CN103140699B - 质量平衡单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种质量平衡单元，其包括中空的平衡轴(11)、至少一个提供在平衡轴上的平衡重(13)和至少一个滚动轴承(19)，该滚动轴承(19)具有轴承外圈(23)和多个滚动体(21)。平衡轴的纵向区段(25)形成轴承内圈，其中滚动体容纳在轴承外圈和平衡轴的纵向区段之间。平衡轴在与纵向区段相邻处具有至少一个凹槽(31、31’、31’’)，以便在径向方向上降低平衡轴的纵向区段的刚度。

Description

质量平衡单元

技术领域

本发明涉及一种质量补偿单元，所述质量补偿单元带有中空的平衡轴、至少一个提供在平衡轴上的平衡重，和至少一个滚动轴承，所述滚动轴承具有轴承外圈和多个滚动体，其中平衡轴的纵向区段形成轴承内圈，且滚动体容纳在轴承外圈和平衡轴的纵向区段之间。

背景技术

带有一个或多个平衡轴的质量平衡单元的目的是平衡典型地出现在内燃机内的惯性力和/或惯性力矩。为此，在各平衡轴上提供，尤其是抗扭地安装至少一个平衡重，以形成不平衡。平衡轴与内燃机的曲轴驱动地连接，以此将平衡轴和提供在其内的平衡重置于旋转状态。对于确定的发动机类型，例如在直列四缸发动机的情况下，成对地使用此类平衡轴，其中平衡轴反向旋转。在另外类型的发动机中提供单独的平衡轴，所述平衡轴例如具有两个沿直径对置的但轴向错开布置的平衡重。

通过使用滚动轴承，实现了各平衡轴的特别安静的运行，且可实现高转速。通过平衡轴的整体纵向区段形成滚动轴承的轴承内圈，滚动轴承的结构简化。只要平衡轴是中空的，平衡轴也就有利地具有小的重量和惯性矩。

但由于通过平衡轴所导致的不平衡，平衡轴及其轴承也严重受载，因此要求平衡轴的稳定的设计和轴承的尺寸设计。但这导致大的重量和不希望的质量平衡单元的高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，创造一种实现更轻且成本更小的结构的前述类型的质量平衡单元。

该技术问题通过一种带有权利要求1的特征的质量平衡单元解决，且尤其通过平衡轴在与纵向区段相邻处具有至少一个凹槽以在径向方向上降低平衡轴的纵向区段刚度来解决。

本发明基于这种认识，在常规的质量平衡单元中，在滚动体和滚动轴承的轴承内圈，即，所涉及的平衡轴的纵向区段之间出现相对高的点载荷。此点载荷集中在所涉及的平衡轴的纵向区段的很有限的圆周角范围内。此圆周角范围在后文中也称为载荷区。在所涉及的平衡轴的纵向区段和滚动体之间出现的径向力在周向方向上很有限的载荷区内的集中是由于轴的径向载荷所导致，所述径向载荷通过随轴旋转的不平衡(即通过平衡重)所导致。平衡轴的设计和滚动轴承的尺寸设定必须与载荷区内的所述的点载荷有关地选择。

尤其，平衡轴在所述纵向区段的载荷区内的径向刚度由于与此纵向区段轴向相邻地固定在平衡轴上的零件(例如，平衡重、驱动轮、传动轮或其它零件)与无此类固定的零件的轴相比可能增加。所述的平衡轴的纵向区段同样由于轴向相邻的非旋转对称的零件(例如，平衡轴)而在它固定之后横截面可能呈椭圆形变形，这又可能导致更小的载荷区且因此还可能导致在滚动体和形成轴承内圈的平衡轴的纵向区段之间的更高的机械压应力。

在根据本发明的质量平衡单元中，平衡轴包括与形成轴承内圈的纵向区段轴向相邻的至少一个凹槽。此凹槽用于在径向方向上降低形成轴承内圈的平衡轴的纵向区段的刚度。换言之，至少一个凹槽充分靠近所涉及的平衡轴的纵向区段布置，以提高载荷区在径向方向上的可变形性。因此，凹槽导致形成轴承内圈的平衡轴的纵向区段和与之轴向相邻地固定在平衡轴上的、导致升高的间隙高度和/或所述的纵向区段的椭圆变形的零件之间脱离。由于载荷区在径向方向上的一定的柔性实现，载荷区具有与无此类凹槽的情况相比更大的圆周角范围。因此，摩擦式连接地贴靠在随不平衡旋转的平衡轴上的滚动体的数量增加，且相应地在单独的滚动体和所涉及的平衡轴的纵向区段之间的各点载荷降低。因此，质量平衡单元可在各滚动体的区域内针对更低的载荷峰值来设计，以此降低了重量和成本。

与本发明相结合地给出的方向说明(例如，轴向或径向)是相对于平衡轴的旋转轴线而言。

本发明的有利的实施形式在下文中且在各从属权利要求中给出。

一般地，所述至少一个凹槽布置在平衡轴的所涉及的纵向区段和在滚动体的周围提供的平衡重、驱动轮、传动轮或其它固定在平衡轴上的零件之间。优选地，凹槽与形成滚动轴承的轴承内圈的平衡轴的纵向区段相邻地布置，即直接与纵向区段相邻地布置。以此，可特别有效地导致平衡轴的所述纵向区段的希望的可变形性，而不必将凹槽的尺寸设计得过大而使得平衡轴的抗弯刚度和抗扭刚度降低。

此外，有利的是，至少一个凹槽仅沿平衡轴的有限的圆周角范围延伸，即对应于平衡轴的合力的载荷区。因为只需补偿由于平衡重的抗扭地布置随轴旋转的、在平衡轴上有效的径向载荷，所以平衡轴沿所述纵向区段的径向可变形性限制在有限的圆周角范围内就足够。因此实现了平衡轴的稳定性总体上不受影响。

例如，此有限的圆周角范围的值在90°至180°之间。

所述至少一个凹槽或所述有限的圆周角范围的角度定向优选地与平衡重的角度相对应。换言之，凹槽，或多个凹槽就其角度位置而言在平衡轴上的布置与平衡重对齐，或与平衡重的重心对齐地布置。以此保证导致所涉及的平衡轴的纵向区段沿期望圆周角范围希望的弹性可变形性。

在所述凹槽的成型方面，凹槽可例如构造为在平衡轴的周向方向上延伸的缝隙。在此情况中，在所涉及的轴承内圈或平衡轴的纵向区段的端部上的单独的凹槽足以充分降低平衡轴在滚动轴承的区域内的刚度。

作为替代，有利地可提供多个钻孔，所述钻孔相互间隔地或相互过渡地沿平衡轴的周向方向分布地布置。

各凹槽可构造为中空的平衡轴的壁内的贯通的开口(例如，槽或钻孔)。通过壁这样的完全打通，可简化平衡轴的制造。当然作为替代，各凹槽也可仅构造为平衡轴的表面上的凹陷(例如，缝隙)，即没有将平衡轴壁打通。以此，在抗弯刚度或抗扭刚度方面保持了平衡轴的更高的稳定性。

优选地，平衡轴在形成轴承内圈的纵向区段的两个周向端部上分别包括至少一个凹槽。以此，实现了平衡轴的所涉及的纵向区段的特别均匀的可变形性。但也可行的是，尤其当所涉及的滚动轴承处在平衡轴的纵向端上时，仅在平衡轴的所涉及的纵向区段的仅一端上提供一个或多个凹槽。此外，在平衡轴的所涉及的纵向区段内也可提供至少一个凹槽以降低刚度。

附图说明

本发明在下文中仅示例地并且参考附图解释。相同或同类的元件在附图中以相同的附图标记标明。

图1a示出了质量平衡单元的第一实施形式的纵向区段视图；

图1b从下方示出了根据第一实施形式的平衡轴的立体图；

图2a示出了质量平衡单元的第二实施形式的纵向区段视图；

图2b从斜侧下方示出了根据第二实施形式的平衡轴的立体图；

图2c从下方示出了根据第二实施形式的平衡轴的立体图；

图3a示出了根据第三实施形式的平衡轴的底视图；

图3b示出了根据图3a的沿平面IIIb-IIIb的横截面视图；

图3c从斜侧下方示出了根据第三实施形式的平衡轴的立体图；

图4a示出了常规的滚动轴承在不受载状态下的示意性的横截面视图；

图4b示出了常规的滚动轴承在受载的状态下的示意性的横截面视图。

具体实施方式

在图1a和图1b中所示的质量平衡单元包括中空的，即，管形的平衡轴11。在平衡轴11上例如通过热压连接、螺纹连接、焊接或打定位销固定有两个平衡重13。为产生不平衡，平衡重13的形状基本上为，具有两个成型在其上的固定夹的半圆柱形部分，其中，相对于平衡轴11的旋转轴线A，一个平衡重13的角度定向与另一个平衡重13的角度定向相对应。此外，在平衡轴11上，例如同样通过热压连接固定有驱动轮15。驱动轮15可直接与相关的内燃机的曲轴驱动地连接，以形成传动级。替代地，驱动轮15可与平行布置的平衡轴的相应驱动轮驱动地连接以形成同步级。

平衡轴11在单件的壳体17内围绕旋转轴线A可旋转地支承。为此，在两个平衡重13之间提供了滚动轴承19，所述滚动轴承19构造为滚针轴承。滚动轴承19包括多个在周向上分布地布置的滚动体21，所述滚动体21在构造为滚针轴承的设计中形状为长条形的圆柱。滚动体21容纳在滚动轴承19的轴承外圈23和平衡轴11的纵向区段25之间。因此，平衡轴11在轴承纵向区段25上形成用于滚动轴承19的轴承内圈。

在平衡轴11的与驱动轮15对置的端部上提供了另外的滚动轴承27，所述滚动轴承27同样构造为滚针轴承。此外，与驱动轮15相邻地提供了构造为球轴承的滚动轴承29。

所示的质量平衡单元以已知的方式用于补偿在相关的内燃机中出现的惯性力。为此，通过驱动轮15使由平衡重13所形成的不平衡与内燃机的曲轴同步地旋转。

根据本发明，平衡轴11在纵向区段25的两端上分别包括一个凹槽31。各凹槽31在此处所示的实施形式中几乎邻接于轴承纵向区段25布置，且包括沿平衡轴11的圆周方向的沿着有限的圆周角范围延伸的缝隙。凹槽31(缝隙)在根据图1a和图1b的实施形式中形成了贯穿孔，即在中空的平衡轴11的壁内的贯通的开口。

两个凹槽31的角度定向与两个平衡重13的角度定向一致，如尤其从图1b中可见。

在平衡轴11上的两个凹槽31尤其导致轴承纵向区段25的径向刚度的降低，即所形成的滚动轴承19的轴承内圈的径向刚度的降低。换言之，凹槽31导致轴承纵向区段25的更高的径向弹性可变形性。平衡重13的不平衡导致了在平衡轴11上的径向载荷，所述径向载荷相对于滚动轴承19总是集中在有限的圆周角范围内，即所述的载荷区内，以此在滚动体21和平衡轴11的轴承纵向区段25之间出现了高的点载荷。由于通过凹槽31所导致的轴承纵向区段25的更高的径向可变形性，所以平衡轴11的径向载荷最终分布在更大的圆周角范围内，即与无凹槽31的情况相比载荷区更大，且与此相应地，在单独的滚动体21上出现的点载荷降低。

在图2a至图2c中所示的实施形式具有与根据图1a和图1b的实施例的很类似的结构。当然，在此在轴承纵向区段25的两个轴向端部上分别提供了多个径向钻孔31’的布置，所述钻孔31’沿平衡轴11的周向方向相互间隔地分布。因此，这些钻孔31’在此分别形成了凹槽，所述凹槽完全横穿中空的平衡轴11。如从图2中显见，多个钻孔31’布置在比根据图1a和图1b的缝隙形凹槽31略微更大的圆周角范围内。根据图2a至图2c的钻孔31’也导致平衡轴11的轴承纵向区段25的刚度的降低。

在图3a至图3c中未示出质量平衡单元的壳体和滚动轴承。此外，在此实施形式中，平衡轴11又具有很类似于根据图1a和图1b的实施形式的结构。尤其，根据图3a至图3c的凹槽31’’也具有缝隙形状。当然，凹槽31’’不形成平衡轴11的壁内的贯通的开口，而是仅形成平衡轴11的表面上的凹陷。换言之，在引入槽形的凹槽31’’时留下了平衡轴11的更薄的壁区段，如尤其从根据图3b的横截面视图中显见。以此，总归是实现了轴承横向区段25的弹性可变形性的一定提高，但其中中空的平衡轴11在抗弯刚度或抗扭刚度方面被严重削弱。

图4a和图4b图示了在常规的滚动轴承中出现的点载荷。图4a示出了处于不受载状态中的滚动轴承。平衡轴11(在此图示为实心轴)以径向间隙与轴承外圈23且与滚动体21的布置同心地布置。

但只要不平衡在转动的平衡轴11上起作用，它就可以作为径向载荷41被察觉到，且因此平衡轴11对应于此径向载荷41地相对于轴承外圈23略微偏心地布置，如在图4b中所示。在平衡轴11和轴承外圈23之间的径向力传递集中在有限的圆周角范围内，即集中在与平衡轴11一起旋转的载荷区43上。这意味着，仅处在载荷区43内的滚动体21承受径向载荷41，因此在此滚动体21上出现了相对高的点载荷(或相对于沿旋转轴线A的平衡轴11的纵向尺寸的线载荷)。相应的机械压应力分布在图4b中以附图标号45图示。

通过根据前面阐述的实施例借助与平衡轴11的各轴承横向区段25相邻地提供的凹槽31、31’、31’’降低所述轴承横向区段25的刚度，载荷区43在周向上扩大。以此，与图4b中所图示的情况相比，径向载荷41因此在更大的圆周角范围内且与之相应地在更多数量的滚动体21上分布。从而平衡轴11和单独的滚动体21之间的点载荷降低。

当然，所示的实施例的变体是可行的。例如，所示的凹槽31、31’、31’’可在轴向方向上更靠近滚动体21布置，但或者也与之间隔更远，如在图1a至图3c中所示。也可行的是，仅在纵向区段25的一端上提供一个或多个凹槽31、31’、31’’。例如，也可对于根据图1a的滚动轴承27在面朝相邻的的平衡重的那侧上提供相应的凹槽31。

附图标号列表

11 平衡轴

13 平衡重

15 驱动轮

17 壳体

19 滚动轴承

21 滚动体

23 轴承外圈

25 轴承纵向区段

27 滚动轴承

29 滚动轴承

31、31’、31’’ 凹槽

41 径向载荷

43 载荷区

45 压应力分布

A 旋转轴线

Claims (10)

1.一种质量平衡单元，包括中空的平衡轴(11)、至少一个提供在所述平衡轴上的平衡重(13)和至少一个滚动轴承(19)，所述滚动轴承(19)具有轴承外圈(23)和多个滚动体(21)，其中所述平衡轴的纵向区段(25)形成轴承内圈，且所述滚动体(21)容纳在所述轴承外圈(23)和所述平衡轴的所述纵向区段(25)之间，其特征在于，所述平衡轴(11)在与所述纵向区段(25)相邻处具有至少一个凹槽(31、31’、31”)，以便在径向方向上降低所述平衡轴的所述纵向区段(25)的刚度。

2.根据权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述至少一个凹槽(31、31’、31”)与所述平衡轴(11)的所述纵向区段(25)邻接地布置。

3.根据权利要求1或2所述的质量平衡单元，其中所述至少一个凹槽(31、31’、31”)沿所述平衡轴的有限的圆周角范围延伸。

4.根据权利要求3所述的质量平衡单元，其中，所述有限的圆周角范围的值在90°至180°之间。

5.根据前述权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述至少一个凹槽(31、31’、31”)的定向与所述平衡重(13)的定向相对应。

6.根据前述权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述至少一个凹槽(31、31”)具有在所述平衡轴(11)的周向上延伸的缝隙。

7.根据权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述至少一个凹槽(31’)具有多个在所述平衡轴(11)的周向上分布地布置的钻孔。

8.根据前述权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述至少一个凹槽(31、31”)形成所述中空的平衡轴的壁内的贯通的开口或仅形成所述平衡轴的表面上的凹陷。

9.根据前述权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述平衡轴(11)在所述纵向区段(25)的两端上分别具有至少一个凹槽(31、31’、31”)。

10.根据前述权利要求1所述的质量平衡单元，其中，所述滚动轴承(19)构造为滚针轴承。