专利名称：一种曲柄半径可调的静平衡曲轴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，属于机械设计及理论学科领 域。
背景技术：
各种以往复移动(或摆动)为输出运动的机械中，曲柄滑块(或曲柄摇杆)及其组合 机构得到广泛的应用。对其中往复运动的行程(或摆角)有可调要求的情况，通常采用改变 曲柄半径或改变机架尺寸等方法实现，尤以改变曲柄半径最为有效和多见，如牛头刨床刨 削行程调节机构。然当曲柄半径改变以后，会出现曲轴的静态平衡受到破坏、机构运动的惯 性力增大等问题，严重制约机械的工作速度和工作效率，同时对调整后“曲柄半径的保持” (即连杆轴颈的锁紧)提出了更高的要求。发明内容本实用新型的目的提供一种当曲柄半径改变以后，静态平衡不受破坏的曲柄半径 可调的静平衡曲轴，以减小不平衡惯性力及其对机器的不利影响。一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于包括主轴、与主轴连接的主轴颈， 还包括连杆颈和平衡块；上述主轴颈由用于连接主轴的支撑部分和用于与连杆颈相联系的 曲拐部分构成，曲拐部分上设有主轴颈导轨副要素；上述连杆颈由用于安装连杆的连杆轴 颈部分和用于与主轴颈相联系的导轨部分，导轨部分设有连杆颈导轨副要素；上述平衡块 也设有用于与主轴颈相联系的平衡块导轨副要素，上述平衡块的质量及质心位置利用对称 性原理经过设计；上述连杆颈导轨副要素和平衡块导轨副要素分别与主轴颈导轨副要素形 成导轨副；该曲柄半径可调的静平衡曲轴还包括差动螺杆、第一支撑板和第二支撑板；其 中第一支撑板固定安装在连杆颈上；第二支撑板固定安装于主轴颈上且靠近平衡块一端； 差动螺杆轴线与主轴颈导轨副要素导向方向平行，差动螺杆分别设有旋向相反的两段螺纹 结构，两段螺纹结构分别与连杆颈和平衡块构成旋向相反的螺旋副联接，上述差动螺杆靠 近平衡块一端伸出平衡块并穿出第二支撑板，其端部设有供扳手旋动的结构；上述主轴颈 的曲拐部分还安装有用于实现连杆颈与主轴颈松开或夹紧的第一紧固装置，用于实现平衡 块与主轴颈松开或夹紧的第二紧固装置。本实用新型采取的技术原理是通过设置“联动平衡配重”(利用对称性原理)保证 曲轴的静态平衡。即通过旋转差动螺杆使连杆颈和平衡块沿主轴颈的径向相向同步移动， 实现曲柄半径的调整。由于平衡块的质量及质心位置经过专门设计，利用对称性原理，可以 保证曲轴的静平衡不会因为曲柄半径调整而受到破坏。调整过程中，通过第一紧固装置实 现连杆颈与主轴颈之间的松开或夹紧，通过第二紧固装置实现平衡块与主轴颈之间的松开 或夹紧。本实用新型能够保证曲轴静态平衡不因曲柄半径调节而受到破坏，可以广泛地用 于以曲柄半径可调的曲柄滑块(或曲柄摇杆)及其组合机构为主传动机构的各种机械中，对 于减小机械的不平衡惯性力及其影响具有十分重要的工程意义。上述第一紧固装置具体可以采用如下结构包括第一楔块和第一夹紧螺钉，第一
4楔块具有斜面要素；上述连杆颈导轨副要素与主轴颈导轨副要素形成的导轨副中间留有安 装楔块的间隙，且连杆颈的导轨部分设置有与第一楔块对应的斜面要素，第一楔块安装于 上述间隙内；第一夹紧螺钉穿过第一支撑板与第一楔块连接；上述第二紧固装置具体可以 采用如下结构包括第二楔块和第二夹紧螺钉，第二楔块具有斜面要素；上述平衡块导轨 副要素与主轴颈导轨副要素形成的导轨副中间留有安装楔块的间隙，且平衡块导轨副要素 部分设置有与第二楔块对应的斜面要素，第二楔块安装于上述间隙内；第二夹紧螺钉穿过 第二支撑板与第二楔块连接。通过设置夹紧楔块(利用斜楔自锁原理)实现连杆轴颈、平衡块与主轴颈的可靠锁 紧。第一紧固装置、第二紧固装置也可以用其他结构，比如螺旋夹紧或凸轮夹紧结构等。上述主轴颈导轨副要素、连杆颈导轨副要素、平衡块导轨副要素横向截面同为燕 尾或矩形结构型式。上述主轴颈导轨副要素与连杆颈导轨副要素或平衡块导轨副要素之间为凹型凸 型组合或凸型凹型组合。上述主轴安装颈部分为双支承式结构即主轴颈的支承部分是一个较长的双支承 轴，通过其上的两个轴承支承。或轴头式结构即主轴颈的支承部分是一个较短的轴头式 结构，直接插入转轴的空心腔内，端部并通过第三螺钉形成固定连接，并通过联接键传递扭 矩。或轴套式结构即主轴颈的支承部分是一个较短的轴套式结构，直接套在转轴的端部并 通过第三螺钉、挡板形成固定连接，通过连联接键传递扭矩。上述主轴与主轴颈通过连接键连接，其中联接键为平键或花键。上述轴承为滚动轴承或滑动轴承。上述主轴颈的曲拐部分导轨的导路方向与曲轴回转轴线垂直或非垂直。上述连杆颈的轴线与导轨部分的导路方向垂直或非垂直。
图1是曲轴的正剖视图之一；图2是曲轴的右视图；图3是曲轴局部俯视图；图4是曲轴局部仰视图；图5是曲轴的正剖视图之二 ；图6是曲轴的正剖视图之三；图7是主轴颈的示意图；图8是连杆颈的示意图；图9是平衡块的端示图；图广图6中标号名称1.主轴颈，2主轴颈螺母，3.主轴颈垫圈，4.间隔套，5. 轴承，6.第一楔块，7.第一夹紧螺钉，8.第一螺钉，9.第一垫圈，10.第一支撑板，11.连 杆颈，12.环，13.连杆颈垫圈，14.连杆颈螺母，15.连杆，16.平衡块，17.差动螺杆，18. 第二楔块，19.第二支撑板，20.第二夹紧螺钉，21.第二垫圈，22.第二螺钉，23.定位销， 24.主轴，25.连接键，26.第三螺钉，27.第三垫圈，28.第四螺钉，29.挡板，30.机架， I .支撑部分，II.曲拐部分，III.主轴颈导轨副要素，IV.连杆轴颈部分，V.导轨部分，VI.连杆颈导轨副要素，νπ.平衡块导轨副要素。
具体实施方式
实施例1 :曲柄半径可调的双支承静态平衡曲轴如图1 4，图7 8所示，曲柄半径可调的双支承静平衡曲轴，主要包括主轴颈1、 主轴颈螺母2、连杆颈螺母14，主轴颈垫圈3、第一垫圈9、连杆颈垫圈13、第二垫圈21，间隔 套4、第一楔块楔块6、第二楔块18，第一夹紧螺钉7、第二夹紧螺钉20，第一螺钉8、第二螺 钉22，第一支承板10、连杆颈11、环12、平衡块16，差动螺杆17、第二支撑板19、定位销23 以及与之相联的轴承5、连杆15等组成部分。第二支撑板19通过第二螺钉22、定位销23固定联接在主轴颈1上，其上安装有 差动螺杆17和第二夹紧螺钉20 ；第一支承板10通过第一螺钉8固定联接在连杆颈11上， 其上安装有第一夹紧螺钉7 ；连杆颈11上安装有环12、连杆颈垫圈13、连杆颈螺母14、连杆 15。主轴颈1 (如图7示)的主体由支承部分I和曲拐部分II构成，曲拐部分II上设有 导轨副要素III ；连杆颈11 (如图8示)的主体由连杆轴颈部分IV和导轨部分V组成，导轨部 分V上设有导轨副要素VI和斜面结构；平衡块16上设有导轨副要素νπ和斜面结构；第一楔 块(6)和第二楔块(18)上均设有螺纹和斜面结构；主轴颈1分别与连杆颈11和平衡块16 构成导轨副联接；第一楔块6与连杆颈11、第二楔块18与平衡块16分别构成斜面副联接； 第一楔块6与第一夹紧螺钉7、第二楔块18与第二夹紧螺钉20分别构成螺旋副联接；差动 螺杆17上设有旋向相反的两段螺纹结构，并分别与连杆颈11和平衡块16构成旋向相反的 螺旋副联接。调整曲柄半径时，先分别旋转第一夹紧螺钉7和第二夹紧螺钉20，使连杆颈11和 主轴颈1分别与第一楔块6，主轴颈1与平衡块16分别与第二楔块18之间保持松开状态； 然后旋转差动螺杆17，使连杆颈11和平衡块16沿主轴颈1的径向相向同步移动，直至达到 半径尺寸要求；再分别旋转第一夹紧螺钉7和第二夹紧螺钉20，使连杆颈11和主轴颈1分 别与第一楔块6，主轴颈1与平衡块16分别与第二楔块18之间保持夹紧状态。本实施例主轴颈1的支承部分是一个较长的双支承轴，通过其上的2个轴承5支 承于机架3内，轴端部设有可以安装齿轮、带轮等传动件的结构。实施例2 曲柄半径可调的轴头式静平衡曲轴如图2 5所示，曲柄半径可调的轴头式静平衡曲轴，主要包括主轴颈1、第一楔块 6、第二楔块18，第一夹紧螺钉7、第二夹紧螺钉20，第一螺钉8、第二螺钉22、第三螺钉26， 第一垫圈9、连杆颈垫圈13、第二垫圈21、第三垫圈27，第一支撑板10、连杆颈11、环12、连 杆颈螺母14、平衡块16，差动螺杆17、第二支撑板19、定位销23、连接键25以及与之相联的 轴承5、连杆15、转轴M等组成部分。本实施例主轴颈1的支承部分是一个轴头式结构，直接插入空芯转轴M的端部并 通过第三螺钉沈形成固定连接，通过连联接键25传递扭矩。实施例3 曲柄半径可调的轴套式静平衡曲轴如图2 4、图6所示，曲柄半径可调的轴套式静平衡曲轴，主要包括主轴颈1、第 一楔块6、第二楔块18，第一夹紧螺钉7、第二夹紧螺钉20，第一螺钉8、第二螺钉22、第四三螺钉观，第一垫圈9、连杆颈垫圈13、第二垫圈21，第一支撑板10、连杆颈(11)、环12、连杆 颈螺母14、平衡块16，差动螺杆17、第二支撑板19、定位销23、连接键25以及与之相联的轴 承5、连杆15、转轴M和挡圈四等组成部分。 本实施例主轴颈1的支承部分是一个轴套式结构，直接套在转轴M的端部并通过 第三螺钉沈、挡板四形成固定连接，通过连联接键25传递扭矩。
权利要求1.一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于包括主轴(24)、与主轴(24)连接的主轴颈(1)，还包括连杆颈(11)和平衡块(16)；上述主轴颈(1)由用于连接主轴(24)的支撑部分(I )和用于与连杆颈相联系的曲拐 部分(II)构成，曲拐部分(II)上设有主轴颈导轨副要素(III)；上述连杆颈(11)由用于安装连杆(15)的连杆轴颈部分(IV)和用于与主轴颈相联系的 导轨部分(V )，导轨部分(V )设有连杆颈导轨副要素(VI)；上述平衡块(16)也设有用于与主轴颈相联系的平衡块导轨副要素(通)，上述平衡块 (16)的质量及质心位置利用对称性原理经过设计；上述连杆颈导轨副要素(VI)和平衡块导轨副要素(ΥΠ)分别与主轴颈导轨副要素(III) 形成导轨副；该曲柄半径可调的静平衡曲轴还包括差动螺杆(17)、第一支撑板(10)和第二支撑板 (19)；其中第一支撑板(10)固定安装在连杆颈(11)上；第二支撑板(19)固定安装于主轴 颈(1)上且靠近平衡块一端；差动螺杆(17)轴线与主轴颈导轨副要素(III)导向方向平行， 差动螺杆(17)分别设有旋向相反的两段螺纹结构，两段螺纹结构分别与连杆颈(11)和平 衡块(16)构成旋向相反的螺旋副联接，上述差动螺杆(17)靠近平衡块(16) 一端伸出平衡 块(16)并穿出第二支撑板(19)，其端部设有供扳手旋动的结构；上述主轴颈(1)的曲拐部分(II)还安装有用于实现连杆颈(11)与主轴颈(1)松开或 夹紧的第一紧固装置，用于实现平衡块(16)与主轴颈(1)松开或夹紧的第二紧固装置。
2.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述第一紧固装置包括第一楔块(6)和第一夹紧螺钉(7)，第一楔块(6)具有斜面要 素；上述连杆颈导轨副要素(VI)与主轴颈导轨副要素(III)形成的导轨副中间留有安装楔块 的间隙，且连杆颈的导轨部分(V)设置有与第一楔块(6)对应的斜面要素，第一楔块(6)安 装于上述间隙内；第一夹紧螺钉(7)穿过第一支撑板(10)与第一楔块(6)连接；上述第二紧固装置包括第二楔块(18)和第二夹紧螺钉(20)，第二楔块(18)具有斜面 要素；上述平衡块导轨副要素(VD与主轴颈导轨副要素(III)形成的导轨副中间留有安装楔 块的间隙，且平衡块导轨副要素(VD部分设置有与第二楔块(18)对应的斜面要素，第二楔 块(18)安装于上述间隙内；第二夹紧螺钉(20)穿过第二支撑板(19)与第二楔块(18)连 接。
3.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴颈 导轨副要素(III)、连杆颈导轨副要素(IV)、平衡块导轨副要素(VI)横向截面同为燕尾或矩形 结构型式。
4.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴颈 导轨副要素(III)与连杆颈导轨副要素(IV)或平衡块导轨副要素(VI)之间为凹型凸型组合 或凸型凹型组合。
5.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴安 装颈部分(I )为双支承式结构，即主轴颈(1)的支承部分是一个较长的双支承轴，通过其上 的两个轴承(5)支承。
6.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴安 装颈部分(I )为轴头式结构，即主轴颈(1)的支承部分是一个较短的轴头式结构，直接插入主轴(24 )的空心腔内，端部并通过第三螺钉(26 )形成固定连接，并通过联接键(25 )传递扭矩。
7.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴安 装颈部分(I )为轴套式结构，即主轴颈(1)的支承部分是一个较短的轴套式结构，直接套在 主轴(24)的端部并通过第三螺钉(26)、挡板(29)形成固定连接，通过连联接键(25)传递扭矩。
8.根据权利要求6或7所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述联 接键(25)为平键或花键。
9.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述轴承(5) 为滚动轴承或滑动轴承。
10.根据权利要求1所述的一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于上述主轴颈 (1)的曲拐部分导轨的导路方向与曲轴回转轴线垂直或非垂直；上述连杆颈(11)的轴线与 导轨部分的导路方向垂直或非垂直。
专利摘要本实用新型涉及一种曲柄半径可调的静平衡曲轴，其特征在于包括主轴(24)、主轴颈(1)，还包括连杆颈(11)和平衡块(16)；上述连杆颈和平衡块分别与主轴颈通过导轨副联系；该曲柄半径可调的静平衡曲轴还包括差动螺杆(17)，差动螺杆(17)分别设有旋向相反的两段螺纹结构，两段螺纹结构分别与连杆颈(11)和平衡块(16)构成旋向相反的螺旋副联接。通过设置“联动平衡配重”(利用对称性原理)保证曲轴的静态平衡。即通过旋转差动螺杆使连杆颈和平衡块沿主轴颈的径向相向同步移动，实现曲柄半径的调整。由于平衡块的质量及质心位置经过专门设计，利用对称性原理，可以保证曲轴的静平衡不会因为曲柄半径调整而受到破坏。
文档编号F16F15/24GK201875075SQ20102056515
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者吕云嵩, 张 杰, 张艳丽, 王贤民 申请人:南京工程学院