平衡轴系统及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机零部件技术领域，尤其涉及一种平衡轴系统及发动机。


背景技术：

2.在发动机的工作循环中，活塞的运动速度非常快，而且速度很不均匀。在上下止点位置，活塞的速度为零，而在上下止点中间的位置速度达到最高。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动，必然在活塞、活塞销和连杆上产生很大的惯性力。在连杆上配置的配重可以有效地平衡这些惯性力，但连杆上的配重只有一部分运动质量参与直线运动，另一部分参与旋转。除了上下止点位置外，各种惯性力不能被完全平衡，使发动机产生了震动。
3.当活塞每上下运动一次，将使发动机产生一上一下两次振动，所以发动机的振动频率和发动机的转速有关。在振动理论上，常使用多个谐波振动来描述发动机的振动，其中振动频率和发动机转速相同的叫一阶振动，频率是发动机转速两倍的叫二阶振动，依次类推，还存在三阶、四阶振动。但振动频率越高，振幅就越小，二阶以上可以忽略不计。对于单缸而言，其一阶振动占整个振动的70％以上，是振动的主要来源。但由于发动机在任意时刻总是会有两个连杆的运动方向和趋势与另外两个是完全相反的，因此综合四个缸所产生的对外的一阶惯性力和一阶转矩在任意时刻的总和总是等于零。因此发动机的振动主要来源于二阶往复惯性力。
4.就振动方面而言，传统的发动机的一阶往复惯性力可以通过自身的结构平衡，但是二阶以及二阶以上的往复惯性力在不附加其他机构的情况下是不会被平衡掉的。这部分惯性力会导致发动机产生比较大的振动，振动通过发动机悬置和汽车车架传导到驾驶者的身上，使驾驶员和乘客感受到振动的感觉。如果要提高汽车的舒适度，很多时候可以采用在发动机设计中加入平衡轴系统的方法使发动机的二阶往复惯性力被平衡轴系统平衡消除掉，从而减少发动机的振动，以此来降低车辆的振动。
5.现有的平衡轴系统的驱动齿轮都是集成在发动机的曲轴的平衡块上，平衡块位于发动机机体的内部，此时平衡轴系统的齿轮布置受制于活塞、平衡块的间隙和平衡块的大小，当发动机平台进行优化时，齿轮可能没有就没有足够的安装空间，平衡轴系统的齿轮布置困难，且安装空间有限，不易操作。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是至少解决平衡轴的齿轮大小受制于活塞和平衡块的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
7.本实用新型的第一方面提出了一种平衡轴系统，包括：
8.曲轴，所述曲轴的末端连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮设置在发动机壳体的外侧；
9.第一平衡轴，所述第一平衡轴的末端连接有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮啮合有中间齿轮，所述中间齿轮与所述驱动齿轮啮合；
10.第二平衡轴，所述第二平衡轴的末端连接有第二从动齿轮，所述第二从动齿轮和
所述驱动齿轮啮合。
11.根据本实用新型的平衡轴系统，驱动齿轮套设在第一平衡轴的末端，即驱动齿轮布置在发动机壳体的外侧，因此齿轮的尺寸不会受到活塞、曲轴平衡块及发动机壳体的限制，在需要对齿轮尺寸进行调整时，齿轮位于发动机壳体的外侧可以保证齿轮有足够的安装空间，利于替换安装，进而可以满足同平台相近排量的产品开发。
12.另外，根据本实用新型的平衡轴系统，还可具有如下附加的技术特征：
13.在本实用新型的一些实施例中，所述第一平衡轴包括第一平衡轴本体、第一球轴承、第一滚针轴承和第二滚针轴承，所述第一球轴承、所述第一滚针轴承和所述第二滚针轴承依次套装固定在第一平衡轴本体上，并且所述第一球轴承靠近所述第一从动齿轮设置。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述第二平衡轴包括第二平衡轴本体、第二球轴承、第三滚针轴承和第四滚针轴承，所述第二球轴承、所述第三滚针轴承和所述第四滚针轴承依次套装固定在第二平衡轴本体上，并且所述第二球轴承靠近所述第二从动齿轮设置。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述第一滚针轴承、所述第二滚针轴承、所述第三滚针轴承和所述第四滚针轴承的外侧均套设有轴套，所述轴套固接于所述发动机壳体内。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述第一球轴承和所述第一平衡轴本体过盈配合，所述第二球轴承和所述第二平衡轴本体过盈配合。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述第一从动齿轮与所述第一球轴承间隙配合；
18.并且/或者所述第二从动齿轮与所述第二球轴承间隙配合。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述驱动齿轮和所述曲轴过盈配合。
20.在本实用新型的一些实施例中，所述中间齿轮的外表面涂覆有涂层；
21.并且/或者，所述中间齿轮连接有齿轮轴，所述齿轮轴的内部设置有调整件。
22.在本实用新型的一些实施例中，还包括第一螺栓和第二螺栓，所述第一平衡轴和所述第一从动齿轮通过所述第一螺栓连接，所述第二平衡轴和所述第二从动齿轮通过所述第二螺栓连接。
23.本实用新型的第二方面提出了一种发动机，包括上述的平衡轴系统。
附图说明
24.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
25.图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的平衡轴系统的结构剖视图；
26.图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的平衡轴系统的部分结构示意图；
27.图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的中间齿轮的结构剖视图。
28.附图标记如下：
29.10为曲轴；
30.20为第一平衡轴，21为第一平衡轴本体，22为第一球轴承，221为第一挡圈，23为第一滚针轴承，24为第二滚针轴承，25为第一螺栓；
31.30为第二平衡轴，31为第二平衡轴本体，32为第二球轴承，321为第二挡圈，33为第三滚针轴承，34为第四滚针轴承，35为第二螺栓；
32.40为驱动齿轮，41为第一从动齿轮，42为第二从动齿轮，43为中间齿轮，431为调整件，432为中间轴螺栓，433为齿轮轴；
33.50为轴套。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
35.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
36.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
37.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
38.如图1至图3所示，根据本实用新型的实施方式，提出了一种平衡轴系统，包括曲轴10、第一平衡轴20和第二平衡轴30，曲轴10、第一平衡轴20和第二平衡轴30的主体大部分都设置在发动机壳体的内侧，只有末端部分裸露在发动机壳体的外侧。曲轴10的末端连接有驱动齿轮40，因此驱动齿轮40是设置在发动机壳体的外侧。第一平衡轴20的末端连接有第一从动齿轮41，第一从动齿轮41啮合有中间齿轮43，中间齿轮43也是设置在发动机壳体的外侧的，中间齿轮43与驱动齿轮40在竖直方向处在同一平面内，中间齿轮43啮合驱动齿轮40。第二平衡轴30的末端连接有第二从动齿轮42，第二从动齿轮42和驱动齿轮40啮合。通过中间齿轮43，第一从动齿轮41和驱动齿轮40的转动方向相反，第二从动齿轮42和驱动齿轮40的转动方向相同，因此，第一从动齿轮41和第二从动齿轮42的转动方向相反。需要理解的
是，此时第一从动齿轮41、第二从动齿轮42、中间齿轮43和驱动齿轮40均可以在竖直方向处在同一平面内。
39.需要理解的是，本实施方式为双平衡轴系统，第一平衡轴20和第二平衡轴30布置在发动机缸孔的两侧，并尽可能的对称布置。
40.根据本实施方式的平衡轴系统，驱动齿轮40套设在第一平衡轴20的末端，即驱动齿轮40布置在发动机壳体的外侧，因此齿轮的尺寸不会受到活塞、曲轴10平衡块及发动机壳体的限制，在需要对齿轮尺寸进行调整时，齿轮位于发动机壳体的外侧可以保证齿轮有足够的安装空间，利于替换安装，进而可以满足同平台相近排量的产品开发。
41.具体的，第一平衡轴20包括第一平衡轴本体21、第一球轴承22、第一滚针轴承23和第二滚针轴承24，第一平衡轴本体21沿着从第一从动齿轮41的一端到另一端的方向上依次设置有第一球轴承22、第一滚针轴承23和第二滚针轴承24，即第一球轴承22、第一滚针轴承23和第二滚针轴承24依次设置在第一平衡轴本体21上，第一球轴承22靠近驱动齿轮41。
42.具体的，第二平衡轴30包括第二平衡轴本体31、第二球轴承32、第三滚针轴承33和第四滚针轴承34，第二平衡轴本体31沿着从第二从动齿轮42的一端到另一端的方向上依次设置有第二球轴承32、第三滚针轴承33和第四滚针轴承34。第一平衡轴20和第二平衡轴30采用球轴承和滚针轴承来支撑，减小了摩擦的损失，同时末端的球轴承可以同时支撑第一平衡轴20和/或第二平衡轴30的末端以及第一从动齿轮41和/或第二从动齿轮42，缩短了平衡轴系统的长度。
43.具体的，第一滚针轴承23、第二滚针轴承24、第三滚针轴承33和第四滚针轴承34的外侧均套设有轴套50，这些轴套50都收容于发动机壳体内。发动机壳体具有固定这些轴套50的凹槽，这些轴套50塞入发动机壳体的凹槽中并过盈配合，这样可以对平衡轴系统进行限位，进一步固定平衡轴系统。
44.具体的，第一球轴承22和第一平衡轴本体21过盈配合，第二球轴承32和第二平衡轴本体31同样过盈配合，第一球轴承22和第二球轴承32也是收容在发动机壳体的凹槽内，目的同样是对平衡轴系统进行限位，进一步固定平衡轴系统。
45.可以理解的是，第一球轴承22和第二球轴承32的内侧分别设置有第一挡圈221和第二挡圈321，用于在装配第一平衡轴20和第二平衡轴30的时候轴向定位。
46.具体的，第一球轴承22和第一从动齿轮41间隙配合，第二球轴承32和第二从动齿轮42间隙配合，这样可以方便从动齿轮的安装。
47.可以理解的是，驱动齿轮40和曲轴10过盈配合。
48.在一些实施例中，中间齿轮43采用涂层技术，中间齿轮43的外表面涂覆有涂层。中间齿轮43和驱动齿轮40与第一从动齿轮41的间隙的大小会影响整个齿轮组运转时的啮合噪声，侧隙过大，齿轮啮合会存在敲击声，侧隙过小，有可能导致齿面发生咬合。为了提升齿轮系的nvh(nvh噪声、振动与声振粗糙度(noise、vibration、harshness)的英文缩写，是衡量汽车制造质量的一个综合性问题)，就必须使齿侧间隙位于一个合理的范围，这样nvh才能最优。齿侧间隙主要受机体上齿轮安装位置加工精度、齿轮的精度影响。为了提升nvh,中间齿轮43采用涂层技术，保证齿轮侧隙不受加工精度的影响，侧隙值维持在理想设计水平，从而提升nvh水平。
49.可以理解的是，在中间齿轮43采用了涂层技术后，在装配中间齿轮43时，必须保证
中间齿轮43和驱动齿轮40齿侧间隙为0，也就是装配时，中间齿轮43需要施加一定载荷。因此本实施方式中设计了一个偏心装配结构，在齿轮轴433的内部设有一个调整件431，该调整件431为弹性件，双曲线结构，利用中间轴螺栓432的位置可以实现调整件431的变形，从而生成一定的载荷，保证中间齿轮43和驱动齿轮40的侧隙为0。
50.具体的，第一平衡轴20和第一从动齿轮41通过第一螺栓25连接，第二平衡轴30和第二从动齿轮42通过第二螺栓35连接。通过螺栓连接可以使第一平衡轴20和第一从动齿轮41以及第二平衡轴30和第二从动齿轮42更紧固的连接。
51.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。