CN100465465C - 曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲轴，用于短冲程发动机，包括至少一个主轴颈(2)和至少一个沿径向方向与该主轴颈相对偏移的连杆轴颈(3)，主轴颈和/或连杆轴颈从一个连接它们的曲拐臂(1)上反向凸出，并且主轴颈和/或连杆轴颈具有一个嵌入到曲拐臂的相配的孔(4)中的、通过热压配合与曲拐臂连接的嵌接头(5)，该嵌接头具有一个沿推入方向后面的、具有较大直径的部分(7)和一个与该较大直径部分相反逐渐缩小的、沿推入方向位于该较大直径部分的前面的部分(8)，通过使嵌接头的沿推入方向位于该较大直径部分的前面的部分具有一个连接在后面的部分上的、向推入方向逐渐缩小的圆锥体(9、19)并且设有一个防止嵌接头相对于曲拐臂轴向移动的锁定装置的方式，可实现较大的可传递的转矩。

Description

曲轴

技术领域

本发明涉及一种曲轴，用于特别是构成为大型柴油机的短冲程发动机，包括至少一个主轴颈和至少一个沿径向方向与该主轴颈相对偏移的连杆轴颈，其中，主轴颈和连杆轴颈从一个连接它们的曲拐臂上反向凸出，并且主轴颈和/或连杆轴颈具有一个嵌入到曲拐臂的一个相配的孔中的、通过一种热压配合与曲拐臂连接的嵌接头，该嵌接头具有一个沿推入方向后面的、具有一个较大直径的部分和一个与该较大直径的部分相反逐渐缩小的、沿推入方向位于该较大直径部分的前面的部分。

背景技术

这种曲轴由DK-PS 122 682是已知的。在大型发动机中为了降低组装重量总是要求贯穿全部气缸的曲轴由较小的部件构成。在这方面的区别是，一些这样的曲轴，其中只是同类的，一般是主轴颈通过热压配合与相配的曲拐臂相连接，而另一类轴颈，一般是连杆轴颈成型在相配的曲拐臂上，和一些这样的曲轴，其中主轴颈和连杆轴颈均热压配合于曲拐臂的相配的孔中。

在短冲程发动机中现在寻求使主轴颈与连杆轴颈之间的径向间距处于两轴颈半径的总和的范围内或更小一些。为了由于为嵌接头相配的孔仍然不过于削弱曲拐臂，在由上述的KD-PS 122 682可得知的装置中，嵌接头的后面的和前面的部分相互形成阶梯，使前面的部分的直径小于后面的部分的直径。但由于为了建立热压配合所需要的轴颈相对于相应相配的孔径的过盈量为孔径的一不变的百分数。在这种情况下存在这样的危险，即嵌接头的后面的具有较大直径并因此也有较大的过盈量的部分将曲拐臂的相配的部分在热压配合建立以后扩大成使在前面的部分在嵌接头的具有较小直径包括较小过盈量的前面的部分与曲拐臂的为该部分相配的孔的部分之间产生一间隙，如图6中所示，因此在受载的情况下全部的力流必须经由嵌接头的后面的部分传送，这不利于获得可传递的最大转矩。

发明内容

因此由此出发，本发明的目的是，以简单而低费用的装置改进开头所述型式的曲轴同时避免已知装置的缺点，使其可以传递较大的转矩。

按照本发明该目的这样达到，即嵌接头的沿推入方向位于该较大直径部分的的前面的部分具有一个连接在该嵌接头的后面的部分上的、向推入方向逐渐缩小的圆锥体，并且设有一个防止嵌接头相对于曲拐臂轴向移动的锁定装置。

利用该措施完全避免开头所述现有技术的缺点同时保持其优点。由于连接嵌接头的后面的部分的圆锥体取消了嵌接头的并因此也相配的曲拐臂孔的阶梯，从而没有任何间隙要担心的并且确保沿嵌接轴颈的全长的可靠的热压配合。尽管如此仍可在前面的圆锥体末端达到较小的直径，从而在曲拐臂一侧仍保持较多的材料并且避免曲拐臂的削弱。但另一方面平均的圆锥体直径显著大于前面的末端直径，这有利于获得可达到的可传递的转矩。嵌接头的圆锥形构成虽然导致沿轴向方向作用的力。但通过设置的锁定装置可靠地防止由其引起的轴向移动，后者会导致嵌接头的后面的部分的嵌接宽度的减小和前面的部分中热压配合的消失。

一种特别有利的实施形式可以在于，锁定装置包括至少一个锁定环，它嵌入到嵌接轴颈的一个圆周面的凹槽和曲拐臂的一个在孔侧敞开的凹槽中。锁定环可以按有利的方式具有较大的宽度。以便沿轴向方向作用的压力是较小的。另一优点在于，锁定环可以由特别好地适于其应用的、不同于曲轴材料的材料构成，这确保特别高的可靠性。

合乎目的的是，锁定环可以构成为设有一个切口的开口环。这得到锁定环的活塞环式的构造并确保按活塞环方式的简单的组装。

另一种合乎目的的措施可以在于，孔侧的凹槽的深度至少相当于扣除待考虑的收缩量的环宽度。该措施确保在组装时可使锁定环插入孔侧的凹槽中，这便于将嵌接头插入曲拐臂侧的孔中。

上述措施的另一种有利的构造可以在于，锁定装置包括至少一个成型在嵌接头或曲拐臂侧的孔壁上的、至少部分环形的筋条，该筋条嵌入到相应对置的构件的一个凹槽中并且该筋条的高度至多相当于所考虑的收缩量。在该实施形式中按有利的方式不需要任何附加的构件。

在任何情况下，合乎目的的是，将锁定装置设置在嵌接头的前面的与后面的部分之间的界线的区域内。借此确保作用到锁定装置的元件上的弯曲应力是较小的。实验表明，该措施的考虑在曲拐臂的区域内不产生任何值得提起的应力集中。

另一种实施形式可以在于，嵌接头为了构成锁定装置具有一向推入方向逐渐增大的圆锥体，其增大至多相当于待考虑的收缩量。在这种情况下按有利的方式由轴向力产生一附加的径向力，这有利于获得可传递的转矩值。

按本发明，嵌接头的后面的部分至少部分地设有一个向推入方向逐渐增大的圆锥体。

附图说明

上述措施的其他有利的构造和合乎目的的进一步构成可由以下借助附图的实例描述更详细地理解。其中：

图1本发明的曲轴的有局部剖面的一部分；

图2根据按图1的实例的锁定装置构成的锁定环的部分视图；

图3不同于按图1和2的实施形式具有一成型在嵌接头上的锁定筋条；

图4另一实施形式具有一成型在嵌接头的后面的部分上的构成锁定装置的圆锥体；

图5另一可选择的方案具有一包括两反向的圆锥体的嵌接头的前面的部分；

图6具有成阶梯的嵌接头的现有技术的部分视图。

具体实施方式

本发明的主要应用领域是大型发动机，特别是作为船用推进装置等应用的具有大活塞直径和小冲程的二冲程大型柴油机。作为大型装置的实例可以提到具有缸孔直径980mm的十二缸大型柴油机，其中冲程从至今2400mm降到约1200mm以便达到较高的转速。这样的举例性说明自然并不构成任何的限制。

根据图1的曲柄包括一曲拐臂1，由该曲拐臂一方面凸出一主轴颈2和另一方面凸出一与该主轴颈反向的、沿径向方向与该主轴颈相对偏移的连杆轴颈3。主轴颈2与连杆轴颈3之间的径向间距小于两轴颈直径的总和之一半。图1中示出一主轴颈2和一连杆轴颈3。在一大型发动机的一曲轴中，当然设有多个共轴线串联设置的主轴颈和多个按照要求的点火顺序相对位错的、轴线平行的连杆轴颈。

所示的主轴颈2通过热压配合与曲拐臂1相连接。所示的连杆轴颈3成型在曲拐臂1上。自然也可设想这样的实施形式，即其中只连杆轴颈3或主轴颈2和连杆轴颈3均通过热压配合与曲拐臂1相连接。对具有很重的部件的特大型发动机优选最后所述的实施方式。

通过热压配合连接于邻接的曲拐臂的每一轴颈，在这里即主轴颈2包括一嵌入曲拐臂1的相配的孔4中的、通过热压配合固定于其中的嵌接头5。该嵌接头5具有一沿由箭头6表示的推入方向后面的圆柱形部分7，其具有较大的约相当于主轴颈2的直径之直径，并且具有一沿推入方向前面的部分8，其前面的末端直径相对于后面的部分7的直径是较小的，从而曲拐臂1在主轴颈2的嵌接头5的前端与连杆轴颈3的连接部分之间的区域内具有足够的壁厚。在按照图1的实施例中，嵌接头5的前面的部分8具有构成为截圆锥体的圆周外形。其在以下为简单起见称为圆锥体9。圆锥体9在其连续连接嵌接头5的后面的部分7的区域与其前端之间连续地延伸。曲拐臂1的孔4具有相应于一为后面的部分7相配的圆柱形部分和一为前面的部分8相配的圆锥形部分的形状。圆锥体9形成嵌接头5的前面部分8的从后面部分7的直径到与该直径相比减小的前面的末端直径的均匀缩小。

由于圆锥体9的斜度产生一由热压过程产生的径向力引起的反向于推入方向的轴向力，为了防止该轴向力回移嵌接头5，设有防止嵌接头5轴向移动的锁定装置。该锁定装置在按图1的实施形式中包括一环形的锁定环10，其嵌入嵌接头5的圆周面的凹槽11和曲拐臂1的与其共面的在孔侧敞开的凹槽12中，锁定环10合乎目的地由一相对于根据曲轴的材料较硬的材料，优选弹簧钢构成，并且沿径向方向构成较宽的。

如由图2中显而易见的，锁定环10具有一圆周面的切口13。因此组装时可按一活塞环的方式扩大锁定环10。组装时适当地将锁定环10插入加热的曲拐臂1的在孔侧敞开的凹槽12中并在推入嵌接头5时由于其弹性作用卡入嵌接头5圆周面的凹槽11中。为了可以进行这样的过程，凹槽12具有至少相当于扣除在凹槽12的区域内产生的径向收缩量的锁定环10的径向宽度之深度。可以扣除收缩量，因为曲拐臂1在组装时是加热的。其中锁定环10设置在嵌接头5的后面的圆柱形部分7与前面的圆锥形部分8之间的过渡的区域内，这可以期望锁定环10的特别小的弯曲应力和在曲拐臂1的区域内的特别小的应力集中。

在根据图3的实施例中，作为锁定元件设置一在嵌接头5上成型的、完全或部分的环形的筋条14，其嵌入曲拐臂1的相配的在孔侧敞开的凹槽15中。筋条14的高度h相对于嵌接头5的最大直径，在这里即相对于嵌接头5的后面的部分7的直径至多相当于在曲拐臂1的凹槽15的区域内预期的收缩量，借此确保设有筋条14的嵌接头5可以插入加热的曲拐臂的相配的孔4中。在曲拐臂1的冷却过程中筋条14嵌入与其共面的凹槽15中。其可以具有最小径向过盈量以避免强制力。在所示的实例中根据微小轴向过盈量设置。

筋条14在两侧设有侧面的凹槽16以避免缺口应力。在其他方面按图3的实施形式相应于按图1的实施形式。这同样适用于构成锁定装置的筋条14在嵌接头5的后面的部分7与前面的部分8之间的边界区域内的设置。

图4中示出另一实施例。其中嵌接头5的沿推入方向后面的部分7具有一截圆锥体形的、向推入方向逐渐增大的外表面(以下称为圆锥体17)。因此圆锥体17反向于为嵌接头5的前面的部分8相配的圆锥体9缩小。同样的适用于为嵌接头5相配的曲拐臂1的孔4。孔4为了避免缺口应力在为其相配的嵌接头5的后面的与前面的区域7、8之间的过渡区域内的部分设有凹槽18。

圆锥体17的升高h’相对于嵌接头5的后面的部分7的后面的直径，亦即嵌接头5的后面的部分7的最大与最小半径间的差值至多相当于在曲拐臂1的孔4的后面的部分内预期的收缩量，从而可以将嵌接头5插入加热的曲拐臂1的孔4中。圆锥体17的反向于圆锥体9的倾斜之倾斜防止可能发生嵌接头5相对于曲拐臂1的轴向移动。通过在圆锥体9的区域内产生的轴向力提高在圆锥体17的区域内起作用的径向力，其提高热压配合的承载能力。

在另一根据图5的实施例中，嵌接头5的前面的部分8分成两部分，亦即一构成为向推入方向逐渐缩小的截圆锥体(以下称为圆锥体19)的、连接后面的部分7的第一部分和一构成为向推入方向逐渐增大的截圆锥(以下称为圆锥体20)的、连接圆锥体19的第二部分。其中反向于圆锥体19的圆锥体20起防止嵌接头5相对于曲拐臂1轴向移动的作用。在两圆锥体19、20的最小半径与最大的为沿推入方向前面的嵌接头5端面相配的圆锥体20的半径之间的差值，亦即升高h’至多相当于曲拐臂1的孔4的为圆锥体19、20相配的部分之间的过渡区域内预期的收缩量。其中嵌接头5的后面的部分7可以是圆柱形的。

上文虽然较详细地说明了本发明的几个实施例。但实例说明不是最后的。也可设想其他的未更详细示出的实施形式，例如将一弹性的锁定销用于构成锁定装置。同样可设想，将多个相同的或不同的锁定装置设置在每一嵌接头5的部分内。因此本发明并不限于所述的各实施例。

Claims (12)

1.一种曲轴，用于短冲程发动机，包括至少一个主轴颈(2)和至少一个沿径向方向与该主轴颈相对偏移的连杆轴颈(3)，其中，主轴颈(2)和连杆轴颈(3)从一个连接它们的曲拐臂(1)上反向凸出，并且主轴颈(2)和/或连杆轴颈(3)具有一个嵌入到曲拐臂(1)一个相配的孔(4)中的、通过一种热压配合与曲拐臂(1)连接的嵌接头(5)，该嵌接头(5)具有一个沿推入方向后面的、具有一个较大直径的部分(7)和一个与该较大直径的部分(7)相反逐渐缩小的、沿推入方向位于该较大直径部分的前面的部分(8)，其特征在于，嵌接头(5)的沿推入方向位于该较大直径部分的前面的部分(8)具有一个连接在该嵌接头的后面的部分(7)上的、向推入方向逐渐缩小的圆锥体(9、19)，并且设有一个防止嵌接头(5)相对于曲拐臂(1)轴向移动的锁定装置。

2.按照权利要求1所述的曲轴，其特征在于，锁定装置包括至少一个锁定环(10)，该锁定环嵌入到嵌接头(5)的一个圆周面的凹槽(11)和曲拐臂(1)的一个在孔侧敞开的凹槽(12)中。

3.按照权利要求2所述的曲轴，其特征在于，锁定环(10)构成为设有一个径向切口(13)的开口环。

4.按照权利要求2或3所述的曲轴，其特征在于，锁定环(10)由一种比曲轴的材料更硬的材料构成。

5.按照权利要求4所述的曲轴，其特征在于，锁定环(10)由弹簧钢构成。

6.按照权利要求2所述的曲轴，其特征在于，在孔侧敞开的凹槽(12)的深度至少相当于锁定环(10)的径向宽度扣除在凹槽(12)的区域内预期的收缩量。

7.按照权利要求1所述的曲轴，其特征在于，锁定装置包括至少一个成型在嵌接头(5)上或曲拐臂侧的孔(4)的壁上的、至少部分环形的筋条(14)，该筋条嵌入到相应对置的构件的一个相配的凹槽(15)中并且该筋条的径向高度(h)至多相当于在凹槽(15)的区域内预期的收缩量。

8.按照权利要求1所述的曲轴，其特征在于，锁定装置设置在嵌接头的后面的与前面的部分(7、8)之间的过渡区域内。

9.按照权利要求1所述的曲轴，其特征在于，嵌接头(5)具有一个向推入方向逐渐增大的圆锥体(17或20)，以便构成锁定装置，该圆锥体的升高高度(h’)至多相当于曲拐臂侧的孔(4)的相配的部分的收缩量。

10.按照权利要求9所述的曲轴，其特征在于，嵌接头(5)的后面的部分(7)至少部分地设有一个向推入方向逐渐增大的圆锥体(17)。

11.按照权利要求9所述的曲轴，其特征在于，嵌接头(5)的前面的部分(8)具有一个连接在其向推入方向逐渐缩小的圆锥体(19)上的、向推入方向逐渐增大的圆锥体(20)。

12.按照权利要求1所述的曲轴，其特征在于，所述短冲程发动机构成为大型柴油机。

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