CN207278860U - 一种无油活塞的密封曲轴箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无油活塞的密封曲轴箱，解决的是现有技术中存在的活塞与活塞环之间密封度不好而造成漏气的情况、活塞销中部受力过大而发生变形断裂以及连杆易腐蚀刚度过低的技术问题。通过提供一种新的无油活塞的密封曲轴箱，活塞外表面有环形沟槽，活塞与活塞环通过沟槽连接；活塞销内孔形状为两个均分的空心圆柱体，两个空心圆柱体被一厚壁圆柱体隔离而成；连杆外表面先渗碳淬火，再依次镀上一层钛层和镍层。该实用新型具有防止气体通过活塞窜入曲轴箱、加强连杆和活塞销的刚度的特点，可大量投产与汽车发动机领域的生产制造。

Description

一种无油活塞的密封曲轴箱

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，具体涉及一种无油活塞的密封曲轴箱。

背景技术

发动机在工作过程中燃烧室内气体不可避免的要从活塞环窜入曲轴箱,其主要成分包括已燃烧的气体、未燃烧的气体及水蒸气等，这会稀释机油，降低机油的使用性能，加速机油的氧化、变质，而且水气凝结在机油中，会形成油泥，阻塞油路，废气中的酸性气体混入润滑系统，会导致发动机零件的腐蚀和加速磨损。窜气还会使曲轴箱的压力过高而破坏曲轴箱的密封，使机油渗漏流失,而影响整机性能及可靠性,由于曲轴箱内存在大量的机油液滴,会随着发动机窜气一起排出曲轴箱,从而造成机油消耗量增加并污染环境,因此必须进行加强曲轴箱的密封性控制。

活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子，用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或起到相反作用力。活塞销的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，其作用是把活塞承受的气体作用力传给连杆，或使连杆小头带动活塞一起运动。因为活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差，为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量，因此在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要。现有技术中活塞销主要存在以下问题：1、通常为了减轻重量，一般制作成空心，但是在实际生活中，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，接近于等强度梁，因此活塞销中部受力过大容易发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；2、制作成是实心的活塞销通常质量较大，而活塞销在销孔内运动时摆动的角度并不大，这样就会导致活塞销运动不灵敏；3、活塞销在高温条件下要承受很大的周期性冲击负荷，但是现阶段活塞销的材质刚度、强度和耐磨性远远不够。

连杆连接活塞和曲轴，并将活塞所受作用力传给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和 活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此连杆受到较大的压缩、拉伸等交变载荷作用。连杆必须有足够的疲劳强度和结构刚度。抗疲劳强度过低，往往会造成连杆身或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故；刚度过低则会造成杆身弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、气缸、轴承和曲柄销等的偏磨。现有技术中连杆主要有以下问题：1、刚度不够；2、抗疲劳强度不够。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的活塞销中部受力过大而发生变形断裂、活塞与活塞环之间密封度不好而造成漏气的情况、以及连杆易腐蚀刚度过低的技术缺陷，本实用新型通过提供一种新的无油活塞的密封曲轴箱，该实用新型具有防止气体通过活塞窜入曲轴箱、防止活塞销中部受到的弯矩力过大而发生变形、以及加强连杆刚度的技术特征。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种无油活塞的密封曲轴箱，包括曲轴箱体、活塞组及气缸，所述曲轴箱体分为上曲轴箱与下曲轴箱，上曲轴箱与气缸铸造连接为一个整体，活塞组与气缸之间进行直线往复运动，所述活塞组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆，所述连杆包括连杆小头孔，杆身，连杆大头、连杆轴瓦及连杆螺栓，所述连杆小头孔套接在活塞销上，连杆大头与连杆轴瓦通过连杆螺栓连接；所述连杆外表面先渗碳淬火，再依次镀上一层钛层镍层；所述活塞在环形曲面上设有与活塞轴线垂直的环形沟槽，在环形沟槽内设有与气缸内壁贴合达到密封效果的活塞环；所述活塞销为三段式结构，包括两节均分的空心圆柱体与一厚壁圆柱体。

本实用新型的工作原理：发动机的气缸体和上曲轴箱铸为一个整体，气缸体上部的圆柱体空腔为气缸，下半部为支撑曲轴的曲轴箱，活塞是在气缸体内中做往复运动的机件，作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴，活塞环可以保证活塞与气缸壁之间的密封，防止气缸中的高温高压燃气大量窜入曲轴箱，延长机油使用期限，减少了零件磨损和腐蚀；连杆接受活塞通过活塞销传来的力，再将力传给曲轴，带动曲轴转动，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，这就对连杆的刚度提出了很高的要求，在表面进行渗碳淬火处理，就可以大大提高连杆的硬度和刚度，再在表面镀上一层钛和镍，还可以增加稳定性和耐腐蚀性能；活塞销在运动过程中中部受到的弯矩作用最大，在活塞销的中部焊接上一层厚壁圆柱体可以平衡受力点，加大使用寿命。

进一步的，所述活塞环为压缩环，压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体。

进一步的，所述活塞环与活塞接触的环形沟槽里有一层软硅胶密封圈，在活塞与活塞环形成螺纹连接时，加大其密封性。

进一步的，所述厚壁圆柱体与活塞销外壳通过焊接构成一体式结构。

进一步的，所述活塞销的内径为D，厚壁圆柱体的直径为D，厚度为0.2-0.4D。

进一步的，所述连杆为低合金钢或者调制钢。

进一步的，所述钛层为40-80纳米，所述镍层为40-100纳米。

本实用新型的有益效果：

效果一，本实用新型活塞销包括两节均分的空心圆柱体与一厚壁圆柱体，厚壁圆柱体焊接在活塞销内孔的中部。活塞主要承受燃烧气体的作用力，并将此力通过活塞销传递给连杆以推动曲轴旋转，因此活塞销所受的弯矩作用力在中部最大，接近于等强度梁，然而传统的活塞销大都采用空心结构，受力不均匀，活塞销中部受力过大容易发生弯曲变形，容易变形弯折；还有活塞销内部采用锥形结构，不仅增大了质量，而且锥形结构也对连接技术提出了较高的要求，在活塞销中部焊接一层厚壁圆柱体平衡了中部的弯矩作用力；45钢材质较轻，不会过大加重活塞销的整体质量；

效果二，本实用新型活塞外表面设置一层环形沟槽，将活塞环与活塞通过沟槽连接，使得结构坚固紧凑，还在环形沟槽设置一层软硅胶密封垫，使得活塞与活塞环之间起到绝对密封的作用；维护时只需定期更换软硅胶密封垫，而不再需要频繁的更换活塞或者活塞环，大大节省了成本，简便易行；

效果三，本实用新型对连杆先进行渗碳淬火处理，它可以使渗过碳的连杆表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度和结构刚度，延长使用寿命；再在连杆表面依次镀上一层钛层和镍层，加强连杆的耐腐蚀性，高硬度，防磨檫，不剥落，不褪色，高度防腐，并且不受紫外线影响；

效果四，本实用新型在活塞销与厚壁圆柱体的连接方式采用氩弧焊焊接而成，高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，焊接过后表面光滑、整齐，器件不易变形。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为活塞销结构示意图；

图3为连杆整体结构示意图；

图4为连杆镀层示意图。

如图：

1-活塞，2-活塞环，3-活塞销座，4-活塞销，5-连杆，6-连杆轴瓦，7-连杆螺栓，8-连杆盖，9-厚壁圆柱体，10-空心圆柱体，11-镍层，12-钛层；

51-连杆小头孔，52-杆身，53-连杆大头。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种无油活塞的密封曲轴箱，包括曲轴箱体、活塞组及气缸，所述曲轴箱体分为上曲轴箱与下曲轴箱，上曲轴箱与气缸铸造连接在一起，下半部为支撑曲轴的曲轴箱，其内腔是曲轴运动的空间；如图1，活塞组可以在气缸内进行直线往复运动，所述活塞组包括活塞1、活塞环2、活塞销4、连杆5以及连杆轴瓦6组成。活塞1主要承受来自燃烧气体的作用力，并将此力通过活塞销座3连接上活塞销4传递给连杆5以推动曲轴旋转，活塞销4通过固定安装在活塞1上的活塞销座3连接而成，活塞1的顶部还与汽缸盖、气缸壁共同构成燃烧室，因此要求导热性能优异、耐磨耐腐蚀；本实用新型的活塞环2选用压缩环，可以保证做到活塞1与气缸壁的密封，防止气缸中的高温高压燃气大量窜入曲轴箱；活塞销4在连杆小头铜衬套内和活塞的销孔内缓慢转动，连接活塞1和连杆5，把活塞受到的力传给连杆5；连杆5通过活塞销4与曲轴相连接，接受活塞销4传过来的活塞1作用力，推动曲轴运动，就将活塞1的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，连杆一般由连杆小头孔51、杆身52、连杆大头53和连杆轴承盖组成；连杆轴瓦6通过连杆螺栓7连接连杆大头53和连杆盖8，所述活塞上焊接有活塞销座3，活塞销4的中部穿过连杆5上的连杆51小头孔，连杆轴瓦6通过螺栓与连杆5连接；所述活塞1外表面有环形沟槽，活塞1与活塞环2通过沟槽连接。

作为进一步的改进，所述活塞外与活塞接触的的环形沟槽里有一层软硅胶密封圈，活塞与活塞环2之间通过沟槽连接，可以在一定程度上起到密封的作用，但是使用时间过长的话无法保证其密封性。因此在环形沟槽里安装一层软硅胶密封圈，可以保证其密封隔绝性，清洁维护的时候只需要更换软硅胶密封圈即可，不需要再做其他的更换。低合金钢可塑性强，钢的强度很大，具有良好的耐大气腐蚀性能。

优选的，所述活塞环2为压缩环，压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。

活塞销是装在活塞销座3的圆柱形销子，活塞销的中部穿过连杆小头孔51，用来连接活塞和连杆，其作用是把活塞1承受的气体作用力传给连杆5，或使连杆小头孔51带动活塞一起运动，本实施例为了减轻整体结构重量，加大活塞销4的运行灵敏度，将活塞销做成中空的圆柱体。

作为进一步的改进，如图3，所述连杆5材质为低合金钢，首先对连杆5表面进行渗碳淬火，渗碳淬火处理温度为900摄氏度，这样就可以得到表面硬度大﹑较高的耐磨性和疲劳强度﹐经过渗碳淬火后的连杆的中部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受更大的冲击载荷，连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用，连杆必须保证足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成杆身52或连杆螺栓7断裂，进而产生整机破坏的重大事故；若刚度不足，则会造成杆身52弯曲变形及连杆大头53的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨；

优选的，如图4，所述钛层12为40纳米，所述镍层11为40纳米。连杆5经过渗碳淬火之后经过渗碳淬火之后，接着在表面镀上钛，在接着电镀上一层镍，增强连杆的稳定性和耐腐蚀性。本实用新型经过1000次实验测试后得到的负荷大小为20000-28000N。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：如图2，作为进一步的改进，所述厚壁圆柱体9与活塞销外壳通过焊接构成一体式结构，所述活塞销内孔形状为两个均分的空心圆柱体，两个空心圆柱体被一厚壁圆柱体9隔离而成，圆柱体内径为D，厚壁圆柱体9的厚度为0.2D，所述活塞销内孔的厚壁圆柱体9与活塞销通过氩弧焊接而成。活塞销本身体积较小，厚壁圆柱体9的焊接就需要较精密的焊接技术，在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化；同时将厚壁圆柱体9与活塞销外壳焊接在一起，这样处理就实现了只增加了很轻的质量的前提下，就可以很好的降低弯矩作用，延长了活塞销的使用寿命。

作为进一步的改进，所述连杆材质为低合金钢，首先对连杆表面进行渗碳淬火，渗碳淬火处理温度为900摄氏度，这样就可以得到表面硬度大﹑较高的耐磨性和疲劳强度﹐经过渗碳淬火后的连杆的中部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受更大的冲击载荷，连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用，连杆必须保证足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成连杆身或连杆螺栓7断裂，进而产生整机破坏的重大事故；若刚度不足，则会造成杆身52弯曲变形及连杆大头53的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨；

优选的，所述钛层12为60纳米，所述镍层11为70纳米。连杆经过渗碳淬火之后经过渗碳淬火之后，接着在表面镀上钛，在接着电镀上一层镍，增强连杆的稳定性和耐腐蚀性。本实用新型经过1000次实验测试后得到的负荷大小为35000-40000N。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：作为进一步的改进，所述厚壁圆柱体9与活塞销外壳通过焊接构成一体式结构，所述活塞销内孔形状为两个均分的空心圆柱体，两个空心圆柱体被一厚壁圆柱体9隔离而成，圆柱体内径为D，厚壁圆柱体9的厚度为0.4D，所述活塞销内孔的厚壁圆柱体9与活塞销通过氩弧焊接而成。活塞销本身体积较小，厚壁圆柱体9的焊接就需要较精密的焊接技术，在电弧焊的周围通上氩气保护气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化；同时将厚壁圆柱体9焊接活塞销内孔的中部，这样处理就实现了只增加了较轻的质量的前提下，就可以很好的降低弯矩作用，延长了活塞销的使用寿命。

作为进一步的改进，所述连杆材质为低合金钢，首先对连杆5表面进行渗碳淬火，渗碳淬火处理温度为1000摄氏度，这样就可以得到表面硬度大﹑较高的耐磨性和疲劳强度﹐经过渗碳淬火后的连杆5的中部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受更大的冲击载荷，连杆组承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复惯性力的作用，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此连杆受到压缩、拉伸等交变载荷作用，连杆必须保证足够的疲劳强度和结构刚度。疲劳强度不足，往往会造成52杆身或连杆螺栓7断裂，进而产生整机破坏的重大事故；若刚度不足，则会造成杆身52弯曲变形及连杆大头53的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨；

优选的，所述钛层12为80纳米，所述镍层11为100纳米。连杆经过渗碳淬火之后经过渗碳淬火之后，接着在表面镀上钛，在接着电镀上一层镍，增强连杆的稳定性和耐腐蚀性。本实用新型经过1000次实验测试后得到的负荷大小为39000-44000N。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“均分”、“中部”、“外表面”、“上”、“另一端”、“两端”、 “底部”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“安装”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本实用新型，但是本实用新型不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本实用新型精神和范围内，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种无油活塞的密封曲轴箱，包括曲轴箱体、活塞组及气缸，所述曲轴箱体分为上曲轴箱与下曲轴箱，上曲轴箱与气缸铸造连接为一个整体，其特征在于，所述活塞组包括活塞（1）、活塞环（2）、活塞销（4）、连杆（5），所述连杆（5）包括连杆小头孔（51）、杆身（52）及连杆大头（53），所述连杆小头孔（51）套接在活塞销（4）上，连杆大头（53）与连杆轴瓦（6）通过连杆螺栓（7）连接；所述连杆（5）外表面分别镀有一层钛层(12)和镍层(11)；所述活塞（1）在环形曲面上设有与活塞轴线垂直的环形沟槽，在环形沟槽内设有与气缸内壁贴合的活塞环；所述活塞销（4）为三段式结构，包括两节均分的空心圆柱体（10）与一厚壁圆柱体（9）。

2.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述活塞环(2)为压缩环。

3.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述活塞(1)与活塞环(2)接触的的环形沟槽里有一层软硅胶密封圈。

4.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述厚壁圆柱体(9)与活塞销(4)外壳通过焊接构成一体式结构。

5.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述活塞销（4）的内径为D，厚壁圆柱体的直径为D，厚度为0.2-0.4D。

6.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述连杆(5)为低合金钢或者调制钢。

7.根据权利要求1所述的无油活塞的密封曲轴箱，其特征在于，所述钛层(12)为40-80纳米，所述镍层(11)为40-100纳米。