CN113146537B - 一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法，本发明的组合安装方法中，在两段曲柄轴和连接柄的加工公差不同的情况下，能够安装出两个主轴颈同轴度极高的曲轴，保证组合曲轴的两端主轴颈达到高精度整体曲轴两端主轴颈的同轴度水平。本发明曲轴组合安装时，第一曲柄轴和第二曲柄轴的两个曲柄销中心线与主轴颈中心线三者不必要求在一个平面内；由于rA’和rB’的差异只是加工尺寸误差问题，当加工尺寸误差为零件尺寸的5‰，θ≦5.7°，由此产生的rA'和rB'曲拐上的往复质量的比值为1：0.995，即往复惯性力不平衡量不大于5‰，故几乎不会影响往复惯性力的平衡性。

Description

一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法
技术领域
本发明属于动力机械工程技术领域，涉及曲轴的组合方法，特别涉及一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法。
背景技术
随着社会的发展以及人们对环保要求的提高，市场对无油压缩机的要求越来越广泛，单作用的往复活塞式压缩机采用接触式的活塞环密封，具有容积效率高、结构简单、容易实现大压力比的无油压缩、制造成本和维护成本低等优点，在中小型无油压缩机领域具有良好的应用前景。但是，为了实现气缸无油润滑，压缩机连杆大头与曲轴之间的轴承只能采用密封型脂润滑的滚动轴承，于是有文献就提出了组合式曲轴的方案，如图1和图2所示，整个曲轴由两个单曲柄轴和中间的一只连接柄构成，即通过连接柄把两个曲柄轴的曲柄销连接起来。
由于连接柄以及曲柄轴的回转半径在加工时都有误差，按照现有的工艺技术组合安装的曲轴，其两端的主轴颈的同轴度无法保证。
综上，亟需一种新的通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明在两段曲柄轴和连接柄的加工公差不同的情况下，能够安装出两个主轴颈同轴度极高的曲轴，保证组合曲轴的两端主轴颈达到高精度整体曲轴两端主轴颈的同轴度水平。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种通用公差分体曲轴的组合安装工装结构，包括：曲轴安装座、曲轴连接柄、第一轴承盖和第二轴承盖；
所述曲轴安装座设置有第一凸起和第二凸起，第一凸起和第二凸起均设置有半圆孔；
所述第一轴承盖设置有半圆孔，用于可拆卸的固定安装于所述第一凸起，第一凸起的半圆孔与第一轴承盖的半圆孔形成第一安装孔；
所述第二轴承盖设置有半圆孔，用于可拆卸的固定安装于所述第二凸起，第二凸起的半圆孔与第二轴承盖的半圆孔形成第二安装孔；
所述曲轴连接柄设置有两个通孔，用于套入待组合安装曲柄轴的曲柄销；
其中，第一安装孔和第二安装孔的同轴度达到预设精度；第一安装孔和第二安装孔的直径分别等于待组合安装曲柄轴的主轴颈的直径。
本发明的进一步改进在于，第一凸起和第二凸起分别设置于曲轴安装座的两端，二者的间距大于待组合安装的两个曲柄轴的曲柄销的长度之和，小于待组合安装的两个曲柄轴的曲柄销以及主轴的长度之和。
本发明的进一步改进在于，曲轴安装座与第一轴承盖、第二轴承盖通过螺栓连接的方式实现可拆卸的固定安装。
本发明的进一步改进在于，第一安装孔和第二安装孔的同轴度达到5级或者6级精度。
本发明的进一步改进在于，待组合安装的两个曲柄轴达到6级或者7级精度的公差要求。
本发明的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，基于本发明上述的组合安装工装结构，包括以下步骤：
(1)将第一滚动轴承、第二滚动轴承分别套入第一曲柄轴、第二曲柄轴的曲柄销上；将第一曲柄轴的主轴颈放在第一安装孔内，紧固第一轴承盖与曲轴安装座；将第一曲柄轴的曲柄销套入曲轴连接柄，将第二曲柄轴的曲柄销上套入曲轴连接柄，预紧固曲轴连接柄与两个曲柄销；其中，第一滚动轴承在第一凸起与曲轴连接柄之间，第二滚动轴承在第二凸起与曲轴连接柄之间；预紧固之后使得曲轴连接柄与曲柄销之间还能够发生相对转动；
(2)将第二曲柄轴的主轴颈放在第二安装孔内，紧固第二轴承盖与曲轴安装座；
(3)紧固曲轴连接柄与两个曲柄销，使其不能发生相对转动；
(4)拆卸第一轴承盖和第二轴承盖，取出组合安装完毕的曲轴。
本发明的进一步改进在于，还包括：反复松、紧和调整主轴颈与轴承盖的配合，以及曲柄销与曲轴连接柄之间的配合，最终使曲轴主轴颈的同轴度每100mm小于等于0.02mm。
本发明的进一步改进在于，步骤(2)包括，转动第二曲柄销，选择达到预设转动灵活度的位置，紧固第二轴承盖与曲轴安装座螺栓以及连接柄螺栓。
本发明的进一步改进在于，曲轴连接柄的两个通孔的中心距的名义尺寸为S，实际尺寸为S’；第一曲柄轴的曲柄半径为rA，实际尺寸为rA’，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角为θ’A；第二曲柄轴的曲柄半径为rB，实际尺寸为rB’，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角为θ’B；其中，rA’≦rB’或者rA’≧rB’；S’≦rA’+rB’；S’＝rA’cosθA’+rB’cosθB’；θ’A＝arcos[s’/(2r’A)]或者θ’B＝arcos[s’/(2r’B)]；
加工尺寸误差≦1.5‰时，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ’A或θ’B≦3.97°；由此产生的rA和rB曲拐上的往复质量的比值为1：0.996，往复惯性力不平衡量小于等于4‰；或者，加工尺寸误差为零件尺寸的5‰，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ’A或θ’B≦5.7°，由此产生的rA'和rB'曲拐上的往复质量的比值为1：0.995，往复惯性力不平衡量小于等于5‰。
本发明的进一步改进在于，第一曲柄轴和第二曲柄轴的两个曲柄销中心线与主轴颈中心线三者在或不在一个平面内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的组合安装方法，在两段曲柄轴和连接柄的加工公差不同的情况下，能够安装出两个主轴颈同轴度极高的曲轴，保证组合曲轴的两端主轴颈达到高精度整体曲轴两端主轴颈的同轴度水平。
本发明曲轴组合安装时，第一曲柄轴和第二曲柄轴的两个曲柄销中心线与主轴颈中心线三者不必要求在一个平面内。由于rA’和rB’的差异只是加工尺寸误差问题，当加工尺寸误差为零件尺寸的5‰，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ≦5.7°，由此产生的rA'和rB'曲拐上的往复质量的比值为1：0.995，即往复惯性力不平衡量不大于5‰，故几乎不会影响往复惯性力的平衡性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有需要安装的组合曲轴示意图；
图2是图1中A-A截面剖视示意图；
图3是组合曲轴上的曲柄半径与曲柄中心距之间的关系示意；
图4是曲拐半径与曲柄长度之间的实际尺寸关系示意图；其中，图4中的(a)为第一种轴端示意图，图4中的(b)为第二种轴端示意图；
图5是曲轴组装工装的结构示意图；
图6是曲轴在工装中进行安装的示意图；
图中，11、第一曲柄轴；12、第二曲柄轴；13、曲轴连接柄；14、曲轴安装座；15、第一轴承盖；16、第二轴承盖；17、第一滚动轴承；18、第二滚动轴承。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图3至图6，本发明实施例的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，包括以下步骤：
(1)按照通常的6级或者7级精度的公差要求加工两只曲柄轴，第一曲柄轴11的曲柄半径为rA，第二曲柄轴12的曲柄半径为rB；rA和rB的名义尺寸都取为相同值。曲轴连接柄13的中心距的名义尺寸为S。上述三者名义尺寸之间的关系如图3所示，图3是组合曲轴上的曲柄半径与曲柄中心距之间的关系图，应符合下列关系式：
rA＝rB；(1)
rA+rB＝S；(2)
对于这三者的实际尺寸分别为r’A，r’B，和S’时，他们之间的关系如图4所示，符合下列数学条件：
rA’≦rB’，或者rA’≧rB’；(3)
S’≦rA’+rB’；(4)
本发明实施例的曲轴组合安装时，第一曲柄轴11和第二曲柄轴12的两个曲柄销中心线与主轴颈中心线三者不必要求在一个平面内。于是，就会有如图4所示的两种轴端视图状况。由于rA’和rB’的差异只是加工尺寸误差问题，按照几何原理得出：
S'＝rA'cosθA’+rB'cosθB’
θA’≈arcos[s’/(2rA')]或者θ’B≈arcos[s’/(2rB')]
即就是，当加工尺寸误差为零件尺寸的5‰，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ≦5.7°，
由此产生的rA'和rB'曲拐上的往复质量的比值为1：0.995，即往复惯性力不平衡量不大于5‰，故几乎不会影响往复惯性力的平衡性。
(2)按照曲轴两端主轴承的长度尺寸和直径尺寸制作一个曲轴安装工装如图5所示，要求两个孔的同轴度达到5级或者6级精度，图5中的第一轴承盖15和第二轴承盖16的内圆孔直径等于曲轴主轴颈的直径。轴承座和轴承盖之间设有连接螺栓孔，用于二者的固定连接；
(3)如图6所示，先将第一滚动轴承17和第二滚动轴承18分别套入两个第一曲柄轴11和第二曲柄轴12的曲柄销上，再把第一曲柄轴11的主轴颈放在曲轴安装座14的轴孔内，用螺栓固紧，然后套入曲轴连接柄13，并在曲轴连接柄13的另一只孔内插进第二曲柄轴12的曲柄销，紧固第二曲柄轴12主轴颈的轴承盖，用连接柄的螺栓紧固连接柄，但是连接柄与曲柄销之间的转动还能发生。
(4)再一次松、紧固第二曲柄轴12主轴颈的轴承盖，并再次转动第二曲柄轴12的曲柄销，这时向左或向右的转动曲柄销都将受阻，选择在第二曲柄轴12的较为灵活的曲柄销位置，再次松、紧固第二曲柄轴12的主轴颈，然后再紧固曲轴连接柄13上的紧固螺栓。有时需要反复松、紧和调整主轴颈与轴承盖的配合，以及曲柄销与连接柄之间的配合，才能达到高的装配精度。
(5)将安装座上的两个轴承盖打开，取出安装好的曲轴，即可完成曲轴的组合安装。
本发明实施例中，按照曲轴两端主轴承的长度尺寸和直径尺寸制作一个曲轴安装工装如图5所示，安装座的两端各有一个安装孔，要求两个孔的同轴度达到5级或者六级精度，再通过线切割的方式切下来两个带有半圆孔的轴承盖，轴承座和轴承盖上都设有连接螺栓孔。
本发明实施例中，例如对于一根组合曲轴，第一曲柄轴11的曲柄半径为25.02mm，第二曲柄轴12的曲柄半径为24.96mm；曲轴连接柄13中心距的实际加工尺寸为49.85mm；按照本发明中的技术方案安装后，曲轴曲柄半径的径向线与连接柄之间的夹角为：
θ＝arcos(s’/(rA’))＝arcos(49.85/(2X25.02))＝4.99°
如果上述曲柄半径不变，而S＝49.92mm时，则θ＝3.97°。
两列等质量情况下的惯性力相差2.4‰。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，
所述组合安装方法基于组合安装工装结构；所述组合安装工装结构包括：曲轴安装座、曲轴连接柄、第一轴承盖和第二轴承盖；所述曲轴安装座设置有第一凸起和第二凸起，第一凸起和第二凸起均设置有半圆孔；所述第一轴承盖设置有半圆孔，用于可拆卸的固定安装于所述第一凸起，第一凸起的半圆孔与第一轴承盖的半圆孔形成第一安装孔；所述第二轴承盖设置有半圆孔，用于可拆卸的固定安装于所述第二凸起，第二凸起的半圆孔与第二轴承盖的半圆孔形成第二安装孔；所述曲轴连接柄设置有两个通孔，用于套入待组合安装曲柄轴的曲柄销；其中，第一安装孔和第二安装孔的同轴度达到预设精度；第一安装孔和第二安装孔的直径分别等于待组合安装曲柄轴的主轴颈的直径；
所述组合安装方法包括以下步骤：
(1)将第一滚动轴承、第二滚动轴承分别套入第一曲柄轴、第二曲柄轴的曲柄销上；将第一曲柄轴的主轴颈放在第一安装孔内，紧固第一轴承盖与曲轴安装座；将第一曲柄轴的曲柄销套入曲轴连接柄，将第二曲柄轴的曲柄销上套入曲轴连接柄，预紧固曲轴连接柄与两个曲柄销；其中，第一滚动轴承在第一凸起与曲轴连接柄之间，第二滚动轴承在第二凸起与曲轴连接柄之间；预紧固之后使得曲轴连接柄与曲柄销之间还能够发生相对转动；
(2)将第二曲柄轴的主轴颈放在第二安装孔内，紧固第二轴承盖与曲轴安装座；
(3)紧固曲轴连接柄与两个曲柄销，使其不能发生相对转动；
(4)拆卸第一轴承盖和第二轴承盖，取出组合安装完毕的曲轴。
2.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，第一凸起和第二凸起分别设置于曲轴安装座的两端，二者的间距大于待组合安装的两个曲柄轴的曲柄销的长度之和，小于待组合安装的两个曲柄轴的曲柄销以及主轴的长度之和。
3.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，曲轴安装座与第一轴承盖、第二轴承盖通过螺栓连接的方式实现可拆卸的固定安装。
4.根据权利要求2所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，第一安装孔和第二安装孔的同轴度达到5级或者6级精度。
5.根据权利要求4所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，待组合安装的两个曲柄轴达到6级或者7级精度的公差要求。
6.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，还包括：反复松、紧和调整主轴颈与轴承盖的配合，以及曲柄销与曲轴连接柄之间的配合，最终使曲轴主轴颈的同轴度每100mm小于等于0.02mm。
7.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，步骤(2)包括，转动第二曲柄销，选择达到预设转动灵活度的位置，紧固第二轴承盖与曲轴安装座螺栓以及连接柄螺栓。
8.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，曲轴连接柄的两个通孔的中心距的名义尺寸为S，实际尺寸为S’；第一曲柄轴的曲柄半径为rA，实际尺寸为rA’，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角为θ’A；第二曲柄轴的曲柄半径为rB，实际尺寸为rB’，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角为θ’B；其中，rA’≦rB’或者rA’≧rB’；S’≦rA’+rB’；S’＝rA’cosθA’+rB’cosθB’；θ’A＝arcos[s’/(2r’A)]或者θ’B＝arcos[s’/(2r’B)]；
加工尺寸误差≦1.5‰时，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ’A或θ’B≦3.97°；由此产生的rA和rB曲拐上的往复质量的比值为1：0.996，往复惯性力不平衡量小于等于4‰；或者，加工尺寸误差为零件尺寸的5‰，曲柄径向线与连接柄之间的实际夹角θ’A或θ’B≦5.7°，由此产生的rA'和rB'曲拐上的往复质量的比值为1：0.995，往复惯性力不平衡量小于等于5‰。
9.根据权利要求1所述的一种通用公差分体曲轴的组合安装方法，其特征在于，第一曲柄轴和第二曲柄轴的两个曲柄销中心线与主轴颈中心线三者在或不在一个平面内。
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