CN104948567A - 具有径向轮廓增大的配重的隧道式机轴 - Google Patents

Abstract

本公开提供了隧道式机轴组件，其具有用于保持轴承的轴向运动以及由于具有增加的径向轮廓的结构而改善机轴组件的平衡的配重。配重可包括质量部分和轴承保持部分。当配重被固定至曲柄腹板时，配重的质量部分从设置在腹板周围的轴承组件轴向间隔开。因此，配重的质量部分可径向地延伸超过轴承组件的内圈而不接触轴承组件的保持架。配重的质量部分并不径向地延伸超出机轴支承表面的径向包络，从而允许将机轴组件滑动地插入曲轴箱。

Description

具有径向轮廓增大的配重的隧道式机轴

背景技术

机轴在引擎、泵、压缩机和其它机械设备中用于将往复线性运动转换为旋转运动，或用于将旋转运动转换为往复线性运动。当与内燃机在一起使用时，机轴将往复线性运动转换为旋转运动。当与泵一起使用时，机轴通常将旋转运动转换为往复线性运动。

隧道式机轴是一种通常在往复泵中使用的机轴。这些机轴包括加大的颊板或腹板，其用于支承围绕颊板或腹板的轴承。腹板形成了机轴的最大直径。主轴承通常通过多个保持元件被保持在腹板上的适当位置，以便禁止或限制轴承的任何轴向运动。隧道式机轴可被插入与大多数汽车内燃机所需的两件式分开式曲轴箱相反的、整件的、非分开式曲轴箱。

通过往复活塞或往复柱塞产生的力以及曲柄角的变化均会在泵中产生不平衡的振动力矩和不平衡的震动力。为了动态地平衡机轴从而减少这些不良惯性震动力矩和/或力，通常将配重被附接至机轴。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及提供隧道式机轴组件，该隧道式机轴组件包括：轴向间隔开的腹板；在多个腹板之间延伸并使腹板互相连接的曲柄销；形成主轴承的至少一部分的主轴承组件，主轴承设置在腹板附近并有腹板承载以及；以及适于在轴向方向上保持主轴承组件并且适于提供平衡的配重。由腹板承载的轴承组件包括内圈、承载在内圈上的滚动元件以及其中设置有滚动元件的保持架。通常，各个腹板的主轴承包括外圈，其在与内圈相对的、滚动元件的径向端约束滚动元件。在要将机轴组件插入曲轴箱内时，承载于端腹板之间的中间腹板上的中间轴承组件不承载外圈。另外，当机轴已经开始被插入至曲轴箱时，在首先被插入至曲轴箱的端腹板上的轴承组件不承载外圈。用于中间腹板的外圈通常在将机轴插入至曲轴箱之前由曲轴箱承载并支承。用于中间腹板的外圈与在曲轴箱中形成的曲轴箱支承表面相接合并在该曲轴箱支承表面内进行承载。可能的是，承载在最后被插入曲轴箱的端部处的腹板上的轴承组件能够在开始将机轴插入曲轴箱时承载外圈。可能的是，滚动元件被设置在轴承的外圈内，在这种情况下，曲轴箱的径向包络会比滚动元件被设置在内圈周围的情况下的小。每个轴承的内圈的尺寸均被确定成围绕各自腹板的外轴承支承表面安装，并且每个轴承的外圈的尺寸均被确定成在由机轴可滑动地插入其中的曲轴箱的机轴支承表面所限定的包络内。

配重用于以下目的：保持由腹板承载的主轴承组件的轴向运动；以及由于具有限定增大的径向轮廓的结构而改善机轴组件的平衡。每个配重都包括质量部分和轴承保持部分。轴承保持部分可以是从质量表面轴向远离延伸的凸出部。在一个实施方式中，配重的轴承保持部分并不径向延伸超出轴承内圈的最大外直径。配重的轴承保持部分确实与内圈重叠并邻接内圈。配重的轴承保持部分并不径向地延伸超出腹板的外轴承支承表面。配重的轴承保持部分并不径向地延伸到足以接触保持架或轴承组件的任何其它零件，当机轴在运动时，在腹板和轴承组件之间有相对运动。配重的质量部分可以具有面向腹板的表面，该面向腹板的表面与腹板轴向地间隔开，从而允许配重的质量部分径向地延伸超出轴承支承表面而不接触轴承内圈、保持架或滚动元件。然而，质量部分能够与内圈、滚动元件以及保持架重叠。质量部分可径向地延伸超出内圈的最大外直径。换言之，配重的质量部分能够限定径向轮廓，该径向轮廓在直径上大于由轴承内圈限定的径向轮廓。在一个实施方式中，配重的质量部分并不径向地延伸超出机轴支承表面的径向包络。这就允许将机轴组件滑动地插入整体式曲轴箱。

本发明的其它和进一步的目的以及从属的新颖特征将在下文的说明中一起出现。当元件被描述为与另一元件重叠时，术语重叠并不一定意味着另一元件被完全重叠。

附图说明

附图形成了说明书的一部分。相同的参考标记被用于指示各个视图中的相同或相似的部分。

图1是合并根据本发明的一个实施方式的机轴组件的泵的局部剖视侧视立体图；

图2是根据本发明一个实施方式的机轴组件的侧视立体图，其中，机轴组件轴承的外圈被去除；

图3是图2的机轴组件的示意性侧视图，其中，轴承被去移除；

图4是图3中的机轴组件的被标记为4的部分的放大侧视图；

图5是图2的机轴组件的放大的局部剖视图，示出了与机轴组件装配的包括轴承的外圈的轴承，所述外圈不是图2中示出的机轴组件的一部分；

图6是根据本发明的一个实施方式的轴承保持装置的侧视立体图；以及

图7是根据本发明的一个实施方式的配重的侧视立体图。

具体实施方式

本发明的实施方式参照附图进行公开，其中，在所有附图中，相同的参考标记均指示相同的部分。为了清楚地示出本发明的特征，在附图中不一定保持元件的比例关系。

以下详细说明参照具体实施方式。实施方旨在足够详细地描述本发明的各方面，从而使得本领域技术人员能够实践本发明的最佳模式。还可以采样其它实施方式，并且可进行改变而不脱离本发明的范围。本发明由所附权利要求来限定。因此，说明书并不是限制意义性的，并且不应该限制权利要求所要求的等同范围。

本发明大体涉及隧道式机轴组件10，其适于与往复泵12、内燃机、压缩机或其它机械设备一起使用。图1示出了具有隧道式曲轴箱14的往复柱塞泵12，其中，本发明的机轴组件10被安装在隧道式曲轴箱14内。当以这种方式使用时，机轴组件10适于与一个或多个连杆16连接，从而将位于泵12的电力端20处的齿轮箱18的旋转运动转换为往复线性运动以驱动位于泵12的液力端24处的柱塞22。

本发明的机轴组件10具体适合于与具有成行设置的多个缸、活塞或柱塞22的引擎和泵一起使用。应理解的是，机轴组件10可以与各种往复泵结合使用，包括但不仅限于柱塞泵12、活塞泵、径向活塞泵、隔膜泵以及在其中将旋转运动转换为往复线性运动的任何其它泵。这种泵可以在多种应用中使用，包括原油或流体传输、化学品注入、油井维修、水注切割以及加压水力压裂等。还应理解的是，机轴组件10可以与内燃机一起使用，具体是用于通常以大致恒速长时间周期运行的内燃机以及在诸如发电机组、机车、船以及泵等中使用的内燃机。

如图2和图3中所示，机轴组件10包括机轴26，机轴26包括多个圆盘形式的轴向间隔开的柱形曲柄颊板或腹板28，柱形曲柄颊板或腹板28通过可为中空的、不同轴的、整体的曲柄销30连接在一起。腹板28可设置有外轴承支承表面32。该表面是柱形并且圆周的。该表面具有统一的直径，并且围绕且沿着轴线A-A设置。每个曲柄销30都在两个相邻的腹板28之间延伸并使这两个相邻的腹板28相连接。如图1中所示，每个曲柄销30均可联接至各自的连杆16。具体地，各个连杆16的第一端44都通过曲柄销的轴颈联接至各自的曲柄销30。每个连杆16的第二端46均可被直接或间接地与各自的活塞、柱塞22、隔膜泵或其它往复泵部件相联接。机轴26是隧道式机轴或者滚柱轴承型机轴，这意味着机轴26具有形成了机轴26的最大直径的支承轴承的腹板28。如下文中详细描述，被设置在腹板28的周围的、形成了主轴承35的至少一部分的主轴承组件34中的至少一个在组件初始被插入曲轴箱时形成了机轴组件10的最大直径。虽然图2和图3中示出的机轴26具有4个腹板28和3个曲柄销30，但是应理解的是，其它数量的腹板28和曲柄销30也在本发明的范围内。机轴26可以是锻造的、铸造的或者从坯料机加工制成。

如图2和图5所示，形成了主轴承35的至少一部分的主轴承组件34被设置在每个腹板28的外轴承支承表面32的周围。在将机轴26插入曲轴箱14之前，将主轴承组件34设置在其各自的腹板28周围。因而，在所示实施方式中被插入曲轴箱14的是机轴组件10。每个轴承组件34都是轴承35的部分组件，并且每个轴承组件34都可以替代地被称作轴承35的组件，并且包括内圈36、滚动元件38以及保持架40。在将机轴插入曲轴箱14之前，外圈42可被设置在轴承组件34的周围，并且被设置在最后被插入曲轴箱14的端腹板28’上。形成主轴承35的一部分的外圈42通常不由机轴26承载，在机轴26开始被插入曲轴箱14时，中间的腹板28”或28”’或28””首先被插入曲轴箱。对于中间的腹板28”或28”’，外圈被承载在曲轴箱14内，并且在机轴被插入曲轴箱14之前被曲轴箱14支承。每个主轴承组件34都被确定尺寸以便设置在各自的腹板28的轴承支承表面32与和各自的外圈42相接合的机轴支承表面之间。因此，内圈36的内径被确定尺寸以在腹板28的轴承表面32的周围安装，并且外圈42的外径被确定尺寸，以便被接收在各自的外圈支承表面内，并且围绕各自的滚动元件38。每个外圈支承表面都是柱状的。

每个轴承组件的滚动元件38均在圆周性地延伸并且轴向间隔开的一对支架之间。杆在每个支架之间轴向地延伸。杆39和支架41形成了保持架40。保持架40在圆周方向和轴向方向上稳定滚动元件38。圈36和圈42为滚动元件38提供跑道。滚动元件38可以是滚轴、球或其它适合的滚动元件。

每个腹板28均可包括在其圆周轴承表面32内限定的一个或多个圆槽48，圆槽48适于将润滑剂从端口50向滚动元件38分配。机轴组件10适于被轴向地插入与对很多内燃机为典型的分开式曲轴箱相反的非分开式曲轴箱。

机轴组件10可包括用于在腹板轴承表面32上的轴向方向上保持主轴承组件34的一个或多个轴承保持装置。每个轴承保持装置68的至少一部分都径向地延伸超出其所附接的腹板28的轴承表面32。这样，轴承68适于接合并邻接于与腹板28一起旋转(并且因此相对于腹板28保持静止)的主轴承组件34的内圈36，以便防止主轴承34从腹板28滑落。外圈42相对于曲轴箱14成固定接合。每个腹板28在处于旋转操作时相对于其各自的滚动元件38、保持架40和外圈42移动。在一个实施方式中，轴承保持装置68并不径向延伸超出内圈36的最大外径D_I。保持架径向延伸以覆盖内圈36。轴承保持装置68可以包括通过其限定的一个或多个孔70，紧固件72可通过该孔70延伸，从而将轴承保持装置68固定至腹板28。在一个实施方式中，一个腹板28的至少一侧包括附接至该侧的三个轴承保持装置68，其中，轴承保持装置68以约120°圆周地间隔开。作为轴承保持装置68的替换方案，机轴26的一个或多个腹板28每个均可在其中限定的圆周槽(未示出)，该圆周槽用于接收适于在轴向方向上保持主轴承组件34的可去除的卡环74。

本发明的机轴组件10包括配重52，配重52除了提供用于平衡的质量，还用于在腹板轴承表面32上在轴向方向上保持主轴承组件34。这样，配重52将两个零件的需要结合至单个零件中。另外，如以下详细所述，配重52的配置允许配重52径向延伸，从而增强了配重52的质量对于平衡机轴组件10的效果。

如图2至图5以及图7中所示，配重52包括质量部分54和轴承保持部分56。轴承保持部分56可为从所述质量部分54的表面55轴向延伸的凸出部，并且可包括表面58，其中，表面58适于与腹板28的表面60配合并邻接表面60。配重52可由铸钢或其它适合的材料或材料组合来构成，并且还可以进行机械加工。配重52的轴向凸出的部分为保持部分56。保持部分56从质量部分54的表面55轴向地凸出，表面55面向腹板28的表面60，其中，配重被联接至表面60。部分56的凸出部与表面55形成了阶梯。虽然附图中所示的配重52为单一结构，但是应理解的是，配重52可包括在装配过程期间固定在一起的多个部件或部分。在一个实施方式中，金属或铅块(未示出)被插入配重52。在另一实施方式中，可以从配重52中去除材料从而达到具体重量或平衡。

在一个实施方式中，配重52包括通过其限定的一个或多个孔62，紧固件64可通过该孔62延伸，从而将配重52固定至腹板28。配重52还可具有通过其限定的一个或多个孔66，对准固定销或对准杆(未示出)可通过孔66延伸，从而便于在配重52与机轴26的装配过程中相对于腹板28的定位。然而，应理解的是，可通过其它方式将配重52附接至或固定至腹板28，或者配重52可进行锻造、铸造、机械加工或焊接至适当位置。

如图5中最佳所示，轴承保持部分56的至少一部分轴向延伸超出腹板28的轴承表面32。在一个实施方式中，轴承保持部分56具有还被称为长度的有效直径D_R，有效直径D_R大于也可以被称为腹板28的轴承支承表面32的长度的直径D_W，其中，轴承保持部分56附接至腹板28的轴承支承表面32。这样，每个配重52的轴承保持部分56都适于在表面37处接合并邻接主轴承组件34的内圈36，该表面37与腹板28一起旋转(因此保持相对于腹板28静止)，从而防止主轴承34从腹板28滑落。如图所示，轴承保持部分56并不径向延伸超出内圈36。保持部分56不与主轴承组件34的保持架40接触。因为配重52适于保持主轴承组件34，所以配重52可用于替代轴承保持装置68的至少一部分，否则，轴承保持装置68的该至少一部分使必须的。

每个配重52都是阶梯状的，以使得质量部分54的表面55从腹板28轴向地间隔开，其中，配重52附接至腹板28，并且还从设置在腹板28周围的轴承34的保持架40轴向地间隔开。配重52从腹板28的表面60和保持部分56的表面58以及圈36的表面37轴向地间隔开。该可被称为间隙的间隔允许质量部分54径向地延伸超出轴承组件34的内圈36的最大外直径D_I，并且在径向方向上与保持架40和滚动元件28重叠而不接触保持架40接触。在这方面，配重52的质量部分54可限定具有被称为长度的直径D_C的径向轮廓，该直径D_C大于通过轴承组件34的内圈36限定的径向轮廓的被称为长度的最大直径D_I。这就将配重52的重心从机轴组件10的旋转轴A-A移动比以其他方式可能的距离更大的径向距离，从而增强了配重52的质量改进机轴组件10在操作过程中的平衡的效果。

增加诸如配重52的配重的质量改善了配重在减小不平衡震动的效果。每个单元重量的效果的增强仅成比例。另外，沿着轴线A-A的长度增加诸如配重52的配重远离轴的旋转轴线A-A的中心的纵向距离也降低了不平衡震动。该降成也仅是正比例的。然而，值得注意地，随着旋转轴线A-A与配重(诸如配重52)的重心之间的距离增大，配重降低不平衡震动的效果也增强。相比较于仅成比例，每个单元的径向距离增加的效果增强成指数关系。因而，随着径向增大某个量，径向增加的效果与径向增加的量相比呈指数增长。因此，增加径向距离远比增加质量或纵向距离有效。由于在本公开中配重52的重心被定位为距离旋转轴A-A的径向距离比先前的配重距离旋转轴A-A的径向距离远，所以本公开的与现有技术的机轴组件中使用的配重质量相同的配重52会在本发明中产生更大的惯性力，从而更好地抵消由相对应的往复活塞或柱塞22产生的力和离心曲柄销30以及联接往复活塞或柱塞22产生的力和离心曲柄销30的连杆16产生的力。这当然减小了不平衡震动。径向增加还意味着质量比现有技术的机轴中使用的配重小的配重52可以产生至少与有技术的机轴中的配重产生的惯性力相等的惯性力。另外，由于可定位配重的更大的径向轮廓，本发明的配重52可包括比在现有技术的机轴中使用的配重更大的质量，从而导致了更大的惯性力，以便更好地抵消由相对应的往复活塞或柱塞22或者由其它离心或非离心地旋转的部件产生的力。即使是机轴组件10的不平衡震动中的增量减小也导致更流畅的泵操作并且延长了轴承和组件的寿命。

本发明的机轴组件10适于滑动地安装在隧道式曲轴箱14内，该曲轴箱14具有限定用于支承主轴承35的外圈42的至少一个径向包络的机轴支承表面(未示出)。为了允许机轴组件10在组装完成时被滑进曲轴箱14，配重52的有效直径D_C不应该大于由外圈42围绕着其各自的腹板的形成的外直径D_O并且优选地小于外直径D_O。在外圈42已经被保持在曲轴箱14内的情况下，D_C不应该大于轴承组件34的外直径D_B并且优选地小于外直径D_B。在一个实施方式中，附接至各自的腹板的配重52的部分不会径向地延伸超出通过外圈42在其各自的腹板周围限定的包络和径向轮廓。同样，在本发明中，附接至腹板的配重52不会径向延伸超出与其相关联的腹板的滚动元件38。每个配重52均从其所附接的各自的覆盖径向地延伸一个距离，该距离足够短以允许将机轴插入通过机轴支承表面形成的径向包络或径向半径。在将机轴插入并安装至曲轴箱14时以及在该过程中，可将配重附接至其各自的腹板。可将具有轴承组件34的完全组装的机轴组件10作为一个组件插入为单个非分开式曲轴箱的曲轴箱14中并且可从曲轴箱14将机轴组件10去除。

除了配重52，机轴组件10还可以可选择地包括其它配重76，其它配重76不一定被构造成或设置成用于在腹板28上保持轴承34或具有增加的径向轮廓。

从上文中可以看出的是，本发明很好地适于实现在上文中所提出的所有目标和目的，并且还具有其它的明显优点以及该结构固有的优点。应理解的是，除了在本文中所示出和讨论的特征和组合之外，某些特征和子组合也是可能的。这通过权利要求进行了设想，并且权利要求的范围之内。由于可在不背离本发明的范围的情况下进行很多可能的实施方式，所以还应理解的是，在本文中提出的或在附图中示出的所有事物均应被解释为说明性的，而非限制性的。

上文中所描述的以及在附图中示出的结构和方法仅以示例的方式表达，并且并不旨在限制本发明的观念和原则。因而，已示出并描述了新颖发明的数个实施方式。从上文的描述中显而易见的是，本发明的某些方面并不被本文中所示出的实施方式的具体细节限制，因此，设想的是，本领域技术人员会想到其它的改变和应用或其等同物。在以上的说明中使用的术语“具有”和“包括”以及类似的术语的使用带有“可选择的”或“可包括”的含义而不是“必须的”。然而，对于本领域技术人员来说，在考虑了本说明书和附图的基础上，本发明的很多变化、改变、变形以及其它使用和应用会变得显而易见。未脱离本发明的精神和范围的所有的这种变化、改变、变形以及其它使用和应用均视为被仅通过随后的权利要求书限定的本发明所覆盖。

Claims (12)

1.一种机轴组件，包括：

多个轴向间隔开的曲柄腹板，每个所述腹板均具有外部的轴承支承表面；

至少一个曲柄销，所述曲柄销在多个所述腹板的两个腹板之间延伸并使所述两个腹板互相连接；

至少一个轴承组件，形成主轴承的至少一部分，所述轴承组件被设置在通过所述曲柄销相互连接的所述两个腹板中的至少一个的外轴承支承表面的周围；以及

至少一个配重，所述配重由具有所述至少一个轴承组件的所述腹板承载，所述配重包括：

轴承保持部分，径向地延伸超出具有所述至少一个轴承组件的所述腹板的所述轴承支承表面，所述轴承保持部分在轴向方向上保持所述轴承组件；以及

质量部分，径向地延伸超出具有所述轴承组件的所述支承表面，并且所述质量部分具有与所述轴承组件的至少一部分重叠并且与所述轴承组件的重叠的部分轴向间隔开的表面。

2.如权利要求1所述的机轴组件，其中，所述配重的所述轴承保持部分具有适于与所述腹板接合的表面。

3.如权利要求1所述的机轴组件，其中，所述至少一个轴承组件包括内圈、滚动元件和保持架，其中，所述滚动元件承载在所述内圈中，所述滚动元件被设置在所述保持架中，其中，所述配重的所述轴承保持部分不接触所述保持架。

4.如权利要求3所述的机轴组件，其中，所述配重的所述轴承保持部分并不径向地延伸超出所述轴承内圈的最大外直径。

5.如权利要求3所述的机轴组件，其中，与所述至少一个轴承组件的至少一部分重叠的所述质量部分的所述表面与所述轴承内圈的最大外直径重叠并径向地延伸超出所述轴承内圈的所述最大外直径。

6.如权利要求3所述的机轴组件，其中，所述机轴组件适于滑动地插入至整件非分开式曲轴箱内，所述曲轴箱具有限定径向包络的表面，当所述机轴组件在所述曲轴箱内时，轴承外圈被设置在所述径向包络内，其中，所述配重的所述质量部分并不径向地延伸超出限定所述包络的所述表面的所述径向包络。

7.如权利要求5所述的机轴组件，其中，所述配重的所述质量部分的所述表面与所述轴承保持架轴向地间隔开。

8.如权利要求3所述的机轴组件，其中，所述配重的所述质量部分限定所述机轴组件的径向轮廓，所述径向轮廓在直径上比由所述轴承内圈限定的径向轮廓大。

9.如权利要求1所述的机轴组件，还包括用于将所述配重联接至所述腹板的至少一个紧固件。

10.如权利要求1所述的机轴组件，还包括多个轴承保持装置，每个所述轴承保持装置均被联接至具有所述轴承组件的所述腹板，所述轴承保持装置用于在轴向方向上保持所述轴承组件。

11.一种机轴组件，包括：

多个轴向间隔开的曲柄腹板，每个所述曲柄腹板均具有外柱形轴承支承表面；

至少一个曲柄销，所述曲柄销在多个所述腹板的两个腹板之间延伸并使所述两个腹板相互连接；

至少一个轴承组件，形成主轴承的至少一部分，所述轴承组件被设置在由所述曲柄销相互连接的所述两个腹板中的一个的周围，所述轴承组件包括内圈、滚动元件和保持架，其中，所述滚动元件设置在所述保持架中；

至少一个配重，被固定至具有所述至少一个轴承组件的所述腹板，所述配重包括：

轴承保持部分，在轴向方向上在所述腹板上保持所述轴承组件，所述轴承保持部分与所述轴承内圈重叠而不径向地延伸超出所述轴承内圈：以及

质量部分，与所述保持架轴向地间隔开，并且与所述保持架重叠，其中，所述质量部分径向地延伸超出所述轴承内圈。

12.如权利要求11所述的机轴组件，其中，所述机轴组件适于滑动地插入整件非分开式曲轴箱内，其中，所述曲轴箱具有限定径向包络的表面，当所述机轴组件在被设置在所述曲轴箱内时，所述主轴承的外圈被设置在所述径向包络内，其中，所述配重的所述质量部分并不径向地延伸超出由限定所述径向包络的所述表面来限定的径向包络。