CN110792684B - 一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴及加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴及加工工艺，解决现有曲轴刚度和强度差、结构笨重或者重量重、价格昂贵、加工和装配工艺困难的问题。曲轴包括输入轴、多个轴颈以及用于连接轴颈的多个曲柄臂；多个轴颈包括依次设的第一支撑轴颈、第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第二支撑轴颈、第三连杆轴颈、与输入轴同轴连接的第三支撑轴颈；第一支撑轴颈、第二支撑轴颈、第三支撑轴颈同轴设置；第一支撑轴颈和第三支撑轴颈的直径相等，且小于第二支撑轴颈、第一连杆轴颈的直径；第一、第二、第三连杆轴颈直径相等且以第一支撑轴颈的轴心为圆心圆周均布；所有曲柄臂均为圆弧变径过渡结构，且曲柄臂两侧端面圆心连线的垂直截面为椭圆形。

Description

一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴及加工工艺

技术领域

本发明涉及往复泵中曲轴技术，特别是涉及一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴及加工工艺。

背景技术

在往复泵中，曲轴是把减速机的自身旋转运动转化为曲柄销(曲轴的组成部分)的圆周运动，曲柄销的圆周运动进而转化为活塞往复运动的重要部件之一，工作时，它承受周期性的交变载荷，产生交变的扭转应力和变曲应力，因此也是曲柄连杆机构中最重要的受力部件。

往复泵中常用的曲轴可分为曲拐轴、曲柄轴、偏心轮轴、“N”形轴等型式。其中曲拐轴是最常用的，现有市面上最常见曲轴为三拐双支撑和三拐四支撑；其中，三拐双支撑包括两个同轴设置的支撑轴颈，以及设置在两个支撑轴颈之间的三个连杆轴颈，相邻两个连杆轴颈之间、连杆轴颈与支撑轴颈之间均设有曲柄臂，由于三个连杆轴颈连为一体，使得三拐双支撑刚度和强度差，且结构笨重；三拐四支撑是在三拐双支撑的基础上增加两个支撑，相邻两个连杆轴颈之间的曲柄臂作为中间支撑，由于支撑增加，曲轴弯曲变形和主轴颈倾角，刚度和强度较好，但是对于行程偏大的往复泵，曲柄臂的直径较大，如图1所示，曲柄臂01结构为圆柱体，导致曲轴重量过重，力学性能得不到保证，泵无法正常工作，并且对于回转直径较大的曲轴来说这种设计会使得曲柄臂尺寸大，进而导致价格昂贵，加工和装配工艺困难。

发明内容

为了解决现有曲轴刚度和强度差、结构笨重，或者重量重、价格昂贵、加工和装配工艺困难的技术问题，本发明提供了一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴及加工工艺。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特殊之处在于：包括输入轴、多个轴颈以及用于适配连接相邻轴颈的多个曲柄臂；所述多个轴颈包括依次设置的第一支撑轴颈、第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第二支撑轴颈、第三连杆轴颈、第三支撑轴颈；所述第一支撑轴颈、第二支撑轴颈、第三支撑轴颈同轴设置，第三支撑轴颈与输入轴同轴连接；所述第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第三连杆轴颈的直径相等；所述第一支撑轴颈和第三支撑轴颈的直径相等，且小于第二支撑轴颈、第一连杆轴颈的直径；所述第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第三连杆轴颈以第一支撑轴颈的轴心为圆心沿顺时针圆周均布；所有曲柄臂均为圆弧变径过渡结构，且曲柄臂两侧端面圆心连线的垂直截面为椭圆形。

进一步地，所述椭圆形的长宽比范围为1.0～1.8。

进一步地，所述椭圆形的长宽比范围为1.0～1.6。

进一步地，所述第一支撑轴颈和第二支撑轴颈的直径比为0.3～0.8；所述第一支撑轴颈和第一连杆轴颈的直径比为0.5～1.0。

进一步地，所述第一支撑轴颈和第二支撑轴颈的直径比为0.53；所述第一支撑轴颈和第一连杆轴颈的直径比为0.83。

进一步地，所述第二支撑轴颈的端口径向尺寸大于其两侧的第二连杆轴颈、第三连杆轴颈的端口径向尺寸；

所述第二连杆轴颈与第二支撑轴颈之间曲柄臂的端口径向尺寸从靠近第二连杆轴颈一端向靠近第二支撑轴颈一端逐渐增大；

所述第二支撑轴颈与第三连杆轴颈之间曲柄臂的端口径向尺寸从靠近第二支撑轴颈一端向靠近第三连杆轴颈一端逐渐减少。

进一步地，所述第二连杆轴颈与第二支撑轴颈之间曲柄臂且靠近第二连杆轴颈的一端开设有减重结构；

所述减重结构位于第二连杆轴颈的外侧。

进一步地，曲轴原材料为合金钢。

进一步地，曲轴原材料为34CrNiMo或35CrMo或42CrMo或40Cr。

同时，本发明提供了一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴的加工工艺，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)按照曲轴的设计尺寸，采用整体锻打工艺加工成毛坯；

2)对毛坯的轴颈部分进行粗车加工；

3)对输入轴和轴颈采用精铣加工，对曲柄臂采用精磨加工。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴为三拐三支撑结构，其中三拐包括第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第三连杆轴颈，三支撑包括第一支撑轴颈、第二支撑轴颈、第三支撑轴颈，本发明相对于两个支撑来说，增加了一个支撑，所以强度更加符合要求；本发明相对于四支撑来说，少了一个受力点且受力更加均匀，加工、装配难度降低。

2、本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴轴颈之间的曲柄臂为圆弧变径过渡结构，曲柄臂径向尺寸小，在曲轴的轴颈上安装轴承时，可在保证强度和刚度的前提下，保证轴承顺利通过曲柄臂，使得曲轴整体重量较轻，成本低、加工和装配工艺简单。

3、本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴在第二连杆轴颈与第二支撑轴颈之间曲柄臂上开设有减重结构，可以有效减重，且对强度影响不大。

4、本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴采用整体锻打的工艺制作毛坯，可提高曲轴的刚度和强度，防止发生应力损伤。

附图说明

图1是现有曲轴的局部结构示意图；

图1中，附图标记如下：

01-曲柄臂。

图2是本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的局部剖视图(隔膜泵用三缸三支撑曲轴中第一连杆轴颈、第二连杆轴颈以及两者之间曲柄臂)；

图5是图4的A-A向剖视图；

图6是本发明隔膜泵用三缸三支撑曲轴的立体结构示意图；

图2至图6中，附图标记如下：

1-第一支撑轴颈，2-第二支撑轴颈，3-第三支撑轴颈，4-第一连杆轴颈，5-第二连杆轴颈，6-第三连杆轴颈，7-曲柄臂，8-输入轴，9-减重结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图2和图6所示，一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴，包括输入轴8、多个轴颈以及用于适配连接相邻轴颈的多个曲柄臂7，多个轴颈包括依次设置的第一支撑轴颈1、第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5、第二支撑轴颈2、第三连杆轴颈6、第三支撑轴颈3；第一支撑轴颈1、第二支撑轴颈2、第三支撑轴颈3同轴设置，第三支撑轴颈3与输入轴8同轴连接；第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5、第三连杆轴颈6的直径相等；第一支撑轴颈1和第三支撑轴颈3的直径相等，且小于第二支撑轴颈2、第一连杆轴颈4的直径；如图3所示，第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5、第三连杆轴颈6以第一支撑轴颈1的轴心为圆心沿顺时针圆周均布；所有曲柄臂7均为圆弧变径过渡结构，且曲柄臂7两侧端面圆心连线中点处的垂直截面为椭圆形。椭圆形的长宽比范围为1.0～1.8，优选椭圆形的长宽比范围为1.0～1.6。

第二支撑轴颈2的端口径向尺寸大于其两侧的第二连杆轴颈5、第三连杆轴颈6的端口径向尺寸；第二连杆轴颈5与第二支撑轴颈2之间曲柄臂7的端口径向尺寸从靠近第二连杆轴颈5一端向靠近第二支撑轴颈2一端逐渐增大；第二支撑轴颈2与第三连杆轴颈6之间曲柄臂7的端口径向尺寸从靠近第二支撑轴颈2一端向靠近第三连杆轴颈6一端逐渐减少，优选在第二连杆轴颈5与第二支撑轴颈2之间曲柄臂7且靠近第二连杆轴颈5的一端开设有减重结构9，减重结构9位于第二连杆轴颈5的外侧，如图6所示，可以有效减重，且对强度影响不大。

本实施例中第二支撑轴颈2的直径、第一连杆轴颈4的直径均比第一支撑轴颈1的直径大，通常第一支撑轴颈1和第二支撑轴颈2的直径比为0.3～0.8，第一支撑轴颈1和第一连杆轴颈4的直径比为0.5～1.0，优选尺寸为第一支撑轴颈1和第二支撑轴颈2的直径比为0.53，第一支撑轴颈1和第一连杆轴颈4的直径比为0.83。

实施例

一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴，第一支撑轴颈1、第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5、第二支撑轴颈2、第三连杆轴颈6、第三支撑轴颈3、输入轴8的直径分别为300mm、360mm、360mm、560mm、360mm、300mm、230mm；由于第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5为等直径，距离较为远，大有可能出现应力集中，容易疲劳强度不够，出现断裂，故对第一连杆轴颈4、第二连杆轴颈5之间的曲柄臂进行合理设计，提高该曲柄臂的刚度和疲劳强度。

第一连杆轴颈4和第二连杆轴颈5轴线之间的距离为346mm，第一连杆轴颈4和第二连杆轴颈5相邻两端面之间的距离为355mm，即图4中第一连杆轴颈4的右端面与第二连杆轴颈5的左端面之间的距离为355mm，第一连杆轴颈4的右端部与第二连杆轴颈5的左端部圆心连线中点处的垂直截面为椭圆形，见图5所示，椭圆形的长边为354mm，短边为290mm，此时椭圆形的长宽比1.22。每个连杆轴颈与支撑轴颈中心线距离为曲轴回转半径，即为200mm，相邻连杆轴颈端面之间的距离与缸间距有关。

曲轴把减速机的旋转运动转化为十字头和柱塞的往复运动，本实施例曲轴的第一支撑轴颈1、第三支撑轴颈3设置在曲轴箱的箱体上，输入轴8位于箱体外且与减速机相连，三个连杆轴颈通过轴承与连杆的大头端连接，连杆的小头通过十字头销与十字头的一端通过十字头销连接，十字头的另一端与箱体外的柱塞连接；减速机驱动曲轴转动，曲轴的连杆轴颈通过连杆带动十字头做往复直线运动，十字头带动柱塞做往复直线运动。在曲轴箱箱体底部设置油池，连杆轴颈上连有轴承，采用飞溅润滑，通过曲轴的自身旋转，使得轴承转动时与箱体内的润滑液接触，使轴承润滑，轴承对连杆轴颈进行润滑，润滑效果好。若曲柄臂过细，影响曲轴的力学性能，容易发生疲劳损伤，产生裂纹，甚至断裂；若过粗会导致轴承不能通过。因此第一连杆轴颈4和第二连杆轴颈5的曲柄臂设计为圆弧变径过渡结构，两端部圆心连线中点处的垂直截面椭圆形的长宽比为1.22，以最大程度面通过轴承，将轴承安装在连杆轴颈上，保证曲轴的抗拉和屈服及其疲劳强度。

一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴的加工工艺，包括以下步骤：

1)按照曲轴的设计尺寸，采用整体锻打工艺加工成毛坯；

2)对毛坯进行的轴颈部分进行粗车加工；

3)对输入轴8和轴颈采用精铣加工，对曲柄臂7采用精磨加工。

其中，曲轴加工原材料为合金钢，可选择34CrNiMo，调质HB275-305，抗拉强度:≥910MPa，屈服强度:≥700MPa，延伸率:(％c50mm)14％，断面收缩率:≥35％，冲击功：≥25％；曲轴为锻件加工，整体强度明显提高，使用寿命增加，加工精度也会提高，整体性能更好，曲柄臂和支撑轴颈更为光滑；另外曲轴加工原材料也可为35CrMo或42CrMo或40Cr。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：包括输入轴(8)、多个轴颈以及用于适配连接相邻轴颈的多个曲柄臂(7)；

所述多个轴颈包括依次设置的第一支撑轴颈(1)、第一连杆轴颈(4)、第二连杆轴颈(5)、第二支撑轴颈(2)、第三连杆轴颈(6)、第三支撑轴颈(3)；所述第二支撑轴颈(2)的端口径向尺寸大于其两侧的第二连杆轴颈(5)、第三连杆轴颈(6)的端口径向尺寸；

所述第一支撑轴颈(1)、第二支撑轴颈(2)及第三支撑轴颈(3)同轴设置，第三支撑轴颈(3)与输入轴(8)同轴连接；

所述第一连杆轴颈(4)、第二连杆轴颈(5)、第三连杆轴颈(6)的直径相等；

所述第一支撑轴颈(1)和第三支撑轴颈(3)的直径相等，且小于第二支撑轴颈(2)、第一连杆轴颈(4)的直径；

所述第一连杆轴颈(4)、第二连杆轴颈(5)、第三连杆轴颈(6)以第一支撑轴颈(1)的轴心为圆心沿顺时针圆周均布；

所有曲柄臂(7)均为圆弧变径过渡结构，且曲柄臂(7)两侧端面圆心连线的垂直截面为椭圆形。

2.根据权利要求1所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述椭圆形的长宽比范围为1.0～1.8。

3.根据权利要求2所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述椭圆形的长宽比范围为1.0～1.6。

4.根据权利要求1至3任一所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述第一支撑轴颈(1)和第二支撑轴颈(2)的直径比为0.3～0.8；

所述第一支撑轴颈(1)和第一连杆轴颈(4)的直径比为0.5～1.0。

5.根据权利要求4所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述第一支撑轴颈(1)和第二支撑轴颈(2)的直径比为0.53；

所述第一支撑轴颈(1)和第一连杆轴颈(4)的直径比为0.83。

6.根据权利要求5所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述第二连杆轴颈(5)与第二支撑轴颈(2)之间曲柄臂(7)的端口径向尺寸从靠近第二连杆轴颈(5)一端向靠近第二支撑轴颈(2)一端逐渐增大；

所述第二支撑轴颈(2)与第三连杆轴颈(6)之间曲柄臂(7)的端口径向尺寸从靠近第二支撑轴颈(2)一端向靠近第三连杆轴颈(6)一端逐渐减少。

7.根据权利要求6所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述第二连杆轴颈(5)与第二支撑轴颈(2)之间曲柄臂(7)且靠近第二连杆轴颈(5)的一端开设有减重结构(9)；

所述减重结构(9)位于第二连杆轴颈(5)的外侧。

8.根据权利要求7所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述曲轴(11)材料为合金钢。

9.根据权利要求8所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴，其特征在于：所述曲轴(11)材料为34CrNiMo或35CrMo或42CrMo或40Cr。

10.权利要求1至9任一所述隔膜泵用三缸三支撑曲轴的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照曲轴的设计尺寸，采用整体锻打工艺加工成毛坯；

2)对毛坯的轴颈部分进行粗车加工；

3)对输入轴(8)和轴颈采用精铣加工，对曲柄臂(7)采用精磨加工。