专利名称：曲轴为组合式偏心轮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 执行机构之间旋转与直线往复运动相互转化的曲轴传动曲柄机构的 结构改进，属于机械传动技术领域。
技术背景常见曲柄初4勾的典型结构如图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，曲轴承受周期性交变载荷。传统的曲柄机构有两类典型结构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。 对于多曲拐(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 两端轴承支承，使得曲轴的支承跨距大，易产生挠曲变形，不利于承 受较大的弯矩(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4仑结构时连杆大
端不必釆用中开式，即在偏心轮盘上安装滚动轴7K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，但对于多联运动形式 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 型十字头二冲程内燃机的曲轴，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:没置偏心套和若千个 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才几械领域的可拆 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偏心轮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偏心轮轴结构的 多支点曲柄机构包括机体，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 转的分段同轴曲轴，所述相邻分段曲轴的相对端分别从两端支撑对应 的偏心轮，并形成周向约束，所述偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成 转动副。两种典型的完善结构 1 、所述连体支撑的各通孔中分别支撑可旋转的分段空心同轴曲轴， 所述相邻分段同轴曲轴的相对孔中分别支撑对应偏心轮两端延伸出 的轮轴，并形成周向约束。2、所述连体支撑的各通孔中分别支撑可旋转的分段同轴曲轴，所述 相邻分段同轴曲轴的外圆分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴内 孔，并形成周向约束。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简单，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，允许转动副处釆用滚动轴承，润滑方便，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的剖一见图。
具体实施方式
实施例一本实施例的曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄积』构如图5 所示，为一种电动往复式柱塞泵，具体是一种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02、连杆04、十字头14以及装在连杆大端孔与偏心轮外圆之间 的调心滚子轴承05。连杆小端通过装有调心滚子轴承17的十字头销 轴16与十字头14铰接；与连杆05铰接的十字头14受机体十字头滑 道的约束。曲轴组件(参见图5)的分段曲轴09、 11、 13分別由两 组轴端调心滚子轴承06和两组中间调心滚子轴承03支承在机体02 的连体支撑结构上。整个曲轴组件轴向安装间隙的控制由端盖08、 尾盖Ol以及轴承套07的轴向尺寸的调整来实现。泵的原动力为电机， 电机通过减速机与泵直联。各偏心轮轴12制有中心油孔，两端伸出 的轮轴长度小于位于中间的分段曲轴11长度的二分之一，因此由两 端插入分段曲轴的中心孔后，相对端面在曲轴中心孔中形成间隔，这 样便于采取装配工艺措施。泵工作时电机通过减速机驱动曲轴，在轴上调心滚子轴承的约 束下，曲轴绕自身轴线旋转；通过键10的周向约束连接，偏心轮轴 上的偏心轴随曲轴旋转，在偏心轮轴上偏心段外圓的约束下，连杆大 端随偏心段圓心以偏心矩为半径绕曲轴组件的轴线作圆周运动；通过 连杆杆身、连杆小端将运动传递到与其铰接的十字头上，在泵体滑道 的约束下，十字头沿滑道中心线作直线往复运动；在十字头的驱动下，
泵柱塞跟随十字头一起作往复运动；随着柱塞的往复运动^f吏泵液力端 的柱塞腔产生了周期性的容积变化,被输送介质随着柱塞腔周期性容 积变化，在液力端阀组件的控制下完成吸入排出的过程，泵Y更形成了 周而复始的工作循环。工作过程为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09传入，通过键10驱动偏心轮轴12、曲轴中间段 11和曲轴末段13 —起绕曲轴支承段的轴线转动；在偏心轮轴12的 偏心轮作用下，连4干大端04随偏心圓心，以偏心矩为半径绕曲轴支 承段轴线作圆周运动，与此同时，在机体02的圓柱滑道限制下，与 连杆小端15铰接的十字头14随着十字头销16—起作直线往复运动。为了传递较大扭矩以及便于装配时定位，各偏心轮轴上的键槽角向位 置分别与其偏心距的角向位置一致(图中未示)。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上述过程相反(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很容易实现多 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。本发明方案中连杆大端04采用整体结构代替中开式结构，其与 偏心轮轴12的支承形式以调心滚子轴承05代替原结构中剖分式结构 的滑动轴承。归纳起来，本实施例具有以下特点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杵工件的机械加工工艺过程相比要筒单得 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. 一种曲轴为组合式偏心轮轴结构的多支点曲柄才几构，包括才几体，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从两端支撑对应的偏心轮， 并形成周向约束，所迷偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成转动副。
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 分段同轴曲轴为空心轴，所述相邻分段同轴曲轴的相对孔中分别支撑 对应偏心轮两端延伸出的轮轴，并形成周向约束。
3. 根据权利要求1所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 相邻分段同轴曲轴的外圓分别支撑对应偏心轮两端延伸出的轮轴内 孔，并形成周向约束。
4. 根据权利要求2所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 偏心轮的轮轴制有中心油孔，且轮轴长度小于分段曲轴长度的二分之 一，所述相邻轮轴由两端插入分段曲轴的中心孔后，相对端面在曲轴 中心孔中形成间隔。
5. 根据权利要求2或3所述的多支点曲柄机构，其特征在于 所述偏心轮轴上的键槽角向位置与其偏心距的角向位置一致。
6. 根据权利要求5所述的多支点曲柄机构，其特征在于所述 连杆大端孔与偏心轮外圆之间装有调心滚子轴承。
7. 根据权利要求6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偏心轮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从两端支撑对应的偏心轮，并形成周向约束，偏心轮的外圆与连杆大端内孔形成转动副。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F16H21/00GK101122324SQ20071013203
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