專利名稱：構(gòu)造的特別是用于中速運行的四沖程柴油機的曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分的構(gòu)造的曲軸。
背景技術(shù)：
一個曲軸原則上包括曲拐、與之一起在主軸承中運行的軸銷、曲軸銷(曲柄銷)、連接的帶有位于其上的配重的曲柄臂。
在曲軸上將振動運動轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)運動。較大的曲軸被自由地預(yù)先鍛造，然后與旋轉(zhuǎn)到正確位置上的曲拐一起最終鍛造并且最終加工。
通常已知的整體式的用于內(nèi)燃機的曲軸大多數(shù)由一種鍛造的部件制成并且要求昂貴的切削加工。整體式的結(jié)構(gòu)方式雖然給曲軸在例如對于中速運行柴油機所需要的大小上提供良好的穩(wěn)定性，但是很難允許有損傷部段的事后維修以及可高承載的軸承的使用。
帶有非常小的沖程半徑(曲柄半徑)的連桿軸承銷(曲柄)可以按偏心器的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成。連桿軸承銷的中心位于曲軸中心之外，因此產(chǎn)生徑向朝外指向的離心力。為了平衡，由此通常在曲柄臂上設(shè)置配重。
特別是在例如應(yīng)用于船泊或電廠中采用的大型往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的情況下，通常提供具有不同缸數(shù)的發(fā)動機類型。因此對于每一缸數(shù)必須鍛造專門的曲軸。這不僅要求高的制造費用，而且要求較長的供貨時間，因為將所有任何時候需要的曲軸保持在倉庫中是不經(jīng)濟的。
對于中速運行的四沖程柴油機，沖程長度s與缸徑D的比例與慢速運行的二沖程發(fā)動機相比較小并且缸壓力P缸通常較高，使得主軸承銷和曲柄銷的橫截面總是重疊，因此至今在該領(lǐng)域內(nèi)實際上未實現(xiàn)構(gòu)造的曲軸。
但是已經(jīng)建議一些曲軸，其中各曲軸部段、配重和曲柄銷與其他元件無關(guān)地分開并且又可以拼合。這些曲軸應(yīng)該可以由儲存的零件容易地制造并且無需特別的知識就能組裝。
構(gòu)造的曲軸的一些構(gòu)思是已知的并且在實踐中已經(jīng)實施，其中曲柄臂構(gòu)成為盤，盤的尺寸使得它同時也能一起支承主軸承銷。制成為獨立的零件的連桿軸承銷，壓縮或擰入到該盤中或者以其他方式與該盤連接。
按DE-PS 347 103，插入到曲柄臂中的銷偏心地安裝在軸件上，使得它們與中心的距離大于曲柄半徑(等于活塞沖程的一半)。另外連接至曲柄臂的連接元件的幾何體小于銷直徑。為了在曲柄臂中在各孔之間保持足夠用于銷的中間壁厚，或者必須選擇較大的沖程，或者必須將曲柄與軸構(gòu)成整體式的。在此沖程在任何情況下的大小，使得絕對不出現(xiàn)主軸承銷與曲柄銷在曲軸徑向方向上的重疊。

發(fā)明內(nèi)容
由此本發(fā)明的任務(wù)是實現(xiàn)一種用于構(gòu)造的曲軸的結(jié)構(gòu)，該曲軸具有與慢速運行的二沖程發(fā)動機相比較小的沖程半徑，該結(jié)構(gòu)允許以確定數(shù)量的往復(fù)活塞的任意長度簡單廉價的制造并且允許如下應(yīng)用情況活塞沖程s與主軸承銷及連桿支承銷/曲柄支承銷的相加的直徑的總和之比小于1(s＜DGLZ+DPLZ)；GLZ＝主軸承銷，PLZ＝連桿軸承銷。
這由于在大多數(shù)實際的應(yīng)用情況下活塞沖程s與活塞直徑D之比明顯小于2。大多數(shù)應(yīng)用構(gòu)造的曲軸的慢速運行的二沖程柴油機實際上具有s/D約等于2或者甚至大于2。
這按本發(fā)明如下實現(xiàn)，即用于建立主軸承銷、連桿軸承銷和曲柄臂的單個元件按模塊原理摩擦連接或形狀配合連接或者摩擦連接且形狀配合連接，使得通過選擇合適的用于單個元件的接觸幾何體，主軸承銷和曲柄銷的橫截面沿曲軸的徑向方向可以重疊，使得曲柄半徑可以小于或等于主軸承銷和連桿軸承銷的相加的半徑總和。
當(dāng)然本發(fā)明的措施可以通過相應(yīng)的尺寸設(shè)計也應(yīng)用于如下構(gòu)造的曲軸，即其曲柄半徑可以大于主軸承銷和連桿軸承銷的相加的半徑總和。
因此得到高的靈活性和短的供貨時間，因為曲軸毛坯可以非常快地由倉儲的單件構(gòu)成。
曲軸的由多個可容易得到的單個元件的這種組裝通常適用于任何形式的往復(fù)活塞式機械，例如內(nèi)燃機、泵、增壓器和壓縮機。
對于以半成品形式的單個元件的生產(chǎn)，考慮明顯更大的范圍的供貨商。另外因為構(gòu)造的曲軸的制造工藝明顯不同于傳統(tǒng)的鍛造的曲軸，所以避免生產(chǎn)瓶頸和至少使其影響顯著緩和。
在轎車和貨車制造領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)批量采用的新軸承技術(shù)的引入至今在中速運行的柴油機中不能采用，因為它們以硬化的曲柄銷為前提。在該規(guī)模的單件式的曲軸中，銷變軟，因為必須考慮軸承損傷的后處理。另外在銷的感應(yīng)硬化的情況下害怕制造復(fù)雜性的增加，這實際上反正已經(jīng)被認為是很高的。


下面借助于若干實施例詳細解釋本發(fā)明。
在以下各附圖中圖1至4顯示一種模塊原理，它包括以連桿軸承銷、主軸承銷和曲柄臂形式的三個不同的元件；圖5顯示一種模塊原理，其中為了在曲柄臂中的摩擦連結(jié)和形狀配合連接，設(shè)置一個支持裝置，它包括多個帶有配合合理的支承面的中間件；圖6顯示一種模塊原理，其中主軸承銷和連桿軸承銷借助于至少兩個不同的可插入到曲柄臂中的單個元件構(gòu)成；圖7至8顯示一種模塊原理，其中曲軸的單個元件基本上包括一個主軸承銷和一個由兩個曲柄臂與一個連桿軸承銷構(gòu)成的整體式的曲拐；圖9至11顯示一種模塊原理，其中不僅在主軸承而且在連桿軸承銷兩側(cè)成型曲柄臂的一個分件；圖12顯示一種模塊原理，其中不僅主軸承銷而且連桿軸承銷兩側(cè)構(gòu)成有插塞連接元件。
具體實施例方式
圖1的曲軸8的模塊原理包括以連桿軸承銷1、主軸承銷2和曲柄臂3形式的三個不同的元件。
不僅連桿軸承銷1而且主軸承銷2在兩側(cè)具有圓柱形的收縮連接元件1a、b；2a、b，它們偏心地成型在軸承銷1、2上，使得在曲柄臂3中產(chǎn)生一個圓柱形的摩擦的收縮連接，其中用于收縮連接元件1a、b；2a、b的容納孔4、5在曲柄臂3中構(gòu)成為兩個完全彼此分開的圓柱形的收縮接合面6、7。
該模塊原理的另一特別有利的變形方案顯示于圖2中。不僅連桿軸承銷10而且主軸承銷11在兩側(cè)具有收縮連接元件10a、b；11a、b，它們成對地設(shè)置在曲柄臂13中的一個相應(yīng)的配合孔12內(nèi)，使得對應(yīng)的支承面14、15互補地設(shè)置在收縮連接元件10a、b；11a、b上，因此在一個曲柄臂13中各一個連桿軸承銷10和一個主軸承銷11摩擦連接且形狀配合連接，并且通過互補定向的支承面14、15相對于曲軸16的軸線的定向至少往復(fù)運動的角度位置是可變的。
圖3顯示圖2實施形式的一種變型方案，因此也采用相同的附圖標(biāo)記。另外在曲柄臂13上成型重量平衡元件18。
圖4顯示另一特別有利的變型方案。收縮連接元件10a、b；11a、b分別具有一個半圓柱形的結(jié)構(gòu)并且在兩個相應(yīng)的支承面14、15放置在一起時基本上構(gòu)成一個圓柱形的幾何體，因此各一個連桿軸承銷10和主軸承銷11摩擦連接地且形狀配合連接地在曲柄臂13的一個圓柱形孔內(nèi)拼合。
例如十八缸V形內(nèi)燃機的一個曲軸8、16在采用上述模塊原理37時需要單個零件(一個在離合器側(cè)的軸端、一個在離合器相對端的軸端、十八個曲柄臂3、13、八個主軸承銷2、11和九個連桿軸承銷1、11)。
按圖5的實施例，在曲柄臂13中的摩擦連接且形狀配合連接通過一個或多個帶有配合合理的支承面的中間件19、20進行支持。
按圖6，主軸承銷21和連桿軸承銷22借助于至少兩個不同的可插到曲柄臂23中的單個元件構(gòu)成，它們在彼此平行的方向上錯開銷21、22的中心并且使單個元件還附加地在曲柄臂23中相互擰緊。
按本發(fā)明的另一有利的結(jié)構(gòu)，圖7顯示曲軸30的各個元件基本上可以包括一個主軸承銷31和一個由兩個曲柄臂33與一個連桿軸承銷34構(gòu)成的整體式的曲拐32，其中一個主軸承銷31可以通過曲柄臂33中的一個圓柱形的孔35或者一個圓柱形的杯狀的凹槽與曲拐32摩擦連接。
作為另一優(yōu)選的實施例，圖8顯示曲軸40的單個元件基本上包括一個不僅可以用作為主軸承銷而且可以用作為連桿軸承銷的曲拐41和一個收縮環(huán)42，借此每兩個曲拐41可以摩擦連接。
圖9顯示本發(fā)明的另一有利的變型方案。不僅在主軸承銷50而且在連桿軸承銷51上在兩側(cè)成型一個曲柄臂的一個分件50a、51a、b。這些分件具有支承面52、53，因此各主軸承銷50和連桿軸承銷51可以在互補地構(gòu)成的支承面52、53上組裝并且各分件對50a、51b可以借助于膨脹螺釘54連接。另外在分件對50a、51b上可以擰上質(zhì)量平衡元件55。
圖10和11顯示圖9的實施例的兩種另外的變型方案，它們可以簡單地由附圖得出，而不更詳細地解釋。
圖12顯示另一實施例。不僅主軸承銷60而且連桿軸承銷61在兩側(cè)構(gòu)成有插塞連接元件60a、61a、b，使得相應(yīng)地兩個相互互補地作用的插塞連接元件60a、61a在構(gòu)成相應(yīng)曲柄臂的情況下相互插入并且分別在一個曲柄臂上可以螺紋緊固上一個平衡重量62。插塞連接另外可以借助于膨脹螺釘65固定。
另外在由多個模塊件組裝的曲軸的上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可能較容易的是，即使在用于中速運行的柴油機的曲軸中也采用硬化的銷，并且從而采用現(xiàn)代的滑動軸承類型，它們要求這種情況并且因此至今在這種發(fā)動機中沒有在廣泛的應(yīng)用。另外在由多個模塊件組裝的曲軸的上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可能較容易的是，在制造或檢驗過程期間被確認為有缺陷的曲軸部件的問題通過采用另一構(gòu)件而消除。另外在由多個模塊件組裝的曲軸的上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可能較容易的是，對于在發(fā)動機運行中由于軸承咬住或類似情況產(chǎn)生的曲軸上的重大損傷時，也可以僅通過更換有損傷的部分進行維修。
權(quán)利要求
1.特別用于中速運行的四沖程柴油機的構(gòu)造的曲軸，它由用于可拆式拼合多個主軸承銷、連桿軸承銷和曲柄臂的單個元件構(gòu)成，其特征在于各單個元件按模塊原理摩擦連接或形狀配合連接或者摩擦連接且形狀配合連接，使得通過選擇合適的用于單個元件的接觸幾何體，主軸承銷和曲柄銷的橫截面沿曲軸的徑向方向可以重疊，使得曲柄半徑可以小于或等于主軸承銷和連桿軸承銷的相加的半徑總和。
2.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于模決原理包括三個以一個連桿軸承銷、一個主軸承銷和一個曲柄臂形式的不同元件。
3.按權(quán)利要求2的構(gòu)造的曲軸，其特征在于不僅連桿軸承銷(1)而且主軸承銷(2)在兩側(cè)具有圓柱形的收縮連接元件(1a、b；2a、b)，它們偏心地成型到軸承銷上，使得在曲柄臂(3)中建立圓柱形的摩擦的收縮連接，其中在曲柄臂(3)中的用于收縮連接元件(1a、b；2a、b)的容納孔(4、5)可以構(gòu)成為兩個完全彼此分開的圓柱形的收縮接合面(6、7)(圖1)。
4.按權(quán)利要求2的構(gòu)造的曲軸，其特征在于不僅連桿軸承銷(10)而且主軸承銷(11)在兩側(cè)具有成對地接連放置在曲柄臂(13)中的一個相應(yīng)配合孔(12)內(nèi)的收縮連接元件(10a、b；11a、b)，使得相應(yīng)的支承面(14、15)互補地設(shè)置在收縮連接元件(10a、b；11a、b)上，因此在曲柄臂(13)中相應(yīng)連桿軸承銷(10)和主軸承銷(11)摩擦連接且形狀配合連接，并且通過互補地構(gòu)成的支承面(14、15)相對于曲軸(16)的軸線相應(yīng)的定向至少往復(fù)運動的角位置是可變的(圖2)。
5.按權(quán)利要求4的構(gòu)造的曲軸，其特征在于收縮連接元件(10a、b；11a、b)分別具有半圓柱形的結(jié)構(gòu)并且在兩個相應(yīng)的支承面(14、15)放置在一起時基本上構(gòu)成一個圓柱形的幾何體，因此連桿軸承銷(10)和主軸承銷(11)相應(yīng)摩擦連接及形狀連接地在曲柄臂(13)的圓柱形孔內(nèi)拼合(圖4)。
6.按權(quán)利要求4的構(gòu)造的曲軸，其特征在于為在曲柄臂(13)中的摩擦連接及形狀配合連接通過一個或多個帶有配合合理的支承面的中間件(19、20)進行支持(圖5)。
7.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于主軸承銷(21)和連桿軸承銷(22)借助于至少兩個不同的可插到曲柄臂(23)中的單個元件構(gòu)成，它們在彼此平行的方向上與銷(21、22)的中心錯開并且單個元件還可以附加地在曲柄臂(23)中相互螺紋緊固(圖6)。
8.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于曲軸(30)的單個元件基本上包括主軸承銷(31)和由兩個曲柄臂(33)與一個連桿軸承銷(34)構(gòu)成的整體式的曲拐(32)，其中主軸承銷(31)可以通過曲柄臂(33)中的一個圓柱形的孔(34)或者一個圓柱形的杯狀的凹槽與曲拐(32)摩擦連接(圖7)。
9.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于曲軸(40)的單個元件基本上包括不僅可以用作為主軸承銷而且可以用作為連桿軸承銷的曲拐(41)和收縮環(huán)(42)，借此每兩個曲拐(41)可以摩擦連接(圖8)。
10.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于不僅主軸承銷(50)而且連桿軸承銷(51)在兩側(cè)成型曲柄臂的分件(50a、51a、b)，這些分件具有支承面(52、53)，因此相應(yīng)地主軸承銷(50)和連桿軸承銷(51)可以在互補地成型的支承面(52、53)上組裝并且相應(yīng)地分件對可以借助于膨脹螺釘(54)連接(圖9)。
11.按權(quán)利要求1的構(gòu)造的曲軸，其特征在于不僅主軸承銷(60)而且連桿軸承銷(61)在兩側(cè)具有插塞連接元件(60a、61a、b)，使得相應(yīng)地兩個相互互補地作用的插塞連接元件(60a、61a)在構(gòu)成相應(yīng)曲柄臂的情況下相互插入并且分別在一個這樣的曲柄臂上可以與一個平衡重量(62)螺紋緊固(圖12)。
12.按上述權(quán)利要求之一的構(gòu)造的曲軸，其特征在于其通過單個元件的相應(yīng)的尺寸設(shè)計也可以應(yīng)用于如下的構(gòu)造的曲軸，其曲柄半徑可以大于主軸承銷和連桿軸承銷的相加的半徑總和。
全文摘要
為了實現(xiàn)一種具有特別是用于中速運行四沖程柴油機的典型的沖程半徑的構(gòu)造的曲軸，它允許簡單廉價地以確定數(shù)量往復(fù)活塞的任意長度制造，活塞沖程s與主軸承銷及連桿支承銷的相加的直徑的總和之比小于1，規(guī)定單個元件(1、2、3)按模塊原理摩擦連接或形狀配合連接或者摩擦連接且形狀配合連接，使得主軸承銷(2)和曲柄軸承銷(1)的橫截面在曲軸(8)的徑向方向可以重疊，使得曲柄半徑可以小于或等于主軸承銷和連桿軸承銷的相加的半徑總和。
文檔編號F16C3/10GK101025185SQ200710005998
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者M·比爾, N·朗格, R·斯托克 申請人:曼柴油機歐洲股份公司