CN101514724B - 曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴及其内燃机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，该曲轴包括至少一组相互配合并各自独立的拐、曲柄，所述拐具有至少一个伸出的曲柄销，每个曲柄销对应一个独立的曲柄，所述曲柄上开设供与其对应的曲柄销插入的通孔，称为曲柄孔；所述拐和曲柄以曲柄销插入对应曲柄的曲柄孔的方式，实现两者的连接，构成完整的曲轴。该曲轴所述拐的曲柄销前部为锥端，所述曲柄孔为锥度与曲柄销前部锥端配合的锥孔，在该锥端和锥孔上分别设置有一对或者两对定位半孔。本发明提供的曲轴由可以分离的拐和曲柄组成，可以方便的拆卸并且拆装后相互之间的位置关系不变。

Description

曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴及其内燃机、压缩机

技术领域

本发明涉及内燃机或压缩机曲轴，具体涉及曲柄圆滑块内燃机或者压缩机的曲轴。本发明同时涉及一种使用该曲轴的内燃机以及空压机。

背景技术

往复式内燃机或者压缩机都需要实现活塞的往复运动和曲轴的旋转运动之间的转换，其中，往复式内燃机是将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，而往复式压缩机则是将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。目前的通用技术下，上述转换过程均需要使用曲柄连杆机构。由于曲柄连杆机构中连杆的存在，使机器庞大、笨重，无法完全平衡.

为了解决上述问题，中国专利文献CN85100358A公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN85100359A公开“一种曲柄圆滑块往复活塞式压缩机”，中国专利文献CN1144879A公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”，中国专利文献CN1144880A公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。上述内燃机的共同特点是对通用技术下内燃机的曲柄连杆机构进行了彻底改进，采用具有偏心圆孔的圆滑块代替连杆。所述偏心圆滑块呈圆柱形，并且开有平行于圆柱体轴线的偏心圆孔，该偏心圆孔用于穿过曲轴的曲柄销。该内燃机的活塞包括两端的冠部和连接两冠部的导向部，其中导向部上开有圆孔，该圆孔的内径面和上述圆滑块的外径面相配合，所述圆滑块即安置在活塞导向部上与其外周相配合的圆孔中。当所述活塞受到汽缸中燃烧气体的推动而在气缸中往复运动时，所述偏心圆滑块绕其自身的圆心转动，并进而带动曲轴转动，从而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，再通过与曲轴连接的旋转部件向外传递功率。上述专利的思想也可以方便的转用到压缩机中，获得曲柄圆滑块压缩机。

在上述曲柄圆滑块式内燃机或者压缩机中，曲轴仍然是一个不可或缺的部件。曲轴具有主轴颈和曲柄销，所述主轴颈用于通过轴承将曲轴支撑在缸体上，所述曲柄销则穿过所述圆滑块的偏心圆孔中。由于主轴颈的直径大于所述曲柄销，位于两端的主轴颈必然将所述曲柄销的轴线的左右完全封死，因此，必须考虑如何将圆滑块套在曲柄销上。

解决上述问题的一种方法是，将所述圆滑块做成剖分的结构，即分为各自为半圆的左右两块，安装时将左右两块相对套在曲柄销上，再通过锁紧结构将左右两块合为一体。这种方法虽然可以解决上述问题，但是由于圆滑块本身尺寸较小，还要设置偏心圆孔，使安置锁紧结构的尺寸有限，圆滑块在内燃机工作时受力又比较大，造成锁紧结构容易失效。因此，这种剖分的圆滑块存在明显的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明解决的技术问题在于，提供曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，这种曲轴克服了上述采用剖分结构造成的问题，便于圆滑块方便的安置在曲柄销上，易于加工组装，固定牢靠，不易失效，且拆装重组后，各零件的相位关系不变。本发明另外提供使用上述曲轴的内燃机和压缩机。

本发明提供一种曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，该曲轴包括至少一组相互配合并各自独立的拐、曲柄，所述拐具有至少一个伸出的曲柄销，每个曲柄销对应一个独立的曲柄，所述曲柄上开设供与其对应的曲柄销插入的通孔，称为曲柄孔；所述拐和曲柄以曲柄销插入对应曲柄的曲柄孔的方式，实现两者的连接，构成完整的曲轴；所述曲柄销前部为锥端，所述曲柄孔为锥度与曲柄销前部锥端配合的锥孔；该曲轴还包括曲柄螺栓；所述曲柄销的前端面上，开设有与曲柄螺栓配合的轴向定位螺纹孔，通过将所述曲柄螺栓拧入该轴向定位螺纹孔，能够以曲柄孔小端开口所在端面或者其它较曲柄孔小端开口所在端面距曲柄孔大端端面更远的平面为定位面，将曲柄销和曲柄固为一体；为实现上述效果，对曲柄孔和曲柄销前部锥端的长度尺寸要求如下：在最终安装位置，所述曲柄销前端面未被其它任何端面遮挡；

所述曲柄销和曲柄孔在相互配合的配合面上，各自具有一个、或者两个定位半孔，两者的定位半孔成对设置，并且，相配的定位半孔在同一方向的端面上具有开口；当所述曲柄销和曲柄孔配合正确时，相配的定位半孔相对 并形成完整的圆形的定位销孔；上述定位销孔中能够插入定位销，定位所述拐和曲柄的相对角度。

优选的，所述曲柄孔小端开口位于曲柄端面所设置的沉孔的底面，该沉孔能够容纳曲柄螺栓头部进入，称为曲柄螺栓安装空间。

优选的，所述定位半孔平行所述曲柄销或者曲柄孔的锥度方向开设。

优选的，所述拐具体是具有一个曲柄销的单拐，或者具体是具有两个曲柄销的双拐。

优选的，所述拐仅仅具有一个曲柄销，其主轴颈同时作为另一个拐的曲柄，这种形式的拐称为曲柄单拐；具体结构如下：在主轴颈的两个端面上，其中一个设置有曲柄销，另一个端面上与曲柄销在该端面上的投影位置呈设定角度开有曲柄孔，该曲柄孔供另一个拐的曲柄销插入；通过曲柄单拐、曲柄以及另一个单拐的组合，形成完整的曲轴。

本发明同时提供一种内燃机，该内燃机使用上述任意一项技术方案所述的曲轴。

本发明同时提供一种空压机，该空压机使用上述任意一项技术方案所述的曲轴。

与现有技术相比，本发明提供的单拐或者双拐均具有一端开放的曲柄销，使圆滑块可以直接安置在曲柄销上，再通过与曲柄或者曲柄单拐等零件的组合，形成一个完整的曲轴。上述组合形成的曲轴加工简单，并且使装配在曲柄销上的圆滑块可以采用整体圆滑块的形式，彻底克服了采用剖分式圆滑块的各种缺陷。尤其是该技术方案提供了由分别位于曲柄孔和曲柄销上的第一定位半孔和第二定位半孔组合形成的定位销孔，通过至少一个或者两个定位销孔可以确定拐和曲柄之间的周向角度关系，能够实现对拐和曲柄的精确定位，并且使装配工艺非常简单。

本发明还提供了使用上述曲轴的内燃机和压缩机，这些内燃机和压缩机均具由于上述曲轴的使用而相对现有技术具有明显的优点。

附图说明

图1-1是本发明第一实施例提供的曲轴的单拐的主视图；

图1-2是本发明第一实施例提供的曲轴的单拐的右视图；

图1-3是本发明第一实施例提供的曲轴的曲柄的主视图；

图1-4是本发明第一实施例提供的合曲轴的曲柄的左视图；

图1-5是本发明第一实施例提供的曲轴组合后的主视图；

图2-1是本发明提供的曲轴的双拐的正视图；

图2-2是本发明提供的曲轴的双拐的左视图；

图3-1是本发明提供的曲轴的曲柄单拐的正视图；

图3-2是本发明提供的曲轴的曲柄单拐的右视图。

具体实施方式

本发明第一实施例提供一种小型二冲程单缸内燃机的曲轴。该曲轴包括一个设置有一个曲柄销的单拐和一个与该单拐组合的曲柄，两者装配后形成完整的曲轴。

图1示出该组合曲轴。其中，图1-1为该曲轴的单拐的主视图；图1-2示出图1-1的单拐的右视图；图1-3为该曲轴的曲柄的主视图；图1-4为该曲轴的曲柄的左视图；图1-5为该曲轴组合后的主视图。

请参看图1-1。该曲轴的单拐包括轴线相互平行并且依次连接的单拐主轴颈5、第一曲柄臂22、曲柄销21三部分，三部分均为圆柱形，其直径各不相同。

所述单拐主轴颈5位于该单拐的一端，该单拐主轴颈5与曲柄的主轴颈共同支撑该组合曲轴，为曲轴提供旋转轴心；图1-2示出，该单拐主轴颈5的外端面开有若干螺纹孔12，用于安装飞轮或其它动力输出的连接部件(图未示)。单拐主轴颈5的外端面是指其远离曲柄销21，工作时朝向曲轴外侧的端面。

第一曲柄臂22与所述单拐主轴颈5同轴，其直径较单拐主轴颈5稍大，并且在凸出部位朝向单拐主轴颈5的外端面方向开有环槽，该环槽的外槽口内扣，该环槽称为甩油盘4。

所述曲柄销21为直径较单拐主轴颈5小的圆柱，从所述第一曲柄臂22 的外端面垂直伸出，其轴线相对单拐主轴颈5与第一曲柄臂22的共同轴线偏置于一侧，在曲柄销21外周上设有包含3个齿的齿段7，在和齿段7成180度角的位置，设有一处凸起部分20。该曲柄销21的前端为锥端9，在该锥端9的前端面的中心，沿轴向开有带细牙螺纹的轴向定位螺纹孔11，从该锥端9的前端面开始，沿锥端9的外周面开设有两个沿锥度方向延伸的第一定位半孔10-1。该第一定位半孔10-1也可以从锥端9的大径端开始，沿其圆周表面锥向延伸。该第一定位半孔10-1能够和设置在曲柄上的第二定位半孔组合后形成完整的定位销孔。所述曲柄销21的销体内部开有油道6，油道6一端开口于所述甩油盘4的槽底，另一端开口于曲柄销21表面的油孔8。

请参看图1-3所示的曲柄。该曲柄包括轴向直线连接的曲柄主轴颈13和第二曲柄臂18两部分。在轴线位置偏置于所述曲柄主轴颈13轴线的一侧，开有与所述曲柄销21的锥端9的锥度相配合的锥孔，该锥孔称为曲柄孔15。在所述曲柄主轴颈13的背离所述曲柄销21的外端面(也就是曲柄外端面)，设有曲柄螺栓安装空间14，该曲柄螺栓安装空间14是一个设置在曲柄主轴颈13外端面上的沉孔，该沉孔的尺寸足以容纳曲柄螺栓头部进入。所述曲柄孔15的小端开口位于曲柄螺栓安装空间14的沉孔的底面。该沉孔底面上还开设有固定磁电机轴的螺纹孔3。沿所述曲柄孔15的锥度方向，在其内径面上，从锥孔15的小径端面开始(假定与其相配合的第一定位半孔10-1是从锥端9的小径端开始)，设有两个轴向的第二定位半孔10-2，该第二定位半孔10-2和曲柄销锥端9上的第一定位半孔10-1组合为完整的圆孔，称为定位销孔。另外，在满足强度和刚度需求的情况下，在该曲柄上还可以开设若干去重孔2。

需要说明，上述曲柄孔15与锥端9的轴向上的长度尺寸上需要满足一定的要求，即，需要确保曲轴安装完毕后，所述曲柄销21前端面尚未达到与曲柄孔15的小径端端面，即曲柄螺栓安装空间14的沉孔底面平齐的位置。

上述曲柄和单拐通过组合形成曲轴。其具体的安装过程如下：首先，将圆滑块套在所述曲柄销21上，并用曲轴垫片调整轴向间隙，然后将所述曲柄以曲柄孔15配合所述曲柄销21的锥端9插入，并旋转调整到相配对的所述第一定位半孔10-1和第二定位半孔10-2相互吻合，形成完整的圆形定位销 孔。该圆形定位销孔在曲柄螺栓安装空间14的沉孔底面具有开口，以两个圆柱形定位销柱从该开口插入该定位销孔，实现曲柄和单拐相互之间角度关系的定位。最后，使用曲柄螺栓17拧入所述轴向定位螺纹孔11，按规定的预紧力拧紧。由于对曲柄孔15和锥端9的轴向长度已经进行了设定，通过将所述曲柄螺栓拧入该轴向定位螺纹孔11，能够以曲柄孔15小端开口所在端面(在本实施例中，就是曲柄螺栓安装空间14的沉孔底面)为定位面，拉紧所述曲柄销21，使其在轴向上被牢靠的固定，不致形成轴向窜动。并且，由于单拐和曲柄的接合面，即曲柄孔15的内径面和曲柄销21的锥端9的外径面，为锥面，通过曲柄螺栓17的拉力，使两个零件在接合面上相互压紧，形成很大的静态摩擦力。曲柄螺栓17拧紧后，所述定位销柱也被曲柄螺栓17的螺栓头压住，这样，曲柄螺栓17还可以同时起到预防定位销柱脱落的作用。通过上述装配，就使单拐和曲柄组合成为完整的曲轴圆滑块组件。并且可以有效、平衡的传递转矩。

需要说明，所述定位销孔开口可以在锥端9的大径端，即曲柄孔15的大端开口所在的平面上。在这种情况下，需要从曲柄的内端面插入所述定位销柱。这种方式下，曲柄螺栓17不能同时起到预防定位销柱脱落的作用。

另外，所述定位销孔可以设置为一个，也可以起到周向定位的作用，但是，使用两个定位销孔的定位精度更高。当然，不排除使用三个甚至更多的定位销孔，但是，两个定位销孔无疑已经足以实现所需精度的定位。

在上述实施例中，曲柄螺栓17的定位面为曲柄孔15小端开口所在端面，实际上，也可以在距离曲柄孔15的大端端面距离更远位置的平面作为定位面，总之，只要能够保证曲柄螺栓17能够以该定位面为支撑面，将曲柄销21拉紧即可。无论何种情况，需要确保在最终安装位置，所述曲柄销21的前端面未被其它任何端面遮挡。

上述实施例是本发明的优选实施例，实际上，该技术方案仅仅是解决本发明提出的技术问题的优选方案之一，还可以有更多的技术方案形成上述曲轴。关键在于，所述曲轴的曲柄和拐必须分离，以便将加工为一体的完整圆滑块套在拐的曲柄销上。如何将曲柄和拐结合在一起，有很多技术选择。以下对可能的各种技术方案进行简要说明。

例如，所述曲柄销的前端完全可以不采用锥端的形式，而是没有锥度的圆柱形，相应的，所述曲柄孔也是没有锥度的通孔，此时，曲柄孔和曲柄销之间可采用过盈配合的方式实现两者的紧密固定。

例如，除了采用第一实施例所采用的圆形定位销孔外，也可以采用其他的方式定位拐和曲柄的周向角度，例如，平键连接、花键连接，或者销连接。所述销连接，是在曲柄孔部位设置从曲柄外周面开始通向曲柄孔内径面的销孔，在曲柄销上设置相应的定位孔，通过从销孔拧入的销子插入该定位孔，确定曲柄和单拐的周向位置关系。采用上述结构后，所述

另外一种技术可能是，所述曲柄孔采用盲孔而不是通孔，此时，曲柄与曲柄销的轴向固定结构可以设置在曲柄的内端面上。在现有技术下，可以采用多种方式实现上述曲柄与曲柄销的轴向固定。

上述第一实施例是一个小型二冲程单缸内燃机的曲轴，在大功率内燃机或者空压机中，有可能使用具有两个曲柄销的双拐，并且配合以两个曲柄，构成曲轴。图2示出该曲轴所用的双拐。图2-1为该曲轴的双拐的正视图，图2-2是该组合曲轴的双拐的左视图。该双拐包括第一曲柄销64、双拐主轴颈70、第二曲柄销72。从图2-2可以看出三者之间在周向投影面上的几何角度关系，实际上，根据设计需要，三者之间可以具有不同的周向角度关系。该双拐的每个曲柄销与曲柄的连接方式可以采用上述第一实施例的连接结构，当然，也可以采用其他连接方式。

另外，在一些情况下，可能需要将拐和曲柄作为一体，即曲柄单拐。具体请参见图3。图3-1示出一个曲柄单拐的正视图，图3-2示出该曲柄单拐的右视图。可以看出，该曲柄单拐的主轴颈86上，一个端面上设置了曲柄销82，并且，在主轴颈86上，与所述曲柄销82周向上呈一定角度的位置开设有曲柄孔88，其大端开口位于与曲柄销82相对的端面上，在曲柄销82所在的主轴颈86端面上，则设置有曲柄螺栓安装空间87。这种曲柄单拐的一端与曲柄组合，另一端与单拐或者双拐组合，能够更为灵活的实现曲柄、拐的不同组合，构成多拐曲轴。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，其特征在于，该曲轴包括至少一组相互配合并各自独立的拐、曲柄，所述拐具有至少一个伸出的曲柄销，每个曲柄销对应一个独立的曲柄，所述曲柄上开设供与其对应的曲柄销插入的通孔，称为曲柄孔；所述拐和曲柄以曲柄销插入对应曲柄的曲柄孔的方式，实现两者的连接，构成完整的曲轴；所述曲柄销前部为锥端，所述曲柄孔为锥度与曲柄销前部锥端配合的锥孔；该曲轴还包括曲柄螺栓；所述曲柄销的前端面上，开设有与曲柄螺栓配合的轴向定位螺纹孔，通过将所述曲柄螺栓拧入该轴向定位螺纹孔，能够以曲柄孔小端开口所在端面或者其它较曲柄孔小端开口所在端面距曲柄孔大端端面更远的平面为定位面，将曲柄销和曲柄固为一体；为实现上述效果，对曲柄孔和曲柄销前部锥端的长度尺寸要求如下：在最终安装位置，所述曲柄销前端面未被其它任何端面遮挡；

所述曲柄销和曲柄孔在相互配合的配合面上，各自具有一个、或者两个定位半孔，曲柄销上的所述定位半孔称为第一定位半孔，曲柄孔上的所述定位半孔称为第二定位半孔，所述第一定位半孔和所述第二定位半孔成对设置，并且，相互配合的第一定位半孔和第二定位半孔在同一方向的端面上具有开口；当所述曲柄销和曲柄孔配合正确时，相配的第一定位半孔和第二定位半孔相对，并形成完整的圆形定位销孔；上述定位销孔中能够插入定位销，定位所述拐和曲柄的相对角度。

2.根据权利要求1所述的曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，其特征在于，所述曲柄孔小端开口位于曲柄端面所设置的沉孔的底面，该沉孔能够容纳曲柄螺栓头部进入，称为曲柄螺栓安装空间。

3.根据权利要求1或者2所述的曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，其特征在于，所述定位半孔平行所述曲柄销或者曲柄孔的锥度方向开设。

4.根据权利要求1或者2所述的曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，其特征在于，所述拐具体是具有一个曲柄销的单拐，或者具体是具有两个曲柄销的双拐。

5.根据权利要求1所述的曲柄圆滑块内燃机或压缩机的曲轴，其特征在于，所述拐仅仅具有一个曲柄销，其主轴颈同时作为另一个拐的曲柄，这种形式的拐称为曲柄单拐；具体结构如下：在主轴颈的两个端面上，其中一个设置有曲柄销，另一个端面上与曲柄销在该端面上的投影位置呈设定角度开有曲柄孔，该曲柄孔供另一个拐的曲柄销插入；通过曲柄单拐、曲柄以及另一个单拐的组合，形成完整的曲轴。

6.一种内燃机，其特征在于，使用权利要求1-5任意一项所述的曲轴。

7.一种空压机，其特征在于，使用权利要求1-5任意一项所述的曲轴。

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