CN101025185B - 构造的特别是用于中速运行的四冲程柴油机的曲轴 - Google Patents

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Abstract

为了实现一种具有特别是用于中速运行四冲程柴油机的典型的冲程半径的构造的曲轴，它允许简单廉价地以确定数量往复活塞的任意长度制造，活塞冲程s与主轴承销及连杆支承销的相加的直径的总和之比小于1，规定单个元件(1、2、3)按模块原理摩擦连接或形状配合连接或者摩擦连接且形状配合连接，使得主轴承销(2)和曲柄轴承销(1)的横截面在曲轴(8)的径向方向可以重叠，使得曲柄半径可以小于或等于主轴承销和曲柄销的相加的半径总和。

Description

构造的特别是用于中速运行的四冲程柴油机的曲轴
技术领域
本发明涉及一种曲轴。
背景技术
一个曲轴原则上包括曲拐、与之一起在主轴承中运行的轴销、曲轴销(曲柄销)、连接的带有位于其上的配重的曲柄臂。
在曲轴上将振动运动转化成旋转运动。较大的曲轴被自由地预先锻造，然后与旋转到正确位置上的曲拐一起最终锻造并且最终加工。
通常已知的整体式的用于内燃机的曲轴大多数由一种锻造的部件制成并且要求昂贵的切削加工。整体式的结构方式虽然给曲轴在例如对于中速运行柴油机所需要的大小上提供良好的稳定性，但是很难允许有损伤部段的事后维修以及可高承载的轴承的使用。
带有非常小的冲程半径(曲柄半径)的连杆轴承销(曲柄)可以按偏心器的结构形式构成。曲柄销的中心位于曲轴中心之外，因此产生径向朝外指向的离心力。为了平衡，由此通常在曲柄臂上设置配重。
特别是在例如应用于船泊或电厂中采用的大型往复活塞式内燃机的情况下，通常提供具有不同缸数的发动机类型。因此对于每一缸数必须锻造专门的曲轴。这不仅要求高的制造费用，而且要求较长的供货时间，因为将所有任何时候需要的曲轴保持在仓库中是不经济的。
对于中速运行的四冲程柴油机，冲程长度s与缸径D的比例与慢速运行的二冲程发动机相比较小并且缸压力P缸通常较高，使得主轴承销和曲柄销的横截面总是重叠，因此至今在该领域内实际上未实现构造的曲轴。
但是已经建议一些曲轴，其中各曲轴部段、配重和曲柄销与其他元件无关地分开并且又可以拼合。这些曲轴应该可以由储存的零件容易地制造并且无需特别的知识就能组装。
构造的曲轴的一些构思是已知的并且在实践中已经实施，其中曲柄臂构成为盘，盘的尺寸使得它同时也能一起支承主轴承销。制成为独立的零件的曲柄销，压缩或拧入到该盘中或者以其他方式与该盘连接。
按DE-PS 347103，插入到曲柄臂中的销偏心地安装在轴件上，使得它们与中心的距离大于曲柄半径(等于活塞冲程的一半)。另外连接至曲柄臂的连接元件的几何体小于销直径。为了在曲柄臂中在各孔之间保持足够用于销的中间壁厚，或者必须选择较大的冲程，或者必须将曲柄与轴构成整体式的。在此冲程在任何情况下的大小，使得绝对不出现主轴承销与曲柄销在曲轴径向方向上的重叠。
发明内容
由此本发明的任务是实现一种用于构造的曲轴的结构，该曲轴具有与慢速运行的二冲程发动机相比较小的冲程半径，该结构允许以确定数量的往复活塞的任意长度简单廉价的制造并且允许如下应用情况：活塞冲程s与主轴承销及连杆支承销/曲柄支承销的相加的直径的总和之比小于1(s＜DGLZ+DPLZ)；GLZ＝主轴承销，PLZ＝曲柄销。
这由于在大多数实际的应用情况下活塞冲程s与活塞直径D之比明显小于2。大多数应用构造的曲轴的慢速运行的二冲程柴油机实际上具有s/D约等于2或者甚至大于2。
这按本发明如下实现，即用于建立主轴承销、曲柄销和曲柄臂的单个元件按模块原理摩擦连接或形状配合连接或者摩擦连接且形状配合连接，使得通过选择合适的用于单个元件的接触几何体，主轴承销和曲柄销的横截面沿曲轴的径向方向可以重叠，使得曲柄半径可以小于或等于主轴承销和曲柄销的相加的半径总和。
当然本发明的措施可以通过相应的尺寸设计也应用于如下构造的曲轴，即其曲柄半径可以大于主轴承销和曲柄销的相加的半径总和。
因此得到高的灵活性和短的供货时间，因为曲轴毛坯可以非常快地由仓储的单件构成。
曲轴的由多个可容易得到的单个元件的这种组装通常适用于任何形式的往复活塞式机械，例如内燃机、泵、增压器和压缩机。
对于以半成品形式的单个元件的生产，考虑明显更大的范围的供货商。另外因为构造的曲轴的制造工艺明显不同于传统的锻造的曲轴，所以避免生产瓶颈和至少使其影响显著缓和。
在轿车和货车制造领域内已经批量采用的新轴承技术的引入至今在中速运行的柴油机中不能采用，因为它们以硬化的曲柄销为前提。在该规模的单件式的曲轴中，销变软，因为必须考虑轴承损伤的后处理。另外在销的感应硬化的情况下害怕制造复杂性的增加，这实际上反正已经被认为是很高的。
附图说明
下面借助于若干实施例详细解释本发明。
在以下各附图中：
图1至4显示一种模块原理，它包括以曲柄销、主轴承销和曲柄臂形式的三个不同的元件；
图5显示一种模块原理，其中为了在曲柄臂中的摩擦连结和形状配合连接，设置一个支持装置，它包括多个带有配合合理的支承面的中间件；
图6显示一种模块原理，其中主轴承销和曲柄销借助于至少两个不同的可插入到曲柄臂中的单个元件构成；
图7至8显示一种模块原理，其中曲轴的单个元件基本上包括一个主轴承销和一个由两个曲柄臂与一个曲柄销构成的整体式的曲拐；
图9至11显示一种模块原理，其中不仅在主轴承而且在曲柄销两侧成型曲柄臂的一个分件；
图12显示一种模块原理，其中不仅主轴承销而且曲柄销两侧构成有插塞连接元件。
具体实施方式
图1的曲轴8的模块原理包括以曲柄销1、主轴承销2和曲柄臂3形式的三个不同的元件。
不仅曲柄销1而且主轴承销2在两侧具有圆柱形的收缩连接元件1a、b；2a、b，它们偏心地成型在轴承销1、2上，使得在曲柄臂3中产生一个圆柱形的摩擦的收缩连接，其中用于收缩连接元件1a、b；2a、b的容纳孔4、5在曲柄臂3中构成为两个完全彼此分开的圆柱形的收缩接合面6、7。
该模块原理的另一特别有利的变形方案显示于图2中。不仅连杆轴承销10而且主轴承销11在两侧具有收缩连接元件10a、b；11a、b，它们成对地设置在曲柄臂13中的一个相应的配合孔12内，使得对应的支承面14、15互补地设置在收缩连接元件10a、b；11a、b上，因此在一个曲柄臂13中各一个曲柄销10和一个主轴承销11摩擦连接且形状配合连接，并且通过互补定向的支承面14、15相对于曲轴16的轴线的定向至少往复运动的角度位置是可变的。
图3显示图2实施形式的一种变型方案，因此也采用相同的附图标记。另外在曲柄臂13上成型重量平衡元件18。
图4显示另一特别有利的变型方案。收缩连接元件10a、b；11a、b分别具有一个半圆柱形的结构并且在两个相应的支承面14、15放置在一起时基本上构成一个圆柱形的几何体，因此各一个曲柄销10和主轴承销11摩擦连接地且形状配合连接地在曲柄臂13的一个圆柱形孔内拼合。
例如十八缸V形内燃机的一个曲轴8、16在采用上述模块原理37时需要单个零件(一个在离合器侧的轴端、一个在离合器相对端的轴端、十八个曲柄臂3、13、八个主轴承销2、11和九个曲柄销1、11)。
按图5的实施例，在曲柄臂13中的摩擦连接且形状配合连接通过一个或多个带有配合合理的支承面的中间件19、20进行支持。
按图6，主轴承销21和曲柄销22借助于至少两个不同的可插到曲柄臂23中的单个元件构成，它们在彼此平行的方向上错开销21、22的中心并且使单个元件还附加地在曲柄臂23中相互拧紧。
按本发明的另一有利的结构，图7显示曲轴30的各个元件基本上可以包括一个主轴承销31和一个由两个曲柄臂33与一个曲柄销34构成的整体式的曲拐32，其中一个主轴承销31可以通过曲柄臂33中的一个圆柱形的孔35或者一个圆柱形的杯状的凹槽与曲拐32摩擦连接。
作为另一优选的实施例，图8显示曲轴40的单个元件基本上包括一个不仅可以用作为主轴承销而且可以用作为曲柄销的曲拐41和一个收缩环42，借此每两个曲拐41可以摩擦连接。
图9显示本发明的另一有利的变型方案。不仅在主轴承销50而且在曲柄销51上在两侧成型一个曲柄臂的一个分件50a、51a、b。这些分件具有支承面52、53，因此各主轴承销50和曲柄销51可以在互补地构成的支承面52、53上组装并且各分件对50a、51b可以借助于膨胀螺钉54连接。另外在分件对50a、51b上可以拧上质量平衡元件55。
图10和11显示图9的实施例的两种另外的变型方案，它们可以简单地由附图得出，而不更详细地解释。
图12显示另一实施例。不仅主轴承销60而且曲柄销61在两侧构成有插塞连接元件60a、61a、b，使得相应地两个相互互补地作用的插塞连接元件60a、61a在构成相应曲柄臂的情况下相互插入并且分别在一个曲柄臂上可以螺纹紧固上一个平衡重量62。插塞连接另外可以借助于膨胀螺钉65固定。
另外在由多个模块件组装的曲轴的上述结构的基础上可能较容易的是，即使在用于中速运行的柴油机的曲轴中也采用硬化的销，并且从而采用现代的滑动轴承类型，它们要求这种情况并且因此至今在这种发动机中没有在广泛的应用。另外在由多个模块件组装的曲轴的上述结构的基础上可能较容易的是，在制造或检验过程期间被确认为有缺陷的曲轴部件的问题通过采用另一构件而消除。另外在由多个模块件组装的曲轴的上述结构的基础上可能较容易的是，对于在发动机运行中由于轴承咬住或类似情况产生的曲轴上的重大损伤时，也可以仅通过更换有损伤的部分进行维修。

Claims (10)

1.用于中速运行的四冲程柴油机的构造的曲轴，它由用于可拆式拼合多个主轴承销、曲柄销和曲柄臂的单个元件构成，其特征在于：各单个元件按模块原理摩擦连接或形状配合连接或者摩擦连接且形状配合连接，使得通过选择合适的用于单个元件的接触几何体，主轴承销和曲柄销的横截面沿曲轴的径向方向能够重叠，使得曲柄半径能够小于或等于主轴承销和曲柄销的相加的半径总和，其中所述模块原理包括三个以一个曲柄销、一个主轴承销和一个曲柄臂形式的不同元件。
2.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：不仅曲柄销(1)而且主轴承销(2)在两侧具有圆柱形的收缩连接元件(1a、b；2a、b)，它们分别偏心地成型到曲柄销和主轴承销上，使得在曲柄臂(3)中建立圆柱形的摩擦的收缩连接，其中在曲柄臂(3)中的用于收缩连接元件(1a、b；2a、b)的容纳孔(4、5)能够构成为两个完全彼此分开的圆柱形的收缩接合面(6、7)。
3.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：不仅曲柄销(10)而且主轴承销(11)在两侧具有成对地接连放置在曲柄臂(13)中的一个相应配合孔(12)内的收缩连接元件(10a、b；11a、b)，使得相应的支承面(14、15)互补地设置在收缩连接元件(10a、b；11a、
b)上，因此在曲柄臂(13)中曲柄销(10)和主轴承销(11)总是摩擦连接且形状配合连接，并且通过互补地构成的支承面(14、15)相对于曲轴(16)的轴线相应的定向，至少往复运动的角位置是能变化的。
4.按权利要求3所述的构造的曲轴，其特征在于：收缩连接元件(10a、b；11a、b)分别具有半圆柱形的结构并且在两个相应的支承面(14、15)放置在一起时基本上构成一个圆柱形的几何体，因此曲柄销(10)和主轴承销(11)相应摩擦连接及形状连接地在曲柄臂(13)的圆柱形孔内拼合。
5.按权利要求3所述的构造的曲轴，其特征在于：为了在曲柄臂(13)中实现所述摩擦连接及形状配合连接，通过一个或多个中间件(19、20)以配合合理的支承面进行支持。
6.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：主轴承销(21)和曲柄销(22)借助于至少两个不同的能插到曲柄臂(23)中的单个元件构成，它们在彼此平行的方向上与销(21、22)的中心错开，并且单个元件还能够附加地在曲柄臂(23)中相互螺纹紧固。
7.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：曲轴(30)的单个元件包括主轴承销(31)和由两个曲柄臂(33)与一个曲柄销(34)构成的整体式的曲拐(32)，其中主轴承销(31)能够通过曲柄臂(33)中的一个圆柱形的孔(34)或者一个圆柱形的杯状的凹槽与曲拐(32)摩擦连接。
8.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：曲轴(40)的单个元件包括不仅能够用作为主轴承销而且能够用作为曲柄销的曲拐(41)和收缩环(42)，借此每两个曲拐(41)能够摩擦连接。
9.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：不仅主轴承销(50)而且曲柄销(51)在两侧成型曲柄臂的分件(50a、51a、b)，这些分件具有支承面(52、53)，因此相应地主轴承销(50)和曲柄销(51)能够在互补地成型的支承面(52、53)上组装，并且相应地分件对能够借助于膨胀螺钉(54)连接。
10.按权利要求1所述的构造的曲轴，其特征在于：不仅主轴承销(60)而且曲柄销(61)在两侧具有插塞连接元件(60a、61a、b)，使得分别两个相互互补地作用的插塞连接元件(60a、61a)相互插入并且构成相应曲柄臂，并且分别在一个这样的曲柄臂上能够用螺纹将一个平衡重量(62)紧固住。
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