CN112639306A - 曲轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于往复式活塞内燃机的曲轴(1)，所述曲轴具有至少两个主轴颈(2)并且具有连杆轴颈(3)，其中，在主轴颈和连杆轴颈之间分别设有曲柄臂(4)，所述曲柄臂连接主轴颈与连杆轴颈，其中，所述曲轴具有与主轴颈轴向间隔开的至少一个第一齿圈(5)，以用于驱动链传动机构，其中，在所述主轴颈和第一齿圈之间的曲轴表面具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。通过根据本发明的用于往复式活塞内燃机的曲轴的设计方案可传递更高的扭矩，或曲轴可在具有更高表面质量的区域中设计得更轻。

Description

曲轴
技术领域
本发明涉及一种用于往复式活塞内燃机的曲轴，所述曲轴具有权利要求1前序部分所述的特征。
背景技术
关于现有技术例如参考欧洲专利申请EP0399246A1。由该公开文献已知一种用于提高用于活塞式发动机、尤其是内燃机的曲轴的疲劳强度的方法，在所述方法中，对从连杆轴颈到相邻曲柄臂的过渡半径进行特殊处理。该处理在于，在过渡半径的区域中以2mm-3mm的硬化深度进行硬化，并伴随将从轴颈和过渡半径之间的相交边缘出发直至止推轴肩的端部的表面加工到大于6.3μm的表面粗糙度Rz。
此外，从德国专利文献DE2930968C2也已知一种用于内燃机的曲轴。所述曲轴尤其是用于具有增压装置的空气压缩的喷油式发动机，其中，所述曲轴具有主轴颈和连杆轴颈。主轴颈受到的负荷小于连杆轴颈，其中，在曲轴投入运行之前，主轴颈比连杆轴颈具有更大的表面粗糙度。
此外，从德国公开文献DE10327840A1也已知一种用于内燃机的轴承装置。该轴承装置包括内燃机的曲轴，其中，所述曲轴由轴承保持并且该曲轴由未经表面硬化的钢制成，并且所述钢具有主要由珠光体和含量最高为3％的共析铁素体组成的结构。此外，对钢进行处理，以使其具有最高0.8μm的表面粗糙度Rz，其中，所述轴承具有与基板连接的铝轴承合金并且具有小于4％(重量)的硅颗粒作为合金成分。由此抑制曲轴的早期磨损和刮擦，使得其与在传统DCI轴中的磨损和刮擦相比是等同的或者是有利的。
此外，在图1中示例性示出一种用于具有内部编号为B57的宝马直列六缸柴油发动机的曲轴。最大可传递的扭矩(包括可能的交变扭矩)是用于在内燃机中的曲轴的决定性的设计标准，在此，目前的研究表明，在曲轴的圆柱部分与到链轮的过渡部之间的区域是关键的，所述链轮随曲轴一同加工。在当前的现有技术中，该区域借助于车削加工以过渡半径的形式形成。
在该区域中的车削加工产生在大约Rz＝7μm的范围内的表面质量。扭转脉冲试验台上的结果表明，最大可能的交变扭转疲劳强度基于在过渡半径的关键区域中的可能的裂纹、尤其是也通过相对高的表面粗糙度受到限制。
发明内容
本发明的任务是，提高用于同类型曲轴的最大可传递的扭矩。
该任务通过权利要求1的特征部分所述的特征解决。
在从属权利要求中描述本发明的有利扩展方案。
通过使用不同的制造方法可将在关键区域中的表面质量提高到：表面粗糙度Rz的平均值小于3μm。作为可能的方法，在此可考虑尤其是研磨、精加工或抛光(以纯表面整平的形式)。所有方法实现在关键区域中的表面的显著整平。
扭转脉冲试验台上的研究已表明，通过将在关键区域中、尤其是在到链轮的过渡半径区域中的表面质量从大约Rz＝7μm提高到小于3μm的Rz，可将整个曲轴的交变扭转疲劳强度可证明地以在10％到30％范围内的幅度提高。通过以深滚压形式的滚压处理(提高压缩残余应力)还可预期显著更高的强度提升。因此，一方面，可利用曲轴传递更高的扭矩。另一方面，在轻型构造方法的意义上，曲轴可在相同的要传递的扭矩的情况下构造得更轻并且因此以更少的原材料构造。
利用根据权利要求2和3的设计方案可进一步改善交变扭转疲劳强度。
根据权利要求4的制造方法是特别优选的制造方法。
根据权利要求5和6的材料是特别优选的曲轴材料。
以根据权利要求7的设计方案进一步显著防止裂纹形成。
附图说明
下面根据两个附图更详细地阐述本发明。在附图中：
图1示出根据现有技术的曲轴的俯视图；
图2示出通过根据本发明加工的曲轴端部的剖面。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的曲轴1的俯视图。在图1中所示的曲轴1例如是用于具有内部编号为B57的宝马直列六缸发动机的系列曲轴。
曲轴1具有七个主轴颈2以及6个连杆轴颈3，其中，主轴颈2和连杆轴颈3经由曲柄臂4连接。曲柄臂4可设计成带有或不带有平衡重物。在曲轴1的一端处设有法兰9。在本实施例中，在法兰9和相邻设置的主轴颈2之间设有随曲轴1一起制造的、用于未示出的链传动机构的两个齿圈5、7。
在法兰9和主轴颈2之间的曲轴表面在系列产品中具有大约7μm的平均表面粗糙度Rz。扭转脉冲试验台上的结果已表明，对于这样已知的曲轴1，最大可能的交变扭转疲劳强度存在限制，因为在第一齿圈5和第二齿圈7的区域中可出现裂纹，其可导致曲轴1损坏。
图2示出在法兰9和第一齿圈5以及第二齿圈7区域中经过根据本发明的曲轴1的法兰侧端部的剖面。根据本发明，在主轴颈2和第一齿圈5之间的曲轴表面6具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。在第一齿圈5和第二齿圈7之间的曲轴表面6也具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。此外，在与第一齿圈5相反的一侧上，与第二齿圈7相邻的曲轴表面6也具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。
在一种特别优选的实施方式中，曲轴表面6以小于3μm的平均表面粗糙度Rz延伸至齿圈侧面8处。
小于3μm的平均表面粗糙度Rz优选通过研磨或精加工或抛光产生。此外，曲轴1优选由钢材、例如C38+N或C38MOD或44MNSIVS6或37CRS4MOD或42CRM04制成。
原则上根据本发明的曲轴可被锻造或铸造。
扭转脉冲试验台上的研究已表明，通过在上述关键区域中、尤其是在至链轮的过渡半径的区域中根据本发明将表面质量从大约Rz＝7μm提高到小于3μm的Rz，可将整个曲轴1的交变扭转疲劳强度可证明地以在10％到30％范围内的幅度提高。通过以深滚压形式的滚压处理(提高压缩残余应力)还可预期显著更高的强度提升。因此，一方面，可利用曲轴1传递更高的扭矩。另一方面，在轻型构造方法的意义上，曲轴1可在相同的要传递的转矩的情况下构造得更轻并且因此以更少的原材料构造。
附图标记列表
1 曲轴
2 主轴颈
3 连杆轴颈
4 曲柄臂
5 第一齿圈
6 曲轴表面
7 第二齿圈
8 齿圈侧面
9 法兰

Claims (7)

1.一种用于往复式活塞内燃机的曲轴(1)，所述曲轴具有至少两个主轴颈(2)并且具有连杆轴颈(3)，其中，在主轴颈(2)和连杆轴颈(3)之间分别设有曲柄臂(4)，所述曲柄臂连接主轴颈(2)与连杆轴颈(3)，其中，所述曲轴(1)具有与主轴颈(2)轴向间隔开的至少一个第一齿圈(5)，以用于驱动链传动机构，其特征在于，在所述主轴颈(2)与第一齿圈(5)之间的曲轴表面(6)具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。
2.根据权利要求1所述的曲轴，其中，与所述第一齿圈轴向间隔开地设置有第二齿圈，其特征在于，在所述第一齿圈(5)和第二齿圈(7)之间的曲轴表面(6)具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。
3.根据权利要求1或2所述的曲轴，其特征在于，在与第一齿圈(5)相反的一侧上，与第二齿圈(7)相邻的曲轴表面(6)具有小于3μm的平均表面粗糙度Rz。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的曲轴，其特征在于，所述平均表面粗糙度Rz通过研磨或精加工或滚压处理产生。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的曲轴，其特征在于，所述曲轴由钢材制成。
6.根据权利要求5所述的曲轴，其特征在于，所述钢材是C38+N或C38mod或44MnSiVS6或37CrS4mod或42CrMo4。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的曲轴，其特征在于，所述曲轴表面(6)以小于3μm的平均表面粗糙度Rz延伸至齿圈侧面(8)。
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