CN107559292A - 一种小型航空活塞发动机曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型航空活塞发动机曲轴，包括左段曲拐单元、右段曲拐单元和对接套；所述两个曲拐单元结构相同并相互对接，通过对接套套住对接处轴径进行固定连接；所述曲拐单元包括n个曲柄和n‑1个曲拐，n为自然数且n≥2；曲柄均为长条状，n个曲柄间隔平行排列，通过n‑1个相互平行的连杆轴径固连，且连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；远离对接处的曲柄外侧壁上，沿与曲柄轴线相垂直的轴线依次设有主轴、后锥轴和螺纹轴；螺纹轴用于发动机后外部连接件的安装紧固。本发明结构紧凑简单，提高了曲轴的刚度和强度，有效的提升了产品可靠性，同时，减轻了曲轴的重量，并且使曲轴的长度得到控制，使得发动机机的整体体积变小，还提高了内燃机的功重比。

Description

一种小型航空活塞发动机曲轴

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曲轴。

背景技术

曲轴是小型活塞式航空发动机的关键运动部件，它的结构与尺寸对发动机的重量和尺寸大小影响巨大，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。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、刚性等要求更高。同时，也要求曲轴结构尽可能简洁。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来解决。

授权公告号CN 203702827 U的中国专利公开了一种四缸汽油发动机的曲轴结构，该曲轴的前端主轴颈、第一曲柄和第一连杆轴颈为连体结构，后端主轴颈、第六曲柄和第四连杆轴颈为连体式结构，第二连杆轴颈和第三曲柄为连体式结构，第四曲柄和第三连杆轴颈为连体式结构；各部分连接为孔、轴对接方式，该曲轴结构紧凑，布局合理。但是，该因该结构方式所能承受的加速度过载有限，从而限制飞机起飞和降落方式，有很大的使用局限性；而且曲柄虽然设有减重孔和减重槽，然曲柄本身依然厚重复杂；同时，曲柄需要嵌入配重块进行平衡，工艺繁杂且高速运转时有不安全因素；花键外连接方式，对中性不好，影响同轴度。

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，本发明提供了一种小型航空活塞发动机曲轴，其目的在于为四缸对置小型航空活塞发动机提供一种结构简洁，强度高，刚性好，支承充分，可承受较大加速度过载，重量轻且工艺性好的曲轴。

本发明的技术方案是：一种小型航空活塞发动机曲轴，包括左段曲拐单元1、右段曲拐单元3和对接套2；所述两个曲拐单元结构相同并相互对接，通过对接套2套住对接处轴径进行固定连接；所述曲拐单元包括n个曲柄和n-1个曲拐，n为自然数且n≥2；曲柄均为长条状，n个曲柄间隔平行排列，通过n-1个相互平行的连杆轴径固连，且连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；曲轴结构从左端向右远依次为后端螺纹轴4、后锥轴5、后端主轴6、第一曲柄7、第一连杆轴颈8、第二曲柄9、第二连杆轴颈10、第三曲柄11、中部主轴颈12、第四曲柄13、第三连杆轴颈14、第五曲柄15、第四连杆轴颈16、第六曲柄17、前端主轴18、前锥轴19、前端螺纹轴20。

本发明的进一步技术方案是：所述对接套2外径上设有向心球轴承，作为曲轴中部主轴支承。

本发明的进一步技术方案是：所述第一、二、三、四、五、六曲柄结构相同，尺寸相同，均为矩形结构两端普通圆弧状形式，重量轻，无需平衡配重，工艺性好，成本低。

本发明的进一步技术方案是：所述后锥轴5、前锥轴20锥面上还设有平键，便于定位和稳定连接。

本发明的进一步技术方案是：所述左段曲拐单元1、右段曲拐单元3结构形式相同，尺寸相近，便于生产组织，降低了加工难度和加工成本。

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，提高了曲轴的刚度和强度，使曲轴能够承受足够的起飞、降落瞬间10g以内的加速度冲击，也使得曲轴中部主支承可安装球轴承而解决发动机连续高速运转需求，有效的提升了产品可靠性。同时，减轻了曲轴的重量，并且使曲轴的尺寸得到控制，使得发动机机的整体体积变小，还提高了内燃机的功重比。该曲轴工艺性良好，有效节约了制造成本。

附图说明

图1是背景技术曲轴的结构示意图；

图2是本发明曲轴的结构示意图；

图3是本发明曲轴的俯视图；

图4是本发明曲轴的右视图；

图5是本发明左段曲拐单元的结构示意图；

图6是本发明右段曲拐单元的结构示意图。

附图2、5、6标注，1—左段曲拐单元、2—对接套、3—右段曲拐单元；4—后端螺纹轴、5—后锥轴、6—后端主轴、7—第一曲柄、8—第一连杆轴颈、9—第二曲柄、10—第二连杆轴颈、11—第三曲柄、12—中部主轴颈、13—第四曲柄、14—第三连杆轴颈、15—第五曲柄、16—第四连杆轴颈、17—第六曲柄、18—前端主轴、19—前锥轴、20—前端螺纹轴。

具体实施方式

以下实施例参照附图1—6。

如图2所示，本装置包括左段曲拐单元1、右段曲拐单元3、对接套2；所述左段曲拐单元1、右段曲拐单元3均为一体式完整结构，两个曲拐单元结构相近并相互对接，通过对接套2套住对接处轴径进行固定连接；所述曲拐单元均包括三个曲柄和二个曲拐；曲柄均为长条状，三个曲柄间隔平行排列，通过二个相互平行的连杆轴径固连，且连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；所述对接套2通过轴、孔过盈配合方式的左段曲拐单元1与右段曲拐单元3的对接轴径处压入其中而牢固链接固定两个曲拐单元而形成一个完整曲轴，对接套2外轴径又形成了曲轴中部主轴颈；曲轴结构从左端向右远依次为后端螺纹轴4、后锥轴5、后端主轴6、第一曲柄7、第一连杆轴颈8、第二曲柄9、第二连杆轴颈10、第三曲柄11、中部主轴颈12、第四曲柄13、第三连杆轴颈14、第五曲柄15、第四连杆轴颈16、第六曲柄17、前端主轴18、前锥轴19、前端螺纹轴20。前、后锥轴和螺纹轴用于发动机外部连接件的直接安装和紧固。

本发明提供了一种小型航空活塞发动机曲轴，该曲轴为新型四缸对置结构形式，其包括左段曲拐单元1、对接套2、右段曲拐单元3。所述左段曲拐单元1、右段曲拐单元3均为一体式完整结构，这两个曲拐单元结构与尺寸相近，每个曲拐单元均包括三个曲柄和二个曲拐，曲柄均为长条状，三个曲柄间隔平行排列，通过二个相互平行的连杆轴径固连，且连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；两个曲拐单元相互对接，即左段曲拐单元1和右段曲拐单元3通过对接套2压合装配连接，由对接套2套住两个曲拐单元对接处轴径进行固定连接，该连接处为轴、孔过盈配合方式而使两个曲拐单元而形成一个完整曲轴；同时，对接套2外轴径又形成了曲轴中部主轴颈12。该曲轴共设有三个主轴支承，除中部主轴颈12外，还有左段曲拐单元1合右段曲拐单元3的第一与第六曲柄外侧的前端主轴18和后端主轴6二处左、右主轴支承。如图2所示，该曲轴结构从左端向右远依次为后端螺纹轴4、后锥轴5、后端主轴6、第一曲柄7、第一连杆轴颈8、第二曲柄9、第二连杆轴颈10、第三曲柄11、中部主轴颈12、第四曲柄13、第三连杆轴颈14、第五曲柄15、第四连杆轴颈16、第六曲柄17、前端主轴18、前锥轴19、前端螺纹轴20。若干个曲拐轴线不重合；远离对接处的曲柄外侧壁上，沿与曲柄轴线相垂直的轴线依次设有主轴、后锥轴和螺纹轴；螺纹轴用于发动机后外部连接件的安装紧固，后锥轴(用于发动机外部连接定位和传递扭矩，主轴12为曲轴支承轴承安装轴和密封轴径。

进一步描述。本实施例中，所述曲轴由左、右两个曲拐单元组合而成，如图5、6所示，每个曲拐单元为独立曲轴零件，其均包括三个平行设置的曲柄和二个平行设置的曲柄连杆轴径，且这两个曲柄连杆轴径相位相差180°，作为水平对置的发动机活塞连杆安装轴。这种一体式结构使得发动机在受到大加速度冲击时，两两对置的曲柄连杆轴径不会因过载冲击而发生相位错位或者平行度的改变，从而不会影响到发动机的动力性能。具体的，如图2、5所示，左段曲拐单元1从左端开始依次设有后端螺纹轴4、后锥轴5、后端主轴6、第一曲柄7、第一连杆轴颈8、第二曲柄9、第二连杆轴颈10、第三曲柄11和对接轴径。其中，后端螺纹轴4为发动机后外部连接件的安装紧固用，后锥轴5用于发动机外部连接定位和传递扭矩，锥面之上设有平键，以便于定位和稳定连接；通过曲轴自带紧固螺纹和锥轴可以使外接件如发电机直接安装于曲轴之上，有效提高了机械效率，并减轻了重量，结构简单、安装方便而且同轴度及对中性好。后锥轴5为台阶轴，分别为曲轴支承轴承安装轴和密封轴径，使曲轴结构更紧凑，重量更轻。如图2、6所示，右段曲拐单元3从右端开始依次设有前端螺纹轴20、前锥轴19、前端主轴18、第六曲柄17、第四连杆轴颈16、第五曲柄15、第三连杆轴颈14、第四曲柄13和对接轴径。其中，前端螺纹轴20用于发动机前部被驱动装置的紧固；前锥轴19用于发动机前部被驱动装置的连接和传递扭矩，锥面之上设有平键，用以定位和连接；通过曲轴自带紧固螺纹和锥轴可以使前部被驱动装置如减速器或直连的螺旋桨直接安装于曲轴之上，有效提高了机械效率，并减轻了重量，结构简单而且同轴度及对中性好。前端主轴径为台阶轴，分别为曲轴支承轴承安装轴和密封轴径，使曲轴结构更紧凑，重量更轻。

本实施例中，所述第一连杆轴颈与第三连杆轴颈处于同一直线之上，第二连杆轴颈与第四连杆轴颈处于同一直线之上，该二条直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。所述第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄、第四曲柄、第五曲柄、第六曲柄均为结构相同的互相平行的两端呈圆弧形的矩形结构，便于加工和定位以及平衡，并有效降低整个曲轴的重量。通过对接套4以大过盈配合压合连接左段曲拐单元1和右段曲拐单元3时，对接套4和左、右段曲拐单元1、3的中部对接轴径结合处发生材料晶格移位和轮廓变形，使得左、右段曲拐单元1、3以这种方式定位并连接，特别简单地实现了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，使两个曲拐单元而形成一个完整曲轴，对接套(2)外轴径又形成了曲轴中部主轴颈。

进一步的，本实施例中，所述对接套(2)外径作为曲轴中部主轴颈12，其用于安装向心球轴承，作为曲轴中部主轴支承，不但提高了曲轴的刚度，而且更重要的是球轴承的设置有效解决了发动机连续高速运转需求，有效的提升了产品可靠性，克服了一般整体结构曲轴主轴支承无法安装向心球轴承问题。

进一步的，本实施例中，所述第一、二、三、四、五、六曲柄结构相同，尺寸相同，均为矩形结构两端普通圆弧状形式，相对常规圆形或扇形曲柄，结构简洁，重量轻，无需平衡配重，工艺性好，加工成本低。

进一步的，本实施例中，所述左段曲拐单元1和右段曲拐单元7结构形式相同，尺寸相近，便于生产组织，降低了加工难度和加工成本。

如图3、4所示，为了更清晰表达，图2是本实施例曲轴的俯视图，图3是本实施例曲轴的右视图。

Claims (5)

1.一种小型航空活塞发动机曲轴，其特征在于，包括左段曲拐单元(1)、右段曲拐单元(3)和对接套(2)；所述两个曲拐单元结构相同并相互对接，通过对接套(2)套住对接处轴径进行固定连接；所述曲拐单元包括n个曲柄和n-1个曲拐，n为自然数且n≥2；曲柄均为长条状，n个曲柄间隔平行排列，通过n-1个相互平行的连杆轴径固连，且连杆轴径轴线与曲柄相互垂直；曲轴结构从左端向右远依次为后端螺纹轴(4)、后锥轴(5)、后端主轴(6)、第一曲柄(7)、第一连杆轴颈(8)、第二曲柄(9)、第二连杆轴颈(10)、第三曲柄(11)、中部主轴颈(12)、第四曲柄(13)、第三连杆轴颈(14)、第五曲柄(15)、第四连杆轴颈(16)、第六曲柄(17)、前端主轴(18)、前锥轴(19)、前端螺纹轴(20)。

2.如权利要求1所述的一种小型航空活塞发动机曲轴，其特征在于，所述对接套(2)外径上设有向心球轴承。

3.如权利要求1所述的一种小型航空活塞发动机曲轴，其特征在于，所述第一、二、三、四、五、六曲柄结构相同，均为矩形结构两端普通圆弧状形式，且无需平衡配重。

4.如权利要求1所述的一种小型航空活塞发动机曲轴，其特征在于，所述前、后锥轴锥面上还设有平键，便于定位和稳定连接。

5.如权利要求1所述的一种小型航空活塞发动机曲轴，其特征在于，所述左段曲拐单元(1)和右段曲拐单元(3)结构形式相同。