CN103189667A - 质量平衡传动装置和装配该装置的方法 - Google Patents

Abstract

内燃机（1）的质量平衡传动装置，其包括传动装置壳体（8）和具有支承部位（10、11）以及不均衡区段（9）的平衡轴（6），在该支承部位处平衡轴径向地支承在传动装置壳体的轴承座（12、13）中，该不均衡区段与初始成形的平衡轴的支承部位一件式地构造，其中，支承部位相对于不均衡区段径向地回缩，从而支承部位的外包络圆d1和不均衡区段的外包络圆d2满足如下直径关系：d2>d1。沿平衡轴的轴向方向观察，不均衡区段的外包络圆d2和支承部位的外包络圆d1应该彼此错开偏心度e地分布。

Description

质量平衡传动装置和装配该装置的方法

技术领域

本发明涉及内燃机的质量平衡传动装置和用于装配该质量平衡传动装置的方法。这种质量平衡传动装置包括传动装置壳体和具有支承部位以及不均衡区段的平衡轴，在该支承部位处平衡轴径向地支承在传动装置壳体的轴承座中，该不均衡区段与初始成形的平衡轴的支承部位一件式地构造，其中，支承部位相对于不均衡区段径向地回缩，从而支承部位的外包络圆d1和不均衡区段的外包络圆d2满足如下直径关系：d2>d1。

背景技术

具有初始成形的且通常铸造或锻造的平衡轴的质量平衡传动装置例如在JP20062852A中公知，该平衡轴的一个或多个支承部位相对于一个或多个不均衡区段径向地回缩。在该文献中，平衡轴的不均衡部分地由沿周边方向在宽度上变化的支承部位得出，然而主要由径向凸出的不均衡区段得出，其仅在180°的周边区域上延伸。尽管有这种造型，但考虑到内燃机的质量平衡而预先给定的轴不均衡部仍旧需要具有大的包络圆直径的不均衡区段并且相应地造成平衡轴的所不期望的过大的质量。

发明内容

本发明所基于的任务是给出开头提到的类型的质量平衡传动装置，其具有改进的轻结构特性也就是说平衡轴的不均衡相对于质量具有大的比值，并且给出为此有利的装配方法。

该任务在设备方面由如下方式解决，即，从平衡轴的轴向方向观察，不均衡区段的外包络圆d2和支承部位的外包络圆d1彼此错开偏心度e地分布。相对于引用的具有同中心的外包络圆的现有技术，它们的彼此偏心的布置导致：在预先给定的轴不均衡的情况下，为此所必需的不均衡质量可以减小并且建造者相应地得到具有较大的轻结构优度的质量平衡传动装置。

在本发明的改进方案中，同样从平衡轴的轴向方向观察，支承部位的外包络圆d1应该完全分布在不均衡区段的外包络圆d2的内部，从而偏心度e满足如下关系：e≤1/2·(d2-d1)。具有最大限制的偏心度的平衡轴的几何设计方案导致了在高的轻结构优度与所必需的结构空间方面的尽可能小的整个包络圆直径之间的有利的折中。在该情况下，气缸的直径既涵盖支承部位也涵盖不均衡区段。

此外设置如下，即，平衡轴的径向支承是一种隧道支承（Tunnellagerung）。在此，平衡轴利用两个在不均衡区段的两侧上成形的支承部位支承在传动装置壳体的两个与此相应的轴承座中，并且不均衡区段相对于具有相同内包络圆d3的轴承座径向地凸出。因此，在直径关系d3>d2下，偏心度e满足如下关系：e>1/2·(d3-d2)。

该具有最小限制的偏心度的不等式表述出：有利于轻结构优度，不均衡区段不仅相对于分布在两侧的支承部位径向地凸出，还相对于在传动装置壳体中的轴承座径向地凸出。然而，平衡轴的径向支承应该还是一种所谓的隧道支承，其中，像稍后阐述的那样，轴被推入到闭合的也就是说传动装置壳体的不分开的轴承座中。

替选地，隧道支承的平衡轴也可以如此地塑造，即，其具有一个径向支承部位和两个分布在两侧的不均衡区段，它们具备之前提到的几何关系。

考虑到在运行时尽可能低的摩擦功率并且同时考虑到成本低的相同部件概念，平衡轴应该在具有相同外包络圆d1的两个支承部位上借助两个结构相同的滚动轴承支承在传动装置壳体中。优选地，滚动轴承是无内圈的滚子轴承，其滚子在分别构造为内滚道的支承部位上滚动。

为了将平衡轴轴向支承在传动装置壳体中，可以如此地设置与其中一个滚动轴承相邻布置的球轴承，即，其外圈在一侧通过装入传动装置壳体中的卡环而在另一侧通过滚动轴承的压入轴承座的外圈轴向地支撑在传动装置壳体上。因为球轴承沿该另一方向的轴向支撑在压入的也就是说在与壳体固定的滚动轴承的或滚子轴承的外圈上进行，所以在该结构设计方案中仅一个卡环是必需的。

于是，得到具有隧道支承的平衡轴的质量平衡传动装置的有利的装配方法：平衡轴以如下这种偏离轴线方式（Desachsierung）引入到传动装置壳体中，即，在不均衡区段穿过轴承座中的一个时，不均衡区段和轴承座基本上彼此同中心地分布。这可以借助装配芯棒进行，该装配芯棒在平衡轴的轴向端部容纳平衡轴，将其引入到传动装置壳体中并将其径向移位，直到支承部位与轴承座对中。替选地，当平衡轴和壳体彼此轴向地定位时，也可以将壳体引导到平衡轴上并径向地移位。

为了平衡轴在传动装置壳体中的径向支承而设置有两个串在装配芯棒上的滚动轴承，优选为无内圈的滚子轴承，其外圈在平衡轴对中了的情况下借助分布在装配芯棒上的滑动件压入轴承座中。

为了平衡轴在传动装置壳体中的轴向支承而设置有与其中一个滚动轴承或滚子轴承相邻布置的球轴承，其串在其中一个装配芯棒上并同样借助分布在装配芯棒上的滑动件而装入轴承座中。在此，为了将球轴承轴向支撑在传动装置壳体上而设置有卡环，其同样串在其中一个装配芯棒上并借助分布在装配芯棒上的滑动件装入轴承座上的、与球轴承的外圈相邻分布的环槽中。

附图说明

本发明的其他的特征由以下描述和附图得出，在附图中根据本发明的质量平衡传动装置的实施例和装配设备为此部分示意性地和/或非常简易地示出，其中：

图1按图3中的视线II以几何图示出根据本发明的平衡轴；

图2以穿过传动装置壳体的纵向剖面图示出根据本发明的质量平衡传动装置；

图3以转动90°的俯视图示出根据图2的平衡轴；

图4以相应于图1的几何图示出常规的平衡轴；

图5按图2中的视线I以几何图示出在偏离轴线地装配到传动装置壳体的情况中的根据图1至图3的平衡轴；

图6示出在支承件对中后的根据图5的质量平衡传动装置；

图7以示意图示出具有公知的二阶质量平衡的内燃机；

图8以示意性的纵向剖面图示出用于在压入径向轴承之前的某一时间点上的质量平衡传动装置的装配设备；

图9示出根据图8的在装入轴向轴承之前或之后的时间点上的装配设备。

具体实施方式

本发明从图7开始阐述，该图借助传动装置图示出具有也作为兰开斯特平衡公知的质量平衡传动装置的直列四缸结构的往复式活塞内燃机。内燃机1包括在气缸中摆动的活塞2，其纵向运动经由联杆3转换成曲柄轴4的旋转。该曲柄轴在这里经由中间轴5驱动具有不均衡部7的两个平衡轴6’，其中，平衡轴6’平行于曲柄轴以曲柄轴转速的两倍相反地旋转，以便平衡自由的二阶惯性力。

针对本发明的理解，图1至图3示出根据本发明的质量平衡传动装置的基本的几何特征，该质量平衡传动装置具有平衡轴6和传动装置壳体8，其装配在内燃机的未示出的曲柄壳体上。初始成形的且在此由单件式锻造的钢毛坯件加工成的平衡轴6包括不均衡区段9和在不均衡区段两侧分布的两个支承部位10、11，在所述支承部位处轴6径向地支承在传动装置壳体8的两个对应的轴承座12和13中。径向支承借助两个滚动轴承14、15，在这里为无内圈的滚子轴承，来进行，其外圈16压入轴承座12、13并且其滚子17在分别构造为内滚道的、由硬化的滚动轴承钢制造的平衡轴6的支承部位10、11上滚动。由于旋转的不均衡部而以集中负载加载的内滚道10、11在轻微负载的、远离不均衡部的侧面上减少其宽度，这有利于减小轴质量。

像以后阐述的那样，在图2和图3中在支承部位11右边分布的支承栓18用于容纳深沟球轴承，借助该深沟球轴承，平衡轴6轴向地支承在传动装置壳体8中。

在图1和图2中明显识别的是，支承部位10、11相对于不均衡区段9径向地回缩，从而支承部位10、11的外包络圆d1和不均衡区段9的外包络圆d2满足如下直径关系：d2>d1。在根据图4的现有技术中，外包络圆d1’和d2’与平衡轴6’的转动轴线同中心地分布，与此不同地，不均衡区段9的外包络圆d2相对于支承部位10、11的外包络圆d1错开偏心度e（在图1和图4中以阴影示出的面分别示出不均衡区段9的横截面外形）。对比在图4中公知的平衡轴6’，在给定的不均衡的情况中，偏心度e和额外的质量减小一起出现。

此外，不均衡区段9可以用比较小的外包络圆d2实施，也就是说d2＜d2’。因为支承部位10、11的外包络圆d1完全分布在不均衡区段9的外包络圆d2的内部，所以不均衡区段9的外包络圆d2同时也是平衡轴6的整个包络圆直径。在该情况下，偏心度e满足如下几何关系：e≤1/2·(d2-d1)。在图1中示出的是边界情况e=1/2·(d2-d1)，其中，不均衡区段9的外包络圆d2与支承部位10、11的外包络圆d1相切。

平衡轴6的径向支承是一种隧道支承，也就是说平衡轴6装配到传动装置壳体8中是沿轴向方向通过将平衡轴6贯穿不分开的轴承座12、13来进行。尽管是隧道支承，不均衡区段9相对于轴承座12、13径向地凸出，所述轴承座在结构相同的、小地建造的且因此摩擦功率小的滚子轴承14、15情况下具有相同的内包络圆d3。在几何的图示上，在直径关系d3>d2下，偏心度e满足如下关系：e>1/2·(d3-d2)，其中，在图2中平行于轴线的纵向直线在空间上应该表明不均衡区段9的径向凸出的外包络圆d2。利用d4标记出相对于旋转运行的不均衡区段9的自由的传动装置壳体8的内直径（参见在图6中的虚线示出的内直径d4）。

用于装配质量平衡传动装置的方法来源于图5、图6、图8和图9。图5示出原理，即，平衡轴6如何引导穿过轴承座12、13。这在平衡轴6的偏离轴线的状态下进行，也就是说，支承部位10、11的轴线和轴承座12、13首先平行地彼此间隔开，以便相对于轴承座12、13创建不均衡区段9的必需的装配空隙。当前地，不均衡区段9的外包络圆d2比轴承座12、13的内包络圆d3小一个较小的缝隙量2·s，从而不均衡区段9和轴承座12、13基本上相互同中心地分布并且轴线错位在装配时相应于偏心度e。图6示出在通过径向地相对移位平衡轴6来使轴承座12、13与支承部位10、11对中之后质量平衡传动装置在传动装置壳体8中的装配位置。

像从图8和图9中得知的那样，将平衡轴6装配到传动装置壳体8中是借助装配芯棒19和20来进行。所述装配芯棒在平衡轴6的轴向端部容纳该平衡轴，并且在偏离轴线的状态下将其引导到传动装置壳体8中并且将其径向地移位，直到支承部位10、11和轴承座12、13像示出的那样彼此对中。装配芯棒19、20同时用于装配滚子轴承14、15，所述滚子轴承串在装配芯棒19、20上并且它们的外圈16借助滑动件21、22压入轴承座12、13中。

紧接着，同样串在装配芯棒20上的深沟球轴承23和卡环24借助滑动件25或26分别装配到支承栓18上及装入与球轴承23的外圈27相邻的环槽28中。开槽的卡环24利用径向向内的预应力容纳在分开的滑动件26中并且自行扣合到环槽28中。球轴承23在一侧经由卡环24和环槽28轴向地支撑在传动装置壳体8上，而在另一侧直接支撑在滚子轴承15的压入的外圈16上。针对该目的，球轴承23具有修改的外圈27，其在一侧相对于内圈29凸出，以便形成与滚子轴承15的外圈16接触的支撑凸缘。替选地，普通的球轴承也可以与未示出的间隔环结合使用，该间隔环用作滚子轴承15的外圈16与球轴承23的外圈17之间的支撑凸缘。

附图标记列表

1     内燃机

2     活塞

3     联杆

4     曲柄轴

5     中间轴

6     平衡轴

7     不均衡部

8     传动装置壳体

9     不均衡区段

10    支承部位

11    支承部位

12    轴承座

13    轴承座

14    滚动轴承/滚子轴承

15    滚动轴承/滚子轴承

16    滚子轴承的外圈

17    滚子

18    支承栓

19    装配芯棒

20    装配芯棒

21    滑动件

22    滑动件

23    深沟球轴承

24    卡环

25    滑动件

26    滑动件

27    球轴承的外圈

28    环槽

29    球轴承的内圈

Claims (10)

1.内燃机（1）的质量平衡传动装置，其包括传动装置壳体（8）和具有支承部位（10、11）以及不均衡区段（9）的平衡轴（6），在所述支承部位处所述平衡轴（6）径向地支承在所述传动装置壳体（8）的轴承座（12、13）中，所述不均衡区段与初始成形的平衡轴（6）的支承部位（10、11）一件式地构造，其中，所述支承部位（10、11）相对于所述不均衡区段（9）径向地回缩，从而所述支承部位（10、11）的外包络圆d1和所述不均衡区段（9）的外包络圆d2满足如下直径关系：d2>d1，其特征在于，沿所述平衡轴（6）的轴向方向观察，所述不均衡区段（9）的外包络圆d2和所述支承部位（10、11）的外包络圆d1彼此错开偏心度e地分布。

2.根据权利要求1所述的质量平衡传动装置，其特征在于，沿所述平衡轴（6）的轴向方向观察，所述支承部位（10、11）的外包络圆d1完全分布在所述不均衡区段（9）的外包络圆d2的内部，从而偏心度e满足如下关系：e≤1/2·(d2-d1)。

3.根据权利要求1或2所述的质量平衡传动装置，其特征在于，所述平衡轴（6）的径向支承是一种隧道支承，其中，所述平衡轴（6）利用两个在所述不均衡区段（9）的两侧上成形的支承部位（10、11）支承在所述传动装置壳体（8）的两个与此相应的轴承座（12、13）中，并且其中，所述不均衡区段（9）相对于具有相同内包络圆d3的所述轴承座（12、13）径向地凸出，因此，在直径关系d3>d2下，偏心度e满足如下关系：e>1/2·(d3-d2)。

4.根据权利要求3所述的质量平衡传动装置，其特征在于，所述平衡轴（6）在具有相同的外包络圆d1的两个支承部位（10、11）上借助两个结构相同的滚动轴承（14、15）支承在所述传动装置壳体（8）中。

5.根据权利要求4所述的质量平衡传动装置，其特征在于，所述滚动轴承（14、15）是无内圈的滚子轴承，其滚子（17）在分别构造为内滚道的所述支承部位（10、11）上滚动。

6.根据权利要求4所述的质量平衡传动装置，其特征在于，为了将所述平衡轴（6）轴向支承在所述传动装置壳体（8）中而设置有与其中一个所述滚动轴承（14、15）相邻布置的球轴承（23），所述球轴承的外圈（27）在一侧通过装入所述传动装置壳体（8）中的卡环（24）而在另一侧通过该滚动轴承（15）的压入轴承座（13）的外圈（16）轴向地支撑在所述传动装置壳体（8）上。

7.用于装配根据权利要求3所述的质量平衡传动装置的方法，其特征在于，所述平衡轴（6）以如下这种偏离轴线方式引入到所述传动装置壳体（8）中，即，在所述不均衡区段（9）穿过所述轴承座（12、13）中的一个时，所述不均衡区段（9）和所述轴承座（12、13）基本上彼此同中心地分布。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于装配芯棒（19、20），所述装配芯棒在所述平衡轴（6）的轴向端部容纳所述平衡轴，将所述平衡轴引入到所述传动装置壳体（8）中并将所述平衡轴径向移位，直到所述支承部位（10、11）与所述轴承座（12、13）对中，其中，为了所述平衡轴（6）在所述传动装置壳体（8）中的径向支承而设置有两个串在所述装配芯棒（19、20）上的滚动轴承（14、15），所述滚动轴承的外圈（16）在平衡轴（6）对中了的情况下借助分布在所述装配芯棒（19、20）上的滑动件（21、22）压入所述轴承座（12、13）中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了所述平衡轴（6）在所述传动装置壳体（8）中的轴向支承而设置有与其中一个所述滚动轴承（15）相邻布置的球轴承（23），所述球轴承串在其中一个所述装配芯棒（20）上并借助分布在该装配芯棒（20）上的滑动件（25）装入轴承座（13）中。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了将所述球轴承（23）轴向支撑在所述传动装置壳体（8）上而设置有卡环（24），所述卡环串在其中一个所述装配芯棒（20）上并借助分布在该装配芯棒（20）上的滑动件（26）装入所述轴承座（13）上的、与所述球轴承（23）的外圈（27）相邻分布的环槽（28）中。

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