曲軸為組合式偏心輪軸結構的多支點曲柄機構的製作方法

2023-10-06 10:17:34

專利名稱：曲軸為組合式偏心輪軸結構的多支點曲柄機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種曲軸傳動的曲柄機構，尤其是一種實現原動 機與執行機構之間旋轉與直線往復運動相互轉化的曲軸傳動曲柄機 構的結構改進，屬於機械傳動技術領域。
背景技術：
常見曲柄機構的典型結構如


圖1所示，主要由曲軸、連杆和滑塊 (十字頭或活塞)構成。在曲柄機構中，曲軸(或稱曲柄軸、曲拐軸) 的作用是將原動機的運動轉化成執行機構所需運動形式的重要部件 之一。工作時，曲軸承受周期性交變載荷。傳統的曲柄機構有兩類典
型結構①當曲軸採取整體鍛造(鑄造)製成時，如圖2所示，曲軸 的曲臂、曲柄銷和曲軸的支承軸部位為一整體。受結構限制，該機構 中連杆大端必須採用中開式結構，即連杆大端由連杆蓋、連杆體所組 成，並用兩隻連杆螺4全連接成一體，連杆大端與曲柄配合連接只能採 用剖分式軸瓦支承(參見圖4)，因而連杆與曲柄銷的相對運動只能 是滑動，因此運動副的潤滑要求較高。在整個機構中，有時需要獨立 的潤滑系統對其進行強制潤滑，而且剖分式結構的連杆製造工藝復 雜，同時由於連杆大端的剖分式結構使得連杆的整體剛性受到影響。 對於多曲拐(多聯運動形式的曲柄機構)整體式曲軸，其曲柄銷的加 工、熱處理、磨削等製造工藝更為複雜。由於結構限制，曲軸只能由 兩端軸承支承，使得曲軸的支承跨距大，易產生撓曲變形，不利於承 受較大的彎矩(即由連杆直接傳遞的活塞力)。②當系統中曲軸採用偏 心輪軸結構(參見圖3)時，雖然可以在一定程度上避免因曲拐軸的 曲柄銷加工困難的不利因素，且當曲柄銷簡化為偏心輪結構時連杆大 端不必採用中開式，即在偏心輪盤上安裝滾動軸承作為連杆大端的軸 承，這樣可簡化連杆的加工和裝配的工藝要求，但對於多聯運動形式 的曲柄機構而言，由於結構限制，作為曲柄機構中偏心輪軸結構的曲 軸只能採用跨距大的兩端軸承支承，同樣存在系統剛性差，不利於承 受較大的彎矩(活塞力)之弊端。
檢索發現，申請號為03136914.6的中國專利申請公開了用於大 型十字頭二衝程內燃機的曲軸，包含許多曲拐。每一個曲拐都是由兩 個被曲柄銷連接在一起的曲柄臂組成。曲拐通過許多主軸頸被完整地 相互連接在一起。申請號為02294651.9的中國專利申請^Hf開了分 段偏心軸式柱塞泵曲軸，在缸體內平行等距交錯設置偏心套和若干個 帶齒輪偏心套，主軸貫穿偏心套和帶齒輪偏心套的內孔，偏心套和帶 齒輪偏心套平行等距交錯設置在主軸上，用平4建固定偏心套和帶齒輪 偏心套，主軸的一端部固定設置主軸軸承。此外，申請號 為200510023854.2的中國專利申請公開了 一種紡織機械領域的可拆 卸式組合曲軸，其特徵在於它包括L型帶孔開槽曲軸段、內六角螺釘 和Z型曲軸段。
以上專利申請分別對傳統曲柄機構的曲軸進行了有益的改進，但 均未針對曲軸只能採用跨距大兩端軸承支承的弊端，因此依然存在系 統剛性差、不利於承受較大彎矩的問題。
實用新型內容
本實用新型要解決技術問題是針對以上現有技術存在的弊端或 問題，提出一種曲軸為組合式偏心輪軸結構的多支點曲柄機構，從而 獲得理想的系統剛性，可以承受大彎矩。
為了解決以上技術問題，本實用新型的曲軸為組合式偏心輪軸結 構的多支點曲柄機構包括機體，所述機體上制有至少三處讓開連杆位
置的連體支撐，所述連體支撐制有同心通孔，所述各通孔中分別支撐 可旋轉的分段同軸曲軸，所述相鄰分段曲軸的相對端分別從兩端支撐 對應的偏心輪，並形成周向約束，所述偏心輪的外圓與連杆大端內孔 形成轉動副。
兩種典型的完善結構 1 、所述連體支撐的各通孔中分別支撐可旋轉的分段空心同軸曲軸， 所述相鄰分段同軸曲軸的相對孔中分別支撐對應偏心輪兩端延伸出 的輪軸，並形成周向約束。
2、所述連體支撐的各通孔中分別支撐可旋轉的分^R同軸曲軸，所述 相鄰分段同軸曲軸的外圓分別支撐對應偏心輪兩端延伸出的輪軸內 孔，並形成周向約束。
本實用新型的突出優點如下
1、 由於曲軸由多點支承，因此與傳統大跨距的兩端點支承結構 相比，剛性和強度大大增強，有利於承受較大的彎矩。
2、 各零部件的製造十分簡單，熱處理質量容易控制，摒棄了傳 統整體式曲軸的複雜加工工藝。
3、 拆裝容易，允許轉動副處採用滾動軸承，潤滑方便，有利於 提高曲柄機構的傳動性能。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
圖1:現有典型曲軸傳動曲柄連杆機構結構示意圖。'
圖2:現有曲柄銷軸結構曲軸的示意圖。
圖3:現有偏心輪軸結構曲軸的示意圖。
圖4:現有中開式連杆大端結構的示意圖。
圖5:本實用新型優選實施例的結構示意圖。
圖6:本實用新型優選實施例的應用結構示意圖。
圖7:圖6的剖—見圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例的曲軸為組合式偏心4侖軸結構的多支點曲柄才幾構如圖5 所示，為一種電動往復式柱塞泵，具體是一種三缸水平布置臥式單作 用往復泵，其主要結構為由動力端和液力端兩部分所組成，如圖6、 圖7所示。動力端的主要構件有偏心輪軸結構多點支承組合式曲軸 組件02、連杆04、十字頭14以及裝在連杆大端孔與偏心輪外圓之間 的調心滾子軸承05。連杆小端通過裝有調心滾子軸承17的十字頭銷 軸16與十字頭14鉸接；與連杆05鉸接的十字頭14受機體十字頭滑 道的約束。曲軸組件(參見圖5)的分段曲軸09、 11、 13分別由兩 組軸端調心滾子軸承06和兩組中間調心滾子軸承03支承在機體02 的連體支撐結構上。整個曲軸組件軸向安裝間隙的控制由端蓋08、 尾蓋01以及軸承套07的軸向尺寸的調整來實現。泵的原動力為電機， 電機通過減速機與泵直聯。各偏心輪軸12制有中心油孔，兩端伸出 的輪軸長度小於位於中間的分段曲軸11長度的二分之一，因此由兩 端插入分^:曲軸的中心孔後，相對端面在曲軸中心孔中形成間隔，這 樣便於採取裝配工藝措施。
泵工作時電才幾通過減速^L驅動曲軸，在軸上調心滾子軸《義的約 束下，曲軸繞自身軸線旋轉；通過鍵10的周向約束連接，偏心輪軸 上的偏心軸隨曲軸旋轉，在偏心輪軸上偏心段外圓的約束下，連杆大 端隨偏心段圓心以偏心矩為半徑繞曲軸組件的軸線作圓周運動；通過 連杆桿身、連杆小端將運動傳遞到與其4交接的十字頭上，在泵體滑道 的約束下，十字頭沿滑道中心線作直線往復運動；在十字頭的驅動下，
泵柱塞跟隨十字頭一起作往復運動；隨著柱塞的往復運動使泵液力端 的柱塞腔產生了周期性的容積變化,被輸送介質隨著柱塞腔周期性容 積變化，在液力端閥組件的控制下完成吸入排出的過程，泵便形成了 周而復始的工作循環。
工作過程為當執行機構裝置的運動為往復運動時原動機的旋 轉由曲軸軸頭段09傳入，通過鍵10驅動偏心輪軸12、曲軸中間段 11和曲軸末段13 —起繞曲軸支承段的軸線轉動；在偏心輪軸12的 偏心輪作用下，連杆大端04隨偏心圓心，以偏心矩為半徑繞曲軸支 承段軸線作圓周運動，與此同時，在機體02的圓柱滑道限制下，與 連杆小端15鉸接的十字頭14隨著十字頭銷16 —起作直線往復運動。
為了傳遞較大扭矩以及便於裝配時定位，各偏心輪軸上的鍵:槽角向位
置分別與其偏心距的角向位置一致(圖中未示)。當執行機構裝置的
運動為旋轉運動時，曲柄機構的運動過程與上述過程相反(參見圖6、 圖7)。
在多聯運動形式的曲柄機構中本實用新型方案的曲軸很容易實 現多點支承，與傳統整體式曲軸相比，傳統結構的曲軸因結構條件的 限制，只能採用大跨距的兩端點支承，致使原機構系統剛性較差，而 本實用新型方案多點支承結構使曲柄的受力狀況可簡化為任意二點 支承間的簡支梁，曲軸的剛度和強度得以增加，有利於承受較大的彎 矩(活塞力)。
在多聯運動形式的曲柄機構中本實用新型方案簡化並優化了曲 軸的加工工藝。與傳統整體式曲軸相比，原工件因坯件複雜的外形其 鑄造或鍛造工藝要求較高，而本實用新型方案的坯件鑄造或鍛造工藝 要簡單得多；在機械加工工藝方面，由於其整體結構工件形狀複雜， 工件的尺寸公差和形位公差的精度要求難以保證，而本實用新型方案
因將原結構分解成若干個簡單幾何體的組合，其尺寸公差和形位公差
則很容易得以控制；在熱處理工藝方面，由於整體結構的曲軸其複雜 的幾何形狀給要想通過用局部的處理方法獲得綜合的物理性能和機 械性能帶來了困難，而本實用新型方案則要容易得多。
本實用新型方案中連杆大端04採用整體結構代替中開式結構， 其與偏心輪軸12的支承形式以調心滾子軸承05代替原結構中剖分式 結構的滑動軸承。歸納起來，本實施例具有以下特點
1 、整體式連杆大端的結構使得連杆本體的強度和剛性增加。
2 、整體式連杆大端的結構使得連杆工件的機械加工工藝過程與 中開式連杆大端結構的連杆工件的機械加工工藝過程相比要簡單得 多。
3、整體式連杆大端的結構使連杆工件在機加工工藝中容易獲得 更高的尺寸精度和形位公差精度。
4 、整體式連杆大端的結構在裝配中由於其與偏心輪軸的支承形
式採用調心滾子軸承；連杆小端與十字頭銷的支承形式採用調心滾子 軸承，這種裝配結構可最大限度的消除裝配時和運動中產生的接觸應 力，以保證機構在工作中運動流暢，使機構在工作中獲得較高的機械效率。
5、整體式連杆大端的結構由於其運動副的運動方式在本實用新 型方案中採用的是滾動摩擦，其運動副的潤滑條件要求與滑動摩擦的 潤滑條件要求相比要簡單得多，在運動中只需要對運動副採用飛濺潤 滑和予注潤滑脂就可滿足運動的潤滑要求。
除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡採用等 同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範 圍。
權利要求1. 一種曲軸為組合式偏心輪軸結構的多支點曲柄機構，包括機體，其特徵在於所述機體上制有至少三處讓開連杆位置的連體支撐，所述連體支撐制有同心通孔，所述各通孔中分別支撐可旋轉的分段同軸曲軸，所述相鄰分段曲軸的相對端分別從兩端支撐對應的偏心輪，並形成周向約束，所述偏心輪的外圓與連杆大端內孔形成轉動副。
2. 根據權利要求1所述的多支點曲柄機構，其特徵在於所述 分段同軸曲軸為空心軸，所述相鄰分段同軸曲軸的相對孔中分別支撐 對應偏心輪兩端延伸出的輪軸，並形成周向約束。
3. 根據權利要求1所述的多支點曲柄機構，其特徵在於所述 相鄰分段同軸曲軸的外圓分別支撐對應偏心輪兩端延伸出的輪軸內 孔，並形成周向約束。
4. 根據權利要求2所述的多支點曲柄機構，其特徵在於所述 偏心輪的輪軸制有中心油孔，且輪軸長度小於分段曲軸長度的二分之 一，所述相鄰輪軸由兩端插入分段曲軸的中心孔後，相對端面在曲軸 中心孔中形成間隔。
5. 根據權利要求2或3所述的多支點曲柄機構，其特徵在於 所述偏心輪軸上的鍵槽角向位置與其偏心距的角向位置一致。
6. 根據權利要求5所述的多支點曲柄機構，其特徵在於所述 連杆大端孔與偏心輪外圓之間裝有調心滾子軸承。
7. 根據權利要求6所述的多支點曲柄機構，其特徵在於所述 分段曲軸由調心滾子軸承支承在機體的連體支撐上。
專利摘要本實用新型涉及一種曲軸為組合式偏心輪軸結構的多支點曲柄機構，屬於機械傳動技術領域。該機構包括機體，機體上制有至少三處讓開連杆位置的連體支撐，連體支撐制有同心通孔，各通孔中分別支撐可旋轉的分段同軸曲軸，相鄰分段曲軸的相對端分別從兩端支撐對應的偏心輪，並形成周向約束，偏心輪的外圓與連杆大端內孔形成轉動副。本實用新型的突出優點是剛性和強度大大增強，有利於承受較大的彎矩；各零部件的製造十分簡單，熱處理質量容易控制；拆裝容易，允許轉動副處採用滾動軸承，有利於提高曲柄機構的傳動性能。
文檔編號F16H21/18GK201078449SQ20072004593
公開日2008年6月25日 申請日期2007年9月10日 優先權日2007年9月10日
發明者嚴建華, 豫 宋, 張生昌, 陳根生 申請人:江蘇雙達隔膜泵製造有限公司;陳根生