CN103492732A - 曲柄传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及曲柄传动机构，其包含具有凹形表面（1）的曲轴轴颈（2），包含轴承元件（3），曲轴轴颈（2）可旋转地安装在轴承元件（3）中，并且包含轴瓦（4），轴瓦（4）设置在曲轴轴颈（2）和轴承元件（3）之间并且该轴瓦（4）具有第一凸形表面（5），该第一凸形表面（5）与曲轴轴颈（2）的凹形表面（1）相配合。轴瓦（4）具有第二表面（6），该第二表面（6）与轴承元件（3）相关联并且该第二表面（6）被设计成使得轴瓦（4）在所述曲轴轴颈（2）的轴向方向看具有不恒定的横截面。面向轴瓦（4）的轴承元件（3）表面在轴承元件表面的形状方面与轴瓦（4）的第二表面（6）相匹配，并且轴瓦（4）的第二表面（6）是圆柱形或者是凹形的并且曲度比曲轴轴颈（2）的凹形表面（1）的曲度更小。

Description

曲柄传动机构

技术领域

本发明涉及曲柄传动机构，该曲柄传动机构具有有凹形表面的曲轴轴颈、轴承元件以及轴瓦，该曲轴轴颈可旋转地安装在轴承元件中，该轴瓦设置在曲轴轴颈和轴承元件之间，并且该轴瓦具有与曲轴轴颈的凹形表面相关联的凸形第一表面。

背景技术

曲轴轴颈可以是曲轴的曲柄轴颈，连杆的大连杆头孔被安装在曲轴轴颈上。在这种情况下，连杆或其大连杆头孔形成本发明的含义内的轴承元件。然而曲轴轴颈也可以是曲轴的主轴承轴颈，曲轴通过主轴承轴颈可旋转地安装在发动机壳体的轴承接孔（receptacle）中。在这种情况下，发动机壳体的轴承接孔形成本发明的意义内的轴承元件。

在根据现有技术已知的多种曲柄传动机构中，曲轴轴颈为圆柱形，并且空心圆柱形轴瓦被设置在曲轴轴颈和轴承元件之间，轴瓦从其宽度上看具有恒定的壁厚。因此该空心圆柱形轴瓦在其轴向范围上具有恒定的圆环截面。

从国际专利申请WO2008/129395A2知晓一种曲柄传动机构，该曲柄传动机构由曲轴的非圆柱形凹形曲柄轴颈和连杆构成，连杆通过其大连杆头孔可旋转地安装在曲柄轴颈上。对于这个已知的曲柄传动机构，曲柄轴颈具有凹形表面，并且面对曲柄轴颈的大连杆头孔的表面相应地为凸形，所以相互面对的两个表面互相匹配。根据WO2008/129395A2中公开的发明的优选实施例，大连杆头孔安装在曲柄轴颈上，即没有***轴瓦。进一步地，WO2008/129395A2的总述部分中提及实施例，其中轴瓦设置在曲柄轴颈和大连杆头孔之间。在具有轴瓦的实施例中，面对曲柄轴颈的大连杆头孔的表面也与曲柄轴颈表面的凹形匹配。

因此，WO2008/129395A2为本领域技术人员给出技术示教，大连杆头孔的表面的凸曲度必须与曲柄轴颈的凹曲度完全相同。因此需要通过机械加工为与曲柄轴颈相互作用的大连杆头孔的内部轴承表面提供对应于曲柄轴颈的凹形的凸形。在该过程中，必需满足大量测量要求以实现对曲柄轴颈上连杆的滑动轴承的形状要求的准确精确性。因此，在大连杆头孔上产生具有曲柄轴颈上的连杆的轴承所需的精度的凸形，同时满足必要的公差，这在制造过程中是复杂的。因此，这种连杆的生产成本相对较高，所以配备有这种连杆的曲柄传动机构的生产成本也较高。

可以看出根据WO2008/129395A2已知的解决方案的进一步的缺点在于，因为对于具有给定的凹形曲柄轴颈表面的曲轴而言，大连杆头孔的轴承表面匹配曲柄轴颈的凹形表面，仅一种单个特定的连杆能够适合。因此，只有一种单个曲柄传动机构设计是可能的。在这个已知解决方案的情况下，不可能将不同的连杆与某一特定的曲轴组合，并且以此方式允许设计者在设计曲柄传动机构时更灵活。

发明内容

本发明基于提供具有本发明要求保护的特征的曲柄传动机构的目的，该曲柄传动机构易于制造并且制造成本相对较低。也应该可能基于某一特定曲轴设计，以一种简单的方式提供不同设计的曲柄传动机构。

该目的通过具有本发明要求保护的特征的曲柄传动机构实现。有益改进被指定在从属权利要求中。

本发明提出一种曲柄传动机构，该曲柄传动机构具有有凹形表面的曲轴轴颈、轴承元件以及轴瓦，曲轴轴颈可旋转地安装在轴承元件中，轴瓦设置在曲轴轴颈和轴承元件之间，并且该轴瓦具有凸形的第一表面，该凸形的第一表面与曲轴轴颈的凹形表面相关联。为了实现将用于不同设计的曲柄传动机构的不同轴承元件与一种相同的曲轴结合的可能性，根据本发明提出使轴瓦具有第二表面，该第二表面与轴承元件相关联，并且以如下方式设计，轴瓦从曲轴轴颈的轴向方向看具有不恒定的横截面，并且面向轴瓦的轴承元件的表面在形状上与轴瓦的第二表面相匹配，并且其中具体地，轴瓦的第二表面为圆柱形或凹形，并且具有比曲轴轴颈的凹形表面更小的曲度。以此方式，不再需要使面向曲轴轴颈的轴承元件的表面的形状与曲轴轴颈的凹形表面匹配。将具有面向轴承元件的特定表面的第一轴瓦简单地替换为具有面向轴承元件的不同设计的表面的第二轴瓦，意味着不同设计的轴承元件可以被简单并且廉价地用于一种相同的曲轴，以生产不同的曲柄传动机构。

与轴承元件相关联的轴瓦的第二表面以如下方式形成，其中轴瓦横截面从曲轴轴颈的轴向方向看（即在轴瓦的宽度上）为不恒定的横截面，这个事实意味着面向远离曲轴轴颈并且与轴承元件相关联的轴瓦的表面可以具有形状，该形状是非弯曲的（并且因此具有圆柱形），或者其曲度远小于与曲轴轴颈相关联的轴瓦的表面的曲度。这实现了将面向轴瓦的轴承元件的支承面形成为圆柱形或者至少是较不明显的凸形的可能性，该凸形的曲度远小于如果轴承元件的所述支撑面必须在形状上匹配曲轴轴颈的凹面时其必须具有的曲度。

因此，本发明提供给设计者完全独立于曲轴轴颈的表面的形状，设计面向曲轴轴颈的轴承元件的表面的形状的自由。因此轴承元件可以在制造过程中需要更少的努力的情况下生产。为了符合轴承元件的支承面的必要形状而通过昂贵测量仪器进行的复杂测量被完全省略，或者可以通过更少的努力和更简单的测量仪器完成。相比于从WO2008/129395A2知晓的解决方案，根据本发明的曲柄传动机构的轴承元件的制造成本能够大大降低。

根据本发明的第一种可能的实施例，轴瓦的第二表面形成为圆柱形。轴瓦和轴承元件在这种情况下可以在制造过程中被廉价并且特别简单地制造。在本发明的这个实施例中，容纳轴瓦的轴承元件的凹部可以被设计为简单的圆柱形凹部，例如简单的圆柱形孔。如果轴承元件是比如具有大连杆头孔的连杆，则简单的圆柱形孔足够容纳轴瓦并且可旋转地安装具有凹形表面的曲轴轴颈。在制造期间不必遵循严格的形状和公差限制，如果面对曲轴轴颈的大连杆头孔的表面必须匹配曲轴轴颈的凹形表面，将有必要遵循严格的形状和公差限制。轴承元件的圆柱形孔的内表面的简单粗糙的机械加工是足够的。相比于面向曲轴轴颈的轴承元件的表面的匹配，面向曲轴轴颈的轴瓦的第一凸形表面与曲轴轴颈的凹形表面的匹配在制造过程中更简单并且更有成本效益。因此复杂的“轴承元件”部件可以被设计得简单并且易于制造，而不具有曲轴轴颈上的一对凹形/凸形支承面的优点。轴瓦比轴承元件小得多，因此轴瓦易于处理或加工。此外，轴瓦是轴向对称的，并且相比于比如形成为连杆的轴承元件，具有更加均匀的质量分布。轴瓦的凸形的第一表面不必像具有较复杂的轴承元件的情况那样通过机械切削制造，但是也可以通过其他不同的方法制造，比如冲压、浇铸、烧结或锻造。

根据本发明的第二种可能的实施例，轴瓦的第二表面形成为凹形，轴瓦的所述第二表面的曲度比曲轴轴颈的凹形表面的曲度更小。这实现了一种情形，在该情形中，面向曲轴轴颈的轴承元件的表面至少不必像如果面向曲轴轴颈的轴承元件的表面必须匹配曲轴轴颈的凹形弯曲表面时必须那样非常弯曲。同样在本发明的这个实施例中，可以保留低成本地并且以相对少的制造努力生产轴承元件的优势。

本发明的以上所述实施例的共同之处在于，用于实际轴承元件即具有大连杆头孔的连杆或者容纳曲轴的主轴承轴颈的发动机壳体的轴承元件的制造努力，可以通过较少的制造努力和测量过程而生产，这使得生产成本可以大大降低。相比于将轴承元件自身的面向曲轴轴颈的支承面匹配于曲轴轴颈的凹形，仅使具有面向曲轴轴颈的第一表面的轴瓦与曲轴轴颈的凹形匹配，制造过程中明显较不复杂并且成本效益更好。将轴承元件的支承面的形状匹配于曲轴轴承的凹形表面的步骤增加了生产成本和制造努力，因此根据本发明该步骤从轴承元件转换为轴瓦。将轴承元件安装在具有凹形支承表面的曲轴轴颈上及具有圆柱形或者仅轻度弯曲的凸形支承面的轴承元件的简单设计的优势可以通过本发明被相互结合并且被同时利用。

附图说明

本发明通过原理图在下文中被详细解释，其中：

图1a是具有被配置为连杆的轴承元件的本分明的实施例，其中在仅示出曲柄传动机构的一部分的截面中，连杆通过其大连杆头孔安装在曲轴的曲柄轴颈上；

图1b是本发明的实施例，其中在仅示出曲柄传动机构的一部分的截面中，曲轴轴颈被配置为曲轴的主轴承轴颈，与图1a相比其具有轴瓦；

图2a是具有轴承元件的本分明的实施例，在相对于图1a修改的本发明的实施例中，并且同样在仅示出曲柄传动机构的一部分的截面中，轴承元件被配置为连杆，并且通过其大连杆头孔安装在曲轴的曲柄轴颈上；

图2b是相对于图1b修改的本发明的实施例，在仅示出曲柄传动机构的一部分的截面中，其具有根据本发明的被设置在曲轴的主轴承轴颈上的轴瓦；

图3是根据现有技术的曲柄传动机构。

具体实施方式

图3示出根据WO2008/129395A2的现有技术已知的曲柄传动机构K，其使用轴承元件3安装在曲轴轴颈2上的示例。轴承元件3被配置为连杆。面对轴承元件3的曲轴轴颈2的支承面1具有凹形。面对所述支承面1的轴承元件3的表面具有凸形，该凸形与曲轴轴颈2的支承面1的凹形匹配。在图3所示的根据WO2008/129395A2的优选的实施例中，在轴承元件3和曲轴轴颈2之间没有设置轴瓦。然而，在WO2008/129395A2的说明书中提及轴瓦可以被设置在轴承元件3和曲轴轴颈2之间。本发明由仅在WO2008/129395A2的说明书中简单提及的该示例性实施例而来。曲柄传动机构K的主轴承轴颈通过2'被标示。

图1a和图1b以原理图示出本发明的第一实施例，该原理图仅示出根据本发明的曲柄传动机构的一部分。根据本发明的第一实施例，设置在曲轴轴颈2和轴承元件3之间的轴瓦4在曲轴轴颈2的轴向范围内（即，平行于示图平面所见）形成不恒定的横截面。在图1a所示的主题中，曲轴轴颈2形成为偏心设置的曲轴的曲柄轴颈（未示出细节）。轴承元件3被配置为连杆，其通过其大连杆头孔安装在曲轴轴颈2上。相似地，在图1b中，被配置为曲轴上的主轴承轴颈（未示出细节）的曲轴轴颈2通过轴瓦4安装在轴承元件3中。在图1b所示的示例性实施例中，轴承元件3是固定地连接到内燃发动机（未示出）的发动机壳体的轴承接孔，用于可旋转地容纳曲轴的主轴承轴颈。

在图1a和图1b中，轴承元件4从曲轴轴颈2的轴向即平行于示图平面的方向观察具有不恒定的横截面。轴瓦4具有凸形的第一表面5，该凸形的第一表面5与曲轴轴颈2的凹形表面1相关联。轴瓦4的第一表面5在形状上匹配于曲轴轴颈2的凹形表面1。轴承元件3具有配置为孔的圆柱形凹部，轴瓦4的圆柱形第二表面6被容纳在该孔中。以此方式，在制造轴承元件3的过程中，实现了在花费很少努力在制造和测量上而不必遵从特定的形状规格和公差的情况下制造轴承元件3的可能性。

在图1a和图1b所示的发明的实施例中，仅仅需要在轴承元件3中例如以圆柱形孔的形式提供圆柱形凹部，以便容纳轴瓦4的圆柱形的外部第二表面6。在本发明中，制造匹配于曲轴轴颈2的凹形表面1的凸形表面5的步骤（该步骤的制造过程更加复杂）从轴承元件3转移到轴瓦4。凸形的第一表面5的制造能够通过制造相对小的轴承元件4以更少的努力和更低的成本更加简单地实现。明显更大且更复杂的部件即轴承元件3，仅需提供简单的圆柱形凹部。

以此方式，本发明使仅需在曲柄传动机构的复杂部件即轴承元件3上提供圆柱形凹部成为可能，所以所述复杂部件能够简单且廉价地生产。与此同时，与轴承元件安装在曲轴轴颈的凹形表面上相关的优势被保留。这些优势在文件WO2008/129395A2中被详细地描述。

本发明的第二实施例在图2a和图2b中示出。在图2a中，轴承元件3被配置为连杆。该连杆通过其大连杆头孔同***的轴瓦4安装在曲轴（未示出细节）的曲轴轴颈2上。然而在图2b的主题中，曲轴轴颈2被配置为曲轴（未示出细节）的主轴承轴颈，曲轴轴颈2通过***轴瓦4被可旋转地容纳在轴承接孔中。所述轴承接孔固定地连接至发动机壳体（未示出）并形成轴承元件3。

在图2a的实施例及图2b的实施例中，曲轴轴颈2具有凹形表面1。设置在轴承元件3和曲轴轴颈2之间的轴瓦4具有第一凸形表面5，该第一凸形表面5面对曲轴轴颈。该凸形表面5在形状上匹配于曲轴轴颈2的凹形表面1。

轴瓦4在面对远离曲轴轴颈2的一侧具有第二凹形表面6。该第二凹形表面6的曲度明显小于曲轴轴颈2的凹形表面1的曲度。据此，相比于如果必须匹配于曲轴轴颈2的凹形表面1所需的曲度，面向轴瓦4的第二表面6的轴承元件3的表面也具有更小的曲度。因此，轴瓦4的第二凹形表面6的曲度限定了面向轴瓦4的轴承元件3的凸形支承面的曲度。因此，该轴承元件的凸形支承面的形状能够完全独立于曲轴轴颈2的凹形支承面而被设计。

在根据图2a和图2b的本发明的实施例中，如根据图1a和图1b的第一实施例中一样，轴瓦4的横截面在曲轴轴颈2的轴向延伸的方向上（即，如平行于附图平面所见）不具有恒定的截面，这个事实意味着相比于如果轴瓦4在曲轴轴颈2的轴向延伸方向上具有恒定的横截面所需要的弯曲，面向轴瓦4的轴承元件3的表面能够更少的弯曲。然后面向曲轴轴颈2的轴承元件3的表面的曲度将必须匹配于曲轴轴颈2的凹形表面1的曲度。

在根据图2a和图2b的实施例中，可以从轴承元件3和轴瓦4之间更大的接触面的优势得到益处，同时保持更少的制造努力用于生产轴承元件3，因为相比于生产符合应用的形状及测量公差要求的高度弯曲的凸面，面向轴瓦4的轴承元件3的表面的较小的曲度在测量和制造过程中需要较少的努力。

本发明的上述两个实施例的共同点是提供了灵活的曲柄传动机构。例如，不同的连杆能够与一种相同的曲轴组合，只需要不同设计的轴瓦4设置在曲轴轴颈和连杆的大连杆头孔之间。类似地，不同形状的轴承支座可以被用于容纳一种相同的曲轴的主轴承轴颈，只需要相应设置的轴瓦4被设置在曲轴主轴承轴颈和轴承支座之间。以此方式，最佳匹配于实际应用的轴承元件可以容易地与一种相同的曲轴结合。在具有用于容纳曲轴的不同设计的轴承支座的不同发动机壳体中，使用一种相同的曲轴也是可能的。

以上所提及的优势在实践中是非常重要的。轴承的几何构形，即起到彼此连接功能的轴承面的几何构形可以在应用方面通过本发明优化，例如在轴承配合件的动态运行、轴承的润滑、发动机运行期间的工作参数等等方面。这可以被利用在比如发动机所运行的非常不同的压力水平方面。例如，在汽油发动机和柴油发动机运行期间非常不同的压力上升。柴油发动机运行期间的升压远远大于汽油发动机运行期间的升压。因此，例如在柴油发动机和汽油发动机中，对曲轴的曲柄轴颈上的连杆的轴承或发动机壳体中曲轴主轴颈的轴承的要求也是不同的，因此相应的轴承必须被不同地设计以实现在每种情况下曲柄传动机构的必要使用寿命。尽管有这些不同的要求，现在本发明使得在不同发动机中使用一种相同的曲轴成为可能，因为根据本发明通过轴瓦的使用而实现了关于轴承设计的要求差异，该轴瓦和匹配于轴瓦的连杆一起适用于该应用。

根据本发明的轴瓦解决方案提供给设计者在相关应用方面的适用及优化过程更大的灵活性。在不必改变曲轴本身的布置和设计的情况下，在轴承元件3和轴瓦4之间的一对支承面可以用简单的方式被不同地设计。

Claims (1)

1.一种曲柄传动机构，其具有曲轴轴颈（2）、轴承元件（3）以及轴瓦（4），所述曲轴轴颈（2）具有凹形表面（1），所述曲轴轴颈（2）可旋转地安装在所述轴承元件（3）中，所述轴瓦（4）设置在所述曲轴轴颈（2）和所述轴承元件（3）之间，并且所述轴瓦（4）具有凸形的第一表面（5），所述凸形的第一表面（5）与所述曲轴轴颈（2）的所述凹形表面（1）相关联，其中所述轴瓦（4）具有第二表面（6），所述第二表面（6）与所述轴承元件（3）相关联，并且所述第二表面（6）以所述轴瓦（4）在所述曲轴轴颈（2）的轴向方向看具有不恒定的横截面的方式设计，并且其中面向所述轴瓦（4）的所述轴承元件（3）的所述表面在形状上与所述轴瓦（4）的所述第二表面（6）匹配，并且其中所述轴瓦（4）的所述第二表面（6）是圆柱形或凹形，并且曲度比所述曲轴轴颈（2）的所述凹形表面（1）的曲度更小。

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