CN107061476B - 一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元 - Google Patents

Abstract

一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，包括主轴颈、连杆颈与曲轴块，曲轴块上位于其与主轴颈交接处的上下两端分别为曲柄臂、平衡块，在主轴颈、曲轴块、曲柄臂、连杆颈的内部开设有依次相通的一号、二号、三号、四号通孔，主轴颈、曲柄臂、连杆颈内开设的主轴颈油道、曲柄臂油道、连杆颈油道通过设置在四个通孔内的两个内置油管相通，所述内置油管包括油管本体、楔形接头与弹簧，且楔形接头的侧围上开设有安装槽以与密封圈镶嵌配合。本设计不仅轻量化程度较高、整体协作性较强，而且润滑效果较佳、易于操作、稳定性较强。

Description

一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元

技术领域

本发明涉及一种内燃机曲轴，尤其涉及一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，具体适用于在提高轻量化效果的基础上，确保润滑效果。

背景技术

内燃机的轻量化，对于改善经济性，提升竞争力有重要作用，同理，作为内燃机运动机构的主要零部件——曲轴的轻量化，能够有效降低内燃机运动机构的质量和转动惯量，对于提升内燃机的机械效率和经济性，改善整机的振动性能、摩擦磨损等方面都有很大益处。

目前，典型的车用内燃机曲轴单拐结构一般为整体锻造而成，每个单拐结构包括主轴颈、曲柄臂、连杆颈、平衡块，及主轴颈油道、连杆颈油道，该些零部件的作用包括：首先，曲拐的刚度和强度，与主轴颈、曲柄臂、连杆颈有关，尤其曲拐重叠区的结构对其有重要影响；其次，平衡块主要用来平衡由曲柄臂、连杆颈等旋转质量引起的惯性力和力矩。

授权公告号为CN202001484U，授权公告日为2011年10月5日的实用新型专利公开了一种汽油机轻量型曲轴，包括正时轴颈、主轴颈、连杆颈、曲柄、平衡块和飞轮法兰盘，平衡块为双耳型平衡块，平衡块外侧端面为与主轴颈同轴线的圆弧结构，平衡块与其平衡质点对应的横向两侧开有卸载槽。虽然该设计通过去除平衡块上与其平衡质点横向相对的重量，减少了平衡块的质量，实现了曲轴轻量化的目的， 但其仍旧具有以下缺陷：

首先，该设计虽然减少了平衡块上部分部位的质量，在一定程度上降低了曲轴的整体重量，但其轻量化的对象只是平衡块，并不涉及曲轴所包括的、更加重要的其余零部件，如主轴颈、曲柄臂、连杆颈等，因而，其轻量化程度较低，而且整体协作性较弱；

其次，该设计只谈到减少了平衡块的质量，而忽视了该种减少对曲轴内部油道的影响，易降低油道的润滑效果，而该种润滑作用又是曲轴正常运行所必不可少的，因而，该设计的润滑效果较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的轻量化程度较低、整体协作性较弱、润滑效果较差的缺陷与问题，提供一种轻量化程度较高、整体协作性较强、润滑效果较佳的内燃机轻量化曲轴的单拐单元。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，包括主轴颈、连杆颈与曲轴块，所述主轴颈与曲轴块的中部相连接，曲轴块上位于曲轴块、主轴颈交接处的上下两端的部位分别为曲柄臂、平衡块，曲柄臂与连杆颈相连接，且主轴颈、连杆颈分别位于曲轴块的两侧；

所述主轴颈的内部开设有贯通的一号通孔，曲轴块上与主轴颈相交接的部位的内部开设有二号通孔，曲柄臂的内部开设有贯通的三号通孔，连杆颈的内部开设有贯通的四号通孔，且一号通孔、二号通孔相通，三号通孔、四号通孔相通；

所述主轴颈内开设有主轴颈油道，曲柄臂的内部开设有曲柄臂油道，连杆颈的内部开设有连杆颈油道，且主轴颈油道依次经一号通孔、二号通孔、曲柄臂油道、三号通孔、四号通孔后与连杆颈油道相通。

所述一号通孔、二号通孔同轴设置，且直径一致；所述三号通孔的右部与四号通孔平齐对接，三号通孔的左部与曲柄臂的外侧面交接成一个外通孔，该外通孔的直径小于三号通孔右部的直径。

所述一号通孔的直径为主轴颈直径的25%―75%，所述四号通孔的直径为连杆颈直径的25%―75%。

所述主轴颈油道经一号内置油管与曲柄臂油道的一端相通，曲柄臂油道的另一端经二号内置油管与连杆颈油道相通，且一号内置油管位于一号通孔、二号通孔内，二号内置油管位于三号通孔、四号通孔内。

所述一号内置油管、二号内置油管的结构一致，均包括油管本体及与其两端相连接的楔形接头；所述楔形接头为梯形结构，楔形接头的大直径底面与油管本体相通，楔形接头的小直径顶面与主轴颈油道、曲柄臂油道或连杆颈油道相连通，且楔形接头与主轴颈油道、曲柄臂油道或连杆颈油道之间的连接方式为过盈配合。

所述楔形接头的侧围的中部开设有安装槽以与密封圈镶嵌配合。

所述油管本体的侧围上外套置有弹簧。

所述油管本体为伸缩式的金属波纹管。

所述主轴颈油道沿重力线方向垂直设置，所述曲柄臂油道、连杆颈油道均倾斜设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元中，对曲轴包括的所有零部件——主轴颈、连杆颈、曲轴块（其内的曲柄臂）都进行了轻量化设计，即都开设了通孔，而且这些通孔相互之间联通，构成一个共通的空腔，不仅能够较大程度上减少曲轴的质量，实现轻量化目标，而且形成一个相互联系的、轻量化的整体，相互的衔接性很好。因此，本发明不仅轻量化程度较高，而且整体协作性较强。

2、本发明一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元中，在实现了整体轻量化的基础上，对曲轴内的油路进行了重新的设计以与轻量化的设计相匹配，包括各个通孔与主轴颈油道、曲柄臂油道、连杆颈油道之间的连通关系，还有一号内置油管、二号内置油管与通孔、油道之间的连通关系，不仅确保轻量化能够实现，而且充分利用轻量化所增设的空间，确保油路润滑的正常进行。因此，本发明的润滑效果较佳。

3、本发明一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元中，增设的内置油管包括油管本体、楔形接头、弹簧，其中，楔形接头与曲轴内的油道过盈配合，在确保润滑的同时保证密封，油不会渗漏，而油管本体为金属波纹管，具有一定的伸缩性，利于在通孔内设置，此外，油管本体外部的弹簧能增加油管的整体刚度，使其工作更加稳定。因此，本发明不仅润滑效果较佳，而且易于操作、稳定性较强。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

图2是本发明的立体结构示意图。

图3是图1中一号内置油管的结构示意图。

图4是图3中楔形接头的结构示意图。

图中：主轴颈1、一号通孔11、主轴颈油道12、连杆颈2、四号通孔21、连杆颈油道22、曲轴块3、二号通孔31、曲柄臂4、三号通孔41、曲柄臂油道42、外通孔43、平衡块5、一号内置油管6、二号内置油管7、油管本体8、弹簧81、楔形接头9、安装槽91、密封圈92。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，包括主轴颈1，连杆颈2与曲轴块3，所述主轴颈1与曲轴块3的中部相连接，曲轴块3上位于曲轴块3、主轴颈1交接处的上下两端的部位分别为曲柄臂4、平衡块5，曲柄臂4与连杆颈2相连接，且主轴颈1、连杆颈2分别位于曲轴块3的两侧；

所述主轴颈1的内部开设有贯通的一号通孔11，曲轴块3上与主轴颈1相交接的部位的内部开设有二号通孔31，曲柄臂4的内部开设有贯通的三号通孔41，连杆颈2的内部开设有贯通的四号通孔21，且一号通孔11、二号通孔31相通，三号通孔41、四号通孔21相通；

所述主轴颈1内开设有主轴颈油道12，曲柄臂4的内部开设有曲柄臂油道42，连杆颈2的内部开设有连杆颈油道22，且主轴颈油道12依次经一号通孔11、二号通孔31、曲柄臂油道42、三号通孔41、四号通孔21后与连杆颈油道22相通。

所述一号通孔11、二号通孔31同轴设置，且直径一致；所述三号通孔41的右部与四号通孔21平齐对接，三号通孔41的左部与曲柄臂4的外侧面交接成一个外通孔43，该外通孔43的直径小于三号通孔41右部的直径。

所述一号通孔11的直径为主轴颈1直径的25%―75%，所述四号通孔21的直径为连杆颈2直径的25%―75%。

所述主轴颈油道12经一号内置油管6与曲柄臂油道42的一端相通，曲柄臂油道42的另一端经二号内置油管7与连杆颈油道22相通，且一号内置油管6位于一号通孔11、二号通孔31内，二号内置油管7位于三号通孔41、四号通孔21内。

所述一号内置油管6、二号内置油管7的结构一致，均包括油管本体8及与其两端相连接的楔形接头9；所述楔形接头9为梯形结构，楔形接头9的大直径底面与油管本体8相通，楔形接头9的小直径顶面与主轴颈油道12、曲柄臂油道42或连杆颈油道22相连通，且楔形接头9与主轴颈油道12、曲柄臂油道42或连杆颈油道22之间的连接方式为过盈配合。

所述楔形接头9的侧围的中部开设有安装槽91以与密封圈92镶嵌配合。

所述油管本体8的侧围上外套置有弹簧81。

所述油管本体8为伸缩式的金属波纹管。

所述主轴颈油道12沿重力线方向垂直设置，所述曲柄臂油道42、连杆颈油道22均倾斜设置。

本发明的原理说明如下：

本发明根据曲轴的受力特点和力学特性，即主轴颈、连杆颈的中心部分的材料对曲轴的强度和刚度影响较小（影响较大的是主轴颈和连杆颈在轴线面积上投影的重合区域，称之为重叠区，重叠区越大，曲轴的刚度和强度越好），因此将主轴颈和连杆颈的中间部分的材料去除，形成中空的通孔，如此，连杆颈、曲柄臂的旋转惯量减小，同时，还可采用更小的平衡块（平衡块体积可减小10%―30%），从而在保证曲轴的强度和刚度的情况下，实现曲轴的轻量化，从而提升内燃机的机械效率和经济性，并改善运动机构的润滑磨损及整机的振动噪声水平。此外，由于曲轴在中空化之后，会打断曲轴内的润滑油供应，故在本发明中，还提供一种曲轴的内置油管的设计，采用内置油管将主轴颈油道、各种通孔、连杆颈油道连接起来，确保润滑的顺利进行，同时，通过油管本体外圆面套设的弹簧的弹性以及楔形接头与曲轴内油道的过盈配合来保证油管安装的稳定和密封。

采用了本发明的设计之后，曲轴具备以下优点：

1、曲轴的轻量化：采用中空的主轴颈和连杆颈减轻了曲轴自身的重量，因曲轴旋转惯性力和力矩的减小，曲轴的平衡块也可以做得更小，进一步减轻曲轴的重量。

2、整机质量的轻量化：曲轴做为内燃机主要的运动机构部件，曲轴的轻量化可以有效降低整机的重量，提升整机的经济性和竞争力。

3、改善运动机构的性能：在发动机工作过程中，运动机构长期处于高速运动状态，曲轴的轻量化，可有效降低运动机构的质量和转动惯量，有益于改善内燃机运动机构摩擦摩损、振动噪声，提升内燃机的机构效率和经济性。

4、改善曲轴的负荷状况：曲轴工作过程中的负荷主要包括弯曲负荷和扭转负荷，采用中空轴颈复合结构可有效降低曲轴各缸的转动惯量，提高曲轴自身的扭转振动频率，可有效降低发动机轴系的扭振，改善曲轴工作过程中承受的扭转负荷。

5、独创了曲轴内部设置内置油管的设计，解决轴颈中空后连杆轴承的润滑油供应问题。

实施例1：

参见图1至图4，一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，包括主轴颈1，连杆颈2与曲轴块3，所述主轴颈1与曲轴块3的中部相连接，曲轴块3上位于曲轴块3、主轴颈1交接处的上下两端的部位分别为曲柄臂4、平衡块5，曲柄臂4与连杆颈2相连接，且主轴颈1、连杆颈2分别位于曲轴块3的两侧；

所述主轴颈1的内部开设有贯通的一号通孔11，曲轴块3上与主轴颈1相交接的部位的内部开设有二号通孔31，曲柄臂4的内部开设有贯通的三号通孔41，连杆颈2的内部开设有贯通的四号通孔21，且一号通孔11、二号通孔31相通，三号通孔41、四号通孔21相通；所述主轴颈1内开设有主轴颈油道12，曲柄臂4的内部开设有曲柄臂油道42，连杆颈2的内部开设有连杆颈油道22，且主轴颈油道12依次经一号通孔11、二号通孔31、曲柄臂油道42、三号通孔41、四号通孔21后与连杆颈油道22相通。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述一号通孔11、二号通孔31同轴设置，且直径一致；所述三号通孔41的右部与四号通孔21平齐对接，三号通孔41的左部与曲柄臂4的外侧面交接成一个外通孔43，该外通孔43的直径小于三号通孔41右部的直径（通孔的轴线可以与相应连杆颈的轴线同轴，也可以存在一定偏移）。所述一号通孔11的直径为主轴颈1直径的25%―75%，所述四号通孔21的直径为连杆颈2直径的25%―75%（低于这个范围效果不明显，高于这个范围会减小重叠区域的大小，削弱强度和刚度）。

实施例3：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述主轴颈油道12经一号内置油管6与曲柄臂油道42的一端相通，曲柄臂油道42的另一端经二号内置油管7与连杆颈油道22相通，且一号内置油管6位于一号通孔11、二号通孔31内，二号内置油管7位于三号通孔41、四号通孔21内。所述一号内置油管6、二号内置油管7的结构一致，均包括油管本体8及与其两端相连接的楔形接头9；所述楔形接头9为梯形结构，楔形接头9的大直径底面与油管本体8相通，楔形接头9的小直径顶面与主轴颈油道12、曲柄臂油道42或连杆颈油道22相连通，且楔形接头9与主轴颈油道12、曲柄臂油道42或连杆颈油道22之间的连接方式为过盈配合。

实施例4：

基本内容同实施例3，不同之处在于：

所述楔形接头9的侧围的中部开设有安装槽91以与密封圈92镶嵌配合。所述油管本体8的侧围上外套置有弹簧81（油管本体8的外部加上弹簧81可以增加其刚度）。所述油管本体8为伸缩式的金属波纹管。

Claims (5)

1.一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，包括主轴颈（1）、连杆颈（2）与曲轴块（3），所述主轴颈（1）与曲轴块（3）的中部相连接，曲轴块（3）上位于曲轴块（3）、主轴颈（1）交接处的上下两端的部位分别为曲柄臂（4）、平衡块（5），曲柄臂（4）与连杆颈（2）相连接，且主轴颈（1）、连杆颈（2）分别位于曲轴块（3）的两侧，其特征在于：

所述主轴颈（1）的内部开设有贯通的一号通孔（11），曲轴块（3）上与主轴颈（1）相交接的部位的内部开设有二号通孔（31），曲柄臂（4）的内部开设有贯通的三号通孔（41），连杆颈（2）的内部开设有贯通的四号通孔（21），且一号通孔（11）、二号通孔（31）相通，三号通孔（41）、四号通孔（21）相通；

所述主轴颈（1）内开设有主轴颈油道（12），曲柄臂（4）的内部开设有曲柄臂油道（42），连杆颈（2）的内部开设有连杆颈油道（22），且主轴颈油道（12）依次经一号通孔（11）、二号通孔（31）、曲柄臂油道（42）、三号通孔（41）、四号通孔（21）后与连杆颈油道（22）相通；

所述主轴颈油道（12）经一号内置油管（6）与曲柄臂油道（42）的一端相通，曲柄臂油道（42）的另一端经二号内置油管（7）与连杆颈油道（22）相通，且一号内置油管（6）位于一号通孔（11）、二号通孔（31）内，二号内置油管（7）位于三号通孔（41）、四号通孔（21）内；

所述一号内置油管（6）、二号内置油管（7）的结构一致，均包括油管本体（8）及与其两端相连接的楔形接头（9）；所述楔形接头（9）为梯形结构，楔形接头（9）的大直径底面与油管本体（8）相通，楔形接头（9）的小直径顶面与主轴颈油道（12）、曲柄臂油道（42）或连杆颈油道（22）相连通，且楔形接头（9）与主轴颈油道（12）、曲柄臂油道（42）或连杆颈油道（22）之间的连接方式为过盈配合；

所述楔形接头（9）的侧围的中部开设有安装槽（91）以与密封圈（92）镶嵌配合；所述油管本体（8）的侧围上外套置有弹簧（81）。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，其特征在于：所述一号通孔（11）、二号通孔（31）同轴设置，且直径一致；所述三号通孔（41）的右部与四号通孔（21）平齐对接，三号通孔（41）的左部与曲柄臂（4）的外侧面交接成一个外通孔（43），该外通孔（43）的直径小于三号通孔（41）右部的直径。

3.根据权利要求1所述的一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，其特征在于：所述一号通孔（11）的直径为主轴颈（1）直径的25%―75%，所述四号通孔（21）的直径为连杆颈（2）直径的25%―75%。

4.根据权利要求1所述的一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，其特征在于：所述油管本体（8）为伸缩式的金属波纹管。

5.根据权利要求1所述的一种内燃机轻量化曲轴的单拐单元，其特征在于：所述主轴颈油道（12）沿重力线方向垂直设置，所述曲柄臂油道（42）、连杆颈油道（22）均倾斜设置。