CN107387537B - 一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构 - Google Patents

Abstract

一种小型航空活塞发动机新型组合式曲轴机构，包括前段曲拐单元、后段曲拐单元、对接套和轴承组件；所述两个曲拐单元结构相似并相互对接，通过对接套内环将二个曲拐单元对接固定，并通过设置在对接套外环上的轴承组件作为中主轴支承；二个曲拐单元均包括三个曲柄和二个连杆轴径；曲柄为矩形且两端呈圆弧状，曲柄平行排列，通过相互平行的连杆轴径固连，连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；二个曲拐单元远离对接处的最外侧曲柄外侧壁上，沿主轴轴线向外分别依次设有前、后端主轴径和前、后端锥轴径；锥轴径端面均设有内螺纹孔，用于外部连接件的紧固。本发明结构紧凑简单，设置合理，提高了曲轴整体的刚度和强度，有效的提升了产品可靠性。

Description

一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构

技术领域

本发明涉及活塞发动机技术领域，特别是涉及了一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构。

背景技术

曲轴是小型活塞式航空发动机的关键运动部件之一，它的结构与尺寸参数不仅影响着发动机的重量和尺寸大小，而且对发动机的可靠性与使用寿命也有着关键作用。活塞式航空发动机不仅要求高的升功率，还要求有高的功重比，应用于曲轴就是在减轻重量和缩短长度的同时提高比强度、增强刚性和耐用度，在发动机的结构改进中，曲轴的改进占有重要地位。

公布号CN105065427A的中国专利文献公布了一种发动机用新型曲轴，该曲轴虽然也为非全支承结构，有效的减短了曲轴长度。但是，一方面，该曲轴前、中、后主轴支承只能采用滑动轴承结构，需要在发动机上配置专门的润滑系统，增加发动机重量，而且由于飞行中、高空时温差极大，需要对润滑油配置加温保温设施而增加飞机重量；另一方面，该曲轴前、后端外连接分别采用花键轴、圆柱轴方式，其不但长度较长而且被连接件需要通过在发动机箱体上设置结构件进行固定，必须占有发动机结构体积和重量加大，同时也不好控制被连接件与曲轴主轴的同轴度。这些都时航空发动机需要克服的问题。

特别是活塞式航空发动机其正常工作转速一般是地面用活塞式发动机正常工作转速的3-5倍，长时间连续的高速运转，使得曲轴的工作条件极为苛刻，对曲轴的可靠性、稳定性、耐用度和强度、刚性、扭转刚度等要求更高，也要求被连接件与曲轴主轴有高的同轴度。同时，还要求曲轴结构尽可能简洁，以提高功重比。因此，在通过采用高强度的材料的同时，还必须通过改善设计结构和尺寸参数、工艺性能来解决。

发明内容

本发明解决的技术问题是：有鉴于现有技术上的局限性，在研发一种新型水平对置小型活塞式航空发动机时，针对功重比和体积等要求，本发明提供了一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构，其目的在于为新研的小型航空活塞发动机提供一种结构紧凑，长度短，强度高，刚性好，支承充分，重量轻且工艺性好，可靠性高的组合式曲轴机构。

本发明的技术方案是：一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构，包括前段曲拐单元1、后段曲拐单元7、对接套4和轴承组件；所述两个曲拐单元结构相似并相互对接，通过对接套4内环将二个曲拐单元对接固定，并通过设置在对接套4外环上的轴承组件作为中主轴支承；所述二个曲拐单元均包括三个曲柄和二个连杆轴径；曲柄为矩形且两端呈圆弧状，曲柄平行排列，通过相互平行的连杆轴径固连，连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；二个曲拐单元远离对接处的最外侧曲柄外侧壁上，沿主轴轴线向外分别依次设有前端主轴径22、前端锥轴径23和后端主轴径11、后端锥轴径10；前端锥轴径23与后端锥轴径10用于发动机外部连接和传递扭矩，二个锥轴端面均设有内螺纹孔，用于外部连接件的紧固。

本发明的进一步技术方案是：所述轴承组件包括轴承座5、两个球轴承3和两个轴承端盖2；两个相同的球轴承3分别装配在轴承座5内，轴承的外圈与轴承座为过盈配合，同时两个球轴承3与对接套4外径为过盈配合，二个轴承端盖2通过螺钉6和轴承座5固连，用于压紧轴承3并封闭轴承上的润滑脂，保证润滑效果。

本发明的进一步技术方案是：所述轴承座5、轴承端盖2均为铝镁合金材质。

本发明的进一步技术方案是：所述前端锥轴径23和后端锥轴径10锥面上还设有平键，便于定位、传递扭矩和稳定连接。

发明效果

本发明的技术效果在于：由于采用了上述技术方案，本发明结构紧凑简单，重量轻，设置合理，提高了曲轴整体的刚度和强度，有效的提升了产品可靠性；中主轴支承轴承采用二个并联球轴承有利于曲轴高速可靠运转和有效支撑；前后端采用锥面及平键外连方式，简洁可靠；同时，有效的减短了曲轴的长度，并且使曲轴的重量得到控制，便于组织发动机结构，提高了发动机的功重比和经济效益。本发明曲轴加工工艺性好，更有利于达到更高的加工精度。

附图说明

图1是组合式曲轴机构结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是前段曲拐单元结构示意图；

图4是前段曲拐单元俯视图；

图5是前段曲拐单元横截面剖视图；

图6是后段曲拐单元结构示意图；

图7是后段曲拐单元俯视图；

图8是轴承座剖面图。

附图标注，1—前段曲拐单元、2—轴承端盖、3—轴承、4—对接套、5—轴承座、6—螺钉、7—后段曲拐单元；10—后端锥轴径，11—后端主轴径，12—第六曲柄，13—第四连杆轴颈，14—第五曲柄，15—第三连杆轴颈，16—第四曲柄，17—第三曲柄，18—第二连杆轴颈，19—第二曲柄，20—第一连杆轴颈，21—第一曲柄，22—前端主轴径，23—前端锥轴径。

具体实施方式

以下实施例参照附图1—8。

本发明提供一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构，是一种新型四缸对置小型航空活塞发动机的曲轴机构，如图1、2所示，该曲轴机构包括设置在曲轴两端以及中部的前、中、后主轴支承，在每二个主轴支承之间设置有曲拐单元，每个曲拐单元包括三个平行设置的曲柄，曲柄之间设置有连杆轴颈，相邻两个曲拐的连杆轴径中心分别设置在曲柄的上下两端。具体组成件为：前段曲拐单元1、轴承端盖2、轴承3、对接套4、轴承座5、螺钉6和后段曲拐单元7。所述前段曲拐单元1和后段曲拐单元7通过对接套4压装连接组合而成为一个整体曲轴机构部件，对接套4又作为曲轴机构二个中主轴支承轴承3的内安装支座，二个轴承3外安装座为轴承座5。前段曲拐单元1和后段曲拐单元7的第一与第四连杆轴径外端曲柄外侧设有左、右主轴支承轴径，曲柄为矩形结构且两端呈圆弧形状。

进一步描述。具体实施例中，本发明的组合式曲轴机构由前、后两个曲拐单元组成，每个曲拐单元为独立曲轴零件即前段曲拐单元1和后段曲拐单元7，每段曲轴包括三个平行的曲柄和二个平行的曲拐连杆轴径。具体的，如图1所示，前段曲拐单元1从左端开始依次设有前端锥轴径23、前端主轴径22、第一曲柄21、第一连杆轴颈20、第二曲柄19、第二连杆轴颈18、第三曲柄17和中部主轴颈。其中，前端锥轴径23用于发动机外部连接和传递扭矩，锥面之上设有平键，以便于定位和稳定连接，锥轴端面设有内螺纹孔，用于前外部连接件的紧固；前端主轴颈22为台阶轴，其中靠近第一曲柄21的一段轴径为曲轴前支承轴承安装轴径。如图1所示，后段曲拐单元7从右端开始依次设有后端锥轴径10、后端主轴径11、第六曲柄12、第四连杆轴颈13、第五曲柄14、第三连杆轴颈15、第四曲柄16和中部主轴颈。其中，后锥用于发动机外部连接和传递扭矩，锥面之上设有平键，用以定位和连接，后锥轴端面设有内螺纹孔，用于外部连接件的紧固；后端主轴径11为台阶轴，其靠近第六曲柄12的一段轴径为曲轴后支承轴承安装轴径。这种设置使前段曲拐单元1和后段曲拐单元7结构更紧凑，长度更短，重量更轻。所述第一连杆轴颈20与第三连杆轴颈15同轴线设置，第二连杆轴颈18与第四连杆轴颈13同轴线设置，该二条轴线与主轴所在直线相互平行且处于同一平面中的180°轴对称等距位置。所述第一连杆轴颈20、第二连杆轴颈18、第三连杆轴颈15、第四连杆轴颈13用于安装分体式连杆。所述第一曲柄21、第二曲柄19、第三曲柄17、第四曲柄16、第五曲柄14、第六曲柄12均为结构相同的互相平行的两端呈圆弧形的矩形形状，结构简单并有效降低整个曲轴的重量，并使得加工工艺更简单，便于提高加工精度，便于加工和定位以及平衡。通过对接套4以大过盈配合连接前段曲拐单元1和后段曲拐单元7使之成为一个整体曲轴工件，对接套4内孔和前段曲拐单元1和后段曲拐单元7中部主轴径结合处依靠径向压力和摩擦阻力使得前段曲拐单元1和后段曲拐单元7以这种方式定位并连接，准确的基体过盈量使得结合处发生适量的材料晶格移位和轮廓变形产生足够的压力和摩擦阻力，实现稳固而可靠的配合连接且无需再增加其它额外的紧固连接件。上述两个相同的球轴承3分别装配在轴承座5左右两端，轴承的外圈与轴承座5内孔设置为小过盈配合，并设置有台阶孔肩用于轴承外圈轴向定位，同时二个轴承3与对接套4外径也设置为小过盈配合。中主轴支承轴承采用二个并联球轴承有利于曲轴高速可靠运转和有效支撑。为减轻重量轴承座5为铝镁合金材质，二个材质同样为铝镁合金的轴承端盖2通过螺钉6紧固于轴承座5之上，用于压紧轴承3并封闭轴承上的润滑脂以保证润滑效果。

如图3、4、5、6、7、8所示，本实施例中，为了更清晰表达，图3是本实施例前段曲拐单元结构示意图，图4是本实施例前段曲拐单元俯视图，图5是本实施例前段曲拐单元横截面剖视图，图6是本实施例后段曲拐单元结构示意图，图7是本实施例后段曲拐单元俯视图，图8是本实施例轴承座剖面图。

Claims (2)

1.一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构，包括前段曲拐单元(1)、后段曲拐单元(7)、对接套(4)和轴承组件；所述两个曲拐单元结构相似并相互对接，通过对接套(4)内环将二个曲拐单元对接固定，并通过设置在对接套(4)外环上的轴承组件作为中主轴支承；所述二个曲拐单元均包括三个曲柄和二个连杆轴径；曲柄为矩形且两端呈圆弧状，曲柄平行排列，通过相互平行的连杆轴径固连，连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；二个曲拐单元远离对接处的最外侧曲柄外侧壁上，沿主轴轴线向外分别依次设有前、后端主轴径和前、后端锥轴径；锥轴径端面均设有内螺纹孔，用于外部连接件的紧固；

所述轴承组件包括轴承座(5)、两个球轴承(3)和两个轴承端盖(2)；两个相同的球轴承(3)分别装配在轴承座(5)内，轴承的外圈与轴承座为过盈配合，同时两个球轴承(3)与对接套(4)外径为过盈配合，二个轴承端盖(2)通过螺钉(6)和轴承座(5)固连，用于压紧球轴承(3)并封闭轴承上的润滑脂，保证润滑效果；

所述前、后锥轴径锥面上还设有平键，便于定位和稳定连接。

2.如权利要求1所述的一种小型航空活塞发动机组合式曲轴机构，其特征在于，所述轴承座(5)为铝镁合金材质。

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