組成連桿活塞銷運動副，降低活塞銷和連桿小頭孔的摩擦力并提高其耐磨性，同時還能夠兼顧增強鋼質活塞銷座與活塞銷運動副的抗咬合性能。

按照本發(fā)明提供的技術方案，一種低摩擦無襯套連桿活塞銷結構包括連桿、活塞銷和活塞，連桿包括連桿小頭和連桿大頭，連桿小頭和連桿大頭通過桿身連接成一體，連桿小頭內設有連桿小頭孔，連桿大頭內設有連桿大頭孔；活塞內設有左右貫通的活塞銷孔，連桿的連桿小頭伸入活塞中，活塞銷位于連桿小頭孔中，活塞銷左右兩端伸出連桿小頭孔并伸入活塞銷孔中，其特征是：所述活塞銷的表面涂覆類金剛石涂層；所述連桿小頭孔包括中間孔段和對稱設置在中間孔段左右兩側的側孔段，中間孔段的母線軸向平直，側孔段為從靠近中間孔段一側向另一側直徑逐漸變大的喇叭形孔，連桿小頭孔的橫截面為橢圓形；所述連桿上設有導油孔，導油孔內端連通連桿小頭孔的中間孔段，通過導油孔對連桿小頭孔中的活塞銷進行潤滑。

進一步的，導油孔包括第一側導油孔和第二側導油孔，第一側導油孔和第二側導油孔左右對稱設置在連桿小頭的上半段圓弧側壁上。

進一步的，導油孔為設置在桿身上的連桿導油孔，連桿導油孔上下兩端分別連通連桿小頭孔和連桿大頭孔。

進一步的，類金剛石涂層的厚度為1~5μm。

進一步的，連桿小頭的厚度尺寸從連桿小頭向連桿大頭方向逐漸變大。

進一步的，側孔段的橢圓形橫截面的長軸方向垂直于連桿大小頭孔中心連線，側孔段的橢圓形橫截面的長軸與短軸差值范圍為0.02~0.08mm。

本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明結構簡單、緊湊、合理，取消了襯套，減少了零件數(shù)量，簡化了加工工藝流程，降低了生產成本；在連桿小頭孔壁厚不變的前提下，活塞銷直徑保持不變或更小，能夠減少連桿小頭外圓尺寸，既能降低連桿小頭部位重量，又為活塞設計提供更多的空間，降低活塞設計難度；連桿孔適應了活塞銷的彎曲變形，使連桿小頭孔與活塞銷之間的接觸應力均勻分布，降低應力峰值，利于潤滑油膜的形成和保持，提升工作可靠性；連桿小頭孔的橫截面為橢圓形，橢圓長軸方向垂直于連桿大小頭孔連線，用以儲存潤滑油改善潤滑，同時為連桿連桿小頭孔及活塞銷的橢圓變形留出空間，防止連桿小頭孔變形后抱死活塞銷，同時有利于降低活塞銷的接觸應力，提升工作可靠性；改善了連桿小頭的潤滑作用，可以從連桿桿身開設油道，從連桿大端取油進行壓力潤滑，也可以從連桿小頭頂部開油孔取油進行飛濺潤滑，減小連桿小頭摩擦副熱應力；活塞銷表面的類金剛石涂層，既有很高的硬度，具有優(yōu)良的耐磨性，又具有優(yōu)良的自潤滑性，摩擦系數(shù)低，抗咬合性能好，充分適應連桿小頭孔少油的潤滑狀態(tài)；活塞銷表面類金剛石涂層與鋼質活塞銷座進行配副也能充分發(fā)揮類金剛石涂層的耐磨性與潤滑性，適應活塞座孔少油工作狀態(tài)，間接提升了這對運動副的耐磨性和抗咬合性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝配關系剖視圖。

圖2為本發(fā)明的活塞銷結構圖。

圖3為本發(fā)明的連桿小頭結構圖。

圖4為本發(fā)明的導油孔的實施例一結構圖。

圖5為本發(fā)明的導油孔的實施例二結構圖。

圖6為本發(fā)明的連桿小頭孔的橫截面圖。

附圖標記說明：1-連桿、2-活塞銷、3-活塞、4-連桿小頭、5-連桿小頭孔、6-連桿大頭、7-連桿大頭孔、8-桿身、9-活塞銷孔、10-類金剛石涂層、11-中間孔段、12-側孔段、13-第一側導油孔、14-第二側導油孔、15-連桿導油孔。

具體實施方式

下面本發(fā)明將結合附圖中的實施例作進一步描述：

如圖1~5所示，本發(fā)明主要包括連桿1、活塞銷2和活塞3。連桿1包括連桿小頭4和連桿大頭6，連桿小頭4和連桿大頭6通過桿身8連接成一體。連桿小頭4內設有連桿小頭孔5，連桿大頭6內設有連桿大頭孔7。

活塞3內設有左右貫通的活塞銷孔9，連桿1的連桿小頭4伸入活塞3中，活塞銷2位于連桿小頭孔5中，活塞銷2左右兩端伸出連桿小頭孔5并伸入活塞銷孔9中。

所述活塞銷2的表面涂覆類金剛石涂層10，類金剛石涂層10的厚度為1~5μm。活塞銷2的表面涂覆類金剛石涂層10，能夠在減少連桿和活塞銷運動副摩擦力的同時，增強其耐磨性。

類金剛石涂層（英文簡稱dlc）是一種含有金剛石結構（sp3鍵）和石墨結構（sp2鍵）的亞穩(wěn)非晶態(tài)物質，碳原子主要以sp3和sp2雜化鍵結合，兼具金剛石的高硬度和石墨的固體潤滑特性，硬度極高，同時干摩擦性能優(yōu)異，干摩擦系數(shù)在0.1左右甚至更低?，F(xiàn)有技術中，類金剛石涂層能夠采用多種適用的技術實現(xiàn)，如物理氣相沉積即pvd技術，或等離子輔助化學氣相沉積即pacvd技術等。

所述連桿小頭孔5包括中間孔段11和對稱設置在中間孔段11左右兩側的側孔段12，中間孔段11的母線軸向平直，側孔段12為從靠近中間孔段11一側向另一側直徑逐漸變大的喇叭形孔，如圖6所示，連桿小頭孔5的橫截面為橢圓形，側孔段12的橢圓形橫截面的長軸方向垂直于連桿大小頭孔中心連線。橢圓形的橫截面能夠順應活塞銷2的變形，使連桿小頭孔5與活塞銷2之間的接觸應力均勻分布，降低應力峰值，利于潤滑油膜的形成和保持。側孔段12的橢圓形橫截面的長軸與短軸差值范圍為0.02~0.08mm。

所述連桿小頭4的厚度尺寸從連桿小頭4向連桿大頭6方向逐漸變大。

所述連桿1上設有導油孔，導油孔內端連通連桿小頭孔5的中間孔段11，通過導油孔對連桿小頭孔5中的活塞銷2進行潤滑。

如圖4所示的實施例中，所述導油孔包括第一側導油孔13和第二側導油孔14，第一側導油孔13和第二側導油孔14左右對稱設置在連桿小頭4的上半段圓弧側壁上。在潤滑時，飛濺的潤滑油霧通過連桿小頭孔壁上的第一側導油孔13和第二側導油孔14進入連桿-活塞銷運動副參與潤滑，減少連桿-活塞銷運動副熱應力。

如圖5所示的實施例中，所述導油孔為設置在桿身8上的連桿導油孔15，連桿導油孔15上下兩端分別連通連桿小頭孔5和連桿大頭孔7。在潤滑時，帶有壓力的潤滑油通過連桿桿身的下導油孔16進入連桿小頭孔內的活塞銷中參與潤滑，改善了連桿小頭的潤滑作用。

本發(fā)明結構簡單、緊湊、合理，取消了襯套，減少了零件數(shù)量，簡化了加工工藝流程，降低了生產成本；在連桿小頭孔壁厚不變的前提下，活塞銷直徑保持不變或更小，能夠減少連桿小頭外圓尺寸，既能降低連桿小頭部位重量，又為活塞設計提供更多的空間，降低活塞設計難度；連桿孔適應了活塞銷的彎曲變形，使連桿小頭孔與活塞銷之間的接觸應力均勻分布，降低應力峰值，利于潤滑油膜的形成和保持，提升工作可靠性；連桿小頭孔的橫截面為橢圓形，橢圓長軸方向垂直于連桿大小頭孔連線，用以儲存潤滑油改善潤滑，同時為連桿連桿小頭孔及活塞銷的橢圓變形留出空間，防止連桿小頭孔變形后抱死活塞銷，同時有利于降低活塞銷的接觸應力，提升工作可靠性；改善了連桿小頭的潤滑作用，可以從連桿桿身開設油道，從連桿大端取油進行壓力潤滑，也可以從連桿小頭頂部開油孔取油進行飛濺潤滑，減小連桿小頭摩擦副熱應力；活塞銷表面的類金剛石涂層，既有很高的硬度，具有優(yōu)良的耐磨性，又具有優(yōu)良的自潤滑性，摩擦系數(shù)低，抗咬合性能好，充分適應連桿小頭孔少油的潤滑狀態(tài)；活塞銷表面類金剛石涂層與鋼質活塞銷座進行配副也能充分發(fā)揮類金剛石涂層的耐磨性與潤滑性，適應活塞座孔少油工作狀態(tài)，間接提升了這對運動副的耐磨性和抗咬合性能。