CN103775560B - 摆式吸收器曲轴平衡 - Google Patents

Abstract

一种平衡曲轴的方法包括联接扭转吸收摆至曲轴的颊板，颊板与曲轴销联接。由于连接至颊板的摆具有不足以平衡曲轴的质量，所以减重孔穿过颊板的等分平面被形成。在形成减重孔时，足够的材料被从颊板移除以便摆的质量变得足以平衡曲轴。

Description

摆式吸收器曲轴平衡

技术领域

本申请涉及机动车辆工程领域，更具体地涉及机动车辆发动机的摆式吸收器曲轴平衡。

背景技术

在内燃机中，曲轴可以被用于将活塞的往复运动转换为旋转运动。曲轴可以包括与其旋转轴线偏移的多个曲轴销。每个曲轴销通过轴承联接到活塞杆，活塞杆与相应的活塞连接。曲轴本身由两个或者多个主轴承支撑，并在其中旋转。

为了防止旋转时的过度振动，曲轴必需被准确地平衡。为此，曲轴可以包括一系列的平衡重，其使得每个曲轴销、相关联的活塞、活塞杆和进入的润滑剂的质量平衡。以传统的方法，曲轴可以被构造有初始的过大的平衡重。随后，在后来的平衡步骤中，减重孔可以被钻到平衡重内以移除质量并因此使得曲轴进入平衡状态。以这种方法，减重孔可以被实际上布置在平衡重的任何地方，对于曲轴的运行没有不利的影响。

上面总结的方法可以防止曲轴垂直于其旋转轴线的过度振动，但是没有解决围绕旋转轴线可能发生的扭转振动。更具体地，每个活塞杆在相关的活塞的作功冲程期间传递扭转脉冲到其相连的曲轴销。随着每个扭转脉冲被接收，曲轴围绕其旋转轴线轻微扭转，随后在作功冲程后扭转回来。以这种方式，来自每个活塞杆的周期性的扭转脉冲可以驱动曲轴中复杂的扭转振动。依赖于条件，这种振动可以与曲轴的自然共振频率的阶相一致。当这种情况发生时，振动的振幅可以增加，以致曲轴的非弹性变形，从而导致材料失效。

一些曲轴部件可以被用于抑制扭转振动并且因此防止曲轴材料失效，例如飞轮和扭转阻尼器。另一种方法是在曲轴上安装一个或者更多个所谓“摆式吸收器”。摆式吸收器是以与曲轴旋转轴线预定的距离非刚性地连到曲轴上的质量。当曲轴接收到曲轴销处的扭转脉冲时，这个脉冲一部分被吸收，沿着脉冲的方向加速摆式吸收器的质量。同样地，当曲轴在脉冲之后放松时，放松由被加速的质量的惯性反抗。为了抑制曲轴的自然振动模式，摆式吸收器可以通过调整其质量M和其质量中心与曲轴旋转轴线的中心的距离L被“调整”。

在一些曲轴中，摆式吸收器可以代替一些或者所有的传统的平衡重，从而提供平衡以及扭转振动吸收。然而，通过这个构造，不可能使用传统的平衡方法，也就是，使得摆式吸收器过大并随后钻一个合适尺寸的减重孔到其中以减少质量。这是因为摆式吸收器的质量M影响对于给定的转速和气缸点火顺序的所调整至的阶（order）。

发明内容

相应的，本公开的一个实施例提供了一种完全不同的平衡曲轴的方法。该方法包括联接扭转-吸收摆至曲轴的曲轴颊板，曲轴颊板连接至曲轴销。连接至曲轴颊板的摆具有不充足的质量以平衡曲轴。减重孔随后穿过颊板的等分平面被形成。在形成减重孔时，足够的材料被从颊板移除因此摆的质量变得足够平衡曲轴。在这个示例方法中，等分平面包括曲轴销的旋转轴线和曲轴的旋转轴线。通过在颊板而不是摆内穿孔，期望的摆的扭转-振动吸收特性不被平衡步骤改变。而且，减重孔在曲轴颊板的等分平面的布置保持了曲轴结构完整性。

上面的概述是以简化形式被提供以介绍选择性的部分，并不旨在指明关键或重要特征。要求保护的主题不局限于解决在本公开在上面或者任何部分中提到的缺点的实施方式。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开一个实施例的机动车辆发动机示例的多个方面。

图2示出了根据本公开一个实施例的曲轴示例的多个方面。

图3示出了根据本公开一个实施例的延伸到曲轴颊板中的减重孔的横截面。

图4示出了根据本公开一个实施例的曲轴前视图。

图5阐述了根据本公开一个实施例的一种用于平衡曲轴的示例性方法。

具体实施方式

图1示意性地描述了机动车辆的示例发动机10的多个方面。该发动机包括多个往复活塞12。尽管三个活塞在图1中被示出，但是本公开同样适用于具有更多或者更少活塞的发动机。每个活塞枢转地联接到相应的活塞杆14的一端。每个活塞杆的另一端中心地通过杆轴承18联接到曲轴16。更具体地，圆柱形曲轴销轴颈（下文称为曲轴销20）被旋转地联接到每个杆轴承内。每个曲轴销位于一对颊板22之间并与其联接。在图1的实施例中，相邻的颊板对由多个主轴颈24联接。主轴颈旋转地在相应的多个主轴承26内联接。

曲轴16包括多个摆式吸收器（下文称作摆28），其对于曲轴提供扭转-振动吸收。每个摆可以是预定的质量；其可以在距曲轴的旋转轴线预定距离处被联接，以吸收旋转曲轴中预定阶的扭转振动。更具体的，每个摆的质量M和摆的质量中心与曲轴的旋转轴线S之间的距离L必需被调整以在任何选定的阶提供吸收，例如，整数阶或者半整数阶的曲轴扭转变形。

图2提供了在一个实施例中的曲轴16的更加详细的视图。这里，每个扭转-振动吸收摆28是双线摆。在描述的实施例中，摆28A、28B、28E和28F是枢转地联接至相应的颊板22，每个带有一对加硬的支点销30。支点销被合适的固定部件固定（在图中未示出），其在被附连的颊板上的松配合的套32内移动，从而允许摆相对于颊板以垂直于曲轴旋转轴线的方向移动。这样的运动允许每个摆在其被调整/对应的阶吸收扭转振动。进一步的关于包括示例结构和操作的摆吸收器的讨论，由美国专利号6688272B2提供，在此文中通过引用被合并。

摆28可以在发动机10内用于双重目的。除了提供扭转-振动吸收，这些摆可以平衡曲轴销20、活塞杆14、活塞12和进入的润滑剂的质量。在描述的实施例中，额外的平衡重被由不包括摆的颊板22C和22D提供，但是可以被平衡。

在文中呈现的方法中，一个或者更多个摆28可能不足以平衡曲轴销、活塞杆、活塞和进入的润滑剂的质量。因此，在平衡步骤期间，质量在曲轴旋转轴线的相反侧被从相连颊板22移除。更具体地，预定的（例如，计算的）材料质量可以通过钻孔、铣削或者任何其他形式的机加工被从颊板移除。相应的，图2示出了在颊板22B内的减重孔34B和在颊板22F内的减重孔34F。通常，曲轴的任一颊板或者多个颊板可以包括减重孔。在一些实施例中，给定的颊板可以包括两个或者更多具有适合尺寸和位置的减重孔以使得曲轴处于平衡状态。

为了保存曲轴16的结构完整性，减重孔34可能不在颊板的任意地方形成，而只是在允许的位置。一个允许的位置是朝向颊板的中心-例如，沿着颊板的等分平面。在本公开中，等分平面是穿过颊板并且包含相连的曲轴销的旋转轴线C和曲轴的旋转轴线S的平面。在一个实施例中，减重孔可以沿着如图3所示的等分平面。实际上，减重孔沿着等分平面的期望的径向位置（也就是，与旋转轴线S的距离）可以使用现有的曲轴平衡机器通过合适的建模/计算确定。在文中考虑的实施例中，至少一个包含的摆可以具有足够的质量以平衡带有通过相连颊板的减重孔的曲轴，而具有不足够的质量来平衡不带有减重孔的曲轴。

理想地，沿着颊板等分平面形成的单个减重孔能够在尺寸和位置上合适以平衡曲轴。因此，减重孔34可以被形成于计算的用于曲轴内材料移除的位置以平衡曲轴。然而，由于曲轴制造的变化性，获得曲轴平衡所需要的减重孔的位置可能不准确地沿着颊板的等分面。然而，等分平面可能是减重孔能够被形成而不过度弱化曲轴的唯一位置。为了解决这个问题，一些实施例包括附加到减重孔在其中形成的任何颊板的侧平衡垫。相应的，图2的颊板22A、22B、22E、和22F包括侧平衡垫36。在一个实施例中，等量的左侧和右侧平衡垫可以被布置在曲轴销20的一端的相反侧。在一个实施例中，左右平衡垫可以是相同尺寸、形状和材料的。在其他的实施例，左右平衡垫可以至少稍微不同。在一些实施例中，左右平衡垫可以包括比构成颊板剩余部分的材料密度更大的材料。

在侧平衡垫36被使用的实施例中，必要时额外的推进/微调（nudging）孔可以在其中被形成，从而朝着颊板中心推进所需要的（也就是，计算的）减重孔34的位置。例如，这个动作可以使得推进计算的位置更接近等分平面。因此，如果计算的减重孔的位置在等分平面的左侧，推进孔可以在左平衡垫被形成以向右侧推进计算的位置，使其与等分平面对齐。以这种方式，用于曲轴中材料移除的计算的位置最后与减重孔能够实际被形成的位置相一致。这个方法也在图4中被描述，其提供了曲轴16的前视图。图4进一步示出了颊板的等分平面P。如上所述，等分平面包括曲轴销的旋转轴线C和曲轴的旋转轴线S。减重孔34F沿着等分平面。在描述的实施例中，左平衡垫36L被布置在曲轴销20的左侧，并且右平衡垫36R被布置在曲轴销的右侧。

图4的实施例在颊板22F内提供两个孔：沿着等分平面P形成的减重孔34F，和形成于左平衡垫36L中的推进孔38，以便推进计算的减重孔位置与等分平面对齐。在其他的实施例中，推进孔可以在右平衡垫而不是左平衡垫内形成，其在标记为36R的位置。在另外的其他实施例中，推进孔可以在左和右平衡垫内形成。钻孔至同一颊板的左侧和右侧平衡垫中可以朝着颊板的中心径向地沿着等分平面有效地推进计算的减重孔位置。例如，如果计算的位置在颊板上过高，这个方法可以是有用的。

由于多个其他的实施例也被考虑，所以附图的所有方面都不应该以局限的意义被解读。在一个实施例中，例如，当曲轴旋转时，每个平衡垫的质量中心可以位于被曲轴销限制的轨道外侧。而且，形成于平衡垫内的推进孔可以具有任何期望的方位和任何适合的长度。如果在颊板内没有足够的材料，推进孔可以穿入颊板。在一些实施例中，为了上面描述的相同的目的，平衡垫可以被完全地省略并且推进孔直接钻孔到颊板内。

上面描述的配置使平衡曲轴的不同的方法可用。相应的，一些这样的方法现在通过示例的方式并继续参照上面的配置被描述。然而，需要理解的是，这里描述的方法以及本公开范围内的其他方法也可以通过不同配置被使用。

图5图示说明了用于平衡曲轴的示例方法40。在方法40的42，曲轴的不同部件被形成。适用于本方法的曲轴可以由铸造和/或锻造，随后机加工形成。在一些实施例中，部件可以以任何适合的方式被增加到铸造和/或锻造的并且机加工的曲轴，比如螺栓、焊接等。如上所述，预期到其中质量被从曲轴的其他部分减掉的平衡方法，一个或者更多个重量不足的扭转-吸收摆可以被通过任何合适的工艺形成。另外，左和右平衡垫可以被单独形成、与相关颊板一起铸造、从颊板锻造或者在一些实施例中用螺栓联接或者焊接到颊板上。在44至少一个重量不足的扭转-吸收摆被联接到曲轴的至少一个颊板上。在平衡操作的这个阶段，摆可以具有不足够的质量来平衡曲轴。

在46，要在颊板内形成的减重孔的需要的尺寸和位置被计算。要移除的质量和减重孔沿着等分平面的径向位置可以通过使用现有的曲轴平衡机器，进一步采用任何合适的建模/计算方法被确定。在一个实施例中，如图5所示，减重孔可以被形成为距所有的曲轴销或者油孔的底切至少五毫米的间隙。

在48，计算的位置是否合适被确定。例如，如果计算的位置在钻孔不会高于容限地损害曲轴完整性的位置位于颊板的某个地方，则计算的位置是合适的。在一个实施例中，合适的位置可以是沿着等分平面P朝向颊板中心的位置。如果计算的位置合适，随后该方法前进至52。然而，如果计算的位置不合适，随后该方法前进至50。

在50，推进孔被形成于左或者右平衡垫中以朝向颊板的中心推进计算的位置。在一个实施例中，推进孔可以使得计算的位置沿着等分平面P。在一个实施例中，推进孔可以以闭环的方式被形成和延伸，并且对减重孔位置进行迭代的重新计算。

在52，减重孔在颊板内在计算的位置被形成。在一个实施例中，减重孔可以被沿着颊板的等分平面被钻出，该等分平面包括曲轴销的旋转轴线和曲轴的旋转轴线，如图4所示。在一个实施例中，这样的钻孔可以移除足够的材料以便摆的质量足够平衡曲轴。

在文中考虑的不同的实施例中，曲轴可以选择地被返回到平衡机器以确认其被平衡至可接受的限度。如果曲轴不平衡，然后方法40可以重新进入46，其中减重和推进孔可以被延伸以获得平衡。以这种方式，不同的钻孔和评估动作可以再次以闭环的方式被重复，直到足够的材料被从颊板移除以平衡曲轴。

本公开的各方面通过示例参考上面阐明的实施例被阐述。在一个或更多个实施例中大致相同的部件、流程步骤和其他元素被同等地标示，并以最少重复的方式被描述。然而，注意到，被等同标示的元素也会在某种程度上不同。将进一步注意到，在本公开中包括的图是示意性的并且基本上不是按比例绘制的。相反，图中示出的各种绘图比例、纵横比和部件数量可以是故意扭曲的以使得某些特征或者关系更容易看到。

在这里图释和/或描述的方法中，一些指示的流程步骤可以被省略而不背离本公开的范围。同样地，为了达到预期的结果，指示的流程步骤顺序不总是必须的，而是为了便于图释和描述的目的被提供。根据使用的具体策略，阐述的动作、功能或者操作中的一个或更多个可以被重复执行。

将理解，在上文描述的物品、系统和方法是本公开的实施例，即也可以考虑到多个变体和外延的非限制性示例。本公开还包括上文的物品、系统和方法的所有的新颖且非显而易见的组合和子组合以及其所有等价物。

Claims (20)

1.一种平衡曲轴的方法，所述方法包括：

联接扭转吸收摆至所述曲轴的颊板，该颊板连接至曲轴销，所述摆的质量不足以平衡所述曲轴；和

穿过所述颊板的等分平面钻出减重孔以移除足够的材料从而使得所述摆的所述质量足以平衡所述曲轴，所述等分平面包括所述颊板的旋转轴线和所述曲轴的旋转轴线并且穿过所述减重孔的中心。

2.根据权利要求1所述方法，其中穿过所述等分平面钻孔包括在计算的位置形成所述减重孔以便从所述曲轴移除材料。

3.根据权利要求1所述方法，其中穿过所述等分平面钻孔包括：

在所述颊板内形成推进孔，以朝向所述颊板的中心推进用于从所述曲轴移除材料的计算的位置；和

在所述计算的位置形成减重孔。

4.根据权利要求1所述方法，其中所述颊板在所述曲轴销一端的相反侧包括左平衡垫和右平衡垫，并且其中穿过所述等分平面钻孔包括：

在所述左平衡垫或者右平衡垫内形成推进孔，以朝向所述颊板的中心推进用于从所述曲轴移除材料的计算的位置；和

在所述计算的位置形成减重孔。

5.根据权利要求4所述方法，进一步包括与所述颊板一起铸造所述左平衡垫和右平衡垫。

6.根据权利要求4所述方法，进一步包括从所述颊板锻造所述左平衡垫和右平衡垫。

7.根据权利要求4所述方法，进一步包括用螺栓将所述左平衡垫和 右平衡垫联接至所述颊板。

8.一种曲轴，其包括：

连接至曲轴销的颊板，所述颊板具有穿过其等分平面的减重孔，所述等分平面包括所述曲轴销的旋转轴线和所述曲轴的旋转轴线并且穿过所述减重孔的中心；和

扭转振动吸收摆，其枢转地联接至所述颊板，所述摆的质量足以平衡带有穿过所述等分平面的所述减重孔的所述曲轴，但是所述摆的质量不足以平衡不带有穿过所述等分平面的所述减重孔的所述曲轴。

9.根据权利要求8所述曲轴，其中所述减重孔距所述曲轴销的底切或者油孔的间隙为五毫米或者更多。

10.根据权利要求8所述曲轴，其中所述颊板还包括推进孔，该推进孔被配置为得到用于沿着所述等分平面从所述曲轴中移除材料的计算的位置。

11.根据权利要求8所述曲轴，其中所述颊板在所述曲轴销一端的相反侧包括左平衡垫和右平衡垫，并且其中推进孔被形成在所述左平衡垫或者右平衡垫内。

12.根据权利要求11所述曲轴，其中每个平衡垫的质量中心位于由所述曲轴销限制的轨道外侧。

13.根据权利要求11所述曲轴，其中所述左平衡垫和右平衡垫具有相同的尺寸、形状和材料。

14.根据权利要求11所述曲轴，其中所述左平衡垫和右平衡垫包括比构成所述颊板的材料密度更大的材料。

15.根据权利要求8所述曲轴，其中所述摆是双线摆。

16.根据权利要求8所述曲轴，其中所述摆具有预定的质量并且在距所述旋转轴线预定距离处被联接，以便吸收所述旋转曲轴中预定阶的扭转振动。

17.根据权利要求8所述曲轴，其中所述摆是枢转连接至相应多个颊板的多个扭转-振动吸收摆中的一个，其中每个颊板具有穿过其等分平面的减重孔，并且其中每个摆的质量足以平衡只具有穿过相应颊板的所述等分平面的减重孔的所述曲轴。

18.根据权利要求8所述曲轴，其进一步包括一个或者多个重量被平衡的颊板，所述一个或者多个重量被平衡的颊板不包括扭转-振动吸收摆。

19.一种平衡曲轴的方法，其包括：

利用一对支点销将扭转-吸收摆枢转地联接至所述曲轴的颊板，所述颊板连接至曲轴销，所述摆的质量不足以平衡所述曲轴；

穿过所述颊板的等分平面钻孔，所述等分平面包括所述曲轴销的旋转轴线和所述曲轴的旋转轴线；

在旋转所述曲轴时评估平衡；和

重复所述钻孔和所述评估直到足够的材料从所述颊板被移除以平衡所述曲轴。

20.根据权利要求19所述方法，其中所述颊板在所述曲轴销一端的相反侧包括左平衡垫和右平衡垫，并且其中穿过所述等分平面钻孔包括：

在所述左平衡垫和右平衡垫中形成推进孔以朝向所述颊板的中心推进用于从所述曲轴中移除材料的计算的位置；和

在所述计算的位置形成减重孔。