专利名称：曲轴为组合式曲柄销轴结构的多支点曲柄机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种曲轴传动的曲柄机构，尤其是一种实现原动机与 间滋结构改进，属于机械传动技术领域。
技术背景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^C受周期性交变载荷。传统的曲柄才几构有两类典型结构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。 奸于多曲拐(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 尚端轴承支承，使得曲轴的支承跨距大，易产生挠曲变形，不利于承 :fe痠大的弯矩(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4关运动形式 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 型十字头二沖程内燃机的曲轴，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。 发明内容本发明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曲柄销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，本发明的曲轴为组合式曲柄销轴结构的 多支点曲柄机构基本技术方案为包括机体，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^a同轴曲轴，所述相邻分#爻曲轴的相对端分 别制有对应的偏心结构，所述对应偏心结构分别支撑曲柄销轴的两端 部，所述曲柄销轴的外圆穿插在连杆一端的内孔中，所述偏心结构与 曲柄销轴之间以及所述曲柄销轴的外圆与连杆一 端的内孔之间至少 一处形成转动副。根据以上本发明的基本技术方案，本领域技术人员容易理解的几种典型实施结构如下1) 、所述相邻分^a曲轴的相对端分别制有对应的偏心孔，所述对应偏心孔分别支撑曲柄销轴的两端；所述曲柄销轴的外圓穿插在连杆一端的内孔中，并形成转动副。2) 、所述相邻分段曲轴的相对端分别制有对应的偏心轴，所述对应偏 心轴分别支撑曲柄销轴的两端中心孔；所述曲柄销轴的外圆穿插在连 杆一端的内孔中，并形成转动副。3) 、所述相邻分段曲轴的相对端分别制有对应的偏心孔，所述对应偏 心孔分别支撑曲柄销轴的两端，并形成转动副；所述曲柄销轴的外圓 穿插在连杆一端的内孔中。4) 、所述相邻分^:曲轴的相对端分别制有对应的偏心轴，所述对应偏 心轴分别支撑曲柄销轴的两端中心孔，并形成转动副；所述曲柄销轴 的外圆穿插在连杆一端的内孔中。本发明的突出优点如下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筒单，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^c,润滑方i^更，有利于 提高曲柄机构的传动性能。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。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:本发明优选实施例的结构示意图。图6:本发明优选实施例的应用结构示意图。图7:图6的剖3见图。
具体实施方式
实施例一本实施例为优选组合式曲柄销轴结构的多支点曲柄机构，如图5 所示，具体是应用在一种电动往复式柱塞泵的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、连杆06、十字头16以及装在连杆大端孔与曲柄销轴之间的调 心滚子轴承07。具体而言，曲轴的支承段由同轴的曲轴轴头段12、中间段13和 末段15组成，它们分别由轴端支承轴承09和中间支承轴承05支承 在与机体02连体的支撑结构的相应通孔中。曲柄销轴14的两端分别 装入曲轴中间段13、曲轴轴头段12或曲轴末段15端面制出的对应 偏心孔中，形成固定支承。连杆大端06通过连杆大端调心滚子轴承 07装配在曲柄销轴14的外圆上，连杆大端调心滚子轴承07内圈的
两端面各装有一个隔圈08,以使连杆大端轴向定位。两端的分^a曲轴分别制有向内的轴肩，与枳i体02固连的端盖11 和尾盖01分别通过各自的止口端面以及调心滚子轴承抵靠在对应的 分段曲轴的轴肩上，形成对分段曲轴的周向定位约束，各分段曲轴之 间装有套在曲柄销轴上的隔圈08。曲轴末萃殳15外端固定销轴顶座03, 该销轴顶座03上装有顶靠在此处的曲柄销轴轴端的紧定螺4丁 04，各 相邻曲柄销轴的相对端面相互抵靠。因此，分段曲轴构成的曲轴组件 在机体02上的轴向定位结构是端盖11 (轴承座10处)或尾盖01 的止口端面把装配予紧力推向轴端支承轴承调心滚子轴承外圈，使轴 承压向曲轴轴头4爻12和曲轴末^更15的轴肩，曲轴轴头萃殳12和曲轴 末段15通过曲柄销轴14上的隔圈08以及连杆大端调心滚子轴07 内圈端面把予紧力推向曲轴中间段13，实现曲轴支浮义段的刚性连接。 曲柄销轴14的轴向定位结构是曲轴支承段装配定位后，用螺栓将 销轴顶座03固定连接在曲轴末段15上，柠紧销轴顶座03上的紧定 螺钉04推动曲柄销轴14沿轴线向前，利用曲柄销轴14端面上与其 它曲柄销轴14端面的重合部分将紧定螺钉04的顶紧力互相传递，直 达末端曲柄销轴14。这样可使曲轴组件以及曲柄销装配成为刚性的 整体，结构十分合理。十字头16通过十字头销18和连杆小端调心滚 子轴承19与连杆小端17实现铰接。工作过程简述如下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12传入，在曲轴轴头段12上偏心销孔的驱动 下曲柄销轴14推动曲轴中间段13和曲轴末段15 —起绕曲轴支承段 的轴线转动；在曲柄销轴14的外圓的约束下，连杆大端06随曲柄销 轴14以其圆心到曲轴支承中心的距离为半径，绕曲轴支承段轴线作 圓周运动，与此同时，在机体02的圓柱滑道的限制下，与连杆小端
17铰接的十字头16随着十字头销18 —起作直线往复运动。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筒述相反，可 以推知(参见图6、图7)。在多联运动形式的曲柄机构中，本发明方案的曲轴4艮容易实现多 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，而本发明 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发明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，而本发明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，而本发明方案因将原结构分 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，而本发明方案则要容易得多。归納起来，由于采用了組合式曲柄销轴结构，因此本实施例可以 釆用整体式连杆，并具有以下特点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发明方 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，本发明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，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1. 一种曲轴为组合式曲柄销轴结构的多支点曲柄才几构，包括初a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制有对应的偏心结构，所述 对应偏心结构分别支撑曲柄销轴的两端部，所述曲柄销轴的外圆穿插 在连杆一端的内孔中，所述偏心结构与曲柄销轴之间以及所述曲柄销 轴的外圆与连杆一端的内孔之间至少 一处形成转动副。
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 分段曲轴包括轴头段、中间段和末段，所述相邻分l爻曲轴的相对端分 别制有对应的偏心孔，所述对应偏心孔分别支撑曲柄销轴的两端，所 述曲柄销轴的外圆穿插在连杆一端的内孔中，并形成转动副。
3. 根据权利要求2所述的多支点曲柄机构，其特征在于两端 的分段曲轴分别制有向内的轴肩，各分段曲轴之间装有套在曲柄销轴 上的隔圈，与机体固连的端盖和尾盖分别通过各自的止口端面以及轴 承抵靠在对应的分段曲轴的轴肩上，形成对分段曲轴的轴向定位约 束。
4. 根据权利要求3所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 曲轴末段外端固定销轴顶座，所述销轴顶座上装有顶靠在此处的曲柄 销轴轴端的紧定螺钉，各相邻曲柄销轴的相对端面相互抵靠。
5. 根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 相邻分段曲轴的相对端分别制有对应的偏心轴，所述对应偏心轴分别 支撑曲柄销轴的两端中心孔，所述曲柄销轴的外圆穿插在连杆一端的 内孔中，并形成转动副。
6. 根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 相邻分段曲轴的相对端分别制有对应的偏心孔，所述对应偏心孔分别 支撑曲柄销轴的两端，并形成转动副，所述曲柄销轴的外圆穿插在连 杆一端的内孔中。
7. 根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 相邻分段曲轴的相对端分别制有对应的偏心轴，所述对应偏心轴分别 支撑曲柄销轴的两端中心孔，并形成转动副，所述曲柄销轴的外圆穿 插在连杆一端的内孔中。
8. 根据权利要求l-7任一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。
全文摘要
本发明涉及一种曲轴为组合式曲柄销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制有对应的偏心结构，对应偏心结构分别支撑曲柄销轴的两端部，曲柄销轴的外圆穿插在连杆一端的内孔中，偏心结构与曲柄销轴之间以及曲柄销轴的外圆与连杆一端的内孔之间至少一处形成转动副。本发明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。
文档编号F16H21/18GK101122323SQ20071013203
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者豫 宋, 张生昌, 陈根生 申请人:江苏双达隔膜泵制造有限公司;陈根生