CN113217527B - 一种自平衡高强度曲轴总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及曲轴技术领域。目的在于提供一种自平衡高强度曲轴总成，包括曲轴和设置在曲轴下方的平衡轴；所述主动齿轮呈T字形，主动齿轮的键齿设置在大尺寸段的周面上；所述从动齿轮呈工字形，从动齿轮的键齿设置在工字形的内凹段周面上，主动齿轮的大尺寸段伸入从动齿轮的内凹段内，且主动齿轮和从动齿轮的键齿相啮合。本发明在主动齿轮与从动齿轮之间形成多向立体限位，使得平衡轴与曲轴之间的结合更加的紧密，能够有效的实现振动抵消，极大的提升了曲轴转动的平衡性，减少了发动机抖动。

Description

一种自平衡高强度曲轴总成
技术领域
本发明涉及曲轴技术领域，具体涉及一种自平衡高强度曲轴总成。
背景技术
曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动，是发动机上的一个重要的机件，是一个典型的曲柄滑块机构，曲轴的旋转是发动机的动力源，也是整个机械系统的源动力。单轴拐曲轴主要应用在单杠发动机上，是小排量摩托车中应用的主要类型，其通常包括两个曲柄、与曲柄连接的位于曲柄两侧的轴体、设置在曲柄端部之间的连杆，连杆通过曲柄销与曲柄连接；连杆在上下运动的过程中，带动曲柄转动，最终带动轴体转动，将往复运动转变为扭矩输出。在发动机的工作循环中，活塞的运动速度非常快，而且速度很不均匀。在上下止点位置，活塞的速度为零，而在上下止点中间的位置速度达到最高。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动，必然在活塞、活塞销和连杆上产生很大的惯性力。
由于活塞每上下运动一次，将使发动机产生一上一下两次振动，所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上，常使用多个谐波振动来描述发动机的振动，其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动，频率是发动机转速2倍的叫二阶振动，依次类推，还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高，振幅就越小，二阶以上可以忽略不计。其一阶振动占整个振动的70％以上，是振动的主要来源。
为了消除振动，采用的方法有很多，例如采用轻质的活塞减少运动件的质量、提高曲轴的刚度、采用60度夹角的v型双缸布置发动机等等。但在单杠摩托车发动机上普遍采用的方式是增加一个平衡轴来解决，简单说平衡轴其实就是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴，其同步旋转一般通过安装在曲轴上的主动齿轮和安装在平衡轴上的从动齿轮实现，利用偏心重块所产生的反向振动力，平衡轴上的振动与曲轴上的振动相互抵消，从而使发动机获得良好的平衡效果，降低发动机振动。但由于主动齿轮和从动齿轮采用设置在轮体边缘的键齿传动，主动齿轮的键齿与从动齿轮的键齿之间基本上只存在扭转方向上的相互限止，而在上下方向上缺乏限止，又由于曲轴和平衡轴的自振动主要存在于上下方向，因此二者的振动抵消效果相对较差，主动齿轮和从动齿轮之间极易产生弹跳碰撞，导致键齿变形，影响传动精度，进而造成平衡轴和曲轴谐转误差，最终影响振动消减效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减振效果好的能够自平衡高强度曲轴总成。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种自平衡高强度曲轴总成，包括曲轴和设置在曲轴下方的平衡轴；
所述曲轴包括左曲柄总成、右曲柄总成、连杆、曲柄销和第一滚针轴承；所述左曲柄总成和右曲柄总成均包括曲柄段和轴杆段，且曲柄段和轴杆段一体锻造成型；所述曲柄段的上部设置有销孔，所述曲柄销穿设在销孔内并与销孔构成过盈配合；所述连杆的下端套设在左曲柄总成和右曲柄总成之间的曲柄销上，并通过第一滚针轴承与曲柄销构成转动配合；所述平衡轴包括轴体，轴体的中段上设置有偏心配重块，轴体上还设置有从动齿轮；所述左曲柄总成的轴杆段上设置有主动齿轮；
所述主动齿轮呈T字形，主动齿轮的键齿设置在大尺寸段的周面上；所述从动齿轮呈工字形，从动齿轮的键齿设置在工字形的内凹段周面上，主动齿轮的大尺寸段伸入从动齿轮的内凹段内，且主动齿轮和从动齿轮的键齿相啮合；
所述主动齿轮的小尺寸段以及与主动齿轮小尺寸段相对的从动齿轮工字形的外凸段之间通过连接座连接，所述连接座包括腰形的座体，所述座体的上部和下部分别设置有与主动齿轮的小尺寸段、从动齿轮工字形的外凸段相配合的座孔，主动齿轮的小尺寸段、从动齿轮工字形的外凸段穿设在座孔内，并通过第二滚针轴承与座体形成转动配合。
优选的，与所述座体相对的主动齿轮的小尺寸段、从动齿轮工字形的外凸段上均设置有环槽，所述连接座位于环槽内。
优选的，所述主动齿轮大尺寸段两端面靠近边沿的位置、从动齿轮工字形外凸段朝内的端面上靠近边沿的位置均嵌设有平面轴承。
优选的，所述主动轮键齿和从动轮键齿两侧的齿壁上均设置有陶瓷耐磨层。
优选的，所述偏心配重块位于左曲柄总成和右曲柄总成的曲柄段之间。
优选的，所述偏心配重块包括配重段和设置在配重段下端的滑动段，所述平衡轴的轴体上设置有与滑动段相配合的、沿轴体径向延伸的滑动腔；所述滑动段伸入滑动腔内，与滑动腔构成滑动配合；所述滑动腔内还适配有调节活塞，所述调节活塞与滑动段固定连接；所述滑动腔两侧的轴体上还设置有第一油孔和第二油孔，所述第一油孔的一端与滑动腔的上部连通，另一端延伸至轴体的一端；所述第二油孔的一端与滑动腔的下部连通，另一端延伸至轴体的另一端；所述第一油孔和第二油孔分别通过管路与换向阀连通，所述换向阀与油泵连通。
优选的，所述第一油孔与管路之间、第二油孔与管路之间均设置有旋转接头。
优选的，所述滑动腔的腔壁朝靠近偏心配重块配重段的方向延伸，形成导向部。
优选的，所述换向阀为电磁换向阀。
本发明的有益效果集中体现在：在主动齿轮与从动齿轮之间形成多向立体限位，使得平衡轴与曲轴之间的结合更加的紧密，能够有效的实现振动抵消，极大的提升了曲轴转动的平衡性，减少了发动机抖动。具体来说，本发明在使用过程中，主动齿轮与从动齿轮在扭转方向上的限止节点为键齿，在键齿长度方向上(也就是曲轴和平衡轴轴向上)的限止节点为主动齿轮大尺寸段两端面与从动齿轮工字形外凸段的内端面；而在上下方向上的限止节点为连接座。通过多向的立体限位，本发明使得主动齿轮和从动齿轮的结合更加稳定，防止过度磨耗。同时振动力之间能够更好的相互抵消，另外这种结构也增加了曲轴和平衡轴的强度，同样起到消减振动的作用。
附图说明
图1为本发明曲轴的立体结构示意图；
图2为本发明曲轴的正视结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为主动齿轮的结构示意图；
图5为从动齿轮的结构示意图；
图6为连接座的结构示意图；
图7为换向阀的安装示意图；
图8为图7中A部放大图。
具体实施方式
如图1-8所示的，一种自平衡高强度曲轴总成，包括曲轴和设置在曲轴下方的平衡轴。曲轴与平衡轴同步转动，二者的自振动相互抵消。与传统的单杠曲轴相同，本发明也包括左曲柄、右曲柄、连杆、曲柄销4、曲轴杆等部件，但本发明的曲轴杆和曲柄采用一体锻造结构。
如图1和2所示，本发明所述曲轴包括左曲柄总成1、右曲柄总成2、连杆3、曲柄销4和第一滚针轴承。所述左曲柄总成1和右曲柄总成2均包括曲柄段和轴杆段，且曲柄段和轴杆段一体锻造成型。所述曲柄段的上部设置有销孔，所述曲柄销4穿设在销孔内并与销孔构成过盈配合。所述连杆3的下端套设在左曲柄总成1和右曲柄总成2之间的曲柄销4上，并通过第一滚针轴承与曲柄销4构成转动配合。
本发明曲轴与平衡轴通过齿轮组传动连接，具体是，所述平衡轴包括轴体5，轴体5的中段上设置有偏心配重块6，一般所述偏心配重块6位于左曲柄总成1和右曲柄总成2的曲柄段之间。轴体5上还设置有从动齿轮7。所述左曲柄总成1的轴杆段上设置有主动齿轮8。
本发明相较于传统的单纯通过周面键齿进行啮合的方式，其最大的不同之处在于，加强了多向立体限位，使得振动消减效果更好。如图3、4和5所示，所述主动齿轮8呈T字形，主动齿轮8的键齿9设置在大尺寸段的周面上。所述从动齿轮7呈工字形，从动齿轮7的键齿9设置在工字形的内凹段周面上，主动齿轮8的大尺寸段伸入从动齿轮7的内凹段内，且主动齿轮8和从动齿轮7的键齿9相啮合，以实现动力传递。为了提高键齿9之间的耐磨性能，所述键齿9两侧的齿壁上均设置有陶瓷耐磨层，该结构较为简单，在图中未示出。
结合图3和6所示，所述主动齿轮8的小尺寸段以及与主动齿轮8小尺寸段相对的从动齿轮7工字形的外凸段之间通过连接座连接，如图3中所示，也就是主动齿轮8的右段，从动齿轮7的右段，通过连接座连接。如图6中所示，所述连接座包括腰形的座体10，所述座体10的上部和下部分别设置有与主动齿轮8的小尺寸段、从动齿轮7工字形的外凸段相配合的座孔，主动齿轮8的小尺寸段、从动齿轮7工字形的外凸段穿设在座孔内，并通过第二滚针轴承11与座体10形成转动配合。在上下振动时，通过座体10拉扯限位，使振动应力在座体10处完成消减。
本发明在使用过程中，主动齿轮8与从动齿轮7在扭转方向上的限止节点为键齿9，在键齿9长度方向上(也就是曲轴和平衡轴轴向上)的限止节点为主动齿轮8大尺寸段两端面与从动齿轮7工字形外凸段的内端面；而在上下方向上的限止节点为连接座。通过多向的立体限位，本发明使得主动齿轮8和从动齿轮7的结合更加稳定，防止过度磨耗。同时振动力之间能够更好的相互抵消，另外这种结构也增加了曲轴和平衡轴的强度，同样起到消减振动的作用。
为了使得座体10的安装更加稳定，且减少轴向窜动，与所述座体10相对的主动齿轮8的小尺寸段、从动齿轮7工字形的外凸段上均设置有环槽12，所述连接座位于环槽12内。考虑到主动齿轮8大尺寸段两端面与从动齿轮7工字形外凸段的内端面之间由于结合较为紧密，存在较大的摩擦，为了减少摩擦的影响，还可以是在所述主动齿轮8大尺寸段两端面靠近边沿的位置、从动齿轮7工字形外凸段朝内的端面上靠近边沿的位置均嵌设有平面轴承13，通过平面轴承13滑动，起到对二者之间的润滑作用，提高了使用寿命。
由于在不同转速工况下，曲轴与平衡轴之间的振动曲线并不是完全与转速呈正比例关联的，为了进一步提高平衡轴的减振效果。本发明的偏心配重块6的偏心质量最好是可调的，而偏心配重块6在轴体5径向上的伸缩就可以在一定范围内改变其偏心质量。在这种形式下，配合振动检测组件对振动进行检测，即可根据检测情况对偏心质量进行实时调节，提高减振的智能化、自动化水平，提高减振效果。
为此，结合图7和8所示，本发明所述偏心配重块6包括配重段和设置在配重段下端的滑动段14，所述平衡轴的轴体5上设置有与滑动段14相配合的、沿轴体5径向延伸的滑动腔15。所述滑动段14伸入滑动腔15内，与滑动腔15构成滑动配合。所述滑动腔15内还适配有调节活塞16，所述调节活塞16与滑动段14固定连接。所述滑动腔15两侧的轴体5上还设置有第一油孔17和第二油孔18，所述第一油孔17的一端与滑动腔15的上部连通，另一端延伸至轴体5的一端。所述第二油孔18的一端与滑动腔15的下部连通，另一端延伸至轴体5的另一端。所述第一油孔17和第二油孔18分别通过管路19与换向阀20连通，所述换向阀20可采用电磁换向阀。所述换向阀20与油泵21连通。使用时，通过在调节活塞16上下侧的滑动腔15内注入不同数量的驱动油，即可快速的实现其伸出长度的调节，进而改变偏心配重块6总体的偏心质量。当然，由于偏心轴为回转部件，为了便于油路的连通，所述第一油孔17与管路19之间、第二油孔18与管路19之间均设置有旋转接头22。所述滑动腔15的腔壁朝靠近偏心配重块6配重段的方向延伸，形成导向部23，导向部23可提高滑动段14移动的稳定性。当然，考虑到平衡轴高速回转的特性，在滑动段14与导向部23之间应当做好密封，以防止在离心作用下漏油情况的出现，通常我们可以在二者之间设置密封圈以解决。

Claims (7)

1.一种自平衡高强度曲轴总成，包括曲轴和设置在曲轴下方的平衡轴；
所述曲轴包括左曲柄总成(1)、右曲柄总成(2)、连杆(3)、曲柄销(4)和第一滚针轴承；所述左曲柄总成(1)和右曲柄总成(2)均包括曲柄段和轴杆段，且曲柄段和轴杆段一体锻造成型；所述曲柄段的上部设置有销孔，所述曲柄销(4)穿设在销孔内并与销孔构成过盈配合；所述连杆(3)的下端套设在左曲柄总成(1)和右曲柄总成(2)之间的曲柄销(4)上，并通过第一滚针轴承与曲柄销(4)构成转动配合；所述平衡轴包括轴体(5)，轴体(5)的中段上设置有偏心配重块(6)，轴体(5)上还设置有从动齿轮(7)；所述左曲柄总成(1)的轴杆段上设置有主动齿轮(8)；
其特征在于：所述主动齿轮(8)呈T字形，主动齿轮(8)的键齿(9)设置在大尺寸段的周面上；所述从动齿轮(7)呈工字形，从动齿轮(7)的键齿(9)设置在工字形的内凹段周面上，主动齿轮(8)的大尺寸段伸入从动齿轮(7)的内凹段内，且主动齿轮(8)和从动齿轮(7)的键齿(9)相啮合；
所述主动齿轮(8)的小尺寸段以及与主动齿轮(8)小尺寸段相对的从动齿轮(7)工字形的外凸段之间通过连接座连接，所述连接座包括腰形的座体(10)，所述座体(10)的上部和下部分别设置有与主动齿轮(8)的小尺寸段、从动齿轮(7)工字形的外凸段相配合的座孔，主动齿轮(8)的小尺寸段、从动齿轮(7)工字形的外凸段穿设在座孔内，并通过第二滚针轴承(11)与座体(10)形成转动配合；
所述偏心配重块(6)位于左曲柄总成(1)和右曲柄总成(2)的曲柄段之间；
所述偏心配重块(6)包括配重段和设置在配重段下端的滑动段(14)，所述平衡轴的轴体(5)上设置有与滑动段(14)相配合的、沿轴体(5)径向延伸的滑动腔(15)；所述滑动段(14)伸入滑动腔(15)内，与滑动腔(15)构成滑动配合；所述滑动腔(15)内还适配有调节活塞(16)，所述调节活塞(16)与滑动段(14)固定连接；所述滑动腔(15)两侧的轴体(5)上还设置有第一油孔(17)和第二油孔(18)，所述第一油孔(17)的一端与滑动腔(15)的上部连通，另一端延伸至轴体(5)的一端；所述第二油孔(18)的一端与滑动腔(15)的下部连通，另一端延伸至轴体(5)的另一端；所述第一油孔(17)和第二油孔(18)分别通过管路(19)与换向阀(20)连通，所述换向阀(20)与油泵(21)连通。
2.根据权利要求1所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：与所述座体(10)相对的主动齿轮(8)的小尺寸段、从动齿轮(7)工字形的外凸段上均设置有环槽(12)，所述连接座位于环槽(12)内。
3.根据权利要求2所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：所述主动齿轮(8)大尺寸段两端面靠近边沿的位置、从动齿轮(7)工字形外凸段朝内的端面上靠近边沿的位置均嵌设有平面轴承(13)。
4.根据权利要求3所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：所述键齿(9)两侧的齿壁上均设置有陶瓷耐磨层。
5.根据权利要求4所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：所述第一油孔(17)与管路(19)之间、第二油孔(18)与管路(19)之间均设置有旋转接头(22)。
6.根据权利要求5所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：所述滑动腔(15)的腔壁朝靠近偏心配重块(6)配重段的方向延伸，形成导向部(23)。
7.根据权利要求6所述的自平衡高强度曲轴总成，其特征在于：所述换向阀(20)为电磁换向阀。
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