CN110953086A - 低噪声曲轴缓冲机构及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声曲轴缓冲机构及发动机，其中曲轴至少一端的轴承与相应的轴肩之间在轴向方向留有间隙，该间隙内设置有弹性件。本发明间隙的留设可确保曲轴与箱体的正常装配和运转，以及在冷机、热机状态的正常工作，弹性件在曲轴轴向窜动时提供弹性缓冲，改善曲轴轴向窜动现象，消除轴承与轴肩的轴向敲击，降低整机噪声，本发明只通过增设弹性件以较小的改进达到降低噪音的目的，可以在不增加发动机零部件加工精度情况下确保曲轴与曲轴箱体的正常装配和运转，其生产成本以及后期维护成本低，降噪效果显著，且避免轴承与轴肩的刚性撞击，提高轴承以及曲轴的使用寿命。

Description

低噪声曲轴缓冲机构及发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，涉及一种低噪声曲轴缓冲机构及发动机。

背景技术

为保证发动机曲轴和曲轴箱在加工公差内正常装配，且在冷机、热机状态均能正常工作，现有发动机通常在曲轴轴肩与曲轴箱之间留有间隙。但是该间隙的增设会增加曲轴运动过程中的轴向窜动量，轴肩撞击轴承并使得轴承敲击曲轴箱，通常曲轴箱体、曲轴箱盖在装配后曲轴轴向刚度较低，这种敲击产生了新的振动和噪声，也可能激起曲轴箱体的固有频率，产生共振异响。特别是在曲轴轴向受交变力，例如采用斜齿轮驱动凸轮轴的时候，形成连续的敲击，产生持续的噪声。

目前，在中大排量发动机中，常采用两种方式减小或消除轴向窜动产生的敲击：一种是曲轴一端轴承固定，另一端采用浮动轴承，并在浮动轴承一端的曲轴箱上安装压销体或压板装置。发动机运行时，压销体中的锲形销推动轴承向内移动，消除曲轴与曲轴箱的安装间隙，从而消除曲轴敲击曲轴箱产生的噪声。该方式结构较复杂，成本较高，不适用小型发动机。另一种方式为分组装配，根据每件曲轴箱、箱盖和曲轴的实际尺寸，配装合适的平垫圈。此种方式增加较多生产管理成本，而且不能完全消除间隙，仍然会产生敲击。

因此，需要改变曲轴的装配结构，通过较小改进且不增加较多成本的条件下减小曲轴轴向窜动，改善曲轴与曲轴箱的轴向敲击。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种低噪声曲轴缓冲机构及发动机，通过较小改进且不增加较多成本的条件下减小曲轴轴向窜动，改善曲轴与曲轴箱的轴向敲击。

本发明的低噪声曲轴缓冲机构，曲轴至少一端的轴承与相应的轴肩之间在轴向方向留有间隙，该间隙内设置有弹性件。上述间隙的留设可确保曲轴与箱体的正常装配和运转，以及在冷机、热机状态的正常工作，弹性件在曲轴轴向窜动时提供弹性缓冲，改善曲轴轴向窜动现象，消除轴承与轴肩的轴向敲击，降低整机噪声，上述结构只通过增设弹性件以较小的改进达到降低噪音的目的，可以在不增加发动机零部件加工精度情况下确保曲轴与曲轴箱体的正常装配和运转，其生产成本以及后期维护成本低，降噪效果显著，且避免轴承与轴肩的刚性撞击，提高轴承以及曲轴的使用寿命。

进一步，所述弹性件为波形垫圈或者蝶形垫圈。所选波形垫圈或蝶型垫圈在受压变形时提供足够的弹力，可保证该弹力大于曲轴受到的轴向力，有效避免曲轴与轴肩处的敲击，且波形垫圈与蝶形垫圈均为环状结构，便于与曲轴的装配，同时为曲轴以及轴肩处形成周向均匀的缓冲力，改善由于周向受力不均导致的偏心现象。

进一步，所述弹性件轴向两端抵在轴承内圈内侧以及轴肩处并具有30-60N的预压力。该预压力可保证轴承外圈的外端端始终贴合于曲轴箱侧壁，改善轴承的浮动现象，预压力可以缓冲曲轴上斜齿轮的轴向分力或风扇产生的轴向力，保证曲轴在轴向方向的紧凑性，改善曲轴轴向松垮的窜动现象，消除异响，提高整机运行品质；轴承内圈的内端与轴肩之间通过弹性件缓冲并结合预压力，彻底消除曲轴轴向运动时轴肩对轴承的撞击以及轴承对轴承箱盖的撞击，减少振动激励，减小噪声，消除异响；在实际使用过程中该结构可至少降噪达到2dB以上。

进一步，弹性件的外圆与轴肩以及轴承内圈的外圆直径大致相同。通过上述尺寸限定，使得弹性件在相应的区域范围内工作，提高其运行稳定性和可靠性，并有效保证弹性件与轴承以及轴肩的装配结构，保证弹性缓冲力的有效性，该结构还利于润滑油向间隙方向的流动，利于弹性件轴向端部的润滑。

进一步，所述弹性件与曲轴间隙配合。通过该结构使得弹性件浮动安装于曲轴上，利于弹性件的跟换和维护。

进一步，所述弹性件为波形垫圈时轴向尺寸为3-4mm，所述弹性件为蝶型垫圈时，轴向尺寸为1-1.2mm，所述弹性件材质厚度为0.2-0.3mm，所述间隙轴向尺寸小于弹性件的轴向尺寸并大于弹性件材质厚度。上述尺寸的确定可保证轴承、曲轴箱以及曲轴装配完成后弹性件自动形成一定的预压力，而且在弹性件达到极限压缩状态前还留有一定缓冲行程，对弹性件轴向尺寸以及弹性件厚度的限定，可保证间隙尺寸在最优范围内，即保证了弹性件充足的缓冲行程也控制了曲轴的轴线窜动距离，保证曲轴装配结构的紧凑性。

进一步，当采用波形垫圈时，优选双波峰或者三波峰垫圈。该结构的波形垫圈可确保波形垫圈足够的弹性力，也兼顾弹性件的结构简单性。

所述弹性件轴向受压至极限位置时产生的弹性力大于曲轴受到的其他轴向合力。保证作用于曲轴的轴向合力不会压平弹性件，保证弹性件的有效缓冲性能。

本发明还提供了一种发动机，所述发动机的曲轴采用上述所述的低噪声曲轴缓冲机构。

本发明的有益效果：

本发明间隙的留设可确保曲轴与箱体的正常装配和运转，以及在冷机、热机状态的正常工作，弹性件在曲轴轴向窜动时提供弹性缓冲，改善曲轴轴向窜动现象，消除轴承与轴肩的轴向敲击，降低整机噪声，本发明只通过增设弹性件以较小的改进达到降低噪音的目的，可以在不增加发动机零部件加工精度情况下确保曲轴与曲轴箱体的正常装配和运转，其生产成本以及后期维护成本低，降噪效果显著，且避免轴承与轴肩的刚性撞击，提高轴承以及曲轴的使用寿命。

其中弹性件为曲轴提供轴向预压力，该预压力可保证轴承外圈的外端端始终贴合于曲轴箱侧壁，改善轴承的浮动现象，该预压力可以缓冲曲轴上斜齿轮的轴向分力或风扇产生的轴向力，保证曲轴在轴向方向的紧凑性，改善曲轴轴向松垮的窜动现象，消除异响，提高整机运行品质；轴承内圈的内端与轴肩之间通过弹性件缓冲并结合弹性预压力，彻底消除曲轴轴向运动时轴肩对轴承的撞击以及轴承对轴承箱盖的撞击，减少振动激励，减小噪声，消除异响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为发动机结构示意图；

图2为发动机剖视结构示意图；

图3为图1的A点放大结构示意图；

具体实施方式

图1为发动机结构示意图；图2为发动机剖视结构示意图；图3为图1的A点放大结构示意图；

本实施例中提供了一种低噪声曲轴缓冲机构，曲轴1至少一端的轴承2与相应的轴肩之间在轴向方向留有间隙7，该间隙内设置有弹性件3。在曲轴正常装配时，曲轴的两端均装配有轴承，且曲轴的两端均为阶梯轴结构，其中轴承套于小径段，且轴承的内侧抵在轴肩处形成轴向定位，轴承通过曲轴箱盖以及相应的轴肩实现轴向两侧的定位，轴承内侧代表轴承朝向曲轴中心一侧，结合图1所示，图1中为曲轴其中一端的装配结构，轴承套于曲轴的小径段，轴承为深沟球轴承，曲轴箱盖4盖于曲轴箱上，其中曲轴箱盖径向向外凸处形成限位环，该限位环轴向压于轴承外圈的外端面，轴承内圈的内端面与轴肩相对，在曲轴箱盖限位环内圆以及曲轴之间设置有密封环5，其中密封环径向截面呈朝向轴承侧开口的U形结构，该密封环开口端抵在轴承内圈，密封环内套有卡簧6，通过卡簧的弹性力使得密封环内侧压紧于曲轴外圆；上述间隙的留设可确保曲轴与箱体的正常装配和运转，以及在冷机、热机状态的正常工作，弹性件在曲轴轴向窜动时提供弹性缓冲，改善曲轴轴向窜动现象，消除轴承与轴肩的轴向敲击，降低整机噪声，上述结构只通过增设弹性件以较小的改进达到降低噪音的目的，可以在不增加发动机零部件加工精度情况下确保曲轴与曲轴箱体的正常装配和运转，其生产成本以及后期维护成本低，降噪效果显著，且避免轴承与轴肩的刚性撞击，提高轴承以及曲轴的使用寿命。

本实施例中，所述弹性件为波形垫圈或者蝶形垫圈。所选波形垫圈或蝶型垫圈在受压变形时提供足够的弹力，可保证该弹力大于曲轴受到的轴向力，有效避免曲轴与轴肩处的敲击，且波形垫圈与蝶形垫圈均为环状结构，便于与曲轴的装配，同时为曲轴以及轴肩处形成周向均匀的缓冲力，改善由于周向受力不均导致的偏心现象。

本实施例中，所述弹性件轴向两端抵在轴承内圈内侧以及轴肩处并具有30-60N的预压力。应确保弹性件具有一定的预压力，且未达到极限状态，例如波形垫圈以及蝶形垫圈具有一定的预压力且不能将压平，使得弹性件仍然具有一定的压缩行程提供缓冲，在轴向窜动的过程中，波形垫圈或蝶形垫圈等弹性件为曲轴提供轴向预压力，该预压力可保证轴承外圈的外端端始终贴合于曲轴箱侧壁，改善轴承的浮动现象，预压力可以缓冲曲轴上斜齿轮的轴向分力或风扇产生的轴向力，保证曲轴在轴向方向的紧凑性，改善曲轴轴向松垮的窜动现象，消除异响，提高整机运行品质；轴承内圈的内端与轴肩之间通过弹性件缓冲并结合预压力，彻底消除曲轴轴向运动时轴肩对轴承的撞击以及轴承对轴承箱盖的撞击，减少振动激励，减小噪声，消除异响；在实际使用过程中该结构可至少降噪达到2dB以上。

本实施例中，弹性件的外圆与轴肩以及轴承内圈的外圆直径大致相同。弹性件的外圆略小于轴承内圈外圆或略大于轴承内圈外圆均可，三者的直径在相同的基础上允许有一定的加工或装配误差，当弹性件外圆小于轴承内圈外圆以及轴肩直径且尺寸相差较大时，宜导致弹性件与轴承以及轴肩的配合失效，导致弹性力不足或损坏弹性件，当弹性件外圆大于轴承内圈外圆以及轴肩直径且尺寸相差较大时，则弹性件径向向外延部分过多，弹性件在受力形变时，该部分易于与其他相邻零部件发生干涉，易损坏弹性件，并提高其他相邻零部件故障率；通过上述尺寸限定，使得弹性件在相应的区域范围内工作，提高其运行稳定性和可靠性，并有效保证弹性件与轴承以及轴肩的装配结构，保证弹性缓冲力的有效性，该结构还利于润滑油向间隙方向的流动，利于弹性件轴向端部的润滑。

本实施例中，所述弹性件与曲轴间隙配合。优选弹性件的内圆直径大于曲轴小径段直径0.2mm，通过该结构使得弹性件浮动安装于曲轴上，利于弹性件的跟换和维护。

本实施例中，所述弹性件为波形垫圈时轴向尺寸为3-4mm，所述弹性件为蝶型垫圈时，轴向尺寸为1-1.2mm，所述弹性件材质厚度为0.2-0.3mm，所述间隙轴向尺寸小于弹性件的轴向尺寸并大于弹性件材质厚度。弹性件轴向尺寸为考虑弹性件的轮廓结构的前提下轴向的最大距离，例如蝶形垫圈轴向尺寸为小径端与大径端的轴向距离，弹性件材质厚度为材质本身的厚度，当蝶形垫圈被完全压平后，在不考虑本身材质被压缩的前提下，此时的轴向尺寸与材质厚度相同；波形垫圈轴向尺寸优选3mm，蝶形垫圈轴向优选1mm，弹性件材质厚度优选0.3mm，间隙尺寸优选0.6mm，上述尺寸的确定可保证轴承、曲轴箱以及曲轴装配完成后弹性件自动形成一定的预压力，而且在弹性件达到极限压缩状态前还留有一定缓冲行程，对弹性件轴向尺寸以及弹性件厚度的限定，可保证间隙尺寸在最优范围内，即保证了弹性件充足的缓冲行程也控制了曲轴的轴线窜动距离，保证曲轴装配结构的紧凑性。

本实施例中，当采用波形垫圈时，优选双波峰或者三波峰垫圈。该结构的波形垫圈可确保波形垫圈足够的弹性力，也兼顾弹性件的结构简单性。

所述弹性件轴向受压至极限位置时产生的弹性力大于曲轴受到的其他轴向合力。即曲轴在不考虑受到弹性件的弹力时，其他作用于曲轴的轴向合力(例如斜齿轮、风扇等形成的轴向合力)小于弹性件处于极限压缩状态下的弹性力，对于波形垫圈以及蝶形垫圈，当垫圈被轴向压平时，垫圈产生的弹性力大于曲轴受到的其他轴向合力，保证作用于曲轴的轴向合力不会压平弹性件，保证弹性件的有效缓冲性能。

本实施例还公开了一种发动机，所述发动机的曲轴采用上述所述的低噪声曲轴缓冲机构；结合图1和图2所示，该发动机包括曲轴1、曲轴箱8、曲轴箱盖4、化油器9、气缸头10、空滤器11、消声器12、凸轮轴13以及通过凸轮轴驱动的正时装置等部件，上述部件为常规结构具体不在赘述，本申请并不设计对发动机其余部件的改进只针对曲轴的装配方式进行改进；在曲轴箱内转动配合有曲轴，该曲轴与左曲轴箱盖处轴承之间设置有上述的低噪声曲轴缓冲机构，曲轴与右箱体通过轴承传动配合并采用常规轴向定位，曲轴右端伸出右曲轴箱盖与风扇14传动配合；当然可以在曲轴与右曲轴箱处的轴承之间设置上述的低噪声曲轴缓冲机构、或者在曲轴两端的与轴承装配合出均设置上述的低噪声曲轴缓冲机构，通过低噪声曲轴缓冲机构改变曲轴的装配结构，通过该装配结构彻底消除曲轴轴向运动时轴肩对轴承的撞击以及轴承对轴承箱盖的撞击，减少振动激励，减小噪声，消除异响。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：曲轴至少一端的轴承与相应的轴肩之间在轴向方向留有间隙，该间隙内设置有弹性件。

2.根据权利要求1所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：所述弹性件为波形垫圈或者蝶形垫圈。

3.根据权利要求1所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：所述弹性件轴向两端抵在轴承内圈内侧以及轴肩处并具有30-60N的预压力。

4.根据权利要求2述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：弹性件的外圆与轴肩以及轴承内圈的外圆直径大致相同。

5.根据权利要求2所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：所述弹性件与曲轴间隙配合。

6.根据权利要求2所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：所述弹性件为波形垫圈时轴向尺寸为3-4mm，所述弹性件为蝶型垫圈时，轴向尺寸为1-1.2mm，所述弹性件材质厚度为0.2-0.3mm，所述间隙轴向尺寸小于弹性件的轴向尺寸并大于弹性件材质厚度。

7.根据权利要求2所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：当采用波形垫圈时，优选双波峰或者三波峰垫圈。

8.根据权利要求1所述的低噪声曲轴缓冲机构，其特征在于：所述弹性件轴向受压至极限位置时产生的弹性力大于曲轴受到的其他轴向合力。

9.一种发动机，其特征在于：所述发动机的曲轴采用权利要求1-7任一权利要求所述的低噪声曲轴缓冲机构。

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