CN109253212B - 具有减小的质量和惯性的平衡轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有减小的质量和惯性的平衡轴。平衡轴具有一个或更多个轴颈，在限定周向延伸支承表面的一对轴颈部分之间设置有质量减小部分。质量减小部分具有主体和至少一个加强结构，所述主体限定与轴颈部分上的支承表面同轴的周向延伸支承表面，所述至少一个加强结构被构造成抵抗轴颈部分由于弯曲载荷通过平衡轴进行传递而相对于彼此的屈曲。

Description

具有减小的质量和惯性的平衡轴
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年7月12日提交的第62/531,671号美国临时专利申请的权益。以上提及的申请的公开内容通过引用被包含，如同在此被全部详细阐述一样。
技术领域
本公开涉及具有减小的质量和惯性的平衡轴。
背景技术
本部分提供与本公开相关的不一定是现有技术的背景技术信息。
通常在本质上未被平衡的内燃机中采用平衡轴来抵消振动。典型的平衡轴可包括一个或更多个轴颈以及一个或更多个平衡物，所述一个或更多个轴颈建立平衡轴的旋转轴线，所述一个或更多个平衡物的尺寸、形状和相对于旋转轴线的位置均可被设置成将质量置于相对于旋转轴线的预定偏移处。
虽然已知的平衡轴构造适合于其预期目的，但是期望平衡轴的总质量和惯性可被最小化。因此，本领域需要质量减小、刚度增加的平衡轴。
发明内容
本部分提供本公开的总体概述，并不是其整体范围或其所有特征的全面公开。
在一种形式中，本教导提供了一种平衡轴，该平衡轴具有第一轴颈、第二轴颈和至少一个平衡物。第一轴颈和第二轴颈限定旋转轴线。至少一个平衡物固定地联接到第一轴颈和第二轴颈。第一轴颈限定第一轴颈部分、第二轴颈部分以及沿着旋转轴线设置在第一轴颈部分和第二轴颈部分之间的质量减小部分。第一轴颈部分限定第一周向延伸支承表面，第二轴颈部分限定第二周向延伸支承表面。质量减小部分轴向地设置在第一周向延伸支承表面和第二周向延伸支承表面之间，并包括主体和加强结构。主体固定地联接到第一轴颈部分和第二轴颈部分，并限定与第一周向延伸支承表面和第二周向延伸支承表面同轴的第三周向延伸支承表面。加强结构与主体以及第一轴颈部分和第二轴颈部分相交并终止于第一周向延伸支承表面的径向内侧，使得在第一轴颈部分和第二轴颈部分之间在加强结构的径向外侧的位置处设置有空隙空间。加强结构限定邻近于第一轴颈部分设置的第一凹口以及邻近于第二轴颈部分设置的第二凹口。第一凹口和第二凹口沿旋转轴线彼此隔开，以在两者之间形成台面部。
在另一形式中，本教导提供了一种平衡轴，该平衡轴具有第一轴颈、第二轴颈和至少一个平衡物。第一轴颈和第二轴颈限定旋转轴线。至少一个平衡物固定地联接到第一轴颈和第二轴颈。第一轴颈限定第一轴颈部分、第二轴颈部分以及沿着旋转轴线设置在第一轴颈部分和第二轴颈部分之间的质量减小部分。第一轴颈部分限定第一周向延伸支承表面，第二轴颈部分限定第二周向延伸支承表面。质量减小部分轴向地设置在第一周向延伸支承表面和第二周向延伸支承表面之间，并包括主体和至少一个加强结构。主体固定地联接到第一轴颈部分和第二轴颈部分，并至少部分地限定与第一周向延伸支承表面和第二周向延伸支承表面同轴的第三周向延伸支承表面。至少一个加强结构固定地联接到第一轴颈部分和第二轴颈部分并终止于第一周向延伸支承表面的径向内侧，使得在第一轴颈部分和第二轴颈部分之间在加强结构的径向外侧的位置处设置有空隙空间。在垂直于旋转轴线截取的平衡轴的截面中，空隙空间在旋转轴线和主体之间延伸。
根据本文提供的描述，进一步的应用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例仅意在用于说明性目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于选择的实施例而不是所有可能的实施方式的示出性目的，并且并不意在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的教导构造的第一平衡轴的透视图；
图2是图1的平衡轴的侧视图；
图3是沿图2的线3-3截取的剖视图；
图4是图1的平衡轴的一部分的俯视图；图5是沿图4的线5-5截取的剖视图；
图6是沿图2的线6-6截取的剖视图；
图7是根据本公开的教导构造的第二平衡轴的透视图；
图8是图7的平衡轴的侧视图；
图9是沿图8的线9-9截取的剖视图；
图10是图7的平衡轴的一部分的俯视图；
图11是沿图10的线11-11截取的剖视图；
图12是根据本公开的教导构造的第三平衡轴的透视图；
图13是图12的平衡轴的侧视图；
图14是沿图13的线14-14截取的剖视图；
图15是图12的平衡轴的一部分的俯视图；以及
图16是沿图15的线16-16截取的剖视图。
在附图的多个视图中，对应的标号始终指示对应的部件。
具体实施方式
参照附图的图1和图2，根据本公开的教导构造的第一平衡轴总体上由标号10指示。平衡轴10可包括第一轴颈12和第二轴颈14以及至少一个平衡物16。第一轴颈12和第二轴颈14可配合，以限定平衡轴10意在绕其旋转的旋转轴线18。另外参照图6，所述至少一个平衡物16在其构造上可以是传统的。在所提供的示例中，平衡轴10是“线型”平衡轴，这样，所述至少一个平衡物16固定地联接到第一轴颈12和第二轴颈14，并且尺寸和位置被设置成使平衡轴10的重心CG从旋转轴线18偏移。然而，应理解，平衡轴10可被构造成“联接式”平衡轴，在这种情况下，平衡物16可以以不使平衡轴的重心从旋转轴线18偏移的方式固定地联接到第一轴颈12和第二轴颈14。平衡轴10可在一个或更多个期望的操作(诸如机加工、铸造或锻造)中整体地和一体地形成，但是应理解，平衡轴10可作为组件(例如，具有装配到平衡轴10的剩余部分的平衡物16)形成。
第一轴颈12和第二轴颈14可彼此不同地形成，但是在所提供的示例中，第一轴颈12和第二轴颈14在其构造上是相同的。这样，在本文中将仅提供第一轴颈12的论述。
参照图2至图5，第一轴颈12可限定第一轴颈部分30、第二轴颈部分32和质量减小部分34，质量减小部分34沿着旋转轴线18设置在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间。第一轴颈部分30可限定第一周向延伸支承表面36，且第二轴颈部分32可限定第二周向延伸支承表面38。在所提供的特定示例中，第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38两者完全绕着旋转轴线18延伸，但是应理解，第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38中的一个或两者可仅部分地绕着旋转轴线18延伸。
质量减小部分34可沿轴向设置在第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38之间，并可包括主体40和加强结构(stiffening structure)42。主体40可固定地联接到第一轴颈部分30和第二轴颈部分32(例如，与第一轴颈部分30和第二轴颈部分32相交)，并可限定与第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38同轴的(例如，一致(coincide)或共同延伸的)第三周向延伸支承表面44。加强结构42可与主体40以及第一轴颈部分30和第二轴颈部分32相交，并可终止于第一周向延伸支承表面36的径向内侧，从而在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间在加强结构42的径向外侧的位置处设置有空隙空间48。
加强结构42被构造成加固第一轴颈12，以抵抗第一轴颈部分30由于弯曲载荷通过平衡轴10进行传递而相对于第二轴颈部分32的屈曲。加强结构42可限定邻近于第一轴颈部分30设置的第一凹口52以及邻近于第二轴颈部分32设置的第二凹口54。第一凹口52和第二凹口54可沿着旋转轴线18彼此隔开，以在两者之间形成台面部(land)56。
第一凹口52和第二凹口54可以以任何期望的方式形成，并且不必以相同的方式构造。例如，第一凹口52和第二凹口54中的至少一个可被成形为棱柱的一部分(诸如三棱柱)。在所提供的示例中，第一凹口52被形成为直三棱柱，第一凹口52被定位成使得第一凹口52的表面60靠近第一轴颈部分30设置，且第一凹口52的顶部62靠近台面部56设置，第二凹口54被构造为第一凹口52的镜像(即，关于与旋转轴线18垂直且平分台面部56的平面对第一凹口52镜像而形成第二凹口54)。替代地，第一凹口52和第二凹口54中的一个或两者可被形成为棱锥、圆锥、圆柱或多面体的一部分(例如，复杂的多面体，诸如正多面体)。另外，替代地，第一凹口52和第二凹口54中的至少一个可形成有至少一个弯曲表面(未示出)。所述至少一个弯曲表面可被成形为使得通过所述至少一个弯曲表面与通过加强结构42截取的平面相交而形成圆锥段。
在所提供的示例中，台面部56的沿着与旋转轴线18平行的方向测量的宽度可大于第一凹口52的沿着与旋转轴线18平行的方向测量的宽度。然而，应理解，台面部56的宽度可小于第一凹口52和第二凹口54中的一个或两个的宽度。
可选地，一对周向延伸槽口70可形成在质量减小部分34中，以进一步减小第一轴颈12的质量并协助将平衡轴10的重心CG置于期望的位置。周向延伸槽口70可与第三周向延伸支承表面44相交，使得第三周向延伸支承表面44在周向延伸槽口70之间延伸通过预定角度72。预定角度72可大于或等于六十度，更优选地大于或等于九十度。预定角度72可被定位成使得它被第一平面78平分，该第一平面78垂直于旋转轴线18、与旋转轴线18在单个点处相交，并且可选地包括平衡轴10的重心CG。周向延伸槽口70可以以任何期望的方式形成。在所提供的示例中，周向延伸槽口70大体上呈V形，其具有被设置在与第一平面78垂直的第二平面80上的顶部82。可选地，一个或更多个通道可穿过加强结构42形成，以允许润滑剂从凹口52和/或54流出，因而防止积聚和不期望的失衡。
应理解，在此提及的“平面”指的是存在于二维空间内的平面(即，欧几里得平面)。
参照图7至图11，根据本公开的教导构造的第二平衡轴总体上由标记10a指示。除了第一轴颈12a和第二轴颈14a的构造之外，平衡轴10a大体上类似于图1的平衡轴10。由于在本示例中第二轴颈14a与第一轴颈12a相同，因此在此将仅提供第一轴颈12a的论述。
第一轴颈12a可限定第一轴颈部分30、第二轴颈部分32和质量减小部分34a，质量减小部分34a可沿着旋转轴线18设置在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间。第一轴颈部分30限定第一周向延伸支承表面36，而第二轴颈部分32限定第二周向延伸支承表面38。
质量减小部分34a可沿轴向设置在第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38之间，并可包括主体40a和至少一个加强结构42a。主体40a可固定地联接到第一轴颈部分30和第二轴颈部分32，并可至少部分地限定与第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38同轴的第三周向延伸支承表面44a。所述至少一个加强结构42a可固定地联接到第一轴颈部分30和第二轴颈部分32，并可终止于第一周向延伸支承表面36的径向内侧，使得在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间在所述至少一个加强结构42a的径向外侧的位置处设置有空隙空间48a。在垂直于旋转轴线18截取的平衡轴10a的截面中，空隙空间48a在旋转轴线18和主体40a之间延伸。
在所提供的特定示例中，设置了与主体40a的相对的周向端部相交的两个加强结构42a。在本示例中，第三周向延伸支承表面44a的一部分形成在加强结构42a中的每个上。可选地，一个或更多个通道可穿过加强结构42a形成，以允许润滑剂从空隙空间48a流出，因而防止积聚和不期望的失衡。进一步可选地预期，加强结构42和42a可叠加，这可增加凹口的数量和/或可增加质量减小部分的刚度。
参照图12至图16，根据本公开的教导构造的第三平衡轴总体上由标记10b指示。除了第一轴颈12b和第二轴颈14b的构造之外，平衡轴10b大体上类似于图7的平衡轴10a。由于在本示例中第二轴颈14b与第一轴颈12b相同，因此在此将仅提供第一轴颈12b的论述。
第一轴颈12b可限定第一轴颈部分30、第二轴颈部分32和质量减小部分34b，质量减小部分34b可沿着旋转轴线18设置在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间。第一轴颈部分30限定第一周向延伸支承表面36，而第二轴颈部分32限定第二周向延伸支承表面38。
质量减小部分34b可沿轴向设置在第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38之间，并可包括主体40b和至少一个加强结构42b。主体40b可固定地联接到第一轴颈部分30和第二轴颈部分32，并限定与第一周向延伸支承表面36和第二周向延伸支承表面38同轴的第三周向延伸支承表面44b。所述至少一个加强结构42b可固定地联接到第一轴颈部分30和第二轴颈部分32，并可终止于第一周向延伸支承表面36的径向内侧，使得在第一轴颈部分30和第二轴颈部分32之间在所述至少一个加强结构42b的径向外侧的位置处设置有空隙空间48b。在垂直于旋转轴线18截取的平衡轴10b的截面中，空隙空间48b在旋转轴线18和主体40b之间延伸。空隙空间48b能够可选地围绕所述至少一个加强结构42b并在旋转轴线18和主体40b之间延伸，以形成穿过第一轴颈12b设置的窗口W。
旋转轴线18可在主体40b和所述至少一个加强结构42b之间纵向地延伸。所述至少一个加强结构42b可包括梁，该梁具有第一表面100和第二表面102，其中第二表面102比第一表面100与旋转轴线18隔开地更远。在所提供的示例中，第一表面100和第二表面102彼此平行，但是应理解，第二表面102的形状可不同地设置。在图12至图16中示出的实施例的一个益处在于允许润滑剂从主体40b和加强结构42b之间容易地排出。
出于示出和描述的目的，已经提供了先前描述的实施例。并未意在穷举或限制本公开。尽管没有具体示出或描述，但是特定实施例的各个元件或特征通常不受限于该特定实施例，而是在可适用的情况下可互换并且可用于选定的实施例中。同样的情况也可能在许多方面有所不同。这样的变化不应被认为脱离本公开，并且所有这样的修改意在被包括在本公开的范围内。

Claims (21)

1.一种平衡轴，具有第一轴颈、第二轴颈和至少一个平衡物，所述第一轴颈和第二轴颈限定旋转轴线，所述至少一个平衡物固定地联接到所述第一轴颈和所述第二轴颈；
其中，所述第一轴颈限定第一轴颈部分、第二轴颈部分以及沿着所述旋转轴线设置在所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分之间的质量减小部分，所述第一轴颈部分限定第一周向延伸支承表面，所述第二轴颈部分限定第二周向延伸支承表面，
所述质量减小部分具有主体和加强结构，该主体和加强结构二者沿着所述旋转轴线轴向地设置在所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面之间，所述主体固定地联接到所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分，并限定与所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面同轴的第三周向延伸支承表面，所述加强结构与所述主体以及所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分相交并终止于所述第一周向延伸支承表面的径向内侧，使得在所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分之间在所述加强结构的径向外侧的位置处设置有空隙空间；
其中，所述加强结构限定邻近于所述第一轴颈部分设置的第一凹口以及邻近于所述第二轴颈部分设置的第二凹口，并且其中，所述第一凹口和所述第二凹口沿所述旋转轴线彼此隔开，以在两者之间形成台面部，并且其中，所述台面部以及所述第一凹口和所述第二凹口沿着所述旋转轴线设置在所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面的彼此靠近的边缘之间，从而所述第一凹口在所述台面部与所述第一轴颈部分之间，并且所述第二凹口在所述台面部与所述第二轴颈部分之间。
2.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，所述第一周向延伸支承表面完全围绕所述旋转轴线延伸。
3.根据权利要求2所述的平衡轴，其中，所述第二周向延伸支承表面完全围绕所述旋转轴线延伸。
4.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，所述第一凹口和所述第二凹口中的至少一个被成形为棱柱的一部分。
5.根据权利要求4所述的平衡轴，其中，所述棱柱为三棱柱。
6.根据权利要求5所述的平衡轴，其中，所述三棱柱为直三棱柱。
7.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，所述第一凹口的表面被形成为使得通过所述表面与通过所述加强结构截取的平面相交而形成圆锥段。
8.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，平面穿过所述旋转轴线和所述平衡轴的重心，并且其中，所述第一凹口的与所述平面相交的表面邻近于所述台面部设置。
9.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，在所述质量减小部分中形成有一对周向延伸槽口，所述周向延伸槽口与所述第三周向延伸支承表面相交。
10.根据权利要求9所述的平衡轴，其中，所述第三周向延伸支承表面在所述周向延伸槽口之间周向地延伸通过一定角度，所述角度大于或等于六十度。
11.根据权利要求10所述的平衡轴，其中，所述角度大于或等于九十度。
12.根据权利要求10所述的平衡轴，其中，所述角度被垂直于所述旋转轴线且与所述旋转轴线在单个点处相交的平面平分。
13.根据权利要求9所述的平衡轴，其中，第一平面穿过所述旋转轴线和所述平衡轴的重心，其中，所述周向延伸槽口中的每个均大体上呈V形，并具有被设置在与所述第一平面垂直的第二平面上的顶部。
14.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，所述台面部的沿着与所述旋转轴线平行的方向测量的宽度大于所述第一凹口的沿着与所述旋转轴线平行的所述方向测量的宽度。
15.根据权利要求1所述的平衡轴，其中，所述第三周向延伸支承表面与所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面一致。
16.一种平衡轴，具有第一轴颈、第二轴颈和至少一个平衡物，所述第一轴颈和所述第二轴颈限定旋转轴线，所述至少一个平衡物固定地联接到所述第一轴颈和所述第二轴颈；
其中，所述第一轴颈限定第一轴颈部分、第二轴颈部分以及沿着所述旋转轴线设置在所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分之间的质量减小部分，所述第一轴颈部分限定第一周向延伸支承表面，所述第二轴颈部分限定第二周向延伸支承表面，
所述质量减小部分具有主体和加强结构，该主体和加强结构二者轴向地设置在所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面之间，所述主体固定地联接到所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分，并至少部分地限定与所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面同轴的第三周向延伸支承表面，所述加强结构固定地联接到第一轴颈部分和第二轴颈部分并终止于所述第一周向延伸支承表面的径向内侧，使得在所述第一轴颈部分和所述第二轴颈部分之间在所述加强结构的径向外侧的位置处设置有空隙空间；
其中，所述加强结构限定邻近于所述第一轴颈部分设置的第一凹口以及邻近于所述第二轴颈部分设置的第二凹口，并且其中，所述第一凹口和所述第二凹口沿所述旋转轴线彼此隔开；
其中，所述空隙空间延伸到所述第一凹口和所述第二凹口中，并且在垂直于所述旋转轴线截取的所述平衡轴的截面中，所述空隙空间在所述旋转轴线和所述主体之间延伸。
17.根据权利要求16所述的平衡轴，其中，所述加强结构与所述主体相交。
18.根据权利要求16所述的平衡轴，其中，所述旋转轴线在所述主体和所述加强结构之间纵向地延伸。
19.根据权利要求18所述的平衡轴，其中，所述加强结构包括梁，所述梁具有第一表面和第二表面，所述第二表面比所述第一表面与所述旋转轴线隔开地更远，并且其中，所述第一表面和所述第二表面彼此平行。
20.根据权利要求16所述的平衡轴，其中，所述第三周向延伸支承表面部分地通过所述加强结构形成。
21.根据权利要求16所述的平衡轴，其中，所述第三周向延伸支承表面与所述第一周向延伸支承表面和所述第二周向延伸支承表面一致。
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