CN1036347A - 通过在分开轴颈上的轴套的扩径来装配曲轴的制造方法 - Google Patents

Abstract

本方法是由单个的异型件来安装曲轴的，曲轴总 是具有一个曲柄臂和两个轴颈附件2、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 在轴承轴颈2也包括曲轴箱3上安装的轴承轴套和 /或滚动轴承17连杆4。在曲柄臂，轴套与轴颈之 间设置了畅通连续的润滑。通过安置在曲轴臂上的 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 可密封性得到改善。

Description

本发明涉及一种用于由异型件构成的活塞发动机曲轴的制造方法，该曲轴总是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，对轴承轴颈进行机加工，最后进行硬化;这样为了必须完成加工好的工件，这是花费比较大的。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由曲柄壁走向的，以及DE-B-2023364，在这里轴颈是分隔开。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曲轴应当是用板压件而彼此组装的。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用特殊的不同的载荷扩展，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安装已经公知。DE-A-1951097表明，在安装零部件之前，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。同一份专利也可给技术人员提出一个建议，在分界线上应当如此的形成一个零件，即在焊接以前就能交错推入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，以保证轴颈优良地迴转，特别是在多次使用滑动轴承地方应该安装滚动轴承。一个管子在另一个另件上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装配曲轴的制造方法，在此，呈空心园筒体的造好的轴颈通过扩径塑性变形而置入相应曲柄壁的孔内，在此最后将发生弹性变形。这种方法适合于这样的曲轴，其中曲轴销和轴承轴颈在轴向投影中互相不能重影。该曲轴是做成整体式的，在对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轴销和轴承轴颈在必要时直径如此的扩大，以至使后面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装配曲轴的制造方法，在此可以为单个零件选择材料，适合材料特别适合所希望的不同的特殊的负荷。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加载都不需要后处理。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备用操作性能。由于这种制造同时伴随而来的驱动另件的附件，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，即总是与异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）和轴颈的零件，最后都会在轴套上组装起来，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。

如要使用异形件，这种异形件的臂上带有与轴套的内径尺寸至少一样的直径尺寸的孔，那么，借助引入轴套的液压扩径器这种扩径过程可以实现，如已经利用装固在冰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部中段，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和为此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靡恢执泄烫迦蠡两蟮纳战岵牧现瞥傻闹崽住Ｒ恢终庋闹崽祝绻丫侵崽椎囊徊糠郑梢院芎玫匕谇峤峁怪凇?

因此，轴承轴颈另件通过的在总轴套上推动，并且该异型件固定在用于连杆的范围“d”内，然后对轴承轴颈进行优良的矫正。此外，对于轴承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、齿轮或轴瓦等驱动另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另件都应达到均匀的连接。

轴颈部件和轴套的特殊成型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，根据现有技术生产的曲轴时必须补充加入润滑管路部分，不过可能产生了困难且增加了生产消费。

这种使应用推动的轴套成为可能，即对具有摩擦性的轴承而使用特别适当的材料。对此是可能的，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，那么，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。

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安装箍，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，以及没有这种还不能完全消除在先进的焊接方法中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大于该整机疲劳强度而限定的因素，通过把连杆分开可以放弃可修性。

一些互相从属的轴颈另件的适应被用来作为装配的辅助手段，这时，它们是独立进行并且不化费的使另件彼此正确地定位。

如果轴套在装配前过冷，随后加热周围介质使之膨胀进入轴颈的一个特别坚固的支座里。

扩径的轴套可用车削（其横截面大约呈V型槽）而成型。这里它们必然要沿轴向收缩，这种产生的予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另件的拉伸。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盖子关闭时，使整体结构加强。一种这样形成的空腔也可以作为润滑剂的存贮器来使用。

本发明的实施例是用附图表示的，而且指出

图1一种联合三个实施例的曲轴及共同起作用的另件的断面的总轴向剖视图，

图2其它的实施例的纵轴向剖视图，

图3按图5和6Ⅲ-Ⅲ方向的另外的实施例的纵轴向剖视图，

图4另一个其他实施例及

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当中是借助轴承轴颈2来支承一个曲轴，另外又具有曲轴销3，在曲轴轴颈3上支承着整体的连杆4上。如果可能的话，一般都是由轴承轴颈2和曲轴销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异型件5。为了制造整体的曲轴，必需要有一定数量的异型件5互相组合起来，这些另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上安置的孔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异型件5的内侧而达到成整体的轴承销安装，不过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2，3如这里表示的那样同轴安装。在最适宜的应力分布的情况下，虽然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起（图中所表达的过于厚了）;出于同样的目的，与连接的另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予应力，异型件5在轴颈另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予应力，而使连接进一步紧固。可于异型件5的结合面上开一些使其安全的键形齿11，这就使单个的异型件5仅仅以正确的定位来互相结合。异型件5可用普通的方法将必需的配重12锁住。此外异型件5设置润滑管路13，这些管路将（润滑剂）注入轴套6和异型件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不断的迴路。向作为滑动轴承或滚动轴承17的连杆轴承供应润滑剂可以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，这样就将良好的备用性能传导给了轴承。在原来的轴承承受面e的外面，轴承衬套18具有箍30，或者相反的在其末端壁厚缩小（参看图4右下部）。还可以为异型件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件19插装到异型件5中，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。附加的轴颈部件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，从摩擦学的观点来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厚度。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和异型件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。对此抉择或附加也可以改变轴向的扩径压力，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而且异型件5的相对的另件部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，因为这里异型件5的扩径部份较薄。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采杆22构成的，这种采杆中至少有用于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，而经过必须的轴向距离而移动的工作段25以可变化的压力加工。如图4所描述的，采杆22能够同时矫正互相调正同心的轴颈，也就是说特别是轴承轴颈2。如果这个采杆具有相应数目的工作段25的话，那么对于全部的轴承轴颈2来说，轴套6和异型件5在一个工作程序中可以连接起来。为了曲轴销3的扩径延续的采杆22是必需的，说得确切一些，在这里才能发生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，这儿为轴承轴颈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，并且同样保证了对轴承轴颈2的优良的矫正。紧接着轴套的d段分开，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轴销3在一个工作程序上中固定，因为在穿了孔31的配重12上所有的属于轴套6的都串到了一根液压的压力装置7上。异型件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。因为在异型件5上为了伸进采杆22而保留在原处的孔仅需比较小的尺寸，所以轴承轴颈2和曲轴销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右下方所描述的曲轴销3处，被扩径的轴套6的端部例如被压入的盖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 (22)

1、用于生产由异型件(5)组成的活塞式发动机(1)曲轴的方法，该异型件(5)总是包括一个曲柄臂(28)和轴颈(2，3)的一个另件，其特征如下：

a)总与异型件(5)邻接的轴颈(2，3)被套装到一个总轴套(6)上，并且

b)轴套(6)通过扩径发生塑性变形，而轴颈(2，3)则发生弹性形变。

2、根据权利要求1的方法，其特征是，把轴承轴颈部件（2）套装到一个连续的总轴套（6）上，在固定异形件（5）之后，将其用于连杆（4）通道的d区内分隔出来。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征是，轴承轴颈（2）和曲轴销（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轴颈（2、3、19）。

5、根据权利要求1的方法，其特征是，空心轴衬（18）在连接前先套装到轴颈（2、3、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轴颈（2、3、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）在连接前套装到轴颈（2、3、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）套装到轴颈（2，3，19）或轴衬（18）上，也套装到滑动轴承或滚动轴承（17）上。

9、根据权利要求5的方法，其特征是，在连接轴颈部件（2，3，19）和轴套（6）的过程中，轴衬（18）要过冷。

10、装配式曲轴由异型件构成，异型件总是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端轴颈段，在此配置的主轴颈段或端轴颈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的弹性予应力被固定位。

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

12、根据权利要求10或11的轴，其特征是，在异型件（5）零件的轴颈部件（2、3）之间插入一个附加轴颈部件（19）。

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

14、根据权利要求12或13的轴，其特征是，附加的轴颈部件（19）与轴套（6）的其余部件相比具有不同的材料特性。

15、根据权利要求10至14之一的轴，其特征是，轴套（6）在其端部呈圆锥形横截面。

16、根据权利要求10至15之一的轴，其特征是，轴颈部件（2，3）及在轴套（6）的外表面上制成的纵槽（15），使扩径后同样在轴套的端部保留空的环形室（14），贯通的管道（13）汇流到环形室。

17、根据权利要求10至16之一的轴其特征是，使用的轴承衬（18），在轴承轴向表面之外的e处装有箍（30）。

18、根据权利要求10至17之一的轴，其特征是，使用在轴承轴向表面之外的e处壁厚减小的轴衬（18）。

19、根据权利要求10至18之一的轴，其特征是，轴颈部件（2、3、19）带有互相调节的键齿（11），零部件之间得以互相准确定位。

20、根据权利要求10至19之一的轴，其特征是，轴颈部件（2、3、19）可制成沿其内侧径向扩大。

21、根据权利要求10至20之一的轴，其特征是，扩径的轴套（6）在其端部以紧固的盖（32）而封闭。

22、根据权利要求10至21之一的轴，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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