CN109113864A - 盒式平衡轴模块 - Google Patents

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焦玉富
树向君
薛理心
聂淑
聂淑一
王朋朋
孙好豪
陈慧
田莉莉
肖小勇
施福海
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Abstract

一种盒式平衡轴模块，包括：具有容纳腔的壳体，以及设于所述容纳腔中的平衡轴，所述容纳腔具有位于平衡轴长度方向的两端的腔壁，所述腔壁中设有供所述平衡轴穿入的轴孔；所述平衡轴与所述轴孔的孔壁之间设有滚动体，以使得所述平衡轴通过滚动摩擦的方式支承在所述轴孔中。本方案将的平衡轴和轴孔之间的滑动摩擦改为滚动摩擦，从而降低了两者之间的摩擦，同时降低了对材料和接触表面粗糙度的要求，降低成本。

Description

盒式平衡轴模块
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体涉及一种盒式平衡轴模块。
背景技术
在发动机工作时，活塞往复运动以实现工作循环，活塞在气缸内反复的高速直线运动会产生很大的惯性力，使发动机产生振动。因此，现有一些汽车在发动机内中设置平衡轴，平衡轴由曲轴的转动而驱动，转速与曲轴相同但旋转方向与曲轴相反，从而吸收发动机的振动。
平衡轴的设置方式一般有两种，一种是将平衡轴直接安装在缸体上，缸体上开设有专门用于安装平衡轴的装配孔；另一种是先将平衡轴集成在一盒式的壳体中，形成盒式平衡轴模块，然后将盒式的壳体装在发动机的油底壳中。
现有的盒式平衡轴模块中，壳体中设有用于支撑平衡轴的轴孔，轴孔中设有轴瓦或衬套，平衡轴穿入轴瓦或衬套以支撑在壳体中。
上述盒式平衡轴模块中，平衡轴与轴瓦或衬套之间是滑动摩擦，摩擦力较大。此外，一方面，该盒式平衡轴模块对摩擦接触的部件的材料要求、以及接触面的表面粗糙度的要求较高，接触面通常需要精磨或镜面研磨来达到其粗糙度要求，加工成本高。另一方面，该盒式平衡轴模块需要利用机油对接触面进行润滑，以防止平衡轴与轴瓦之间发生干摩擦，这不仅需要在发动机本体和盒式壳体上布置润滑油道，还需要对润滑油道进行密封，一则增加了盒式平衡轴模块的重量和零部件数量，二则增加了盒式平衡轴模块的加工和装配流程，成本较高。
发明内容
本发明提供一种改进的盒式平衡轴模块，以解决上述至少一个技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种盒式平衡轴模块，包括：具有容纳腔的壳体，以及设于所述容纳腔中的平衡轴，所述容纳腔具有位于平衡轴长度方向的两端的腔壁，所述腔壁中设有供所述平衡轴穿入的轴孔；所述平衡轴与所述轴孔的孔壁之间设有滚动体，以使得所述平衡轴通过滚动摩擦的方式支承在所述轴孔中。
可选的，所述轴孔和所述平衡轴之间套设有包含所述滚动体的滚动轴承。
可选的，所述平衡轴包括平行设置的第一轴、第二轴，所述第一轴、第二轴同步反向转动。
可选的，所述第一轴的一端伸出所述壳体，且在伸出部分上固设有驱动齿轮，以用于与发动机的曲轴传动连接。
可选的，所述第一轴、第二轴上分别固设有同步齿轮，所述第一轴的所述同步齿轮与所述第二轴的同步齿轮相互啮合。
可选的，所述同步齿轮位于所述容纳腔内。
可选的，所述第一轴、第二轴上分别设有平衡块。
可选的，所述平衡块位于所述容纳腔内且套设于所在轴外。
可选的，所述容纳腔具有开口，所述壳体还包括用于封闭所述开口的盖件。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明在平衡轴与轴孔的孔壁之间设有滚动体，由此，平衡轴能够通过滚动摩擦的方式支承在壳体的轴孔中。在平衡轴转动时，以滚动摩擦替代了现有的滑动摩擦，摩擦力大大减小。并且，由于平衡轴与壳体之间不存在滑动摩擦，因此降低了对各部件的材料以及接触面的表面粗糙度的要求，从而降低加工成本。
进一步，在轴孔和平衡轴之间直接套装滚动轴承以实现滚动摩擦。由于滚动轴承的内部自备有润滑油，不需要额外设置的润滑油道进行润滑，由此可以减小盒式平衡轴模块的重量和零部件数量，简化盒式平衡轴模块的加工和装配流程，降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例的盒式平衡轴模块的立体分解示意图；
图2是本发明实施例的盒式平衡轴模块的装配结构示意图，其中以虚线示出了滚动轴承；
图3是本发明实施例的盒式平衡轴模块在第一轴位置的剖视图；
图4是本发明实施例的盒式平衡轴模块与发动机曲轴之间的传动结构示意图；
图5是本发明实施例的盒式平衡轴模块的平衡块与发动机的力学关系示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，平衡轴穿设于轴瓦或衬套中，并通过轴瓦或衬套支撑在壳体的轴孔中，其中平衡轴与轴瓦或衬套之间面接触，且接触面之间的摩擦为滑动摩擦。而现有技术中诸如提高接触面的表面粗糙度、对接触面进行润滑等方式都是为了减小滑动摩擦的摩擦力。
鉴于此，本发明的发明人提出了一种新的方案，改变了平衡轴在壳体中的支承方式，将滑动摩擦改为滚动摩擦，以达到减小摩擦力的目的，同时可以降低对接触面的表面粗糙度的要求，省略润滑油道的布置，以简化结构，降低成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1、图2所示，本发明实施例提供一种盒式平衡轴模块，该盒式平衡轴模块包括具有容纳腔10a的壳体10，以及设于容纳腔10a中的平衡轴20。
其中，容纳腔10a具有位于平衡轴20长度方向的两端的腔壁11，每个腔壁11中都设有供平衡轴20穿入的轴孔12。平衡轴20位于容纳腔10a内，并在两端穿设于对应腔壁11的轴孔12中，由此支撑在壳体10上。容纳腔10a具有开口以暴露平衡轴20，开口通过盖件13来封闭。
应当理解，平衡轴的数量根据发动机的振动大小，以及平衡轴的尺寸来设计。本实施例中，平衡轴20包括一对平行设置同步反向转动的轴，分别定义为第一轴21、第二轴22，第一轴21、第二轴22上都设有平衡块23。
平衡块23为配重块，其重心所在位置偏离所在轴的中心轴。由此，当发动机转动时，平衡轴20能够随之转动而产生与发动机的振动方向相反的力，从而降低发动机的振动。本实施例中，平衡块23的横截面呈半圆形，该半圆形的中心与所在轴的中心轴重合。在其他实施例中，在重心偏离所在轴的中心轴的基础上，平衡块也可以是偏心设置的圆盘或其他形状。
如图2、图3并结合图4所示，第一轴21的一端伸出壳体10，且在伸出部分上固设有驱动齿轮24，以用于与设置在发动机的曲轴上的主动齿轮G传动连接。
为了实现第一轴21、第二轴22的同步反向转动，第一轴21、第二轴22通过齿轮啮合传动。具体地，第一轴21、第二轴22上分别固设有同步齿轮25，第一轴21上的同步齿轮25与第二轴22上的同步齿轮25相互啮合。
其中，同步齿轮25可以直接形成于所在轴的外周面上，或者可以是独立的齿轮并同轴套设于所在轴。同步齿轮25的位置可以在容纳腔10a内或者位于容纳腔10a外。
本实施例中，为了减小盒式平衡轴模块的体积，并方便平衡轴20与壳体10之间的装配，同步齿轮25位于容纳腔10a内，且为独立齿轮并套装在所在轴上。
不同于现有技术，本实施例的平衡轴20与轴孔12的孔壁之间设有滚动体，由此，平衡轴20能够通过滚动摩擦的方式支承在轴孔12中。在平衡轴20转动时，以滚动摩擦替代了现有的滑动摩擦，摩擦力大大减小。并且，由于平衡轴20与壳体10之间不存在滑动摩擦，因此降低了对各部件的材料以及接触面的表面粗糙度的要求，从而降低加工成本。
为了安装滚动体，此处有三种方法：(1)将平衡轴20的外周面和轴孔12内表面分别作为滚动轴承的内外圈，并对应地在平衡轴20的外周面、轴孔12的内壁开设滚道，以安装滚动体；(2)将平衡轴20的外表面作为滚动轴承的内圈，并将滚动轴承的外圈装配到轴孔12中，并对应地在平衡轴20的外表面开设滚道；(3)在平衡轴20和轴孔12之间直接套装滚动轴承。本实施例采用第(3)种方式，如图1至图3所示，滚动轴承30套设于轴孔12和平衡轴20之间，其中滚动轴承30的内圈固套在平衡轴20上，外圈则固设在轴孔12内。
本实施例中，滚动轴承30可以是球轴承或者滚针轴承。作为优选的实施例，本方案中前端(靠近驱动齿轮24一端)和后端(远离驱动齿轮24一端)的轴承类型不同，后端轴承为滚针轴承且套设于轴孔12和平衡轴20之间，该滚针轴承30的内圈固套在平衡轴20上，外圈则固设在轴孔12内。前端轴承为球轴承并直接装配到轴孔上。在另一些实施例中，也可采用前后端都是滚针轴承的方案。
由于滚动轴承30的内部自备有润滑油，不需要额外设置的润滑油道进行润滑，由此可以减小盒式平衡轴模块的重量和零部件数量，简化盒式平衡轴模块的加工和装配流程，降低成本。
安装时，先将滚动轴承30的内圈压装到平衡轴20的第一轴21、第二轴22外，同时将滚动轴承30的外圈压装到轴孔12内。然后，将第一轴21、第二轴22沿轴向自壳体10的外部经由轴孔12穿入容纳腔10a，并穿过放置于容纳腔10a中的平衡块23，直至第一轴21、第二轴22的两端分别穿入对应的轴孔12。最后，将驱动齿轮24压装到第一轴21伸出壳体10的部分上。
参照图5所示，盒式平衡轴模块安装至发动机后，当发动机处于工作状态时，发动机的活塞沿Y方向往复运动(箭头F0所在区域表示活塞位置)，第一轴21、第二轴22则沿X方向平行排列，其中X方向与Y方向相互垂直。
由于活塞沿Y方向运动，因此发动机产生的不平衡力F0在Y方向变化，F0的方向始终是竖直方向，且是一个随发动机的工作而呈正弦变化的力。该不平衡力F0无法消除，并会引起发动机的振动。为了避免发动机因在竖直方向力的不平衡而产生振动，如图5(a)，第一轴21产生的分力F1和第二轴22产生的分力F2在竖直方向上的合力与F0平衡，以抵消F0。
同时，随着发动机的转动，平衡块会在水平方向上产生分力，为了避免发动机因水平方向力的不平衡而产生振动，本实施例通过两根平衡轴实现X方向的平衡，如图5(b)，在水平方向上，第一轴21和第二轴22产生的力F1＇、F2＇的大小相等，方向相反，以实现X方向上力的平衡。
对于气缸来说，当活塞位于上止点，即曲轴转角0°时，F0最大，为了最大程度上抵消F0，此时第一轴21和第二轴22的平衡块23垂直向下，即与发动机的曲轴转角相差180°。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种盒式平衡轴模块，包括：具有容纳腔的壳体，以及设于所述容纳腔中的平衡轴，所述容纳腔具有位于平衡轴长度方向的两端的腔壁，所述腔壁中设有供所述平衡轴穿入的轴孔；
其特征在于，所述平衡轴与所述轴孔的孔壁之间设有滚动体，以使得所述平衡轴通过滚动摩擦的方式支承在所述轴孔中。
2.如权利要求1所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述轴孔和所述平衡轴之间套设有包含所述滚动体的滚动轴承。
3.如权利要求1所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述平衡轴包括平行设置的第一轴、第二轴，所述第一轴、第二轴同步反向转动。
4.如权利要求3所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述第一轴的一端伸出所述壳体，且在伸出部分上固设有驱动齿轮，以用于与发动机的曲轴传动连接。
5.如权利要求3所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述第一轴、第二轴上分别固设有同步齿轮，所述第一轴的所述同步齿轮与所述第二轴的同步齿轮相互啮合。
6.如权利要求5所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述同步齿轮位于所述容纳腔内。
7.如权利要求3所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述第一轴、第二轴上分别设有平衡块。
8.如权利要求7所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述平衡块位于所述容纳腔内且套设于所在轴外。
9.如权利要求1所述的盒式平衡轴模块，其特征在于，所述容纳腔具有开口，所述壳体还包括用于封闭所述开口的盖件。
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