CN1026559C - 对分开的轴颈上的轴套扩径来装配曲轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本方法是由单个成型件来组装曲轴的，曲轴总是具有一个曲柄臂和一个主轴颈(2)和一个曲柄销(3)。配对的轴颈部件被推装到一个总的轴套6上。在接合之前可以在主轴颈2或曲柄销3上安装的轴承轴套和/或滚动轴承17以及连杆4。在曲柄臂。轴套与轴颈之间设置了畅通连续的润滑。通过设置在曲柄臂上的孔29可使压力扩径装置伸入到轴套6之中去。根据本方法，可能使工序减少并可使部件之间的连接性或密封性得到改善。

Description

本发明涉及一种用于由成型件构成的活塞发动机曲轴的制造方法，该曲轴一般包括曲柄臂和轴颈 部件。对于较小的活塞式发动机，尤其是汽油发动机和柴油发动机，它们的曲轴多采用在金属铸模浇铸或在锻模成一体制造的。随后，对轴颈进行机加工，最后进行淬火;这样为了加工好的工件，花费是比较大的。反之，对于较大的发动机曲轴就得由零部件组装了，这时，考虑制造工艺上的可能性如何就占支配地位了，典型的解决方案表示在DE-B-1625579中，在这里两个部件之间的分界线是沿曲柄臂走向的，以及DE-B-2023364，在这里轴颈是分开的。这些零件一律是通过焊接的方法互相连接的;只有在这种情况下，按照DE-C-498170曲轴是用薄板冲压件而彼此组装的。通过DE-C-848728，对专业人员来说这些也是公知的，即为了节省重量而可将曲轴做成空心的并且总是可使用不同的材料来制造轴颈和曲柄臂，然而它们之中的每一种都适于不同的特殊载荷，它们并且能使这些部件装配起来。通过DE-A-1922488，部件与部件之间通过电子束焊接产生中间层而改进的装配已经公知。DE-A-1951097表明，在装配零部件之前，在同样的曲轴轴颈上可推入并固定一个准备好的传动元件，例如一个齿轮。本领域专业人员可从同一份专利得知分界面上的零件应当如此设置成，使其在焊接以前就能交错搭接以提供一个辅助装配。

为了使曲轴同活塞连接起来一律使用分开的连杆，同样在制造时是比较昂贵且配装时要求特别小心，以保证轴颈优良地旋转，特别是在经常使用滑动轴承的地方应该安装滚动轴承。一个管子在另一个零件的孔中固定是通过前者的扩径已由热交换器结构而公知，不仅利用机械的而且利用液压的扩径装置。

在一份同时递交的德国专利申请（DE37376012）中申请人描述了由单个制造随后连接曲柄臂和轴颈的组合曲轴的制造方法，在此，呈空心圆筒体的造好的轴颈通过扩径塑性变形而置入相应曲柄臂的孔内，在此最后将发生弹性变形。这种方法适合于这样的曲轴，其中曲轴销和主轴颈在轴向投影中互相不能重影。该曲轴是做成整体式的，在强度上能承受不利的负荷作用，这就是为什么最近所谓的短冲程发动机具有优点的原因，其中曲柄臂如此的缩短了以及曲柄销和主轴颈在必要时直径如此的扩大，以至使它们在轴向投影处部分互相重影。本发明适合于制造最后所说的这种曲轴。

本发明的任务是找到一种成本合适的组合曲轴的制造方法，在此可以为各个零件选择材料，使所选材料特别适合所要求的不同的特殊负荷。这些零件应该在连接前就加工完毕，以至于直到矫正和精细动平衡都不需要后处理。借助于本发明的制造曲轴的方法应该配置着安排简单的润滑管路，在一定的情况下也要具有良好的自润滑性能。由于这种制造同时伴随而来的驱动零件的附件，如轴承与连杆也应同时简化并改进其运转功能。

这样的要求的解决方案如下，即总是与成型件毗连的轴颈部件被推装到一个总的轴套上，该轴套通过扩径发生塑性形变而轴颈部件都保持弹性变形。因此，构成曲轴的单个部件总是包括曲柄臂（该曲柄臂能够被装配到由单个部件构成的很大的发动机上）和轴颈零件，最后都会在轴上组装起来，尽管轴颈在轴向投影上互相有部分重影。通过轴颈部件的弹性变形，这种发生在轴套上的扩径过程结束之后又被反弹回来，因此就产生了一种能经受住高的传递力矩的连接。

如要使用成型件，这种成型件的臂上的孔的直径与轴套内径相同，那么，借助插入轴套的液压扩径器这种扩径过程可以实现，如已经利用固装在冷管壁上的热交换管一样。如果考虑到曲柄臂和轴颈附件的不同负荷，应该使用其它的材料作为后者中段，最好安装在曲柄臂的轴颈部件和附加的轴颈部件之间。为简化起见，建议附加的轴颈部件与起联接作用的轴套整体完成，因此正如在附图中进一步表明的那样，达到了轴颈部件的夹紧从而达到了两部件之间的大面积连接。

因此附加的轴颈部件作为轴套以外的其余部分具有不同的材料性能，可以着手使曲轴的各个范围的材料性能进一步优化，例如使曲轴润滑得到改善，在可能的情况下，用一种带有固体润滑剂浸润的烧结材料制成的轴套。一种这样的轴套，如果它已经是轴套的一部分，可以很好地包含在曲轴结构之内。

因此，轴颈零件通过在总轴套上推动，并且该成型件固定在用于连杆的范围“d”内，然后对轴颈进行优良的矫正。此外，对于轴颈的扩径工序和曲轴轴颈的相互调节可在一工序中完成，正如申请人已在EP-A-0213529中建议的，将如凸轮、齿轮 或轴瓦等驱动零件固定在一个空心轴上。

由于在轴套壁厚和轴颈或连接的曲柄臂之间的相互作用，在这个意义上，通过最终限制弹性扩径材料的厚度尺寸而确定减少塑性扩径的部件并建议利用在轴套的端部缩小其横截面。由于轴向压力分布是不同的，也可以考虑这种相互作用，以至于这里在所有的连接零件都应达到均匀的连接。

轴颈部件和轴套的特殊成形产生了这样的可能性，即提供曲轴的轴承位置的同时也提供了润滑材料，根据现有技术生产曲轴时必须补充加入润滑管路部分，不但可能产生了困难且增加了生产消费。

这样使采用分开的轴套成为可能，即对具有摩擦性的轴承而使用特别适当的材料。正如上文已叙述过的，使用一种用固体润滑材料浸渍过的烧结材料，不仅润滑剂可以均匀地通过轴承表面，而且能保证良好的备用性能，这是可能的。

因此可以在已经加工完的轴承衬套上安装一个轴颈，只把原来轴承处表面的这样一个部分纳入扩径流程。至此，例如可以在轴承表面以外的部分设有卷边，或者按照其结构使其端部变细。

接着一个优选的结构在连接之前可将整体滚动轴承装在轴颈或轴套上。因为这样的连接没有热效应，以及没有这种在先进的焊接方法中还不能完全消除由焊接部位甩出材料的危险，因此这种轴承对此是没有损害的。

同时，使用上述建议的滚动轴承也可以将整体的连杆推装到轴颈上去。因为按照本发明制造的曲轴就改进而言，它的使用寿命表示出不超出该整机疲劳强度限定的因素，就可无须由于分开连杆而引起的修配工作。

一些互相关联的轴颈零件的配合被用来作为装配的辅助手段，这时，它们是独立进行并且易于使零件彼此正确地定位。

如果轴套在接合前过冷，随后加热到环境温度使之膨胀在轴颈上形成一个特别牢固的配合。

待扩径的轴套可设置环形槽（其横截面大约呈V型）。这里它们必然要沿轴向收缩，这种产生的预应力必要时将由外部作用的力进行反调正，该力调节连接的轴颈零件的拉伸。这种这样产生的轮廓连接将给轴颈与轴套的连接一个附加的阻力。

当轴套的开口端部在扩径后用堵封闭时，使整体结构加强。一种这样形成的空腔可以作为润滑剂的存贮器来使用。

下面通过附图描述本发明的实施例，其中：

图1一种结合三个实施例的曲轴及共同起作用的零件的断面的总轴向剖视图，

图2另一实施例的纵轴向剖视图，

图3按图5和6Ⅲ-Ⅲ方向的另一实施例的纵轴向剖视图，

图4另一实施例

图5和图6按图3的Ⅴ-Ⅴ向和Ⅵ-Ⅵ向的横向剖视图。

在任何种类的活塞发动机的壳体1中是借助主轴颈2来支承一个曲轴，另外又具有曲柄销3，在曲柄销3上支承着整体的连杆4。如果可能的话，一般都是由主轴颈2和曲柄销3的一半和一个起连接作用的曲柄臂例如通过浇铸或者锻压而制成的一个成型件5。为了制造整体的曲轴，必需要有一定数量的成型件5互相组合起来，这些零件总是成双地套装到轴套6上，随后通过内部的压力分布而扩径;这个过程最好借助于通过在曲柄臂28上设置的孔29插入的液压装置7来实现，一直到轴套6通过塑性变形紧贴在成型件5的内侧而成整体的主轴颈台阶，不过成型件只是在弹性变形范围内变形。通过这种最后的反回弹力就对于所有的载荷性质来说创造了足够强固的连接。因此孔29不必非要与轴颈如这里表示的那样同轴设置。在最适宜的应力分布的情况下，虽然是一种偏心结构也仍然是有利的。连接的抗扭强度在必要时可以通过在轴套与轴颈之间安装一种由硬的颗粒状物质如金刚砂形成的一层8来得到提高，它使得连接的部件能紧密地相互结合在一块（图中所表达的过于厚了）;出于同样的目的，与连接的零件相接触的表面上可开一些沟槽9或类似的结构。为了在轴向连接上施加预应力，成型件5在轴颈零件的范围内可以开一些环形的凹槽或棱角不尖的槽10。在扩径过程当轴套6的材料挤向凹槽，就导致产生沿轴向收缩作用的预应力，而使连接进一步强固。可于成型件5的结合面上设有键齿11，这就保证使各个成型件5只能以正确的定位来互相结合。成型件5可用普通的方法将必需的配重12锁住。此外成型件5设置润滑管路13，这些管路将（润滑剂）注入轴套6和成型件5之间出现的环形空腔中。此外，前者开设长槽15，通过长槽将建立两个连续的环形室之 间的联系，这样在曲轴中就开通了用于润滑剂循环的连续回路。向作为滑动轴承或滚动轴承17的连杆轴承供应润滑剂可按公知的方式通过径向的润滑孔16来进行。特别要强调一点，轴承衬套18同样也要在部件连接之前是准备好，它是烧结材料制成的，由于其多孔性能可以使润滑剂更均匀地分配，此处它还可用固体润滑剂浸渍，这样就将良好的自润滑性能赋导给了轴承。在原来的配对轴承支承面e的外面，轴承衬套18具有卷边30，或者相反的在其末端壁厚缩小（参看图4右下部）。还可以为成型件5以及轴承面选择最适合的材料，同样如另外的一个实施例一样，其中将附加的轴颈部分19插装到成型件5，他们是轴套6的组成部份并用来夹紧轴颈，由此夹紧面得以扩大。附加的轴颈部分19也可以在其材料性能方面与轴套6有所不同，例如用比较软而韧的钢来制造，或用硬的，从摩擦学的观点用较适宜的铸钢来浇铸。通过这种扩径而制造的连接的质量除了取决于使用材料本身的性能之外，还取决于扩径压力的正确调节以及将结合部件的接合间隙调节到一定的范围。由于轴套6（参看图3左上部）在扩径前具有两头呈锥形的端部且呈薄的延伸凸肩21，也就是轴套6被做成了具有可变的横截面，这是有利的，因为在此范围内强度并不处于十分重要的地位，而是使环形室14具有可靠的密封性以防止润滑剂的损失。这一点可以通过安置在轴套延伸凸肩21和成型件5的邻近部件之间的由可塑材料如铜制成的厚实叠层20来支撑。对此可以抉择或更多地改变轴向扩径压力，例如在图上所标明的如a段保持微小的扩径压力，因为在这样的条件下相应的轴套延伸凸肩21也将发生足够的变形。反之，在图中所标明的b段可能得到很高的压力，因为由于强度的原因，这一段不仅轴套6而且成型件5的相对的零件均具有较大的厚度。在c段其特征是，这一段位于轴颈的中部，在一定情况下中等扩径压力就足够了，因为这里成型件5的扩径部分较薄。为了能够进行如此程度的各种不同的扩径，存在着简化的扩径装置7，在此未予显示，为产生压力的公知的装置由一种液压输入杆22构成的，这种液压输入管杆中至少有压力液体的输入管道23穿过。从这种输入管道23中接出支管24，通过支管压力液体进入工作段25，它们总是在轴向通过环形的密封圈26加以限制。如果应在不同的扩径段a，b，c也应产生不同的压力的话，那么就应有同样多数目的不同的输入管道23，或者这些输入管道是相同的，而沿所需轴向距离移动的工作段25以不相同的压力扩径。如图4所描述的，液压输入杆22能够同时矫正互相对中的轴颈，也就是说特别是主轴颈2。如果这个液压输入杆具有相应数目的工作段25的话，那么对于全部的主轴颈2来说，轴套6和成型件5在一个工作程序中可以连接起来。为了曲柄销3的扩径采用延续的液压输入杆22是必需的，说得确切一些，在这里才能进行下一步工作程序里的扩径。附图2表示了一种选择的可能性，这儿为主轴颈2使用了一个唯一的连续的轴套6，此轴套同样在它的不同的段中以一个工作程序扩径，并且同样保证了对主轴颈2的优良的矫正。紧接着轴套在d段被截去，目的是为了连杆创造一个空间。也可以以类似的方式将互相调同心的曲柄销3在一个工作程序上中固定，因为在穿了孔31的配重12上所有相关的轴套6都串到一个液压装置7上。成型件5上可以设计带有弯筋27，这一点从图5上看得很明显，通过这条弯筋可以达到进一步增强结构的目的。因为在成型件5上为了伸进液压输入杆22而保留在原处的孔仅需比较小的尺寸，所以主轴颈2和曲柄销3在轴向投影上可以互相重影，这就如同在近代的短冲程发动机中必需使用曲轴是一样的。在图2右下方所描述的曲柄销3处，被扩径的轴套6的端部被压入的堵32封闭，它的作用不仅仅是为了增强整体结构，而且也是为了创造这样的可能性，即把轴套6内部的密封的空腔作为贮藏润滑剂的容器，例如用于轴承轴套18。

Claims (21)

1、用于制造由成型件(5)组成的活塞式发动机(1)曲轴的方法，该成形件(5)总是包括一个曲柄臂(28)和主轴颈(2)及曲柄销(3)，其特征如下：

a)总与成型件(5)邻接的主轴颈(2)及曲柄销(3)被套装到一个轴套(6)上，并且

b)轴套(6)通过扩径发生塑性变形，而主轴颈(2)及曲柄销(3)则发生弹性形变。

2、根据权利要求1的方法，其特征是，把主轴颈（2）套装到一个连续的轴套（6）上，在成型件（5）固定于轴套之后，将轴套在连杆（4）穿越区d内截去。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征是，主轴颈（2）和曲柄销（3）借助一个单独的连续的扩径装置（7）在一个工序当中被固到轴套（6）上。

4、根据权利要求1的方法，其特征是，轴套（6）在沿轴向分为a、b、c的区域内被施以不同压力，其中b区内压力最大，在此区内设置具有最大材料厚度的主轴颈（2）曲柄销（3）和附加的轴颈部分（19）。

5、根据权利要求1的方法，其特征是，空心轴衬（18）在连接前先套装到主轴颈（2）、曲柄销（3）及附加的轴颈部分（19）上。

6、根据权利要求1或5的方法，其特征是，只有轴承表面以外的带有主轴颈（2）、曲柄销（3）、附加的轴颈部分（19）的轴衬（18）的部件发生变形。

7、根据权利要求1或5的方法，其特征是，将滑动轴承或滚动轴承（17）在连接前套装到主轴颈（2）、曲柄销（3）、附加的轴颈部分（19）或轴衬（18）上去。

8、根据权利要求1或7的方法，其特征是，在连接前将整体连杆（4）套装到主轴颈（2）、曲柄销（3）、附加的轴颈部分（19）或轴衬（18）上，也套装到滑动轴承或滚动轴承（17）上。

9、按权利要求1所述方法制造的曲轴，其特征在于该组合式曲轴由成型件构成，成型件包括一个曲柄臂和至少一个紧挨着的空心轴颈作为主轴颈段或曲柄销段，在此配置的主轴颈段或曲柄销段套装到一个总的轴套上，这里，轴套在塑性变形的状态下扩径，而轴颈在同样的力作用下以弹性预应力被固定住。

10、根据权利要求9的轴，其特征是，使用在曲柄臂（28）上具有孔（29）的成型件（5），其孔径与轴套（6）的内径是一样的。

11、根据权利要求9或10的轴，其特征是，在成型件（5）的主轴颈（2）、曲柄销（3）之间插入一个附加轴颈部分（19）。

12、根据权利要求11的轴，其特征是，附加的轴颈部件（19）是轴套（6）的附件。

13、根据权利要求9的轴，其特征是，附加的轴颈部分（19）与轴套（6）的其余部件相比具有不同的材料特性。

14、根据权利要求9的轴，其特征是，轴套（6）在其端部呈圆锥形横截面。

15、根据权利要求9的轴，其特征是，主轴颈（2）、曲柄销（3）及在外表面上设有纵槽（15）的轴套（6）设计成在扩径后轴套两端部保留同样空的环形室（14），而环形室则与穿越曲柄臂（28）的通道（13）相沟通。

16、根据权利要求9的轴，其特征是，使用的轴衬（18），沿轴向在轴承支承面e的外面设有卷边（30）。

17、根据权利要求9的轴，其特征是，使用的轴衬（18），沿轴向在轴承支承面e的外面壁厚是减薄的。

18、根据权利要求9的轴，其特征是，主轴颈（2）、曲柄销（3）、附加的轴颈部分（19）带有互相配合的键齿（11），使零部件之间得以互相准确定位。

19、根据权利要求9的轴，其特征是，主轴颈（2）、曲柄销（3）、附加的轴颈部分（19）可制成向其内侧径向扩大。

20、根据权利要求9的轴，其特征是，扩径的轴套（6）在其端部以紧固的盖（32）而封闭。

21、根据权利要求9的轴，其特征是，穿过轴颈段的轴套（6）具有夹紧的外轴承区。

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