CN101076676B - 曲轴传动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及曲轴传动机构(1),该曲轴传动机构(1)具有整体曲轴(2)以及至少三个整体连杆(3),曲轴和连杆非互损地相互组装。此外,提出了这样的曲轴传动机构的系统组合部件、制造方法以及制造曲轴传动机构的设施。
Description
技术领域
本发明涉及优选用于汽车内燃机的曲轴传动机构以及用于制造优选用于汽车内燃机的曲轴传动机构的设备。
背景技术
众所周知,只要曲轴是整体制成的,其就能提供独特的操作安全性。例如,CH 294835公开了一种内燃机曲轴,这种曲轴可被用于汽车,也可以被用于机车和有轨驱动车辆。该曲轴是整体制成的并且与滚子轴承组装在一起。
发明内容
本发明的任务是提供一种改进的曲轴传动机构。
根据本发明,优选用于汽车内燃机的曲轴传动机构具有整体曲轴以及至少三个整体连杆,曲轴和连杆不互损地组装。
根据本发明的汽车内燃机制造方法规定以下步骤:制造整体曲轴,制造至少一个整体连杆,组装整体连杆和整体曲轴,将连杆曲轴组件装入发动机外壳。
根据本发明的、制造曲轴传动机构且尤其是制造汽车内燃机的设施规定以下步骤:制造整体曲轴,制造至少三个整体连杆,组装这些整体连杆和整体曲轴的第一工站,将连杆曲轴组件装入外壳优选是发动机外壳的第二工站。
包括所有工站的设施可以集中布置在一块场地上,尤其是布置在一块共同的加工区内。不过,这些工站也可以相互分开布置,例如布置在不同的加工场所。两个工站也可以合二为一。例如,第一和第二工站可以构成一块共同的加工场,因而不用进一步拆分开。
根据一个改进方案提出,曲轴传动机构具有至少一个整体轴承座,曲轴就支撑在该轴承座中。最好规定,曲轴传动机构只具有多个整体轴承座。通过这种方式就做到了,一方面不仅对整体曲轴而且对整体连杆来说,由于它们支撑在整体轴承座中,所以在制造时本已获得的各自精度能有利地转换。这意味着,这样的曲轴传动机构一方面具有高耐磨性,这是因为各构件的整体性而能避免偏离预定尺寸。另一方面,构件的整体性减小了摩擦力。这又减小了这些相对运动构件的磨损。
曲轴传动机构优选尤其被安装在多缸内燃机中。多缸内燃机例如具有至少三个缸。整体曲轴以无损坏的方式至少与一个整体连杆组装,优选与两个且特别是与三个各自的整体连杆组装在一起。
最好规定,曲轴传动机构具有至少一个用于曲轴的滚动轴承。一个设计方案规定,滚动轴承至少包括一个球轴承和/或一个滚子轴承。另一个设计方案规定,曲轴只是滚动支撑的。还可以规定,曲轴传动机构至少分别具有一个用于曲轴的滚动轴承和滑动轴承。
用于曲轴的滚动轴承的优选设计方案例如公开于DE 101 53 018 A1、DE 199 26 406 A1以及DE 24 35 332 A1。就滚动轴承的类型、浮动轴承和固定轴承的布置结构、所用的轴承体以及所用的轴承材料和轴承构造来说,在本发明的公开范围内参见上述文献。
球轴承被优选用作主轴承。例如与其它滚动轴承且尤其是滚针轴承提出的要求相比,球轴承对形状精度和位置精度的要求较低。相反,如果可能就形状精度和位置精度而言要保持较高精度且另一方面要求更高的通过轴的力传动,则可以采用滚子轴承或者滚针轴承,尤其也作为主轴承。最好在采用球轴承时只设置一条沟道。由此实现了,可以省掉止推平顶以及包括轴向推力轴承在内的月牙凹槽。
特别规定,滚动轴承尤其是球轴承首先被最终安装在曲轴上。为此,可以将轴承的一个或多个组成部分且尤其是保持架分成几段并组装起来。例如,首先,滚动轴承体尤其是球轴承中的至少大部分被装入轴承,随后例如借助保持架来实现封闭,尤其是定位。
为了能在滚动轴承构件已经至少部分安装在曲轴或轴颈上的情况下装入滚动轴承体,尤其是在滚动轴承的内圈和/或外圈已安装就位的情况下,例如可以固定导入槽。导入槽最好从滚动轴承的边缘区延伸到滚动轴承内部。此时,导入槽例如具有斜面形状。根据一个改进方案,如果滚动轴承体已被装入,则导入槽也可以是封闭的。此外,例如能以形状配合和/或传力配合方式装上金属或塑料的嵌入件,尤其是条。也可以通过螺纹件装上嵌入件。通过导入槽,甚至可以事后将滚动轴承体装入滚动轴承中。尤其是这实现了滚动轴承如此组装在曲轴上,即例如在内圈和外圈以及保持架已预装就位的情况下。随后可以填入滚动轴承。这例如在采用球轴承情况下允许采用许多球,同时可以分散负载并由此延长使用寿命。根据一个设计方案,优选在单列球轴承的情况下采用8至14个球。根据另一个设计方案,滚动轴承应具有至少35千牛的按照ISO281的动态承载量C。
另一个设计方案规定,滚动轴承没有导入槽。然而在这种情况下,滚动轴承体首先被装入准备好的轴承中,随后装入保持架。
第一改进方案规定,为曲轴的曲柄轴颈采用滚动轴承,为曲轴的主轴承采用球轴承。这最好用在小型汽车中,该小型汽车例如配备有三缸内燃机。第二改进方案规定,为连杆轴承设置滑动轴承,为曲轴的主轴承设置滚动轴承。这尤其用在缸呈V形布置的内燃机中。在那里,就像也在具有整体曲轴和至少一个整体连杆的其它内燃机中,还可以装入凸轮轴的轴承,凸轮轴同样至少部分是滚动支撑的。凸轮轴最好完全是滚动支撑的。此外,在内燃机中例如规定,将固定轴承紧挨离合器设置。如果例如球轴承和轴向推力轴承被用作曲轴的主轴承,于是尤其将这两个轴承中的较大的轴承安置在离合器法兰区域内。
作为滚动轴承,尤其是可以单独或者联合采用以下类型的滚动轴承:
轴向推力轴承,例如是
*单列或双列深沟球轴承,例如具有盖板或密封片或锁紧涨圈;
*角接触球轴承,它是单列或双列的;
*自动调心球轴承,例如具有圆柱形孔或具有圆锥形孔;
*圆柱滚子轴承,例如是单列或双列的,尤其具有保持架;
*转子轴承;
*滚针轴承;
*分离型角接触球轴承;
向心轴承,例如是
*滚针轴承;
*圆锥滚子轴承;
*球面轴承;
*自动调心滚子轴承;
*滚针球轴承;
以及滚动轴承类型,其可以具有轴向力和向心力,例如上述轴承之一或者其组合。
滚动轴承可以按照X型、O型和/或前后排列形式布置。
为了润滑滚动轴承,例如可以采用柱塞泵。柱塞泵尤其可以取代否则可能需要用于润滑曲轴传动机构的油泵。润滑例如可以通过油雾化和/或喷油来实现。例如,可以规定浸油润滑、喷油润滑,滴油润滑,油循环润滑,甩油润滑、喷油雾润滑和/或油喷润滑。根据另一个设计方案,至少对于所用的滚动轴承,也可以采用脂润滑方式。在这种情况下,例如可以采用脂量调节器。还可以至少局部采用密封的轴承。
连杆和主轴承的润滑最好借助位于曲轴箱中的油雾来实现。因此,根据一个设计方案,可以省掉曲柄臂中的复杂的孔、通向主轴承的供油道以及呈挡油环或曲柄凹口形式的集油结构。连杆最好在活塞中被引导,尤其是呈上导向的形式,以便利用在活塞的轴向导向面处的圆周速度明显较低并且在那里只出现摆动的情况。通过在曲柄轴颈上的连杆的为此所需轴向间隙(尤其是至少为2至3毫米)以及由于在主轴颈的上区域 内的良好可接近性,可以保证通过油雾对连杆轴承充分供油。
根据另一个设计方案,在向下引导的连杆的情况下,则或是可以在其周面的局部尤其在负载小的部位上开缝,或是在侧止推面上开设润滑槽,以保证充分的供油。根据一个改进方案,最好还目标明确地在某个位置上将润滑油喷到连杆轴承上。为此,可以给现有活塞冷却油嘴开设一条支路,该活塞冷却油嘴使另一股射流对准位于OT中的曲柄轴颈。
就曲轴主轴承不是封闭的或是难于接近来说,曲轴主轴承最好也用油雾来润滑。因为它没有遇到离心运动,所以所需要的油量明显小于连杆轴承的油量。
因而,可以依据结构来采用不同的润滑设想:连杆在上侧在活塞中或是在下侧通过曲轴被轴向引导。连杆轴承和主轴承的润滑或是以强制润滑且尤其是喷射供油/压力供油的方式实现,或是通过自由润滑尤其以油雾方式实现。也可以采用混合形式。
作为轴承的材料,例如考虑耐热不锈钢、钴合金以及陶瓷材料。保持架材料可以同样由此制成,或是由钢或黄铜制成。保持架也可以是冲压保持架。其它的保持架材料可以是青铜,例如磷铜或者硅铁青铜。对于某些应用场合,也可以采用塑料,尤其是玻璃纤维强化塑料,例如玻璃纤维强化聚酰胺66。
作为整体曲轴的材料,就像也用于整体连杆的材料一样,考虑使用渗碳钢或调质钢。不过,也可以采用铸铁,它例如含有铸入的轴承内圈嵌入件。轴承圈例如可以被压入连杆中,从而连杆可以作为直接支承的替换形式使用。这样一来,也可以采用不能滚动支撑的材料如GG、GGG、ADI或者铝。根据一个改进方案规定,由滚动轴承钢制成的轴承圈被一起铸入铸铁的连杆中。例如,一个设计方案作为连杆材料规定了15CrNi6或者16MnCr5,尤其是用于直接支承。对于曲柄轴颈,例如可以采用15Cr3。
滚动体的滚道最好被硬化,尤其是渗碳硬化。渗碳硬化深度特别介于0.4毫米至1毫米。
此外,径向间隙(也称为轴承游隙)根据滚动轴承和曲轴尺寸的不 同而位于60微米至300微米的范围内,尤其是取其各自的最小值和最大值。
曲轴传动机构尤其这样组装,即曲轴在介于轴颈和曲柄臂之间的过渡区内具有倒圆,整体连杆可以穿过该倒圆。通过这种方式,一个或多个连杆可以通过曲轴被串起来。通过连杆在不同方向上的运动,为连杆轴承设定的开口可以分别如此扭转,即所述开口可以通过曲轴的当时的几何形状来引导。此外,连杆可以在所有可能的方向上围绕其轴承轴线转动。
另一个设计方案规定,在曲轴上设有多个配重。配重最好以单独的配重形式安置。一个改进方案规定,配重被拧装到曲轴上。这最好借助至少两个紧固螺丝来完成。当整体连杆以及轴承座分别与曲轴相连时,配重例如可以安置在曲轴上。此外,例如可以将滚动轴承体填入连杆轴承和/或曲轴轴承中并固定住。配重的数量可以由当时的结构条件以及曲轴传动机构的使用条件来定。尤其是,对于为每种发动机结构拧装上的配重来讲,其数量可以自由选择。根据一个设计方案,对直列四缸来说,例如可以设置四个或者八个配重。曲轴的提起可以在与配重组装时完成。同样也可以单独地提起曲轴。这尤其当构件有小的尺寸公差时是可行的。
曲轴传动机构的组装可以如此进行,即内燃机活塞先与连杆并进而与曲轴相连,随后活塞被装入各自的缸中。另一个设计方案规定,内燃机活塞先被装入各自的缸中并安装到位,随后活塞与连杆并进而与曲轴连接。也可以先使连杆与曲轴组装,随后将连杆和活塞连接起来。
优选规定,主轴承环和连杆通过曲轴被带到各自位置中。随后,相应的滚动体被装入各自轴承中。这包括也将相应的保持架装入轴承中。此时,滚动体的固定通过保持架本身以及通过相应的其它固定机构完成。
汽车内燃机尤其是按照快燃原理工作的四缸内燃机例如具有以下特征:设有由调质钢制成的并有感应淬火的轴承滚动沟道的整体曲轴。另外,曲轴具有拧装的配重。最好有八个配重。所用的整体连杆由渗碳钢制成。所用的轴承保持架由硬铝制成。设有曲轴箱,在曲轴箱里可以装入曲轴传动机构,在这里,曲轴箱具有单独的整体轴承座。曲轴箱与缸 盖拧装在一起。最好不进行轴承孔道加工。包括活塞在内的曲轴传动机构最好从下方被装入曲轴箱中。随后,曲轴箱与缸盖拧装在一起。另外,可以在裙板上进行横向拧紧。或者,也可以将所用的轴承座或整个曲轴传动机构与缸盖拧装在一起。
为了热退耦,例如可以有利地用不同于如曲轴箱或缸盖的材料来制成所用的轴承座。因此,根据一个设计方案,轴承座例如不由含铝材料或含镁的材料构成,而曲轴箱例如是由其构成的。作为轴承座材料的例子,考虑铸造材料或钢材。轴承座也可以由两个部分或多个部分构成。
一个改进方案规定,采用引线框,其至少部分围绕内燃机中的曲轴传动机构。此外,轴承座设置在曲轴箱内的通风缺口中。轴承座也可以采取缸盖螺丝拧紧,其做法是,所述螺丝或是通过轴承座伸入曲轴箱中,或是其配对件位于轴承座的相应螺纹中。
也可以在水平分开的轴承座中采用贯通拧装。在这种情况下,螺纹最好设置在划分平面上方。另一个设计方案规定,完全贯通的螺栓,可以借此直接拧装引线框。这同样对两个轴承座是可行的。
根据本发明的另一个设想,如此加工整体曲轴,即曲轴轴颈的滚动面加工限于轴承沟道的铣削和研磨。弯曲半径以及倒棱半径可以在曲轴加工中预定的原始轮廓中保留下来。所形成的轴承沟道可以与滚动轴承尤其是滚动轴承球和滚动轴承圈的标准件一起使用。这例如实现了曲轴和连杆的预安装,尤其是在滚动轴承生产商处进行曲轴和轴承座的预安装。在完成曲轴传动机构的安装后,曲轴传动机构例如可以在发动机生产厂家处发货。在这期间例如可以获得由铸造厂提供的缸盖以及包括相应的或许附加的发动机外壳件在内的曲轴箱。内燃机的进一步安装于是可在工厂里完成。
构件与缸曲轴箱的安装最好通过不同的安装方式来进行。以下,简单例举出四种不同的可选方案,但是,这种举例不是穷举的。所述可选方案涉及以下布置:
1、在矩形的缸曲轴箱通道中的完整的轴承座,最好是热退耦的;
2、在矩形的缸曲轴箱通道中的分体的轴承座,最好是热退耦的;
3、带有在常规的缸曲轴箱通道中的主轴承环,如在采用铝合金时没有热退耦;
4、在常规设计的并具有常规的轴承盖的缸曲轴箱通道中的钢铸入件,所述铸入件和轴承盖具有整体滚道,最好作为用于滚动体的直接支承。
附图说明
将由以下附图中看到其它有利的设计和改进。不过,在此所述的特征不局限于各设计方案。相反,这些特征可以与来自附图以及以上描述的其它方案特征组合,构成改进。附图所示为:
图1是曲轴示意图,曲轴构件在其装入位置上被引导经过曲轴;
图2是曲轴传动机构的示意图,在曲轴传动机构上预装有连杆以及轴承并且装有配重;
图3表示将曲轴传动机构装入曲轴箱的一种可能性;
图4是轴承座分解图,轴承座例如适于为轴承承担轴向支撑;
图5表示安装好的轴承座;
图6以分解视图表示带有连杆支承的连杆;
图7表示安装好的曲轴传动机构,它被固定安装在曲轴箱内;
图8是表示已装上连杆的曲轴的局部,其中尤其可以采用滚子轴承和U形支座;
图9以近似分解视图示出了图8所示的局部,以清楚表示安装;
图10表示分开的滚动轴承保持架;
图11以分解视图表示图10所示的滚动轴承保持架;
图12是滚动轴承保持架的前视图;
图13表示图11的局部细节;
图14是图12的局部放大图;
图15表示用于将配重固定于曲轴上的另一个设计方案;
图16表示用于将配重固定在曲轴上的又一个设计方案;
图17举例表示组装有滚子轴承的曲轴传动机构;
图18是图17的整体曲轴的第一视图;
图19是图18的整体曲轴的第二视图;
图20以第一视图表示图17的连杆;
图21以第二视图表示图17的连杆;
图22表示将具有整体曲轴和整体连杆的曲轴传动机构装入曲轴箱的一个例子;
图23是装有配重和滚子轴承的整体曲轴的视图,所述配重和滚子轴承在截面图中用虚线表示;
图24举例表示将活塞装入缸套的可行的第一方案;
图25以放大图表示图24中的虚线画圆区域;
图26以分解图表示图24和图25所示的构件;
图27表示将活塞装入缸套的可行的第二方案;
图28表示第一夹紧箍;
图29是图28的第一夹紧箍的局部放大图;
图30表示装入的夹紧箍,它压紧活塞环,以便能把活塞装入缸套;
图31是图30虚线画圆区域的放大图;
图32举例表示用于在将活塞装入缸套后使夹紧箍脱离活塞的可行方式;
图33是图30所示构件的分解图。
具体实施方式
图1示出了具有一个整体曲轴2的曲轴传动机构1。一个整体连杆3被斜装到曲轴2上。在这里,整体曲轴2的尺寸设定为与连杆中的开口4如此适配,从而连杆3可以通过曲轴2被一直引导就位。第二连杆5例如已经引导就位并且配备有相应的轴承6。此外,轴承6优选是滚动轴承,尤其是球轴承。连杆3、5因而从曲轴的前面6穿入。在曲轴2的背面7上又已经安装了一个后主轴承8。在过渡到曲柄臂11时,曲轴2例如在主轴颈9区域内具有倒圆。在从曲柄臂11继续过渡到连杆轴承滚道12时,还设有倒圆10。因此,通过适当穿入连杆3、5以及轴承环13,实 现了整体曲轴2可以配备整体连杆3、5。在采用整体轴承座时,轴承座例如在曲轴安装前穿过轴承环。于是如图所示,曲轴完全配备滚动轴承,尤其是球轴承。因此,主轴承的内滚道14具有环行的沟道15。主轴颈轴承17的第二内滚道16也呈环形沟道15的形式。作为各内滚道14,16的配对件,轴承环13或连杆3各自具有环形的沟道15。因此,通过沟道15的几何形状,可以确定滚动轴承是哪种类型。例如,它可以是球轴承、滚子轴承、滚针轴承、角接触轴承以及轴向推力轴承。
图2表示第二曲轴传动机构18。在第二曲轴传动机构18上已经安装有连杆19以及主轴承20。以下讨论连杆19和主轴承20的准确安装。还如图2所示,多个配重21与曲轴22拧装在一起。为此,各曲柄臂最好各具有两个平行延伸的盲孔。配重21于是例如可以形状配合地安装到曲柄臂23上。通过最好具有内六角螺栓头的相应螺栓,将配重以规定的紧固力矩固定。
图3和图4以示意图表示曲轴传动机构可能安装在四缸直列发动机上的情况,此时采用了球轴承。
图3示出了曲轴箱24,缸盖25被拧装在曲轴箱上。活塞26以及未详细示出的活塞环且尤其是预定数量的刮油环被安装到曲轴箱24中并且从上方装入缸筒27。如图所示,装入的活塞26越过UT位置,因而从缸筒27上露出用于活塞销29的孔28。通过未详细示出的起重机构,预装的曲轴30被保持在其位置上,其中四个连杆中的两个靠内的连杆安置在UT位置上。在活塞销29被装入且通过在活塞销29上的固定环被固定后,曲轴30在箭头方向31上移动了大约半个活塞行程。同时,曲轴转动约90度。由此一来,就可以同靠内的活塞相似地安装靠外的活塞。就是说,靠内的活塞被首先固定在曲轴传动机构上,随后靠外的活塞被固定。在六缸直列结构中,又必须如此固定不同的活塞,即总是留有足够的间隙供各活塞销插入。在活塞26完全固定在预装好的曲轴30上后,又使曲轴传动机构沿箭头方向31移动,直到各轴承座32支撑在缸曲轴箱24内。为这种安装,缸曲轴箱24具有矩形通道33。矩形通道33由裙板34构成。裙板34又具有配合面35。配合面35最好是铣削的。尤其是,设有径向 安置的配合面35,长孔36穿过所述配合面。通过这种方式,通过相应的螺栓,可以分别将轴承座32侧固定在曲轴箱24中。在螺栓以规定的紧固力矩紧固后,可以安装缸盖25。缸盖螺栓37同样以规定的紧固力矩被拧紧。缸盖螺栓37最好这样延伸,即它们可以通过相应的、穿过曲轴箱24的孔38被拧入各自的轴承座32。通过这种方式,力通过缸盖螺栓被传入曲轴箱。如此安装好的发动机例如由图7示出。
图4和图5示出了整体轴承座38的组装。轴承座38此时呈固定轴承形式。为此,首先将第一固定环39装入轴承座38。随后,例如预装的滚动轴承,在这里是球轴承40,与固定环39平齐地被装入轴承座38。为了进一步紧固,球轴承40利用第二固定环41被固定在轴承座38中。由此得到了图4所示的安装好的作为固定轴承的轴承座38的例子。
图6一方面示出了整体连杆42的分解图。另一方面,该分解图示出了用于连杆42的一个示范滚动轴承的安装。滚动轴承又是球轴承43。保持架44具有四个180度的段45。段45的接缝46分别错开90度。这在组装时得到了与围成圆形的保持架一样的工作性能。半个保持架的接合在组装状态下借助螺纹连接、铆接或焊接实现。根据第一可能性,第一个半保持架被装入连杆42中,随后球47被装入,接着通过第二个半保持架封闭。由于保持架被分成了段,就可能在连杆42经曲轴进入其位置的情况下将保持架安置在连杆上。由此就可以将保持架的段相互卡紧,例如通过适当的榫槽配合,通过呈销或类似物形式的倒钩形状。为此,可以采用不同的卡接以及具有咬边的拼接件。最好在轴向和/或径向上固定保持架的段,例如通过螺丝、粘结或类似手段。作为保持架材料,可以考虑钢、铝以及塑料。可以采用冲压保持架以及冲压型材。根据第二可能性,首先装入球,排好球的方位,随后装入保持架的段,球借助保持架的段被固定到位。尤其借助该方法,可以装入更多的球。也可以采用完整的不分段的保持架。
图7表示在曲轴箱中的装好的曲轴传动机构,它是按照图2所述的过程安装的。除了图2所述的将曲轴装入发动机的可能性,还可以先给活塞配备各自的活塞环并将其安装在连杆上。随后,整个曲轴传动机构 被装入缸曲轴箱中,其做法是将活塞从下侧装入缸筒。此时,多个活塞尤其可以被同时装入。为此规定,缸筒的出口配备环绕的引入棱角。这避免了活塞环始终悬吊着。随后,缸盖螺栓被拧紧,因而安装上发动机。
另一个设计方案规定,曲轴安置在发动机组中,其做法例如就像在传统的滑动支撑的发动机中利用下侧拧装的轴承盖那样。在这种情况下,安装原则上如图2所示或如上所述地进行。但是,如此节省了隔断,即活塞显然可以通过UT位置潜出,或者从下侧装入发动机组。为此,在从下侧安装于缸筒时,需要用于活塞环的引入棱角。缸盖和轴承盖不仅可以通过一个共同的螺栓被固定,也可以分别固定。
图8表示曲轴传动机构48的一个设计,其构造很小。由此实现了即便是具有整体曲轴49和整体连杆50,仍然可以采用最小的可用结构空间。为此,曲柄臂51具有短的倒棱52,但没有例如在图1的曲轴传动机构中那样的倒圆。通过在曲轴传动机构48中采用滚子轴承,可以获得更高的承载性。还可以采用滚子轴承和球轴承的组合形式。由于采用滚子轴承,滚动轴承体滚道在轴颈和连杆上分别呈圆柱形53。通过各自临近的曲柄臂56来完成由连杆50和主轴承55轴向引导滚子保持架54。连杆50的轴向引导此时既可以通过曲柄臂56来实现(所谓的下引导),也可以通过未详细示出的活塞来实现(所谓的上引导)。尤其是根据应用场合的不同来选择采用两种导向方式中的一种。在下引导时,例如为了给曲柄臂和连杆孔中的连杆轴颈轴承供给润滑物,开设一个或多个槽、缝或孔。也可以还在侧面安置青铜片或硬化的钢片。在上引导时,例如可以省略在活塞销座中的润滑缝或类似物。为了在活塞销座之间引导连杆,最好采用具有角形横截面的硬化钢圈,它以小的径向间隙安置在活塞销上。通过例如侧润滑槽,保证了导向面的润滑。根据一个改进方案,无论采用哪种导向,曲轴和连杆都没有润滑用油孔。
图9示出了在图8所示曲轴传动机构48上安装滚子轴承。在这里,第一个半滚子保持架57沿箭头方向58轴向经过曲拐59移入连杆50。关于主轴承55,同样以第一个半滚子保持架57进行相同的过程。在半滚子保持架57已经被引入后,其各自被转动180度。随后,未详细示出的第 二半滚子保持架也沿轴向被移入连杆50或主轴承55。此时出现了形状配合的燕尾槽连接60。为了防止随后的轴向移动,各半保持架借助螺钉或铆钉相互固定。根据另一个设计方案,在第二个半滚子保持架已事先装在主轴承55中之后,第一个半滚子保持架57被移入。例如,第二个半滚子保持架已经在经曲轴插入连杆时安置于其中。为了保证能安装半滚子保持架(也可以是不同分开的滚子保持架段),最好在靠外区域61内的曲拐直径定为小于当时轴颈62的直径。靠外区域61的周面此时尤其对准当时所用保持架段的圆心角。在图9所示的例子中,该圆心角为90度。
滚子轴承保持架的组装可以有各种不同的方式。除了销接、铆接、拧接外,半保持架还可以通过粘结、压制和/或通过焊接来固定以克服轴向位移。
图10至图14具体示出了保持架段的优选连接方式。图10示出了第一保持架段63与第二保持架段64的形状配合连接。滚子65安装在保持架中。但是,这些滚子也可以是球、滚针或类似物。此外,两个保持架段63、64具有燕尾槽连接66,作为形状配合连接。图11具体示出了保持架的分段结构。在此处第一保持架段63与第二保持架段64分开。由此示出了燕尾槽连接66以及为此各自在每个保持架段63、64中的几何形状。在这里要注意,每个保持架段在其中一侧具有两个槽,在另一侧具有两个榫头。由此得到了借助燕尾槽连接66的均匀受力。两个保持架段63、64最好通过螺栓相互固定。但也可以采用铆接。图12表示组装好的保持架67。除了分别以180度分开的保持架段外,还可以采用其它保持架段尺寸。图13仍放大示出了燕尾槽连接66。图14同样以放大的主视图示出了燕尾槽连接。
图15表示曲轴68的横截面。曲轴表面具有平面69,配重可安置于该平面上。平面69最好是铣削的,尤其是在该平面上设置一个或多个孔70,例如作为配合孔或者用于螺栓连接。平面69也可以被用于获得曲轴68和配重之间的形状配合和/或传力配合。
图16表示另一个曲轴71的横截面。曲轴71的上表面具有两个相互 成角度的平面72、73,所述平面最好相交形成山墙结构。不过,平面72、73也可以成V形布置,而不相交。此外,也可以在两个平面72、73之间设有面,尤其是平面。由此一来,例如可以形成具有多棱、槽和/或突起的上表面。每个平面可以具有一个或多个孔,例如作为配合孔或用于螺栓连接。这些面也可以被共同用于获得在曲轴和配重之间的形状配合和/或传力配合。
图17举例表示另一个曲轴传动机构的结构,在这里,为该曲轴传动机构结构给出了尺寸和参数。但是这些尺寸和参数不局限于该曲轴传动机构,尤其是所示出的滚子轴承曲轴传动机构74。这些尺寸,参数或范围也能够在其他滚动支承的曲轴传动机构上得以应用。
在本实施方式中,滚子轴承曲轴传动机构74和球轴承支承的曲轴传动机构在安装上没有区别。用于一个或多个配重的容槽75最好具有自对中结构,例如呈具有120度交角的V形。这种设计最好不需要采用配合辅助件如销和/或套。配合辅助件如销和/或套最好用在直的没有自对中结构的安放面上。在安装时,配重可以被轴向压到支撑面76上并随后被拧装上。这种曲轴的特征还在于特殊形成的第一斜面77、第二斜面78以及缺口79,缺口最好也呈斜面形式。在这个设计方案中,该面布置在过渡区内保证了连杆且尤其是轴承座穿入时的畅行。
根据一个优选方案,对于具有足以用于安装且尤其是穿入连杆和轴承座的刚性的曲轴传动机构,采取以下参数,即参数值可以有±20%的波动。以下给出的值在图18、19、20和21中详细示出了。从两个图中看到了曲轴传动机构的例子及各自所属的构件。
曲轴:
DHz/DHL=1(优选值1,如果DHz/DHL不等于1,大直径起决定作用)
Bw/DHz=0.48
Sw/DHz=0.48
BHz/DHz=0.4
活塞行程/DHz=1.55
连杆:
DPI/dPI=1.29...1.36(最大1.4)
dPI/DHz=1.28...1.32
BPI/DHz=0.38
轴承座(未显示,但尺寸与连杆时相同)
Blagerbock/DHz=0.3 6
dlagerbock/DHz=最大1.4(指最薄位置)
滚动体:
DRolle/DHz=0.14...0.18
DRolle/LaengeRolle=1.25...1.9
此外,在这个连杆和轴承座的安装例子中显示出±20%且优选±5%的尺寸波动,在穿入时,它在至少一个位置上,优选在至少主要的位置上,尤其在所有位置上应最好至少绝对为0.4毫米,以保证顺利安装。
为了例如对于4缸PKW发动机足够大的45千牛动态承载量,优选采用14至20个滚子,在这里优选的滚子尺寸应该为7至9毫米。
适用于滚子支撑的曲轴的尺寸也同样可用于球轴承支撑的曲轴,在这里,作为外环直径,采用球滚道直径减去2倍的沟道深度。
图22举例放大表示安装缸曲轴箱的可能性,它装有活塞、曲轴传动机构以及引线框。根据该实施例,曲轴传动机构被装入缸曲轴箱的原理以及活塞的安装最好等同于在球轴承支撑时的情况。为了在紧固时卸去扭曲负荷,最好采用图17中的支撑螺栓,它为了无扭紧固可通过头中的内六角被锁紧。轴承座的第二固定,尤其为了避免曲轴方向上的振动,最好通过引线框81来实现,如图22中的设计方案例子所示。引线框81通过螺纹82与轴承座83相连。为了简明起见,没有详细示出所需的螺栓。引线框81通过未详细示出的螺栓连接与未示出的缸曲轴箱84的油盘法兰相连。如果出于例如由朝后变平的油盘所引起的位置考虑,靠外的轴承座85无法通过引线框81被同时连接上,则例如可以通过箱盖86接到缸曲轴箱上,或是通过侧螺栓连接。
图22所示的轴承座83具有最好直接加工出的用于在轴承座中直接 支撑的滚动面。由此一来,也可以将轴承座83和所需构件保持得较小。
图23表示曲轴传动机构的一个设计例子,其中示出了曲轴的优选的轴向引导。
曲轴的轴向引导可以通过NUP型标准圆柱滚子轴承负责,它被推移到自由轴端上。该轴承不仅在外环中有中挡边,而且在内环中有中挡边,它承受离合器断开力并且可以防止曲轴在离合器方向上轴向移动。标准轴承的内环被防滑固定住。根据一个设计方案,这例如通过径向热压配合来实现,或者根据另一个设计方案,借助轴向紧固来实现,例如用控制齿轮或链齿轮。
代替所示的圆柱滚子轴承,也可以采用球轴承。
轴向固定也可以通过尤其是青铜的滑动环87、88来实现,它例如被固定在箱体上的轴承座89来固定,尤其是被拧紧。离合器断开力从离合器法兰90传导至滑动环88上。为了在飞轮方向上固定曲轴,配重91撞到滑动环87。滑动环的以及接入其间的带有保持架93的滚子轴承92的润滑例如通过油孔用集油或压力油(未详细示出)来实现。
借助滑动环的轴向支撑或固定可以如图所示地不仅安排在离合器侧,而且还可以安排在自由轴端上,或者也可以安排在每个其它主轴承上。代替滑动环,还可以采用滚针轴承保持架。
也可以采用滑动环与轴向支撑的组合方式,该滑动环承受离合器断开力,并且可以采用具有挡边的NJ型圆柱滚子轴承,它将曲轴一直固定到离合器侧。
还从图23看到滚动轴承的保持架引导。在主轴承和连杆轴承中的轴向的保持架引导通过在曲柄臂内侧上的滚动面94实现。连杆轴承保持架的径向引导由于离心力而通过连杆中的外滚道实现。主轴承保持架的径向引导可以通过作为内滚道的曲轴轴颈或者借助适当的保持架兜孔的造型通过支撑于滚动体上来引导,由此不用在具有内和外滚动面的保持架上开孔。
以下,给出用于曲轴传动机构的优选值,它们可以被用在不同的滚动轴承中。
轴承间隙
保持架的旋转游隙:
在曲轴上的轴向间隙 0.008…0.012(到0.3)*宽度
连杆中的径向间隙 0.003…0.005*滚道直径
(上值优选用于轻金属保持架)
滚子的旋转间隙:
在保持架兜孔中的滚子间隙 0.008…0.02(到0.5)*滚子直径
保持架中的滚子的轴向间隙 0.01…0.02(到0.5)*滚子长度
主轴承间隙(冷态):
直径的0.0004…0.0008(到0.025)*轴颈直径
(球轴承间隙约小50%)
连杆轴承间隙(冷态):
直径的0.0001…0.0003(到0.0075)*轴颈直径
(球轴承间隙约小50%)
该间隙极限在操作技术中已被证明是有利的。主轴承间隙最好应该是20至80微米。个别间隙的上限可以提高到25倍值,就像在括号中有时给出的那样。
图24至图33表示如何在这样的曲轴传动机构中将活塞装入缸中的不同可能性。例如,为此可以采用活塞环夹紧箍。
图24和图25放大示出了带有卷边95的夹紧箍或夹紧环。对此,一旦卷边95支撑在缸筒97的端面96上,夹紧箍就在推入时自动脱离活塞环片组。一旦活塞98被完全推入,夹紧箍就滑过活塞杆到达活塞98下面。此时位于连杆上的夹紧箍可以借助一个钩从外面拆下或用剪子剪断。也可以设置断裂线。带有卷边的夹紧箍或是可以由弯边的、端部焊合或折合的薄金属带或塑料带制成,或是由金属片环深冲制成。也可以设置穿孔作为理论断裂点,只要不切断夹紧箍即可。
也可以使用弯折的衬板,它和理论断裂点一起安置在夹紧箍上,或是被一起加工到槽接合中。衬板的横截面与卷边95一样。一旦衬板支撑到位,紧箍于活塞上的夹紧箍被撕裂。
已被证明有利的是,在从下方起安装活塞时,就像例如也在图27至图33所示的那样,缸套上设有导入斜面或类似结构。在从上方安装活塞时,活塞最好用杆被推入具有长而宽的导入斜面的安装套中,从而活塞环逐步紧固并进入其槽中。作为最大直径的导入斜面最好具有大于松开的活塞环的直径的直径。斜面本身具有小角度,以便环没有失去与活塞环槽对准的位置,进而活塞环可以承受尽量小的轴向力。
在从下侧经过缸曲轴箱安装活塞时,也设置用于活塞环的导入斜面。导入斜面最好很短。由此避免了发动机高度必然因导入斜面而增大。例如,导入斜面的最高高度为活塞环片组高度的1至1.5倍。斜面的角度最好最大为10度。设有夹紧箍,用于将活塞环预紧到最小直径。最小直径不一定是尽可能最小的直径。只要活塞环能被压缩到其可以被导入斜面中就行。随后,夹紧箍被取掉。例如,可以拉动断裂线,它将夹紧箍分断开以便取出。随后,活塞又被继续推入缸中。断裂线或其它分裂件例如可以以塑料条或薄金属条的形式被粘上,焊入材料中,或者捆在夹紧箍上。受控的夹紧箍断裂例如借助穿孔或其它方式的断裂部位来实现。
夹紧箍最好由薄金属片或塑料构成。夹紧箍的厚度最好小于0.2毫米。尤其是,它像一种收缩软管那样通过活塞环片组从装入的活塞环中被整个抽出。也可以采用开口的夹紧箍,它在切向拉紧后可闭合。闭合例如可以通过粘接或者焊接相互重叠的箍头来实现。另一个可能性在于借助褶皱(Pfalz),它还可以是粘结的或焊接的。褶皱最好在变形后变平。
具有整体曲轴与整体连杆以及也是整体轴承座的曲轴传动机构的这种设想不仅可以用在汽车内燃机中,而且可以用在例如通用车辆的内燃机中,例如用于摩托车,发电机,具有相应的曲轴传动机构的普通工作机械中。在内燃机中,这样的曲轴传动机构可以被用在直列发动机、V型发动机、按照快燃原理或定压原理工作的内燃机中。此外,还可以用在带有曲轴传动机构的泵、压缩机等类似机器中。另外,也可以将曲轴传动机构用于固定不动的应用场合。也可以将曲轴传动机构用于发电设备。例如,曲轴传动机构被装入发电机中。曲轴传动机构最好这样安装,在这里,如果采用滚动轴承,则存在消耗量降低的很大潜力。
Claims (41)
1.一种曲轴传动机构,其中,所述曲轴传动机构具有整体曲轴以及至少三个整体连杆,所述曲轴和所述连杆非互损地组装在一起。
2.根据权利要求1所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴传动机构具有至少一个整体轴承座,所述曲轴支撑在所述轴承座中。
3.根据权利要求1或2所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴传动机构的多个轴承座均为整体轴承座。
4.根据权利要求3所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴传动机构具有至少一个用于所述曲轴的滚动轴承。
5.根据权利要求4所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述滚动轴承包括至少一个球轴承和/或滚子轴承。
6.根据权利要求3所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴只是滚动支撑的。
7.根据权利要求3所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴传动机构至少具有均用于曲轴的一个滚动轴承和一个滑动轴承。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,至少一个滚动轴承具有由保持架段组装成的保持架,所有滚动轴承的尺寸允许在曲轴上组装该滚动轴承。
9.根据权利要求8所述的曲轴传动机构,其特征在于,所有滚动轴承均具有由保持架段组装成的保持架,所有这些滚动轴承的尺寸允许在该曲轴上组装该滚动轴承。
10.根据权利要求1、2、4至7、9中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴在轴颈和曲柄臂之间具有这样的倒圆,即所述整体连杆能穿过所述倒圆。
11.根据权利要求1、2、4至7、9中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,在所述曲轴上安置有多个配重。
12.根据权利要求11所述的曲轴传动机构,其特征在于,在所述曲轴上安置有多个单独的配重。
13.根据权利要求11所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述配重以可拆下的方式安置在所述曲轴上。
14.根据权利要求11所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述配重拧装在所述曲轴上。
15.根据权利要求1、2、4至7、9、12、13、14中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴传动机构安置在曲轴箱中,所述曲轴箱具有矩形通道用于接纳轴承座。
16.根据权利要求15所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述轴承座被侧固定。
17.根据权利要求1、2、4至7、9、12、13、14中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述曲轴的至少一个轴承座通过缸盖螺栓被固定。
18.根据权利要求1、2、4至7、9、12、13、14中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,滚动轴承在边缘具有用于引入滚动轴承体的导入槽。
19.根据权利要求18所述的曲轴传动机构,其特征在于,所述滚动轴承是球轴承。
20.根据权利要求1、2、4至7、9、12、13、14中任一项所述的曲轴传动机构,其特征在于,汽车的内燃机具有所述曲轴传动机构。
21.一种曲轴传动机构的系统组合部件,其中所述曲轴传动机构具有至少一个整体曲轴以及至少三个整体连杆,它们非互损地相互连接,所述系统组合部件至少规定所述整体曲轴用于不同应用场合。
22.根据权利要求21所述的系统组合部件,其特征在于,所述曲轴具有单独添加的多个配重,用于按照快燃原理工作的内燃机的配重的数量不同于用于按照定压原理工作的内燃机的配重的数量。
23.根据权利要求21或22所述的系统组合部件,其特征在于,所述曲轴传动机构为权利要求1至16之一所述的曲轴传动机构。
24.一种制造汽车内燃机的方法,包括:
-制造整体曲轴;
-制造至少三个整体连杆;
-非互损地组装所述三个整体连杆和所述整体曲轴以形成连杆曲轴组件;和
-将所述连杆曲轴组件装入内燃机外壳中。
25.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,在至少两个整体连杆之间,一个整体轴承座设置在所述曲轴上。
26.根据权利要求24或25所述的方法,其特征在于,在组装所述连杆和曲轴时,滚动轴承体至少被填入并固定在连杆轴承和/或曲轴轴承中。
27.根据权利要求24或25所述的方法,其特征在于,内燃机的活塞首先与所述连杆并进而与所述曲轴连接,随后活塞被装入各自的缸中。
28.根据权利要求24或25所述的方法,其特征在于,内燃机的活塞首先被装入各自的缸中并且被安装到位,随后所述活塞与所述连杆并进而与所述曲轴连接。
29.根据权利要求24或25所述的方法,其特征在于,所述连杆从一个与离合器法兰相对的轴端开始被引导经过所述曲轴。
30.根据权利要求24或25所述的方法,其特征在于,制造并应用用于曲轴的整体轴承座。
31.根据权利要求30所述的方法,其特征在于,许多待生产的整体轴承座被堆积和相互紧固,随后所述轴承座被钻孔和铣削。
32.根据权利要求24和25中任一项所述的方法,其特征在于,进行轴承座及安置于该轴承座中的滚动轴承的插入。
33.一种制造根据权利要求1-20之一的曲轴传动机构的设施,包括:
-用于制造整体曲轴的一个工站;
-用于制造至少三个整体连杆的另一个工站;
-用于非互损地组装所述整体连杆和所述整体曲轴以形成连杆曲轴组件的第一工站;和
-用于将所述连杆曲轴组件装入曲轴箱中的第二工站。
34.根据权利要求33所述的设施,其特征在于,所述第一工站规定,在至少两个整体连杆之间,将一个整体轴承座安置在所述曲轴上。
35.根据权利要求33或34所述的设施,其特征在于,所述第一工站在组装所述连杆和曲轴时规定,滚动轴承体至少能被填入和固定在连杆轴承和/或曲轴轴承中。
36.根据权利要求33或34所述的设施,其特征在于,所述第二工站规定,曲轴传动机构的活塞首先与所述连杆并进而与所述曲轴连接,随后活塞能被装入各自的缸中。
37.根据权利要求33或34所述的设施,其特征在于,所述第二工站规定,所述曲轴传动机构的活塞首先被装入各自的缸中并安装到位,随后所述活塞与所述连杆并进而与所述曲轴连接。
38.根据权利要求33或34所述的设施,其特征在于,所述第一工站规定,所述连杆从一个与离合器法兰相对的轴端开始被引导经过所述曲轴。
39.根据权利要求33或34所述的设施,其特征在于,所述第二工站的目的是制造并应用用于曲轴的整体轴承座,该整体轴承座用于将连杆曲轴组件装入曲轴箱中。
40.根据权利要求39所述的设施,其特征在于,设有夹紧机构,用于相互紧固多个待制造的、堆积的整体轴承座,随后所述轴承座被钻孔和铣削。
41.根据权利要求33、34和35中任一项所述的设施,其特征在于,所述设施规定轴承座及安置于轴承座中的滚动轴承的插入。
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