CN102712032B - 设有偏移接合平面的中空曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设有轴对称平面的中空曲轴，其由锻造获得的且沿着所述曲轴(1)的纵轴焊接组装的至少两个主要部件(2，3)构成。根据本发明，所述两个主要部件(2，3)是中空的且沿着与所述曲轴(1)的轴对称平面(x，x’)垂直的纵向平面互相被组装，每个部件包括：至少一个半轴颈(4)、至少一个平衡重(7)和至少一个部分曲柄销(5)，互补的部分曲柄销(8)沿着与所述主要部件的组装平面平行延伸的组装平面被组装在主要部件(2，3)的每个部分曲柄销(5)上。

Description

设有偏移接合平面的中空曲轴

本发明请求于2009年9月7日提交的法国专利申请0956061和于2010年1月22日提交的法国专利申请1050435的优先权，上述专利申请的内容(文本、附图和权利要求)合并在本发明中作为参考。

技术领域

本发明涉及具有相对于轴对称平面偏移的接合平面的中空曲轴、装配有所述曲轴的发动机和车辆以及制造这种曲轴的方法。

背景技术

曲轴的作用在于通过曲柄连杆系统将活塞的往复直线运动转化成连续旋转运动。在“曲轴尾部”一侧的端部设有正时齿轮，在相反的另一侧的端部设有发动机飞轮盘。

传统的方式是，在应力少的发动机上装配有铸铁曲轴，而对于载荷更大的发动机，强度标准要求选择锻造钢的技术方案。

在运行中，曲轴承受以下不同种类的应力：

-弯曲应力，主要集中在连接槽中(连杆作用)；

-扭转应力，主要作用在轴颈和润滑孔的介质中；

-扭转振动和弯曲振动应力；

-轴承和曲柄销的磨损应力或与润滑相关的对抗材料(matériauxantagonistes)的磨损应力。

目前装配在车辆发动机上的曲轴通常是由单个部件例如锻压或浇铸制成的部件。因此，在部件的各个截面中都是所使用的例如生铁或钢材等材质，这就需要在加工过程中在曲轴上加工允许润滑轴承和曲柄销的润滑油通过的孔。

鉴于所述曲轴是实心的，因此通常所述曲轴是非常重的，如果不改变曲轴外部形状和尺寸就不可能减少所述曲轴的重量。

钢质曲轴的质量大概在12kg至15kg之间，几乎是发动机质量的10％。如果能够去除曲柄销和轴颈中间的部分材料就能够大大地减少曲轴的质量，这些区域中的材料对于曲轴的刚性和强度来说用处非常小。

为了减少所述元件的重量，在专利文献FR2802591中提出了由若干个单独元件构成的机器焊接的曲轴，所述若干个单独元件在内部设有减少重量的腔且所述若干个单独元件互相组装构成曲轴。所述单独元件通过相对于曲轴的轴线横向延伸的焊缝组装起来。这样的曲轴即便是重量被大大减少，但焊缝处在扭转的应力下也存在断裂的风险。

同样，在专利文献FR2020149中提出了借助于两个冲制板材部件实现的曲轴，所述两个冲制板材部件之间随后被焊接使得组装接合部沿着曲轴定向。两个部件的组装可以在压制下通过电阻焊接实现或者也可以通过压紧将部件互相装合来实现。

通过上述制造方法可以获得中空曲轴，在所述中空曲轴上材料简化为构成曲轴外壁，以及内部区段整体例如用于使润滑油循环流动。这样也可以使得重量大大减少。然而，通过夹紧的组装相对难于实现，且另外这样组装成的曲轴的强度不一定是足够的。

因此优选使用通过将沿着纵轴在曲轴的轴对称平面上边对边组装的两个部件进行焊接或钎焊对曲轴进行组装。

然而，这样的组装成的曲轴的强度也不一定总是足够的。

此外，两个半壳体的焊接平面沿着曲轴的纵轴在由曲柄销的顶端通过的曲轴的轴对称平面中延伸。在经过发动机检验台的检验之后发现，部件在焊接区域(若干个地方)的位置处折断。这主要是因为焊接线位于最易引发应力的区域，穿过曲轴的最大应力区域的焊接平面和所有焊接瑕疵对于曲轴的结实耐用来说是重要的恶化因素。

发明内容

本发明的目标是克服上述缺点，实现轻便的中空曲轴，其由通过锻造获得的至少两个部件或半壳体构成，组装后的所述至少两个部件或半壳体限定了允许例如润滑油流动和减轻部件重量的中空内部区段，所述曲轴能够更好地传递大的力矩，同时能够以相对简单且经济便宜的材料来实现。

因此，本发明的目的在于提供一种设有轴对称平面的中空曲轴，其由至少两个中空的主要部件构成，所述至少两个主要部件由锻造获得且沿着所述曲轴的纵轴通过焊接组装，其特征在于，所述两个主要部件沿着与所述曲轴的轴对称平面垂直的纵向平面互相被组装，每个部件包括：至少一个半轴颈、至少一个平衡重和至少一个部分曲柄销，互补的部分曲柄销沿着与所述主要部件的组装平面平行延伸的组装平面被组装在主要部件的每个部分曲柄销上。

有利地，两个通过锻造(例如冲压)所获得的中空主要部件之间通过焊接组装从运行的角度上看不容易被诱发应力。事实上，这两个部件或半壳体可以设有“材料桥”，用来能够在组装两个半壳体的时候支撑元件和保证曲轴的尺寸。所述“桥”的长度与曲柄销的长度相同且这些“桥”在组装后被切断。

有利地，曲柄销和轴颈由于形状简单因此可以在锻造的过程中直接被制造成中空的且所述曲柄销和轴颈可以被清洗。曲柄销和轴颈之间的连通需要通过打通润滑管道来实现。打通润滑管道可以实施成使得润滑油循环多入口/多出口(传统润滑循环)或单入口/多出口。

有利地，根据本发明所述的曲轴允许获得质量减轻但机械强度不受影响的中空曲轴。

本发明同样涉及装配有根据本发明所述曲轴的发动机以及装配有所述发动机的车辆。

本发明的目的还在于一种制造根据本发明的曲轴的方法，其中，通过锻造实现两个中空的主要部件，所述每个中空的主要部件包括：至少一个半轴颈、至少一个平衡重和至少一个部分曲柄销，使所述两个主要部件可沿着与曲轴的轴对称平面垂直的组装平面互相组装；将所述主要部件沿着所述组装平面进行组装；将同样通过锻造获得的互补的部分曲柄销沿着与主要部件的组装平面平行延伸的组装平面组装在每个部分曲柄销上。

优选地，所述部件通过冲压获得。

附图说明

现在将通过参考附图对本发明进行更加详细地描述，在所述附图中：

-图1示出了组成根据本发明所述用于四缸发动机的曲轴的部件在坯件状态下沿着X-X’平面的纵向剖面图；

-图2示出了根据本发明所述用于四缸发动机的组装后的曲轴在桥被切断之前沿着X-X’平面的纵向剖面图；并且

-图3示出的是根据本发明所述用于双缸发动机的组装后的曲轴沿着X-X’平面的纵向剖面图。

具体实施方式

在图1中示出了用于四缸发动机的曲轴1，所述曲轴1采用钢材质且由若干个随后被焊接在一起的部分组成。构成曲轴1的每个部件通过锻造获得。

如在图1中所见，曲轴1包括五个轴颈4、四个曲柄销5，8、在轴颈4和曲柄销5，8之间延伸的臂6和连接在每个曲柄销5，8相反侧的八个平衡重7。为了简化曲轴，同样可以把平衡重的数量限制为四个，只有一个平衡重与曲柄销相对。所述曲轴1具有轴对称平面x，x’(这里是纸张的平面)。

构成曲轴1的元件部分以分解的方式示出在图1中。拥有四个曲柄销5的曲轴1是由可互相沿着曲轴1的纵轴组装的两个主要部件2，3或两个半壳体构成。

所述两个部分2，3通过锻造实现以使得这两个部分2，3的组装平面10在与曲轴1的轴对称平面x，x’垂直的纵向平面x，y中延伸。

因此，彼此不同的两个部件2，3每个都设有两个部分曲柄销5(优选是半曲柄销)和四个平衡重7，以使得部件2，3的组装允许使其中一个部件的一个部分曲柄销5与另一个部件的两个平衡重7相对。部分曲柄销5随后借助于互补的部分曲柄销8被补全，所述互补的部分曲柄销8同样也是通过锻造而成，沿着与组装平面10平行的组装平面11组装。

两个部件或半壳体2，3被锻造成在曲柄销或轴颈的位置处是中空的。因此，最终完成的曲轴重量被大大减轻，然而所述曲轴在臂6的位置上具有“材料桥”9用于在对半壳体进行组装时支撑元件和确保曲轴1的尺寸。所述“桥”9与曲柄销5的长度相同且用于在组装之后被切断(切断的部分在图2中以阴影示出)。润滑孔12的打通被实现为单入口/多出口的类型。

构成根据本发明所述的曲轴1的每个部分通过冲压获得。为此，被切开的钢通过感应被加热以实现第一个半壳体2的冲压。这个半壳体2随后被修整。然后，在对所述半壳体2进行喷丸处理之前对其施行受控冷却处理步骤。接下来，在对所述半壳体2进行尺寸控制和磁力探伤之前进行外观控制的步骤。对于第二个部件或半壳体3进行同样地操作。以同样的方式形成对应于部分曲柄销8(优选是半曲柄销)的四个部件。有利地，锻造的半曲柄销8可以做成中空的且可以采用与壳体2和3相同的材料或比较便宜的钢材。事实上，所述半曲柄销在机械上不容易被引发应力(sollicité)。

为了实现元件的组装，可以将不同的元件通过已知的焊接方法进行焊接，例如感应焊接，电阻焊接，TIG、ARC或其它焊接，线性摩擦焊接。在焊接时，要控制元件对齐，然后对焊接好的曲轴1的外凸缘进行修整，接下来是放置在露天中冷却、外观控制、尺寸控制以及磁力探伤。

然后实施切断桥的操作，随后加工出曲柄销和轴颈。为了获得更好的机械强度，可以借助于滚轧、渗氮、喷丸处理或高频淬火或感应的操作对曲轴进行增强。

因此，可以获得对焊接瑕疵不那么敏感的曲轴，由于焊接区域不在最容易被引发应力的平面上因而曲轴的机械强度被加强。这样的曲轴允许在同样性能的前提下获得较大程度的重量减轻。

如图3中所见，根据本发明所述的曲轴1可以被用于双缸发动机或所具有的所有曲柄销在同一个平面的其它种类的发动机。

本发明不局限于所述实施例，且在本发明受保护的范围内也可以采用其它的实现形式。

Claims (7)

1.一种具有轴对称平面的中空曲轴，其包括至少两个主要部件(2，3)，所述至少两个主要部件由锻造获得且沿着所述曲轴(1)的纵轴焊接组装，其特征在于，两个主要部件(2，3)是中空的且沿着与所述曲轴(1)的轴对称平面(x，x’)垂直的纵向平面(10)互相被组装，每个主要部件包括：至少一个“半轴颈”(4)、至少一个平衡重(7)和至少一个部分曲柄销(5)，互补的部分曲柄销(8)沿着与所述主要部件的组装平面(10)平行延伸的组装平面(11)被组装在主要部件(2，3)的每个部分曲柄销(5)上。

2.根据权利要求1所述的曲轴，其特征在于，其采用钢材质。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴，其特征在于，部分曲柄销对应于半曲柄销(5)，互补的部分曲柄销对应于互补的半曲柄销(8)。

4.一种制造根据权利要求1或2所述的曲轴的方法，其中，通过锻造实现两个中空的主要部件(2，3)，所述每个中空的主要部件(2，3)包括：至少一个“半轴颈”(4)、至少一个平衡重(7)和至少一个部分曲柄销(5)，使所述两个主要部件(2，3)沿着与曲轴的轴对称平面垂直的组装平面互相组装；将所述主要部件(2，3)沿着所述组装平面进行组装；将同样通过锻造获得的互补的部分曲柄销(8)沿着与主要部件(2，3)的组装平面(10)平行延伸的组装平面(11)组装在每个部分曲柄销(5)上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在臂(6)的位置上包括材料桥(9)，所述材料桥用来在组装两个主要部件的时候能够支撑元件和保证曲轴(1)的尺寸，所述材料桥(9)在两个主要部件(2，3)组装后被切断。

6.一种用于机动车辆的发动机，其特征在于，其包括根据权利要求1或2所述的曲轴。

7.一种机动车辆，其特征在于，其包括根据权利要求6所述的发动机。