CN104343807A

CN104343807A - 惰轮短轴

Info

Publication number: CN104343807A
Application number: CN201410377179.2A
Authority: CN
Inventors: S·L·贝尔; A·R·帕姆拉帕西; J·P·诺瓦克
Original assignee: Electro Motive Diesel Inc
Current assignee: Progress Rail Locomotive Inc
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: US20150033893A1; US9057399B2; CN104343807B

Abstract

本发明公开了惰轮短轴。所述短轴可具有细长圆柱体，所述细长圆柱体具有构造成固定到发动机体的底端和相对的顶端。所述短轴还可具有在所述细长圆柱体的底端处形成的轴环。所述轴环可构造成插入所述发动机体内的空腔中以便为所述短轴连接至所述发动机体提供导向。所述短轴还可具有在所述细长圆柱体内形成且从所述底端穿至所述顶端的轴孔。所述短轴还可具有在所述细长圆柱体内形成且与所述轴孔流体连通的径向通道。所述短轴另外还具有在所述底端和所述径向通道之间形成的推力面。

Description

惰轮短轴

技术领域

本发明涉及短轴、且更具体地涉及惰轮短轴(stub shaft)。

背景技术

发动机产生机械动力，其中一个或多个活塞的往复运动引起曲轴的旋转运动。将曲轴的旋转能传递到诸如车辆车轮的其他装置。此外，可将曲轴的旋转能传递到曲轴端部上的齿轮(或皮带)。该齿轮可为齿轮传动链的一部分，该传动链将旋转能传递到发动机的附属装置(如，泵、曲轴等)。这些类型的齿轮传动链常常包括允许必要时设定齿轮传动链中的附件齿轮的旋转方向和/或传动比的一个或多个惰轮。惰轮可通过短轴安装到发动机的适当部位。

在2012年11月29日公开的序列号为No.2012/0298068美国专利申请(’068公报)中描述了示例性短轴。’068公报描述了包括用于惰轮的短轴的油泵。短轴包括紧固件孔，螺纹紧固件延伸通过该紧固件孔将短轴连接到油泵的外壳。惰轮连接到短轴的一端，且通过短轴中的独立钻道进行润滑。

虽然’068公报中的短轴可能适合于一些应用，但它可能具有一些缺点。例如，’068公报中的短轴仅仅只在一端固定，这在使用期间可能允许短轴的挠曲或移动。此外，短轴将惰轮相对泵的外壳而定位，这可能对于其他应用而言并非适合。此外，对于在其内部空间有限的直径相对较小的短轴而言，使用短轴中的独立钻道以向惰轮供油，这可能并不理想。

本发明涉及解决上文所述问题中的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

在一个方面，本发明涉及短轴。所述短轴可包括细长圆柱体，所述细长圆柱体具有构造成固定到发动机体的底端和相对的顶端。所述短轴还可包括在细长圆柱体的底端处形成的轴环(collar)。所述轴环可构造成插入发动机体内的空腔中以便为短轴连接至发动机体提供导向。所述短轴还可包括在细长圆柱体内形成且从底端穿至顶端的轴孔。所述短轴还可包括在细长圆柱体内形成且与所述轴孔流体连通的径向通道。所述短轴另外还包括在所述底端和所述径向通道之间形成的推力面。

在另一方面，本发明涉及惰轮安装组件。所述惰轮安装组件可包括短轴。所述短轴可包括具有构造成固定到发动机体的底端和相对的顶端的细长圆柱体。所述短轴还可包括在细长圆柱体内形成且从底端穿至顶端的轴孔。所述短轴还可具有在细长圆柱体内形成且与所述轴孔流体连通的径向通道。惰轮安装组件还可包括延伸通过轴孔的螺杆。所述螺杆可构造成将所述短轴的底端固定到发动机体并且将短轴的顶端固定到齿轮罩。

附图说明

图1为示例性公开的发动机的等轴测图；

图2为连接至图1中的发动机的一端的示例性公开的短轴的等轴测图；

图3为图2的短轴中的其中一个的侧视图；以及

图4为连接到图1中的发动机的图3的短轴的截面图。

具体实施方式

图1示出了与特定公开实施例一致的示例性发动机10的附件端。发动机10可为内燃发动机，如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料发动的发动机、或双燃料发动机。例如，发动机10可为具有十二个汽缸的以柴油为燃料的机车发动机。然而，本领域的技术人员将理解的是，发动机10可为能够产生机械输出的燃烧发动机或非燃烧发动机中的任何其他类型。发动机10还包括容纳曲轴14的发动机体12。可采用本领域已知的方式通过发动机汽缸内的多个活塞(未示出)的往复运动在发动机体12内部旋转地驱动曲轴14。例如，可将曲轴的旋转运动作为输出传递到机车的动力牵引装置。

曲轴14可连接到发动机10的附件端上的谐波衰减器16和驱动齿轮18。衰减器16可帮助减小曲轴14在发动机体12内旋转时的振动。驱动齿轮18可安装到相对于发动机体12而言的衰减器16的外侧上的曲轴14的自由端。可将驱动齿轮18固定而使其通过齿轮板22(仅在图2中示出)随曲轴14旋转。随着曲轴14旋转，可将旋转能传递到驱动齿轮18。

驱动齿轮18可为齿轮传动链24的一部分。除驱动齿轮18之外，齿轮传动链24可包括多个惰轮26、28，以及多个附件齿轮30、32、34。齿轮罩82(仅在图4中示出)可接合发动机体12的外部并且覆盖驱动齿轮18、惰轮26、28以及附件齿轮30、32和34中的一个或多个的外侧。齿轮传动链24可布置成使驱动齿轮18通过惰轮26、28将旋转能传递到附件齿轮30、32、34。附件齿轮30、32、34可构造成将接收到的旋转能传递到与各附件齿轮30、32或34相联的一个或多个发动机附件。例如，附件齿轮30能可操作地连接到燃料泵20。随着附件齿轮30旋转，燃料泵可使燃料加压以用于传送到发动机10的汽缸。附件齿轮32、34能可操作地分别连接到其他发动机附件，诸如油泵和水泵(未示出)。

惰轮26、28可布置在齿轮驱动链24中的驱动齿轮18和附件齿轮30、32、34之间。惰轮26、28可根据驱动齿轮18和附件齿轮30、32、34之间的期望传动比设定尺寸和布置。这样，可将附件齿轮30、32、34的转速控制到期望比例的驱动齿轮18的转速。此外，附件齿轮30、32、和34的旋转方向可设置为与驱动齿轮18相同的方向。类似地，惰轮26、28中的一个或多个可为包括设置在不同径向位置处的两组轮齿的齿轮树(geartree)。例如，惰轮26(如图4中所示)可为齿轮树，其包括构造成连接到附件齿轮34的顶部齿轮和构造成连接到驱动齿轮18的较大的底部齿轮。惰轮26、28可通过短轴36、38固定到发动机体12。惰轮26、28可经由一个或多个轴承40、42分别在短轴36、38上自由旋转。

图2示出了相对曲轴14和驱动齿轮18定位(如，在驱动齿轮18的相对的侧面处)在发动机体12上的短轴36、38。可分别在第一短轴支座44和第二短轴支座46处将短轴36、38固定到发动机体12。第一短轴支座44和第二短轴支座46可为发动机体12的一体成形部分。在其他实施例中，第一短轴支座44和第二短轴支座46可为构造成诸如通过螺栓固定到发动机体12的独立成形的连接座(adapter)。第一短轴支座44和第二短轴支座46可成形为匹配每个短轴36、38的一部分。这样，在第一短轴支座44和第二短轴支座46之间存在足够的间隙以允许附带有衰减器16的曲轴14安装在发动机体12内。

图3示出了示例性公开的短轴36，尽管应理解短轴38可采用相同或相似的形式。短轴36可包括细长的轴体48。轴体48可大体为圆柱形的，该轴体带有包括不同外径的多个同轴段。例如，短轴36可包括底端50、中间部分62、以及顶端72。

底端50可包括外径D₁。在一个实施例中，外径D₁的尺寸可适于匹配第一短轴支座44的相邻部位的形状(图2中所示)。底端50还可包括端面54、轴环56、以及定位销57。轴环56可为从端面54延伸的大体呈圆柱形的结构，且轴环56构造成为短轴36连接至第一短轴支座44提供导向。轴环56可包括高度H₁和外径D₂。定位销57可类似地从端面54延伸。

中间部分62包括第一外径D₃和第二外径D₄。第一外径D₃可小于第二外径D₄使得形成推力面68。推力面68可为构造成将惰轮26定位在短轴36上的基本平坦的表面。第一外径D₃可小于外径D₁并且第二外径D₄可大于外径D₁。在一个实施例中，外径D₁可约为第二外径D₄的70-95％，其约为推力面68和端面54(即，轴环56)之间的轴向距离的70-95％。圆角部位70可将中间部位62连接到底端50(即，将第二外径D₄连接到外径D₁)。

顶端72可包括外径D₅。顶端72还可包括凹槽(recess)76。凹槽76可构造成接纳螺母或其他紧固件，如下文将更加详细地描述。在一个实施例中，外径D₅可小于第一外径D₃，使得在顶端72和中间部分62之间形成突缘(ledge)78。

图4示出了固定到第一短轴支座44的短轴36的截面图。短轴36包括构造成固定到发动机体12的底端50。在示例性公开的实施例中，在底端50处，轴环56可构造成延伸进入由第一短轴支座44形成的空腔90中。空腔90可大体为圆柱形且包括深度d₁和直径D₆。直径D₆可与外径D₂基本相同，使得轴环56在空腔90内紧密配合。空腔91可类似地构造成接纳定位销57。这样，随着轴环56插入空腔90直至端面54与第一短轴支座44的外部平坦接触时，轴环56可为短轴36连接到发动机体12导向。在包含定位销57和空腔91的实施例中，对准并插入定位销57还可有助于为短轴36的连接提供导向。定位销57和空腔91可分别布置在端面54和第一短轴支座44上，使得短轴36在期望的“时钟”位置处连接到第一短轴支座44(即，短轴36轴向旋转到用于连接的理想位置)。

短轴36可为惰轮安装组件80的一个元件，所述惰轮安装组件80构造成将惰轮26固定就位在发动机10上。在一个示例性实施例中，惰轮安装组件80可包括构造成将短轴36的底端50固定到第一短轴支座44且将顶端72固定到齿轮罩82的元件。例如，惰轮安装组件80可包括螺杆84、盖帽86和金属件88。螺杆84可构造成延伸通过在短轴36内形成的轴孔96。螺杆84可包括构造成在第一短轴支座44处与在发动机体12内形成的螺纹孔100配对的第一螺纹端98。

在顶端72处，短轴36可通过盖帽86和金属件88固定到齿轮罩82。盖帽86可成形为在齿轮罩82内与大体圆柱形的开口102匹配。例如，盖帽86可为构造成装入齿轮罩82的大体圆柱形的开口102的大体圆柱形构件。盖帽86可包括构造成摩擦地接合齿轮罩82并且在开口102内将盖帽86固定就位的O形圈104。金属件88可包括，除了别的以外的，固定在盖帽86和突缘78之间的开口环形垫圈106和垫块108。也就是说，开口环形垫圈106可靠着盖帽86的内表面110而定位，并且垫块108可靠着突缘78而定位，使得开口环形垫圈106可经由垫块108在盖帽86和突缘78上施加一个弹力。

金属件88还可包括外部螺母112、内部螺母114、以及垫圈116。顶端72、盖帽86、开口环形垫圈106以及垫块108可通过螺杆84、外部螺母112、以及内部螺母114固定就位。例如，螺杆84可包括构造成与第一螺母112和第二螺母114匹配的第二螺纹端118。内部螺母114可定位在盖帽86的内表面110处且固定到第二螺纹端118。内部螺母可定位在凹槽76中且抵靠着短轴36的表面固定，以在第一短轴支座44处进一步将短轴36固定到发动机体12。垫圈116可放置在内部螺母114和盖帽86之间以维持从内部螺母114到发动机体12的全部接触。螺杆84可延伸通过盖帽86内的孔120，且外部螺母112可固定到盖帽86的外侧122上的第二螺纹端118。可拧紧外部螺母112以施加可将盖帽86相对于齿轮罩82固定就位的力。

惰轮26可通过轴承40安装在短轴36上。惰轮26可通过轴承40相邻于推力面68而定位。在一个示例性实施例中，轴承40可为与中间部分62的外表面和惰轮26的内表面接触的圆柱形的径向轴承。然而，应理解的是，轴承40可为球轴承、磁力轴承、或本领域已知的任何其他类型。

短轴36可构造成通过在短轴36内部形成的通道向轴承40提供润滑剂(例如油)。该通道可包括轴孔96和与轴孔96流体连通的一个或多个径向通道124。在一个示例性实施例中，径向通道124包括沿轴孔96的长度定位在不同位置处的两个径向通道。轴承40可包括一个或多个与径向通道124对准的开口125，使得可为轴承40提供润滑剂。

轴孔96可包括相邻于底端50的第一段126，其具有大于螺杆84直径的直径D₇。这样，在短轴36内沿第一段126形成轴向通道128。轴向通道128可在螺杆84的外侧(当螺杆84安装在短轴36内)、轴孔96的内侧的周围形成一个空间。相邻于顶端172的轴孔96的第二段129的直径可小于直径D₇且与螺杆84的直径基本相同，从而阻止润滑剂流入第二段129中。

可在轴环56和空腔90的内表面132之间形成凹部(well)130。当短轴36和螺杆84连接到第一短轴支座144时，凹部130可与轴向通道128流体连通。特别是，轴环56的高度H₁可小于空腔90的深度d₁，而这两者间的深度差可形成凹部130。凹部130可用润滑剂凹部以用于向轴向通道128提供润滑剂。凹部130可流体地连接到在发动机体12内形成的油供给通道134。油供给通道134可将压力油填满凹部130，可通过轴向通道128和径向通道124将该压力油传送到轴承40。连接到附件齿轮30、32、34的其中一个的油泵(未示出)可使油供给通道134加压。

工业适用性

示例性公开的短轴可用于任何系统中以将齿轮或其他旋转体连接到静止体。短轴可特别应用于支承例如在发动机体和齿轮罩之间的惰轮的旋转。当以这种方式使用时，示例性公开的短轴的若干优点则显而易见。例如，短轴可允许在两端处均支承短轴的固定连接。在运行期间，惰轮可在相联的短轴上施加一个扭力。在两端均支承短轴有助于避免该力引致的挠曲、松动、或对短轴的损坏。此外，短轴底端的形状考虑了至发动机体的导向附接，有助于确保相联的惰轮在齿轮传动链中正确定位。下文将更加详细地描述用于安装示例性公开的短轴的示例性步骤。

为安装短轴36，轴环56可插入空腔90中以为短轴36的连接提供导向直至端面54接触第一短轴支座44的表面。螺杆84可通过凹槽76和轴孔96插入到螺纹孔100中。应理解的是，对于螺杆84而言，也可以先连接到螺纹孔100，并随后将短轴36放置在螺杆84上方。在这两种情况下，螺杆84可能受扭并且内部螺母114可螺接到第二螺纹端118直至固定到凹槽76内以固定地将底端50连接到发动机体12。轴承40和惰轮26可然后放置在短轴36上并通过推力面68正确定位。

垫块108可抵靠着突缘78放置并且开口环形垫圈106可抵靠着垫块108放置。垫圈116可放置在内部螺母114上。齿轮罩82可定位在发动机体12上，使得顶端72与齿轮罩82中的开口102对准。盖帽86可放置在开口102中，螺杆84延伸通过孔120，直至盖帽86接触开口环形垫圈106和垫圈116。O形环104可摩擦地接合开口102的径向部位，以在开口102内密封盖帽86。外部螺母112可固定到螺杆84的第二螺纹端118并拧紧直至所有的部件固定就位。短轴38和惰轮28能以类似的方法在第二短轴支座46处安装到发动机体12。

随着短轴36固定就位，可将惰轮26定位成连接到驱动齿轮18和附件齿轮34以便将旋转能从曲轴14传递到发动机附件。在运行期间，惰轮26可通过轴承40旋转，这可能需要润滑剂以确保光滑旋转。形成轴向通道128的轴孔96的构型提供了简单且具有成本效益的方法，采用该方法可为轴承40提供润滑油。

例如，可将润滑剂从通过短轴36的油供给通道134供给到轴承40。在运行期间，油泵(未示出)可使润滑油加压且将其传送到填充凹部130。随着凹部130内的压力增加，可将润滑油压入在轴孔96内形成的轴向通道128。润滑油可流经轴向通道128并流入径向通道124。径向通道124可经由开口125将润滑油传送到轴承40。能以类似的方法经由短轴38将油供给到惰轮28和轴承42。

除以上优点之外，推力面68可允许在与发动机体12相间隔的位置处的惰轮26的正确定位。此外，所公开的短轴的形状和大小考虑了空间的有效利用，这对于发动机的齿轮传动链的拥挤环境而言可能是有利的。特别是，附件所需的发动机体12的相对较小的面积允许其他部件(如，衰减器16)的顺利安装。本发明中的短轴结合上文所述的特征以提供上述及其他相关联的益处。

对本领域的技术人员而言将显而易见的是，可对本发明中的发动机做出各种改型和变化而不偏离本发明的范围。例如，尽管所示的短轴用作支承惰轮，但它也可替代地用于支承其他部件。例如，短轴可与附件齿轮、皮带轮、皮带、或其他附属部件相联。如果需要，短轴可不与齿轮传动链相联。从对本文中的说明书和所公开的实施例的实施的理解，对本领域的技术人员而言，其他实施例将是显而易见的。本说明书和实例应理解为仅仅为示例性的，且本发明的准确的范围在以下的权利要求中指示。

Claims

1.一种短轴，所述短轴包括：

细长圆柱体，所述细长圆柱体具有构造成固定到发动机体的底端和相对的顶端；

轴环，所述轴环在所述细长圆柱体的底端处形成且构造成插入到所述发动机体内的空腔中以便为所述短轴连接到所述发动机体提供导向；

在所述细长圆柱体内形成且从所述底端穿至所述顶端的轴孔；

在所述细长圆柱体内形成且与所述轴孔流体连通的径向通道；

在所述底端和所述径向通道之间形成的推力面。

2.根据权利要求1所述的短轴，其中所述推力面具有第一直径，所述第一直径大于所述底端处的第二直径。

3.根据权利要求1所述的短轴，其中所述轴孔包括相邻于所述底端的第一段和相邻于所述顶端的第二段，并且所述第一段的直径大于所述第二段的直径。

4.根据权利要求1所述的短轴，其中所述顶端构造成固定至发动机的齿轮罩。

5.根据权利要求4所述的短轴，还包括在所述顶端中形成的凹槽，所述凹槽向所述轴孔打开且构造成接纳螺母。

6.根据权利要求1所述的短轴，还包括从所述底端延伸的定位销，所述定位销构造成延伸进入所述发动机体内的第二空腔。

7.一种惰轮安装组件，其包括：

短轴，所述短轴包括：

在所述细长圆柱体内形成且从所述底端穿至所述顶端的轴孔；和

在所述细长圆柱体内形成且与所述轴孔流体连通的径向通道；以及

延伸通过所述轴孔的螺杆，所述螺杆构造成将所述短轴的底端固定到所述发动机体并且将所述短轴的顶端固定到齿轮罩。

8.根据权利要求7所述的惰轮安装组件，其中所述短轴还包括轴环，所述轴环在所述细长圆柱体的底端处形成且构造成插入所述发动机体内的空腔中以便为所述短轴连接到所述发动机体提供导向。

9.根据权利要求7所述的惰轮安装组件，其中所述细长圆柱体还包括在所述底端和所述径向通道之间形成的推力面。

10.根据权利要求7所述的惰轮安装组件，还包括构造成固定到所述齿轮罩的盖帽，所述盖帽包括孔，所述螺杆延伸通过所述孔。