CN201078449Y - 曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构，属于机械传动技术领域。该机构包括机体，机体上制有至少三处让开连杆位置的连体支撑，连体支撑制有同心通孔，各通孔中分别支撑可旋转的分段同轴曲轴，相邻分段曲轴的相对端分别从两端支撑对应的偏心轮，并形成周向约束，偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成转动副。本实用新型的突出优点是刚性和强度大大增强，有利于承受较大的弯矩；各零部件的制造十分简单，热处理质量容易控制；拆装容易，允许转动副处采用滚动轴承，有利于提高曲柄机构的传动性能。

Description

曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构

技术领域

本实用新型涉及一种曲轴传动的曲柄机构，尤其是一种实现原动机与执行机构之间旋转与直线往复运动相互转化的曲轴传动曲柄机构的结构改进，属于机械传动技术领域。

背景技术

常见曲柄机构的典型结构如图1所示，主要由曲轴、连杆和滑块(十字头或活塞)构成。在曲柄机构中，曲轴(或称曲柄轴、曲拐轴)的作用是将原动机的运动转化成执行机构所需运动形式的重要部件之一。工作时，曲轴承受周期性交变载荷。传统的曲柄机构有两类典型结构：①当曲轴采取整体锻造(铸造)制成时，如图2所示，曲轴的曲臂、曲柄销和曲轴的支承轴部位为一整体。受结构限制，该机构中连杆大端必须采用中开式结构，即连杆大端由连杆盖、连杆体所组成，并用两只连杆螺栓连接成一体，连杆大端与曲柄配合连接只能采用剖分式轴瓦支承(参见图4)，因而连杆与曲柄销的相对运动只能是滑动，因此运动副的润滑要求较高。在整个机构中，有时需要独立的润滑系统对其进行强制润滑，而且剖分式结构的连杆制造工艺复杂，同时由于连杆大端的剖分式结构使得连杆的整体刚性受到影响。对于多曲拐(多联运动形式的曲柄机构)整体式曲轴，其曲柄销的加工、热处理、磨削等制造工艺更为复杂。由于结构限制，曲轴只能由两端轴承支承，使得曲轴的支承跨距大，易产生挠曲变形，不利于承受较大的弯矩(即由连杆直接传递的活塞力)。②当系统中曲轴采用偏心轮轴结构(参见图3)时，虽然可以在一定程度上避免因曲拐轴的曲柄销加工困难的不利因素，且当曲柄销简化为偏心轮结构时连杆大端不必采用中开式，即在偏心轮盘上安装滚动轴承作为连杆大端的轴承，这样可简化连杆的加工和装配的工艺要求，但对于多联运动形式的曲柄机构而言，由于结构限制，作为曲柄机构中偏心轮轴结构的曲轴只能采用跨距大的两端轴承支承，同样存在系统刚性差，不利于承受较大的弯矩(活塞力)之弊端。

检索发现，申请号为03136914.6的中国专利申请公开了用于大型十字头二冲程内燃机的曲轴，包含许多曲拐。每一个曲拐都是由两个被曲柄销连接在一起的曲柄臂组成。曲拐通过许多主轴颈被完整地相互连接在一起。申请号为02294651.9的中国专利申请公开开了分段偏心轴式柱塞泵曲轴，在缸体内平行等距交错设置偏心套和若干个带齿轮偏心套，主轴贯穿偏心套和带齿轮偏心套的内孔，偏心套和带齿轮偏心套平行等距交错设置在主轴上，用平键固定偏心套和带齿轮偏心套，主轴的一端部固定设置主轴轴承。此外，申请号为200510023854.2的中国专利申请公开了一种纺织机械领域的可拆卸式组合曲轴，其特征在于它包括L型带孔开槽曲轴段、内六角螺钉和Z型曲轴段。

以上专利申请分别对传统曲柄机构的曲轴进行了有益的改进，但均未针对曲轴只能采用跨距大两端轴承支承的弊端，因此依然存在系统刚性差、不利于承受较大弯矩的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题是：针对以上现有技术存在的弊端或问题，提出一种曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构，从而获得理想的系统刚性，可以承受大弯矩。

为了解决以上技术问题，本实用新型的曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构包括机体，所述机体上制有至少三处让开连杆位置的连体支撑，所述连体支撑制有同心通孔，所述各通孔中分别支撑可旋转的分段同轴曲轴，所述相邻分段曲轴的相对端分别从两端支撑对应的偏心轮，并形成周向约束，所述偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成转动副。

两种典型的完善结构：

1、所述连体支撑的各通孔中分别支撑可旋转的分段空心同轴曲轴，所述相邻分段同轴曲轴的相对孔中分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴，并形成周向约束。

2、所述连体支撑的各通孔中分别支撑可旋转的分段同轴曲轴，所述相邻分段同轴曲轴的外圆分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴内孔，并形成周向约束。

本实用新型的突出优点如下：

1、由于曲轴由多点支承，因此与传统大跨距的两端点支承结构相比，刚性和强度大大增强，有利于承受较大的弯矩。

2、各零部件的制造十分简单，热处理质量容易控制，摒弃了传统整体式曲轴的复杂加工工艺。

3、拆装容易，允许转动副处采用滚动轴承，润滑方便，有利于提高曲柄机构的传动性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1：现有典型曲轴传动曲柄连杆机构结构示意图。

图2：现有曲柄销轴结构曲轴的示意图。

图3：现有偏心轮轴结构曲轴的示意图。

图4：现有中开式连杆大端结构的示意图。

图5：本实用新型优选实施例的结构示意图。

图6：本实用新型优选实施例的应用结构示意图。

图7：图6的剖视图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构如图5所示，为一种电动往复式柱塞泵，具体是一种三缸水平布置卧式单作用往复泵，其主要结构为由动力端和液力端两部分所组成，如图6、图7所示。动力端的主要构件有：偏心轮轴结构多点支承组合式曲轴组件02、连杆04、十字头14以及装在连杆大端孔与偏心轮外圆之间的调心滚子轴承05。连杆小端通过装有调心滚子轴承17的十字头销轴16与十字头14铰接；与连杆05铰接的十字头14受机体十字头滑道的约束。曲轴组件(参见图5)的分段曲轴09、11、13分别由两组轴端调心滚子轴承06和两组中间调心滚子轴承03支承在机体02的连体支撑结构上。整个曲轴组件轴向安装间隙的控制由端盖08、尾盖01以及轴承套07的轴向尺寸的调整来实现。泵的原动力为电机，电机通过减速机与泵直联。各偏心轮轴12制有中心油孔，两端伸出的轮轴长度小于位于中间的分段曲轴11长度的二分之一，因此由两端插入分段曲轴的中心孔后，相对端面在曲轴中心孔中形成间隔，这样便于采取装配工艺措施。

泵工作时：电机通过减速机驱动曲轴，在轴上调心滚子轴承的约束下，曲轴绕自身轴线旋转；通过键10的周向约束连接，偏心轮轴上的偏心轴随曲轴旋转，在偏心轮轴上偏心段外圆的约束下，连杆大端随偏心段圆心以偏心矩为半径绕曲轴组件的轴线作圆周运动；通过连杆杆身、连杆小端将运动传递到与其铰接的十字头上，在泵体滑道的约束下，十字头沿滑道中心线作直线往复运动；在十字头的驱动下，泵柱塞跟随十字头一起作往复运动；随着柱塞的往复运动使泵液力端的柱塞腔产生了周期性的容积变化，被输送介质随着柱塞腔周期性容积变化，在液力端阀组件的控制下完成吸入排出的过程，泵便形成了周而复始的工作循环。

工作过程为：当执行机构装置的运动为往复运动时：原动机的旋转由曲轴轴头段09传入，通过键10驱动偏心轮轴12、曲轴中间段11和曲轴末段13一起绕曲轴支承段的轴线转动；在偏心轮轴12的偏心轮作用下，连杆大端04随偏心圆心，以偏心矩为半径绕曲轴支承段轴线作圆周运动，与此同时，在机体02的圆柱滑道限制下，与连杆小端15铰接的十字头14随着十字头销16一起作直线往复运动。为了传递较大扭矩以及便于装配时定位，各偏心轮轴上的键槽角向位置分别与其偏心距的角向位置一致(图中未示)。当执行机构装置的运动为旋转运动时，曲柄机构的运动过程与上述过程相反(参见图6、图7)。

在多联运动形式的曲柄机构中本实用新型方案的曲轴很容易实现多点支承，与传统整体式曲轴相比，传统结构的曲轴因结构条件的限制，只能采用大跨距的两端点支承，致使原机构系统刚性较差，而本实用新型方案多点支承结构使曲柄的受力状况可简化为任意二点支承间的简支梁，曲轴的刚度和强度得以增加，有利于承受较大的弯矩(活塞力)。

在多联运动形式的曲柄机构中本实用新型方案简化并优化了曲轴的加工工艺。与传统整体式曲轴相比，原工件因坯件复杂的外形其铸造或锻造工艺要求较高，而本实用新型方案的坯件铸造或锻造工艺要简单得多；在机械加工工艺方面，由于其整体结构工件形状复杂，工件的尺寸公差和形位公差的精度要求难以保证，而本实用新型方案因将原结构分解成若干个简单几何体的组合，其尺寸公差和形位公差则很容易得以控制；在热处理工艺方面，由于整体结构的曲轴其复杂的几何形状给要想通过用局部的处理方法获得综合的物理性能和机械性能带来了困难，而本实用新型方案则要容易得多。

本实用新型方案中连杆大端04采用整体结构代替中开式结构，其与偏心轮轴12的支承形式以调心滚子轴承05代替原结构中剖分式结构的滑动轴承。归纳起来，本实施例具有以下特点：

1、整体式连杆大端的结构使得连杆本体的强度和刚性增加。

2、整体式连杆大端的结构使得连杆工件的机械加工工艺过程与中开式连杆大端结构的连杆工件的机械加工工艺过程相比要简单得多。

3、整体式连杆大端的结构使连杆工件在机加工工艺中容易获得更高的尺寸精度和形位公差精度。

4、整体式连杆大端的结构在装配中由于其与偏心轮轴的支承形式采用调心滚子轴承；连杆小端与十字头销的支承形式采用调心滚子轴承，这种装配结构可最大限度的消除装配时和运动中产生的接触应力，以保证机构在工作中运动流畅，使机构在工作中获得较高的机械效率。

5、整体式连杆大端的结构由于其运动副的运动方式在本实用新型方案中采用的是滚动摩擦，其运动副的润滑条件要求与滑动摩擦的润滑条件要求相比要简单得多，在运动中只需要对运动副采用飞溅润滑和予注润滑脂就可满足运动的润滑要求。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄机构，包括机体，其特征在于：所述机体上制有至少三处让开连杆位置的连体支撑，所述连体支撑制有同心通孔，所述各通孔中分别支撑可旋转的分段同轴曲轴，所述相邻分段曲轴的相对端分别从两端支撑对应的偏心轮，并形成周向约束，所述偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成转动副。

2.根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述分段同轴曲轴为空心轴，所述相邻分段同轴曲轴的相对孔中分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴，并形成周向约束。

3.根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述相邻分段同轴曲轴的外圆分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴内孔，并形成周向约束。

4.根据权利要求2所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述偏心轮的轮轴制有中心油孔，且轮轴长度小于分段曲轴长度的二分之一，所述相邻轮轴由两端插入分段曲轴的中心孔后，相对端面在曲轴中心孔中形成间隔。

5.根据权利要求2或3所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述偏心轮轴上的键槽角向位置与其偏心距的角向位置一致。

6.根据权利要求5所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述连杆大端孔与偏心轮外圆之间装有调心滚子轴承。

7.根据权利要求6所述的多支点曲柄机构，其特征在于：所述分段曲轴由调心滚子轴承支承在机体的连体支撑上。

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