本教導(dǎo)總體上包括曲軸組件以及制造曲軸組件的方法。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸將活塞的往復(fù)式線性移動(dòng)轉(zhuǎn)換為圍繞縱向軸線的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)以提供轉(zhuǎn)矩來(lái)推進(jìn)車輛，該車輛諸如(但不限于)火車、船、飛機(jī)、卡車或汽車。

曲軸包括偏離縱向軸線的至少一個(gè)曲柄銷，往復(fù)式活塞經(jīng)由連桿附接至該曲柄銷。通過(guò)活塞與曲軸之間的偏離連接從活塞施用至曲軸的力在曲軸中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而使曲軸圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)。曲軸進(jìn)一步包括圍繞縱向軸線同心設(shè)置的至少一個(gè)主軸承軸頸。曲軸在主軸承軸頸處固定至發(fā)動(dòng)機(jī)組。軸承圍繞主軸承軸頸設(shè)置在曲軸與發(fā)動(dòng)機(jī)組之間。

為了減少曲軸的重量，曲軸和主軸承軸頸可以具有中空部分。中空部分的最大體積以及因此曲軸的重量減少受在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間必須由曲軸承受的應(yīng)力限制。換言之，曲軸必須具有足夠厚度以使曲軸承受該應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

曲軸設(shè)計(jì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體包裝，并且由此影響發(fā)動(dòng)機(jī)的總質(zhì)量。因此，將曲軸的大小和/或質(zhì)量最小化減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的大小和/或質(zhì)量，從而對(duì)車輛的總大小、質(zhì)量和燃料經(jīng)濟(jì)性具有復(fù)合影響。

制造本文所述的曲軸組件的方法包括配置具有帶有腔體的曲柄銷軸頸的曲軸，該腔體至少部分從曲柄銷軸頸的第一軸向側(cè)延伸至第二軸向側(cè)并且在第一軸向側(cè)和第二軸向側(cè)中的至少一個(gè)處開(kāi)口。該方法包括在腔體中設(shè)置芯塞。曲軸具有第一密度且芯塞可以具有可小于第一密度的不同的第二密度。通過(guò)非限制性實(shí)例，曲軸可以至少部分是鐵或鋼，且芯塞可以至少部分是鋁、至少部分是鈦、陶瓷、金屬基質(zhì)或復(fù)合物。

因此，曲軸組件包括具有曲柄銷軸頸的曲柄銷的曲軸，該曲柄銷軸頸具有至少部分從曲柄銷軸頸的第一軸向側(cè)延伸至第二軸向側(cè)的腔體。該腔體在第一軸向側(cè)和第二軸向側(cè)中的至少一個(gè)處開(kāi)口。曲軸組件包括設(shè)置在腔體中的芯塞。曲軸具有第一密度且芯塞可以具有可小于第一密度的不同第二密度。

其中設(shè)置有芯塞的腔體可以制成為大于中空腔體，這是因?yàn)樾救糠殖惺芮N軸頸的負(fù)荷。因此需要較少的更緊密的曲軸材料。曲柄銷軸頸連同芯塞具有低于相同材料的曲柄銷軸頸的總重量，但曲柄銷軸頸中具有完全中空腔體。這允許減少配重體的重量和/或大小，繼而可允許包括曲柄組件的發(fā)動(dòng)機(jī)的較低平臺(tái)高度。

在各個(gè)實(shí)施例中，該方法可以包括鑄造或鍛造曲軸。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鍛造曲軸時(shí)，可以在鍛造的曲軸中對(duì)腔體進(jìn)行鉆孔。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鑄造曲軸時(shí)，可通過(guò)將芯塞定位在其中鑄造有曲軸的模具中來(lái)將芯塞鑄造至腔體中。在此實(shí)施例中，將曲軸鑄造在芯塞和選用地進(jìn)行噴砂或打蠟的臨時(shí)芯體周圍。芯塞將保留在鑄件中，而臨時(shí)芯體被移除。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鑄造曲軸以形成腔體時(shí)，可在模具中插入臨時(shí)芯體(諸如砂芯或蠟芯)。在鑄造曲軸之后，移除芯體且此后通過(guò)鑄造或按壓配合插入將芯塞插入在腔體中。

芯塞可以具有各種形狀，并且可以包括延伸至芯塞中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口減少了芯塞的重量。在某些實(shí)施例中，開(kāi)口延伸通過(guò)僅芯塞的一部分，且芯塞的剩余部分是實(shí)心的，選用地具有延伸通過(guò)其中的流體通道，該流體通道將諸如油的流體從相鄰主軸承軸頸傳遞至銷軸承軸頸。在各個(gè)實(shí)施例中，芯塞可以是單個(gè)鑄件、單個(gè)擠壓件或多件以實(shí)現(xiàn)理想的幾何形狀。

從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)行本教導(dǎo)的最佳模式進(jìn)行的詳細(xì)描述中能夠很容易明白本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是曲軸組件的側(cè)視圖中的示意圖，其利用隱藏線示出銷和主軸承軸頸中的腔體。

圖2是圖1的一個(gè)銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖。

圖3是圖2的在圖2中的線3-3處截取的銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖。

圖4是圖2的銷軸承軸頸的芯塞的第一實(shí)施例的前視圖。

圖5是圖2的銷軸承軸頸的芯塞的第二實(shí)施例的前視圖。

圖6是圖2的銷軸承軸頸的芯塞的第三實(shí)施例的前視圖。

圖7是圖2的銷軸承軸頸的芯塞的第四實(shí)施例的前視圖。

圖8是圖2的銷軸承軸頸的芯塞的第五實(shí)施例的前視圖。

圖9是模具組件的半模的示意透視圖，該模具組件用于鑄造圖1的曲軸并且示出半模中的芯體。

圖10是圖1的堆疊在芯塞處的一個(gè)銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖。

圖11是圖1的其中杯型塞保持芯塞的一個(gè)銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖。

圖12是另一個(gè)實(shí)施例的曲軸組件的銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖，其中另一個(gè)實(shí)施例的芯塞使用芯軸被插入到銷軸承軸頸的腔體中。

圖13是曲軸組件的示意橫截面圖，該曲軸組件展示銷軸承軸頸中的腔體并且部分芯塞組裝在其中一個(gè)腔體中。

圖14是曲軸組件的一個(gè)實(shí)施例的銷軸承軸頸的示意橫截面圖和局部圖，其中，一個(gè)實(shí)施例的芯塞被鑄造在銷軸承軸頸中并且示出模銷。

具體實(shí)施方式

本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將明白的是，諸如“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”等的術(shù)語(yǔ)是描述性地用于圖式，并且并不表示對(duì)如由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的限制。

參考附圖，其中所有幾個(gè)視圖中的相似標(biāo)號(hào)指示相似部分，圖1示出了曲軸組件10，其包括曲軸20和諸如圖2中所示的芯塞56a、56b的一個(gè)或多個(gè)芯塞或本文所公開(kāi)的其它芯塞實(shí)施例中的任一個(gè)。曲軸組件10可以配置用于發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如(但不限于)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)或某個(gè)其它類似裝置。曲軸20包括沿著縱向軸線24延伸的軸22，該縱向軸線限定多個(gè)主軸承軸頸26、多個(gè)臂27、多個(gè)銷軸承軸頸28和至少一個(gè)配重體30。

主軸承軸頸26圍繞縱向軸線24同心地設(shè)置。每個(gè)銷軸承軸頸28橫向地偏離縱向軸線24，并且由一對(duì)臂27附接至主軸承軸頸26。每個(gè)臂27從一個(gè)主軸承軸頸26延伸至一個(gè)銷軸承軸頸28，并且可以或可以不包括一個(gè)配重體30。每個(gè)配重體30徑向地延伸遠(yuǎn)離縱向軸線24。每個(gè)主軸承軸頸26支撐圍繞其的軸承(未示出)，并且提供用于將曲軸20附接至發(fā)動(dòng)機(jī)組(未示出)的附接位置。每個(gè)銷軸承軸頸28支撐圍繞其的軸承(未示出)，該軸承附接有連桿(未示出)。連桿將活塞(未示出)附接至曲軸20。配重體30抵消活塞、活塞環(huán)、活塞銷和保持夾、連桿的小端的往復(fù)式質(zhì)量，連桿大端和軸承的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量以及曲軸自身(銷軸承軸頸28和臂27)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。主軸承軸頸26在縱向軸線24上并且不需要任何配重體。配重體30減小作用于主軸承軸頸26上的力并且由此改進(jìn)軸承的耐用性。配重體30平衡曲軸20圍繞縱向軸線24的旋轉(zhuǎn)以減少其中的振動(dòng)。

圖1中所示的曲軸20的實(shí)施例是用于直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，并且包括四個(gè)銷軸承軸頸28、八個(gè)臂27、五個(gè)主軸承軸頸26以及四個(gè)配重體30。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，曲軸20的配置可以不同于圖1中所示的配置。因而，曲軸20可以配置用于任何風(fēng)格和/或配置的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括(但不限于)具有六個(gè)或八個(gè)汽缸的v式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，具有設(shè)置為v的兩排汽缸以在其間形成凹谷的發(fā)動(dòng)機(jī))或具有3、5、6個(gè)或某個(gè)其它數(shù)量的汽缸的直列式發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸可以是共用銷v曲軸，每個(gè)曲柄銷軸頸具有兩個(gè)連桿，諸如v8或v12發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸可以是在兩個(gè)連桿軸頸之間具有“懸臂”的v式曲軸。v6發(fā)動(dòng)機(jī)具有四個(gè)主軸承且每個(gè)主軸承之間具有兩個(gè)連桿。60度(汽缸之間的傾斜角)v6曲軸在曲軸銷之間具有厚的懸臂，這是因?yàn)榇嬖?0度銷斜面，且90度v6曲軸具有較薄懸臂(端視圖中僅具有30度銷斜面)。另外，因?yàn)楸?7是曲軸20的結(jié)構(gòu)部分且這里的配重體30僅僅是為了減小力和振動(dòng)，所以曲軸20可以具有以任何配置附接至各個(gè)臂27的任何數(shù)量的配重體30。例如，直列式四缸曲軸可以包括六個(gè)或八個(gè)配重體。因此，圖1中所示的具體曲軸20以及本文所示且描述的其它曲軸僅是示例性的，并且不應(yīng)被視為限制權(quán)利要求書的范圍。

至少一個(gè)銷軸承軸頸28包括至少部分從銷軸承軸頸28的第一軸向側(cè)35延伸至第二軸向側(cè)37的腔體32。至少一個(gè)主軸承軸頸26還可包括延伸通過(guò)其中的腔體33。銷軸承軸頸28中的腔體32和主軸承軸頸26中的腔體33中的每一個(gè)通常沿著如下文更詳細(xì)描述的縱向軸線24但是不一定平行于縱向軸線24延伸。在所示實(shí)施例中，延伸通過(guò)相應(yīng)的銷軸承軸頸28的每個(gè)腔體32形成，以沿著曲軸20的縱向軸線24完全延伸，通過(guò)相應(yīng)的銷軸承軸頸28，銷軸承軸頸28介于相應(yīng)的銷軸承軸頸28的第一軸向側(cè)35與相應(yīng)的銷軸承軸頸28的第二軸向側(cè)37之間。類似地，延伸通過(guò)相應(yīng)的主軸承軸頸26的每個(gè)腔體33形成為沿著曲軸20的縱向軸線24完全延伸通過(guò)相應(yīng)的主軸承軸頸26，主軸承軸頸26介于相應(yīng)的主軸承軸頸26的第一軸向側(cè)39a與相應(yīng)的主軸承軸頸26的第二軸向側(cè)39b之間。曲軸20中的腔體32、33減小用于形成曲軸20的金屬體積，由此減小曲軸20的總重量。另外，通過(guò)減小橫向偏離縱向軸線24的銷軸承軸頸28的重量，配重體30的質(zhì)量也可減小對(duì)應(yīng)量，由此進(jìn)一步減小曲軸20的總重量。

然而，銷軸承軸頸中的中空腔體的體積是有限制的。中空腔體是填充有空氣的空腔。當(dāng)銷軸承軸頸具有中空腔體時(shí)，曲軸的剩余材料必須足以承受銷軸承軸頸處歸因于連桿的負(fù)荷而形成的高應(yīng)力。例如，參考圖2，曲軸20必須承受應(yīng)力使得下部圓角54a和上部圓角54b處的通常高應(yīng)力區(qū)域處的應(yīng)力的量值不高于預(yù)定最大應(yīng)力水平。因此，為了允許進(jìn)一步減少曲軸20的相對(duì)較高密度材料，一個(gè)或多個(gè)曲軸56a、56b容置在至少一個(gè)銷軸承軸頸28的腔體32中。芯塞56a、56b可以具有密度小于曲軸20的材料的密度的材料或可以具有與曲軸相同的材料。因此，即使腔體32中的芯塞56a、56b具有附加重量，因?yàn)榍惑w32與具有完全空腔32的曲軸相比可較大，所以曲軸組件10的總重量減小。

曲軸20配置成使得腔體32從第一軸向側(cè)35延伸至第二軸向側(cè)37進(jìn)而完全通過(guò)銷軸承軸頸28，并且在第一軸向側(cè)35和第二軸向側(cè)37這二者處分別在開(kāi)口41和43處開(kāi)口。芯塞56a和56b通過(guò)將第一芯塞56a插入至第一軸向側(cè)35處的腔體32中并且將第二芯塞56b插入至第二軸向側(cè)37處的腔體32中而設(shè)置在腔體32中，使得芯塞56a與56b之間的腔體32的中部57保持中空。因?yàn)樾救?6a、56b承受某些負(fù)荷，所以腔體32的體積可制造成大于另外的腔體。例如，腔體32內(nèi)的銷軸承軸頸28的下表面58低于腔體32完全中空(即，沒(méi)有芯塞56a、56b)的情況。曲軸20的質(zhì)量小于腔體32中空時(shí)所需要的質(zhì)量。另外，因?yàn)樾救?6a、56b可以具有低于曲軸20的第二密度，所以沒(méi)有芯塞56a、56b的曲軸20的總重量可以進(jìn)一步降低。

曲軸20是具有第一密度的第一材料，且芯塞56a和56b可以是具有小于第一密度的第二密度的第二材料。例如，曲軸20可以至少部分是鐵或鋼。如果芯塞56a、56b的體積小于腔體32的體積，那么它們可以至少部分是鐵或鋼。芯塞56a、56b可以至少部分是鋁、至少部分是鈦、陶瓷、金屬基質(zhì)或復(fù)合物。如本文所使用，“復(fù)合物”在用于描述諸如芯塞的部件時(shí)是某種材料(是聚合物與另一種材料的復(fù)合物)。例如，復(fù)合物可以是玻璃增強(qiáng)尼龍、玻璃增強(qiáng)丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、填充玻璃的熱固性塑料、填充玻璃的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)或其它聚合物復(fù)合物。在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)可以使用其它材料。

如圖3中所示，腔體32的中部57具有在垂直于曲軸20的縱向軸線24的橫截面處為非圓形形狀得橫截面形狀。例如，在所示實(shí)施例中，橫截面形狀是橢圓形。顯然，曲軸20在鄰近于下部圓角54a的區(qū)域通常厚于鄰近于上部圓角54b的區(qū)域。換言之，腔體32的橢圓形中部57居中成更靠近上部圓角54b而非更靠近下部圓角54a。在其它實(shí)施例中，腔體32在中部57處的橫截面形狀可以包括(但不限于)其它非圓形形狀。如圖3中所示，中部57的橢圓形橫截面形狀包括主軸線62和副軸線64。主軸線62大于副軸線64。在腔體32外側(cè)的曲柄銷軸頸28的側(cè)部66窄于下部68和上部71。另外，下部68寬于上部71。腔體32的橢圓形形狀將用于形成曲軸20的材料的減少最大化，由此將曲軸20的重量的減小最大化。帶鉆孔流體通道59從銷軸承軸頸28、圍繞或穿過(guò)腔體32延伸，并且延伸至主軸承軸頸26。歸因于所截取的橫截面而出現(xiàn)開(kāi)口59a。

芯塞56a和56b自身還可配置成減小總重量并同時(shí)提供負(fù)荷支撐。例如，芯塞56a、56b中的任一個(gè)或兩個(gè)可以具有至少部分縱向延伸通過(guò)相應(yīng)的芯塞56a、56b的至少一個(gè)開(kāi)口60。該至少一個(gè)開(kāi)口60是中空的，由此減小芯塞56a、56b的重量。

圖4是芯塞56a的端視圖。芯塞56a具有兩個(gè)開(kāi)口60，其包括都縱向延伸部分通過(guò)芯塞56a的第一開(kāi)口60a和第二開(kāi)口60b。開(kāi)口60a和60b均在大體上垂直于中心軸線61a、61b截取的橫截面處具有基本上圓形橫截面，該中心軸線61a、61b縱向延伸通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)口60a、60b。開(kāi)口60a、60b僅在相應(yīng)的芯塞56a、56b的外面70處開(kāi)口。開(kāi)口60a和60b是芯塞56a、56b中的唯一開(kāi)口、具有相等大小，并且對(duì)稱地定位在芯塞56a、56b的相鄰象限中，如關(guān)于圖4中的芯塞56a所說(shuō)明。虛線q1和q2表示將芯塞56a分離為象限的邊界線。為了最佳地承受燃燒力并且滿足彎曲、橢圓度和應(yīng)力約束，芯塞56a、56b固定在腔體32中使得第一開(kāi)口60a和第二開(kāi)口60b定位在芯塞56a、56b中最接近上部圓角54b的一半中。當(dāng)以此方式定位時(shí)，芯塞56a、56b的下半(圖4中的線q2下面)高度壓縮，從而造成大的壓縮應(yīng)力，而開(kāi)口60a、60b上面的頂部形成較低量值的拉伸應(yīng)力。壓縮區(qū)主要下降至虛線q2下面。拉伸區(qū)主要下降至虛線z2上面。開(kāi)口60a、60b是線q2與z2之間的中間區(qū)，其形成的應(yīng)力與壓縮應(yīng)力區(qū)和拉伸應(yīng)力區(qū)相比相對(duì)較低。通過(guò)將開(kāi)口60a、60b定位在壓縮區(qū)域拉伸區(qū)之間，可以最彎曲和橢圓度最小的影響實(shí)現(xiàn)重量減小和潛在熱膨脹的開(kāi)口體積。

芯塞56a、56b中的可選開(kāi)口或多個(gè)開(kāi)口60可以具有各種其它形狀。圖5示出具有單個(gè)中心開(kāi)口160的替代性芯塞156，該中心開(kāi)口在大體上垂直于縱向延伸通過(guò)開(kāi)口160的中心軸線161a截取的橫截面處具有基本上圓形橫截面形狀。圖6示出替代性芯塞256，其具有縱向延伸至少部分通過(guò)芯塞256的單個(gè)開(kāi)口260。開(kāi)口260在大體上垂直于縱向延伸通過(guò)開(kāi)口260的中心軸線261截取的橫截面處具有基本上三角形橫截面形狀。開(kāi)口260可以是指三葉形狀，因?yàn)槠渚哂腥齻€(gè)圓角274a、274b和274c。為了最佳地承受燃燒力并且滿足彎曲、橢圓度和應(yīng)力約束，芯塞256應(yīng)當(dāng)固定在腔體32中使得開(kāi)口260圍繞垂直于軸向261的虛線邊界q1對(duì)稱，其中在燃燒期間的拉伸負(fù)荷下，圓角274a中的第一個(gè)與邊界q1相交并且定位在芯塞256的一半中。

圖7說(shuō)明芯塞356的替代性實(shí)施例，該芯塞具有多個(gè)開(kāi)口360使得芯塞356具有在芯塞356中彼此等間距分隔開(kāi)并且從中心軸線361向外延伸的輪輻376a、376b、376c、376d。圖7是大體上垂直于中心軸線361截取的橫截面。圖12中也示出了芯塞356。輪輻376a、376b、376c、376d中的每一個(gè)在外端處可以比在內(nèi)端處更大，如所示。選用地，輪輻376a、376b、376c、376d可以配置成使得在圖4中大體上垂直設(shè)置的兩個(gè)輪輻376a、376c厚于剩余輪輻，且在外端處比在內(nèi)端處大。此芯塞356當(dāng)插入腔體32中時(shí)在曲軸組件10的操作期間最佳地承受力使得輪輻376a、376c歸因于它們的較大寬度和它們的較大外端而在垂直位置中。

圖8說(shuō)明可以設(shè)置在腔體32中的芯塞456的另一個(gè)替代性實(shí)施例。芯塞456具有中心開(kāi)口460a和大體上以蜂窩模式設(shè)置的多個(gè)開(kāi)口460。開(kāi)口460在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)可以具有其它形狀。

可以各種方式制造在其中如上所示般在設(shè)置有芯塞的曲柄銷軸頸中具有腔體的曲軸。例如，可以將圖1的曲軸20鑄造在曲軸模具中。參考圖9，示出了具有帶有曲軸20的外部形狀的模腔502的半模500。是半模500的鏡像的另一個(gè)半模(未示出)用于完成曲軸20的鑄造形狀。可以通過(guò)將限定曲軸20的理想的最終外部形狀的一半的模板按壓為綠砂或某個(gè)其它合適介質(zhì)的形式來(lái)形成半模，由此其中具有曲軸20的一半的負(fù)壓印。當(dāng)將半模組合在一起以形成模具時(shí)，其中的負(fù)壓印鄰接成完成限定曲軸20的外部形狀的腔體。曲軸20的外部形狀包括曲軸20的整個(gè)外表面的外部形狀，包括銷軸承軸頸28、臂27、主軸承軸頸26和配重體30的外部形狀。

具有腔體32的形狀的芯體504和具有腔體33的形狀的芯體506插入至腔體502中，因此確保腔體32、33未被當(dāng)鑄造曲軸20時(shí)澆注至腔體502中的熔融金屬填充。當(dāng)另一個(gè)半模與半模500一起封閉時(shí)，芯體504、506圍封在配接的半模中。芯體504、506可以例如通過(guò)如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解為用于在鑄件中形成空隙的砂模制工藝而形成。

一旦芯體504、506定位在腔體502內(nèi)且半模500相對(duì)于另一個(gè)半模是固定的，呈熔融金屬的形式的曲軸20的材料引入至腔體502中并且圍繞芯體504、506流動(dòng)以形成曲軸20。允許熔融金屬冷卻和固化。接著將半模分離，由此暴露鑄造的曲軸20。接著通過(guò)破碎、切削和/或沖除形成芯體504、506的材料來(lái)從曲軸20中移除芯體504、506，由此使曲軸20具有中空腔體32、33。在又另一個(gè)實(shí)施例中，芯塞和部分、臨時(shí)芯體(諸如砂芯)在將熔融金屬引入至腔體502中之前放置在腔體502中。在金屬冷卻和固化且將半模分離之后，移除臨時(shí)芯體且保留芯塞。芯塞的移除在芯塞附近產(chǎn)生空腔。

再次參考圖2，在形成腔體32、33后插入芯塞56a、56b的實(shí)施例中，因?yàn)殍T件表面的尺寸公差通常太大而無(wú)法確保芯塞56a、56b足夠緊密配合在腔體32中，所以在開(kāi)口41、43處將腔體32進(jìn)行加工使得開(kāi)口基本上為圓形。腔體32的端部80a、80b(分別在第一軸向側(cè)35和第二軸向側(cè)37處)因此在沿著端部80a、80b的相應(yīng)中心軸線82a、82b的橫截面中基本上為圓形。曲軸20在開(kāi)口41、43處進(jìn)行加工，接著通過(guò)將第一芯塞56a插入至第一軸向側(cè)35處的腔體32的端部80a中且通過(guò)將第二芯塞56插入至在第二軸向側(cè)37處的腔體32的端部80b中來(lái)將芯塞56a、56b設(shè)置在腔體32中。芯塞56a、56b中的每一個(gè)具有基本上圓形外圓周以確保曲軸20的緊密干涉配合。

芯塞56a、56b因此歸因于芯塞56a、56b與腔體32在端部80a、80b處的加工圓形內(nèi)表面之間的干涉配合而固定在腔體32內(nèi)?？墒褂酶郊友b置來(lái)進(jìn)一步將芯塞56a和56b固定在腔體32內(nèi)的所示位置中以承受在使用期間由曲軸組件10承受的高轉(zhuǎn)速和力。例如，圖10示出了可以憑借通過(guò)強(qiáng)制大體上圓形加工開(kāi)口的最外面范圍處的各個(gè)位置處向內(nèi)的材料形成支柱84而使曲軸20在第一軸向開(kāi)口41處變形來(lái)保持芯塞56。替代地，杯型塞86可以在軸向側(cè)35、37處從芯塞56a、56b向外插入在開(kāi)口41、43中(一個(gè)杯型塞86示出在圖11中的開(kāi)口41中)。相同的杯型塞86將插入在開(kāi)口43中。杯型塞86可以是金屬、橡膠或另一種材料，并且可按壓配合至開(kāi)口41、43中。

圖12示出了包括配置有曲柄銷軸頸628的曲軸620的曲軸組件610的另一個(gè)實(shí)施例的一部分。圖12的局部橫截面視圖中僅示出了一個(gè)曲柄銷軸頸628。曲軸620具有多個(gè)曲柄銷軸頸628。曲柄銷軸頸628寬于圖1的曲柄銷軸頸28，因?yàn)榍S620可以是諸如v-8或v-12發(fā)動(dòng)機(jī)的共用銷曲軸，其中兩個(gè)連桿支撐在每個(gè)曲柄銷軸頸628處。曲柄銷軸頸628具有從曲柄銷軸頸628的第一軸向側(cè)635完全延伸通過(guò)第二軸向側(cè)637的腔體632。在所示實(shí)施例中，腔體632在第一軸向側(cè)635和第二軸向側(cè)637這二者處均開(kāi)口。曲軸620可以通過(guò)本文所述的任何方法、諸如通過(guò)鑄造或鍛造而形成。腔體632可以通過(guò)本文所述的任何方法、諸如通過(guò)鑄造且接著在第一軸向側(cè)635和第二軸向側(cè)637處加工鑄件開(kāi)口使得開(kāi)口為圓形，或通過(guò)對(duì)腔體632鉆孔而形成。

圖7的芯塞356如圖12中所示般設(shè)置在第一軸向側(cè)635處的腔體632中。雖然僅示出了一個(gè)芯塞356，但是與第一芯塞356相同或不同的第二芯塞可設(shè)置在第二軸向側(cè)637處。第一和第二芯塞可配置成使得介于芯塞356之間的腔體632的中部保持中空。類似于曲軸組件10，曲軸組件610的曲軸620是具有第一密度的第一材料，且芯塞356是具有可以小于第一密度的第二密度的第二材料。

在圖12的沿著穿過(guò)芯塞356的中心軸線361的垂直軸線截取的橫截面視圖中，隱藏視圖中僅示出了兩個(gè)開(kāi)口360。圖7的開(kāi)口360僅縱向延伸通過(guò)芯塞356的第一部分661，并且終止而不延伸至芯塞356的第二部分663中。另外，上部開(kāi)口360比下部開(kāi)口360延伸得更遠(yuǎn)。圖12的橫截面中未示出的另外兩個(gè)開(kāi)口360也是以此方式配置的。第二部分663包括流體通道665、667的一部分665。在將芯塞356設(shè)置于腔體632中之前可以在芯塞356中對(duì)流體通道665、667的部分665進(jìn)行鉆孔或鑄造，在該情況中，通道的部分665與銷軸承軸頸626中的位置對(duì)準(zhǔn)，流體通道的剩余部分667將鉆孔通過(guò)該銷軸承軸頸。

如圖12中所說(shuō)明，將芯塞356設(shè)置在腔體632中包括將芯塞356定位在延伸至芯塞356中的至少一個(gè)開(kāi)口360中的至少一個(gè)心軸銷669上。將芯塞356設(shè)置在腔體632中包括通過(guò)利用該至少一個(gè)芯軸銷669上的芯塞356將該至少一個(gè)芯軸銷導(dǎo)向至腔體632中來(lái)將芯塞356按壓至腔體632中。在所示實(shí)施例中，可使用四個(gè)芯軸銷669，每個(gè)開(kāi)口360中具有一個(gè)芯軸銷。圖12的橫截面中僅可見(jiàn)兩個(gè)芯軸銷669。在另一個(gè)實(shí)施例中，諸如如果圖4的芯塞56a使用芯軸插入至腔體632中，那么由于僅具有兩個(gè)開(kāi)口60a、60b而將僅使用兩個(gè)芯軸。一旦芯塞356插入在腔體632內(nèi)的理想位置處，芯軸銷669從開(kāi)口360中取出。所使用的芯塞可以是鋁、鈦或另一種材料。僅為了非限制性實(shí)例，如果圖4的芯塞56a是鋁，那么可以使用該芯塞，且如果應(yīng)力對(duì)于鋁足夠低或如果圖7的芯塞356是鈦，那么可以使用該芯塞。

接著可對(duì)包括剩余部分667的流體通道進(jìn)行鉆孔，且如果沒(méi)有預(yù)鉆孔，那么可對(duì)包括部分665的流體通道進(jìn)行鉆孔。如果對(duì)部分665進(jìn)行預(yù)鉆孔，那么鉆孔通過(guò)曲軸620的流體通道667的剩余部分667與延伸通過(guò)芯塞356的流體通道665的部分對(duì)準(zhǔn)。另外，部分665可以具有大于剩余部分667的直徑使得當(dāng)從曲柄銷軸頸628鉆孔至曲軸軸頸626時(shí)鉆頭容易通過(guò)該部分665。

圖13示出了曲軸組件710的另一個(gè)實(shí)施例，該曲軸組件包括配置有曲柄銷軸頸728和主軸承軸頸726、且配置有功能和位置類似于圖1的臂27和配重體30的臂727和配重體730的曲軸720。在所示實(shí)施例中，曲軸720是鍛鋼。在鍛造曲軸720之后，將腔體732鉆孔至每個(gè)曲柄銷軸頸728中。每個(gè)腔體732僅部分從曲柄銷軸頸728的第一軸向側(cè)735朝第二軸向側(cè)737延伸通過(guò)曲柄銷軸頸728。在所示實(shí)施例中，每個(gè)腔體732在第一軸向側(cè)735但未在第二軸向側(cè)737處開(kāi)口。因?yàn)榍惑w732僅部分延伸通過(guò)曲柄銷軸頸728，所以腔體732不會(huì)與從主軸承軸頸726延伸至兩個(gè)相鄰銷軸承軸頸728中的每一個(gè)的帶鉆孔流體通道777相交或者干擾該流體通道。

在對(duì)腔體732鉆孔之后，相應(yīng)的芯塞756設(shè)置在每個(gè)腔體732中。在圖13中，曲軸組件710仍未完全組裝，因?yàn)閮H一個(gè)腔體732被示為其中具有芯塞756。類似芯塞756將設(shè)置在其它腔體732中的每一個(gè)中。芯塞756可以是實(shí)心的，或可以具有至少部分延伸通過(guò)其中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口。例如，芯塞756可以類似于芯塞56a、156、256、356和456中的任一個(gè)進(jìn)行配置，并且可以通過(guò)本文所討論的任何方法設(shè)置和保持在腔體732中。一個(gè)或多個(gè)主軸承軸頸726還可以具有可鉆孔或者產(chǎn)生在其中的腔體，但是圖13中沒(méi)有示出任何一個(gè)腔體。本文所討論的所有曲軸組件配置中的主軸承腔體(諸如圖1的主軸承軸頸腔體33)還可以具有芯塞。

圖14示出了具有帶有內(nèi)腔832的曲軸820的曲軸組件810的另一個(gè)實(shí)施例。曲軸820是鑄造而成的，且提供如關(guān)于圖2的腔體32所述的內(nèi)腔832。然而，芯塞856接著被鑄造在已經(jīng)形成的腔體832中。例如，芯塞856是具有低于鋼曲軸820的熔化溫度的第二材料(諸如鋁或鋁合金)，并且被熔融和澆注至腔體832中。模銷890a和890b延伸至腔體832中，且隨著第二材料冷卻和硬化，插塞892a、892b堵塞腔體832。接著移除模銷890a和890b以及插塞892a、892b。完整鑄造的芯塞856將因此具有部分延伸通過(guò)其中的兩個(gè)開(kāi)口，其中模銷890a和890b已被移除。模銷890a可選地具有大于模銷890b的直徑。由模銷890b形成的較小所得開(kāi)口在更靠近第二軸向側(cè)837處提供芯塞856的更大質(zhì)量，這在第二軸向側(cè)837更靠近飛輪或減振器以抵消飛輪或減振器的慣性效應(yīng)的情況下可能是理想的。第一軸向側(cè)835和第二軸向側(cè)837處的第一和第二開(kāi)口不需要加工，因?yàn)樾救?56的鑄造不需要開(kāi)口處的腔體632具有緊密公差。

如果用于芯塞的材料(即，本文稱為第二材料)具有足夠高的熔化溫度，那么芯塞可插入至圖9的模具組件中并且隨著曲軸的鑄造而鑄造在適當(dāng)位置。例如，如果第二材料是鈦(具有相對(duì)較高熔化溫度)，那么可使用鈦芯塞(即，永久芯塞)連同部分臨時(shí)芯體(即，砂芯或蠟芯，未示出)來(lái)代替臨時(shí)砂芯或蠟芯504(即，代替完整的臨時(shí)芯體)，且當(dāng)鑄造工藝完成時(shí)該鈦芯塞永久地保持在適當(dāng)位置中。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如鑄造在適當(dāng)位置中的芯塞(移除臨時(shí)芯體后)可以具有圖8的蜂窩形狀，并且在諸如圖2或圖12中具有部分深度。此實(shí)施例中的鑄造曲軸的熔鋼將制造與之前一樣的腔體32，且空氣將在取出芯砂后填充每個(gè)開(kāi)口460。曲軸組件的總重量仍然將小于實(shí)心鋼曲軸，因?yàn)殁伨哂械陀阡摰拿芏群洼^高應(yīng)力性能。

雖然已詳細(xì)地描述了用于實(shí)行本教導(dǎo)的許多方面的最佳模式，但是熟悉這些教導(dǎo)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到用于實(shí)踐隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的本教導(dǎo)的各種替代方面。