CN111989508B - 不平衡轴 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于平衡内燃机惯性力和/或惯性矩的不平衡轴(1)，它包含：带有轴承段(4、5)的支撑轴(3)；布置在所述轴承段上的夹紧件(12、112、212、312、412)，其以型配合的方式由所述轴承段锁定，以防其围绕所述不平衡轴的旋转轴(2)扭转；和包围所述轴承段和夹紧件的轴承环(11)，其相对于所述旋转轴径向对着所述轴承段由所述夹紧件夹紧。所述夹紧件应当以型配合的方式锁定所述轴承环，以防其围绕所述旋转轴扭转。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于平衡内燃机惯性力和/或惯性矩的不平衡轴，它包含：
带有轴承段的支撑轴，
布置在所述轴承段上的夹紧件，其以型配合的方式由所述轴承段锁定，以防其围绕所述不平衡轴的旋转轴扭转，
和包围所述轴承段和夹紧件的轴承环，其相对于所述旋转轴径向对着所述轴承段将所述夹紧件夹紧。
背景技术
为了减小摩擦功率，越来越多地将用于内燃机质量平衡的不平衡轴的支承方式从流体动力滑动支承转换成滚动支承，这要求对轴的设计进行修改，在此需考虑支承部位特定的滚动负荷。在整体制造轴的情况下，通常仅可以通过锻造来获得所需的滚动强度，其中，相对于滑动支承的钢铸轴，这种制造方法的成本更高。
通过DE 10 2016 210 480 A1已知一种开头所述类型的、解决这种问题的不平衡轴。作为轴基体的支撑轴可以是制造成本相对低廉的铸造件或烧结件，它仅在构成径向支承部位的轴承段区域内被防滚动的轴承环包围。为了固定轴承环，分别提出了一种(弹性的)夹紧件，其被夹在轴承环与轴承段之间，并且径向对着轴承段夹紧轴承环。
作为备选方案，例如通过EP 2 426 374 B1、DE 102 07 452 A1、EP 2 459 899 B1和DE 10 2008 018 545 A1已知一种不平衡轴，其轴承环采用刚性固定方式并且须破坏方可松开。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种开头所述类型的、轴承环固定方式经过改进的不平衡轴。
所述任务通过权利要求1所述的特征来解决。相应地，夹紧件应当以型配合的方式锁定轴承环，以防其围绕旋转轴扭转。轴承环相对于支撑轴和夹紧件的型配合形式的防扭转设计，补充了轴承环与夹紧件和轴承段之间通过夹紧件弹性变形所产生夹紧力来发挥作用的(摩擦)力配合连接。由此可靠避免，在轴承环上滚动的滚动体的接触摩擦以及通常以双倍曲轴转速转动的轴承环的惯性所决定的扭矩峰值导致其以不受控制的旋转滑移在夹紧件和轴承段上扭转。通过阻止轴承环的旋转滑移可预防轴承提前磨损。
本发明有利的设计方案是从属权利要求的对象。
轴承环的型配合形式的防扭转设计可以由夹紧件上相对于旋转轴径向延伸的凸起与轴承环中的(轴向)端面凹槽构成，其中，所述凸起啮合在所述凹槽中。
作为备选方案，轴承环的型配合形式的防扭转设计由卡扣连接生成，其中，夹紧件上相对于旋转轴径向延伸的凸起会卡入到轴承环中的凹槽中。有利的是，可弹性变形的夹紧件是一个带有在其上喷注凸起的塑料注塑件。轴承环中的凹槽可以通过冲孔工艺制造而成。
凸起可以具有开口，其将轴承环内部与轴承环外部相连。由此方便润滑油雾进入滚动触点的轴向内部区域。
在卡扣连接的第一种方案中，凸起应当从相对于旋转轴径向以弹性方式铰接在夹紧件上的连接片中延伸出来。连接片的弯曲轴可以平行于或垂直于不平衡轴的旋转轴。在弯曲轴轴向平行的情况下，连接片的圆周方向上的刚性更大，使得轴承环的在连接片弹性范围内所出现的旋转滑移最小。
在备选的第二种方案中，凸起应当从相对于旋转轴径向以弹性方式铰接在夹紧件上的滚动波纹管中延伸出来。相对于之前所述的连接片方案，滚动波纹管具有如下优点，即：它仅在径向方向上可高度弹性变形，因此还会防止轴承环的在连接片弹性范围内可能的剩余旋转滑移。
凹槽应当布置在轴承环的一个圆周区域内，在涉及到一部分由轴承段质量重心所生成的轴不平衡量时，所述圆周区域会在旋转轴的对面延伸，并且在此尤其以与由旋转轴和质量重心所撑开不平衡层面对称的方式延伸。因此，凹槽被定位在被施加点状负荷的轴承环的无负荷圆周区域内，并且尤其是以与点状负荷正好相对的方式定位。
夹紧件可以相对于其垂直于旋转轴的横向中间层面和/或相对于不平衡层面是镜像对称的。在双重对称的情况下，夹紧件是点对称的，因此在安装时无需轴向对准。
另外，夹紧件沿旋转轴方向的移动应当以型配合的方式仅通过凸起与轴承环中凹槽之间的卡扣连接来阻止。尽管如此，仍然可以通过材料配合连接来补充轴承环上因被夹入的夹紧件的弹性变形所生成的摩擦力，所述材料配合连接例如通过将夹紧件与轴承环粘结在一起来生成，并且会减小作用在型配合形式的卡扣连接上的推动力和轴承环上的扭矩。
本发明的其它特征可以通过后面的说明书和图纸得出，在图纸中示出了本发明所述的不平衡轴和夹紧件的四种方案。在此，相同的或功能相同的部件或特征设有相同的参考编号，除非另有说明。
附图说明
图1不平衡轴的透视总成图，
图2第一种夹紧件的透视图，
图3第二种夹紧件的透视图，
图4第三种夹紧件的俯视图，
图5依据图4的剖面图A-A，包含轴承环，
图6第四种夹紧件的俯视图。
具体实施方式
图1所示的不平衡轴1是直列四缸往复活塞式内燃机质量平衡传动装置(还被已知为“兰切斯特平衡”)的两个以双倍曲轴转速反向转动的平衡轴其中之一。围绕其旋转轴2转动的不平衡轴1已制造完成，并且包含由铸钢制造而成的支撑轴3，其带有两个轴承段4和5，不平衡轴1在所述两个轴承段上径向支承在内燃机中。不平衡轴1的驱动通过一个没有示出的、被固定在末端主轴颈6上的驱动轮进行。
轴承段4、5同与其紧靠的不平衡段7、8和9一样，具有相对于旋转轴2隔开的质量重心，因此，不管是不平衡段7、8、9还是轴承段4、5，都会参与轴不平衡量的生成。该不平衡量依据绘制的箭头方向在不平衡层面10中发挥作用，所述不平衡层面由旋转轴2和不平衡轴1的沿箭头方向隔开的质量重心撑开。
不平衡轴1的径向轴承结构被设计成滚针轴承结构，其内部导轨由采用滚动轴承钢(例如100Cr6)的轴承环11构成。轴承环11在整个圆周上包围着轴承段4、5并且分别包围着一个布置在所述轴承段上的夹紧件12，所述夹紧件以型配合的方式由轴承段4、5锁定，以防其围绕旋转轴2扭转。夹紧件12用于实现轴承环11的简单安装和可松开固定，分别在弹性变形下被插入到轴承环11与轴承段4、5之间，并且借助弹性变形相对于旋转轴2径向地并朝与不平衡方向相反的方向对着轴承段4、5夹紧轴承环11。
轴承段4、5与因同步转动的轴不平衡量而被施加点状负荷的轴承环11之间的接触区域具有圆柱壳的形状，其相对于不平衡层面10是镜像对称的，并且相对于旋转轴2同心对准各个轴承环11。轴承环11分别被不平衡段7、8或8、9(它们对着在其之间延伸的轴承段4或5径向突出)的相对的端面13和14或15和16轴向围住并引导。
根据本发明，各个轴承环11沿圆周方向的固定，即锁定轴承环11围绕旋转轴2相对于夹紧件12和轴承段4、5的扭转，借助与夹紧件12之间型配合形式的连接来实现。
图1中安装的夹紧件12在图2中被放大展示为单件。它涉及到本发明所述四种夹紧件方案中的第一种，所述四种方案分别以可沿径向方向弹性变形的空心体的形式被制造成塑料注塑件。在第一种夹紧件112中，与轴承环11之间型配合形式的防扭转设计借助卡扣连接实现，所述卡扣连接由夹紧件112上相对于旋转轴2径向延伸的凸起17与轴承环11中略大的凹槽18构成，所述凸起17会卡入到所述凹槽中。上述的凸起17和凹槽18为圆形，并且依据图1被定位在轴承环11的无负荷圆周区域内，也就是说，如开头所述，以与轴承段4、5的点状负荷正好相对并且相对于不平衡层面10镜像对称的方式定位。
凸起17可以具有开口19，其将轴承环内部与轴承环外部相连。这允许工作油雾从夹紧件112的内部流到轴承滚针的滚动接触区域内，进而流到轴承环11上。凸起17从以弹性方式铰接在夹紧件112上的连接片20中延伸出来，在该第一种夹紧件方案中，所述连接片的弯曲轴垂直于旋转轴2。夹紧件112在轴向端面上具有加强凸缘21，其补偿了因连接片20贯穿空心体而导致的径向刚性损失。
图3示出了第二种夹紧件方案。夹紧件212与夹紧件112之间的区别在于连接片20的定向，在此，连接片的弯曲轴平行于旋转轴2。在该第二种夹紧件方案中，可以取消图2所示的凸缘21。
在图4和5所示的第三种夹紧件方案中，被卡入到轴承环11凹槽18中的凸起17从相对于旋转轴2径向以弹性方式铰接在夹紧件312上的滚动波纹管22中延伸出来。
在第四种方案中，通过基本没有弹性的型配合连接替代前三种夹紧件方案的卡扣连接。这种型配合连接由夹紧件412上相对于旋转轴2径向延伸的凸起17与没有示出的轴承环(轴向)端面上与之互补的凹槽构成。
在所有夹紧件方案中，都按如下方式进行安装，即：将圆周上带有无负荷对准的凹槽18的轴承环11穿到轴承段4、5上并在此进行固定，然后在径向弹性变形下将夹紧件112至412其中之一推入到轴承环11与轴承段4、5之间，直至凸起17卡入(方案1到3)或啮合(方案4)到凹槽18中。
第一种夹紧件112和第四种夹紧件412仅相对于不平衡层面10镜像对称，必须轴向定向安装。
第二种夹紧件212仅相对于其垂直于旋转轴2的横向中间层面23(参见图4)镜像对称，可以轴向无定向安装。
第三种夹紧件312相对于不平衡层面10并且相对于横向中间层面23镜像对称，因此是点对称的。它可以轴向无定向安装。
第一种夹紧件112、第二种夹紧件212和第三种夹紧件312相对于轴承环11和轴承段4、5的轴向移动以型配合的方式仅通过凸起17与凹槽18之间的卡扣连接来阻止。
附图标记列表
1 不平衡轴
2 旋转轴
3 支撑轴
4 轴承段
5 轴承段
6 主轴颈
7 不平衡段
8 不平衡段
9 不平衡段
10 不平衡层面
11 轴承环
12 夹紧件(方案112至412)
13 端面
14 端面
15 端面
16 端面
17 凸起
18 凹槽
19 开口
20 连接片
21 凸缘
22 滚动波纹管
23 横向中间层面
Claims (8)
1.一种用于平衡内燃机惯性力和/或惯性矩的不平衡轴(1)，包含：
带有轴承段(4、5)的支撑轴(3)，
布置在所述轴承段(4、5)上的夹紧件(12、112、212、312、412)，其以型配合的方式由所述轴承段(4、5)锁定，以防其围绕所述不平衡轴(1)的旋转轴(2)扭转，
和包围所述轴承段(4、5)和夹紧件(12、112、212、312、412)的轴承环(11)，其相对于所述旋转轴(2)径向对着所述轴承段(4、5)由所述夹紧件(12、112、212、312、412)夹紧，
其特征在于，所述夹紧件(12、112、212、312、412)以型配合的方式锁定所述轴承环(11)，以防其围绕所述旋转轴(2)扭转，所述轴承环(11)的型配合形式的防扭转设计由所述夹紧件上相对于所述旋转轴(2)径向延伸的凸起(17)与所述轴承环(11)中的凹槽(18)构成，其中，所述凸起(17)卡入在所述凹槽(18)中。
2.根据权利要求1所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述轴承环的型配合形式的防扭转设计由所述夹紧件(412)上相对于所述旋转轴(2)径向延伸的凸起(17)和所述轴承环中的端面凹槽构成，其中，所述凸起(17)啮合在所述凹槽中。
3.根据权利要求1所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述凸起(17)具有开口(19)，其将轴承环内部与轴承环外部相连。
4.根据权利要求1或3所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述凸起(17)从相对于所述旋转轴(2)径向以弹性方式铰接在所述夹紧件(112、212)上的连接片(20)中延伸出来。
5.根据权利要求1或3所述的不平衡轴，其特征在于，所述凸起(17)从相对于所述旋转轴(2)径向以弹性方式铰接在所述夹紧件(312)上的滚动波纹管(22)中延伸出来。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述凹槽(18)布置在所述轴承环(11)的一个圆周区域内，在涉及到一部分由所述轴承段(4、5)质量重心所生成的轴不平衡量时，所述圆周区域会在所述旋转轴(2)的对面延伸。
7.根据前述权利要求1-3中任一项所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述夹紧件(112、212、312、412)相对于其垂直于所述旋转轴(2)的横向中间层面(23)和/或相对于由所述旋转轴(2)与所述轴承段(4、5)质量重心所撑开的不平衡层面(10)是镜像对称的。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的不平衡轴(1)，其特征在于，所述夹紧件(112、212、312)沿所述旋转轴(2)方向的移动以型配合的方式仅通过所述凸起(17)与所述轴承环(11)中凹槽(18)之间的卡扣连接来阻止。
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