CN212250243U - 一种两冲程发动机及其曲柄结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种两冲程发动机曲柄结构，包括曲轴组件，所述曲轴组件包括曲柄一、曲柄二以及用于连接曲柄一和曲柄二的连接柄，所述连接柄与曲柄一和曲柄二之间连接有缸体活塞连杆，其特征在于：所述曲柄一包括与连接柄连接的曲柄盘一和长轴，所述曲柄盘一具有开度180°以下的扇形盘，且所述曲柄盘一与长轴之间设置有与所述曲柄一一体的偏心轮，所述曲轴组件的质心位于轴线上。本实施例的发动机以及曲柄结构，能够减轻重量减小体积。

Description

一种两冲程发动机及其曲柄结构

技术领域

本实用新型涉及一种两冲程发动机曲柄结构，尤其涉及适用于重油燃烧以及考虑混合工质燃烧类型的航空发动机。

背景技术

现有二冲程对置式曲柄连杆结构多用于常规自然吸气活塞式汽油机，少有针对重油燃烧以及考虑混合工质燃烧类型发动机。目前仅出现两条应用路线，一条是由压装偏心轮于曲轴上带动气泵进行压缩作功实现供气，另一条是在活塞式单缸发动机上设计偏心轴，偏心轴随曲柄运行带动活塞进行作功。

此两种应用路线均有瑕疵，第一条应用路线中，虽然能够实现曲轴带气泵运行，实现发动机集成气泵，但是在运行过程中会出现许多问题，诸如：曲轴有效寿命缩短，由于平衡问题引入发动机的不平衡扰动，造成发动机曲柄销位置出现偏磨，轴承运行不畅问题加重，长期使用可能会出现保持架断裂等问题，甚至会造成发动机报废，此其一，该应用过程无法考虑发动机设计物理边界问题，只可满足现有发动机产品，无法实现系列化产品，此其二，由于曲轴已定，则发动机也无法真正意义上实现轻量化设计目标，此其三。在第二条应用路线中，虽然实现偏心曲轴设计，但是仅适用于低速机，且为单缸机，高转速会由于振动问题加剧偏心轴磨损，造成轴承运行不畅问题，加速发动机失效，且运行过程中噪声过大，长期运行后长轴互换性差等问题出现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两冲程发动机的曲柄结构，用于解决现有带气泵活塞组件后存在的曲柄组件质量大、轴向尺寸长的问题。

为实现上述目的，本实用新型是这样设计的：一种两冲程发动机曲柄结构，包括曲轴组件，所述曲轴组件包括曲柄一、曲柄二以及用于连接曲柄一和曲柄二的连接柄，所述连接柄与曲柄一和曲柄二之间连接有缸体活塞连杆，其特征在于：所述曲柄一包括与连接柄连接的曲柄盘一和长轴，所述曲柄盘一具有开度180°以下的扇形盘，且所述曲柄盘一与长轴之间设置有与所述曲柄一一体的偏心轮，所述曲柄组件的质心位于轴线上。通过上述设计，能够降低曲柄结构的质量和轴向尺寸。且通过曲柄一的曲柄盘一的异型设计，配合偏心轮的一体设计，能够调整曲柄结构的质心位于轴线上。

进一步的，所述曲柄一的偏心轮上装设有气泵活塞组件。

进一步的，所述气泵活塞组件包括套设在所述偏心轮外壁的轴承，以及套设在所述轴承外的气泵连杆。

一种两冲程发动机，包括上述曲柄结构，还包括可装卸的前箱体和后箱体，所述曲柄二通过轴承支承在后箱体上，所述曲柄一通过轴承支承在前箱体上，所述连接柄位于所述前箱体和后箱体围合的空腔内，所述偏心轮以及气泵活塞组件设置在前箱体内。

优选的，所述前箱体上设置有与气泵箱体连接的合箱面，所述气泵连杆伸出所述合箱面。

另外，本实用新型中的曲柄结构采用新材料20Cr2Ni4A制作。

有益效果：

本实用新型的两冲程发动机以及曲柄结构，主要应用于航空发动机，更主要的引用于航空无人机上，具有以下优势：

1、与原有工程样机设计边界相比，在满足无人机发动机使用边界前提下，将气泵活塞与曲轴实现集成，使得曲轴轴向尺寸边界缩短17%。

2、与原有曲轴相比，在满足发动机工况前提下，曲轴降重率在11.4%。

3、与原有曲轴相比，满足平衡要求，平衡率增长2.8%。

4、本实用新型的曲轴结构使用新材料20Cr2Ni4A与原有CAE分析强度结果相比，薄弱处强度提高，抗疲劳能力加强。

5、曲轴整体设计，提升曲轴整体集成度，降低装配工艺及相应工装设计制造风险，使发动机整机结构更优化，系统复杂程度降低，零部件数量减少。

附图说明

图1为实施例中曲柄结构轴测图；

图2为实施例中曲柄一的正视图；

图3为实施例中曲柄一的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1-3所示，本实施例提供一种主要应用于航空发动机的两冲程发动机曲柄结构，包括曲轴组件。其中，所述曲轴组件包括曲柄一5、曲柄二2以及用于连接曲柄一和曲柄二的连接柄3，所述连接柄处设置有用于连接两缸发动机缸体活塞的缸体连杆。在本实施例中，所述曲柄一包括与连接柄连接的曲柄盘一51和长轴53，所述曲柄盘一具有开度180°以下的扇形盘，且所述曲柄盘一与长轴之间设置有与所述曲柄一一体的偏心轮53。

本实施例的曲轴结构，按照以下进行设计：

1、采用正向平衡设计，确定曲轴平衡质心位置（需位于轴线上）、曲柄配重以及配重结构样式，将曲轴分割平衡配置区域，按照第一平衡区域和第二平衡区域分割，确定重要参数值理论平衡率数值。

其中，参考图2，曲柄一的长轴的轴心点划水平线，位于水平线以上的为第一平衡区域，位于水平线以下的为第二平衡区域。需保证曲轴组件的质心位于长轴的轴线上。

2、按照第三强度理论（最大切应变理论），应用CAE分析工具，确定材料选取安全系数，选用新材料20Cr2Ni4A，判断设计目标强度、刚度等设计指标达标情况。

3、按照给定设计输入，确定曲轴各项物理尺寸的达标情况，确定发动机边界的达标情况。

4、按照轻量化设计原则，根据CAE分析工具，优化结构参数，实现曲轴轻量化设计目标。

在本实施例中，所述偏心轮52上压装有气泵活塞组件6。所述气泵活塞组件包括套设在所述偏心轮外壁的滚针轴承62，以及套设在所述轴承外的气泵连杆63。

装配时，并且采用通过专用工装夹具，以及成熟的热处理方式，保证产品工艺性，实现产品的可加工性，保障产品的入厂检验质量。通过曲柄一的偏心轴径段设计，实现气泵组件在发动机上的集成。采用本实施例的应用于航空无人机的两冲程发动机曲柄结构，与原有工程样机设计边界相比，在满足无人机发动机使用边界前提下，将气泵活塞与曲轴实现集成，使得曲轴轴向尺寸边界缩短17%。与原有曲轴相比，在满足发动机工况前提下，曲轴降重率在11.4%。与原有曲轴相比，满足平衡要求，平衡率增长2.8%。

另外，本实施例中的曲轴组件使用新材料20Cr2Ni4A与原有CAE分析强度结果相比，薄弱处强度提高，抗疲劳能力加强。

而且，曲轴组件整体设计，提升曲轴整体集成度，降低装配工艺及相应工装设计制造风险，使发动机整机结构更优化，系统复杂程度降低，零部件数量减少。

实施例2：如图1-3所示，本实施例提供一种用于航空无人机的发动机，本实施例中的发动机采用实施例1中的曲柄结构。

本实施例中的发动机包括可装卸的前箱体7和后箱体8，所述后箱体中设置有轴承座，轴承座内安装有后轴承11，曲柄二的轴部分支承在所述后轴承中。所述前箱体轴设置有轴承座一，所述轴承座一中安装有中轴承9，所述前箱体中还设置有远离后箱体的轴承座二，所述轴承座二中安装有前轴承10，所述曲柄一的长轴支承在所述中轴承和前轴承中，并且由前轴承伸出所述前箱体。

所述连接柄位于所述前箱体和后箱体围合而成的空间内。所述气泵活塞组件位于前箱体内，且安装于与曲柄一一体化的偏心轮上。且在所述前箱体上还设置有与气泵箱体连接的合箱面，所述气泵活塞组件的气泵连杆由所述合箱面伸出并且与气泵的活塞61连接。而伸出前箱体的曲柄一的长轴与螺旋桨盘12连接。

装配时，并且采用通过专用工装夹具，以及成熟的热处理方式，保证产品工艺性，实现产品的可加工性，保障产品的入厂检验质量。通过曲柄一的偏心轴径段设计，实现气泵组件在发动机上的集成。

本实施例的两冲程发动机，主要应用于航空无人机上，与原有工程样机设计边界相比，在满足无人机发动机使用边界前提下，将气泵活塞与曲轴实现集成，使得曲轴轴向尺寸边界缩短17%。发动机的降重率在11.4%。

Claims (5)

1.一种两冲程发动机曲柄结构，包括曲轴组件，所述曲轴组件包括曲柄一、曲柄二以及用于连接曲柄一和曲柄二的连接柄，所述连接柄与曲柄一和曲柄二之间连接有缸体活塞连杆，其特征在于：所述曲柄一包括与连接柄连接的曲柄盘一和长轴，所述曲柄盘一具有开度180°以下的扇形盘，且所述曲柄盘一与长轴之间设置有与所述曲柄一一体的偏心轮，所述曲轴组件的质心位于轴线上。

2.如权利要求1所述的两冲程发动机曲柄结构，其特征在于：所述曲柄一的偏心轮上装设有气泵活塞组件。

3.如权利要求2所述的两冲程发动机曲柄结构，其特征在于：所述气泵活塞组件包括套设在所述偏心轮外壁的轴承，以及套设在所述轴承外的气泵连杆。

4.一种两冲程发动机，包括权利要求3所述的曲柄结构，其特征在于：包括可装卸的前箱体和后箱体，所述曲柄二通过轴承支承在后箱体上，所述曲柄一通过轴承支承在前箱体上，所述连接柄位于所述前箱体和后箱体围合的空腔内，所述偏心轮以及气泵活塞组件设置在前箱体与后箱体围合成的腔体内。

5.如权利要求4所述的两冲程发动机，其特征在于：所述前箱体上设置有与气泵箱体连接的合箱面，所述气泵连杆伸出所述合箱面。

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