專利名稱：曲軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曲軸，用于特別是構(gòu)成為大型柴油機(jī)的短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，包括至少一個(gè)主軸頸和至少一個(gè)沿徑向方向與其相對偏移的連桿軸頸，其中，主軸頸和連桿軸頸從一個(gè)連接它們的曲拐臂上反向凸出，并且主軸頸和/或連桿軸頸具有一個(gè)嵌入到曲拐臂的一個(gè)相配的孔中的、通過一種熱壓配合與曲拐臂連接的嵌接頭，該嵌接頭具有一個(gè)沿推入方向后面的、具有一個(gè)較大直徑的部分和一個(gè)與其相反的沿推入方向前面的逐漸縮小的部分。
背景技術(shù)：
這種曲軸由DK-PS122 682是已知的。在大型發(fā)動(dòng)機(jī)中為了降低組裝重量總是要求貫穿全部氣缸的曲軸由較小的部件構(gòu)成。在這方面的區(qū)別是，一些這樣的曲軸，其中只是同類的，一般是主軸頸通過熱壓配合與相配的曲拐臂相連接，而另一類軸頸，一般是連桿軸頸成型在相配的曲拐臂上，和一些這樣的曲軸，其中主軸頸和連桿軸頸均熱壓配合于曲拐臂的相配的孔中。
在短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中現(xiàn)在尋求使主軸頸與連桿軸頸之間的徑向間距處于兩軸頸半徑的總和的范圍內(nèi)或更小一些。為了由于為嵌接頭相配的孔仍然不過于削弱曲拐臂，在由上述的KD-PS122 682可得知的裝置中，嵌接頭的后面的和前面的部分相互形成階梯，使前面的部分的直徑小于后面的部分的直徑。但由于為了建立熱壓配合所需要的軸頸相對于相應(yīng)相配的孔徑的過盈量為孔徑的一不變的百分?jǐn)?shù)。在這種情況下存在這樣的危險(xiǎn)，即嵌接頭的后面的具有較大直徑并因此也有較大的過盈量的部分將曲拐臂的相配的部分在熱壓配合建立以后擴(kuò)大成使在前面的部分在嵌接頭的具有較小直徑包括較小過盈量的前面的部分與曲拐臂的為該部分相配的孔的部分之間產(chǎn)生一間隙，如圖6中所示，因此在受載的情況下全部的力流必須經(jīng)由嵌接頭的后面的部分傳送，這不利于獲得可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
因此由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是，以簡單而低費(fèi)用的裝置改進(jìn)開頭所述型式的曲軸同時(shí)避免已知裝置的缺點(diǎn)，使其可以傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。
按照本發(fā)明該目的這樣達(dá)到，即嵌接頭的沿推入方向的前面的部分具有一個(gè)連接在其后面的部分上的、向推入方向逐漸縮小的圓錐體，并且設(shè)有一個(gè)防止嵌接頭相對于曲拐臂軸向移動(dòng)的鎖定裝置。
利用該措施完全避免開頭所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)同時(shí)保持其優(yōu)點(diǎn)。由于連接嵌接頭的后面的部分的圓錐體取消了嵌接頭的并因此也相配的曲拐臂孔的階梯，從而沒有任何間隙要擔(dān)心的并且確保沿嵌接軸頸的全長的可靠的熱壓配合。盡管如此仍可在前面的圓錐體末端達(dá)到較小的直徑，從而在曲拐臂一側(cè)仍保持較多的材料并且避免曲拐臂的削弱。但另一方面平均的圓錐體直徑顯著大于前面的末端直徑，這有利于獲得可達(dá)到的可傳遞的轉(zhuǎn)矩。嵌接頭的圓錐形構(gòu)成雖然導(dǎo)致沿軸向方向作用的力。但通過設(shè)置的鎖定裝置可靠地防止由其引起的軸向移動(dòng)，后者會導(dǎo)致嵌接頭的后面的部分的嵌接寬度的減小和前面的部分中熱壓配合的消失。
上述措施的有利的構(gòu)造和合乎目的的進(jìn)一步構(gòu)成說明于諸從屬權(quán)利要求中。
一種特別有利的實(shí)施形式可以在于，鎖定裝置包括至少一個(gè)鎖定環(huán)，它嵌入到嵌接軸頸的一個(gè)圓周面的凹槽和曲拐臂的一個(gè)孔面的敞開的凹槽中。鎖定環(huán)可以按有利的方式具有較大的寬度。以便沿軸向方向作用的壓力是較小的。另一優(yōu)點(diǎn)在于，鎖定環(huán)可以由特別好地適于其應(yīng)用的、不同于曲軸材料的材料構(gòu)成，這確保特別高的可靠性。
合乎目的的是，鎖定環(huán)可以構(gòu)成為設(shè)有一個(gè)切口的開口環(huán)。這得到鎖定環(huán)的活塞環(huán)式的構(gòu)造并確保按活塞環(huán)方式的簡單的組裝。
另一種合乎目的的措施可以在于，孔面的凹槽的深度至少相當(dāng)于扣除待考慮的收縮量的環(huán)寬度。該措施確保在組裝時(shí)可使鎖定環(huán)插入孔面的凹槽中，這便于將嵌接頭插入曲拐臂側(cè)的孔中。
上述措施的另一種有利的構(gòu)造可以在于，鎖定裝置包括至少一個(gè)成型在嵌接頭或曲拐臂側(cè)的孔壁上的、至少部分環(huán)形的筋條，它嵌入到相應(yīng)對置的構(gòu)件的一個(gè)凹槽中并且其高度至多相當(dāng)于所考慮的收縮量。在該實(shí)施形式中按有利的方式不需要任何附加的構(gòu)件。
在任何情況下，合乎目的的是，將鎖定裝置設(shè)置在嵌接頭的前面的與后面的部分之間的界線的區(qū)域內(nèi)。借此確保作用到鎖定裝置的元件上的彎曲應(yīng)力是較小的。實(shí)驗(yàn)表明，該措施的考慮在曲拐臂的區(qū)域內(nèi)不產(chǎn)生任何值得提起的應(yīng)力集中。
另一種實(shí)施形式可以在于，嵌接頭為了構(gòu)成鎖定裝置具有一向推入方向逐漸增大的圓錐體，其增大至多相當(dāng)于待考慮的收縮量。在這種情況下按有利的方式由軸向力產(chǎn)生一附加的徑向力，這有利于獲得可傳遞的轉(zhuǎn)矩值。


上述措施的其他有利的構(gòu)造和合乎目的的進(jìn)一步構(gòu)成說明于其余的從屬權(quán)利要求中并且可由以下借助附圖的實(shí)例描述更詳細(xì)地理解。其中圖1本發(fā)明的曲軸的有局部剖面的一部分；圖2根據(jù)按圖1的實(shí)例的鎖定裝置構(gòu)成的鎖定環(huán)的部分視圖；圖3不同于按圖1和2的實(shí)施形式具有一成型在嵌接頭上的鎖定筋條；圖4另一實(shí)施形式具有一成型在嵌接頭的后面的部分上的構(gòu)成鎖定裝置的圓錐體；圖5另一可選擇的方案具有一包括兩反向的圓錐體的嵌接頭的前面的部分；圖6具有成階梯的嵌接頭的現(xiàn)有技術(shù)的部分視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域是大型發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是作為船用推進(jìn)裝置等應(yīng)用的具有大活塞直徑和小沖程的二沖程大型柴油機(jī)。作為大型裝置的實(shí)例可以提到具有缸孔直徑980mm的十二缸大型柴油機(jī)，其中沖程從至今2400mm降到約1200mm以便達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速。這樣的舉例性說明自然并不構(gòu)成任何的限制。
根據(jù)圖1的曲柄包括一曲拐臂1，由其一方面凸出一主軸頸2和另一方面凸出一與其反向的沿徑向方向相反偏移的連桿軸頸3。主軸頸2與連桿軸頸3之間的徑向間距小于兩軸頸直徑的總和之一半。圖1中示出一主軸頸2和一連桿軸頸3。在一大型發(fā)動(dòng)機(jī)的一曲軸中，當(dāng)然設(shè)有多個(gè)共軸線串聯(lián)設(shè)置的主軸頸和多個(gè)按照要求的點(diǎn)火順序相對位錯(cuò)的、軸線平行的連桿軸頸。
所示的主軸頸2通過熱壓配合與曲拐臂1相連接。所示的連桿軸頸3成型在曲拐臂1上。自然也可設(shè)想這樣的實(shí)施形式，即其中只連桿軸頸3或主軸頸2和連桿軸頸3均通過熱壓配合與曲拐臂1相連接。對具有很重的部件的特大型發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選最后所述的實(shí)施方式。
通過熱壓配合連接于鄰接的曲拐臂的每一軸頸，在這里即主軸頸2包括一嵌入曲拐臂1的相配的孔4中的、通過熱壓配合固定于其中的嵌接頭5。該嵌接頭5具有一沿由箭頭6表示的推入方向后面的圓柱形部分7，其具有較大的約相當(dāng)于主軸頸2的直徑之直徑，并且具有一沿推入方向前面的部分8，其前面的末端直徑相對于后面的部分7的直徑是較小的，從而曲拐臂1在主軸頸2的嵌接頭5的前端與連桿軸頸3的連接部分之間的區(qū)域內(nèi)具有足夠的壁厚。在按照圖1的實(shí)施例中，嵌接頭5的前面的部分8具有構(gòu)成為截圓錐體的圓周外形。其在以下為簡單起見稱為圓錐體9。圓錐體9在其連續(xù)連接嵌接頭5的后面的部分7與其前端之間連續(xù)地延伸。曲拐臂1的孔4具有相應(yīng)于一為后面的部分7相配的圓柱形部分和一為前面的部分8相配的圓錐形部分的形狀。圓錐體9形成嵌接頭5的前面的部分8從后面的部分7的直徑到與其相反減小的前面的末端直徑的均勻的縮小。
由于圓錐體9的斜度產(chǎn)生一由熱壓過程產(chǎn)生的徑向力引起的反向于推入方向的軸向力，為了防止該軸向力回移嵌接頭5，設(shè)有防止嵌接頭5軸向移動(dòng)的鎖定裝置。該鎖定裝置在按圖1的實(shí)施形式中包括一環(huán)形的鎖定環(huán)10，其嵌入嵌接頭5的圓周面的凹槽11和曲拐臂1的與其共面的孔面的敞開的凹槽12中，鎖定環(huán)10合乎目的地由一相對于根據(jù)曲軸的材料較硬的材料，優(yōu)選彈簧鋼構(gòu)成，并且沿徑向方向構(gòu)成較寬的。
如由圖2中顯而易見的，鎖定環(huán)10具有一圓周面的切口13。因此組裝時(shí)可按一活塞環(huán)的方式擴(kuò)大鎖定環(huán)10。組裝時(shí)適當(dāng)?shù)貙㈡i定環(huán)10插入加熱的曲拐臂1的孔面的敞開的凹槽12中并在推入嵌接頭5時(shí)由于其彈性作用卡入嵌接頭5圓周面的凹槽11中。為了可以進(jìn)行這樣的過程，凹槽12具有至少相當(dāng)于扣除在凹槽12的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的徑向收縮量的鎖定環(huán)10的徑向?qū)挾戎疃??？梢钥鄢湛s量，因?yàn)榍毡?在組裝時(shí)是加熱的。其中鎖定環(huán)10設(shè)置在嵌接頭5的后面的圓柱形部分7與前面的圓錐形部分8之間的過渡的區(qū)域內(nèi)，這可以期望鎖定環(huán)10的特別小的彎曲應(yīng)力和在曲拐臂1的區(qū)域內(nèi)的特別小的應(yīng)力集中。
在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，作為鎖定元件設(shè)置一在嵌接頭5上成型的、完全或部分的環(huán)形的筋條14，其嵌入曲拐臂1的相配的孔面的敞開的凹槽15中。筋條14的高度h相對于嵌接頭5的最大直徑，在這里即相對于嵌接頭5的后面的部分7的直徑至多相當(dāng)于在曲拐臂1的凹槽15的區(qū)域內(nèi)預(yù)期的收縮量，借此確保設(shè)有筋條14的嵌接頭5可以插入加熱的曲拐臂的相配的孔4中。在曲拐臂1的冷卻過程中筋條14嵌入與其共面的凹槽15中。其可以具有最小徑向過盈量以避免強(qiáng)制力。在所示的實(shí)例中根據(jù)微小軸向過盈量設(shè)置。
筋條14在兩側(cè)設(shè)有側(cè)面的凹槽16以避免缺口應(yīng)力。在其他方面按圖3的實(shí)施形式相應(yīng)于按圖1的實(shí)施形式。這同樣適用于構(gòu)成鎖定裝置的筋條14在嵌接頭5的后面的部分7與前面的部分8之間的邊界區(qū)域內(nèi)的設(shè)置。
圖4中示出另一實(shí)施例。其中嵌接頭5的沿推入方向后面的部分7具有一截圓錐體形的向推入方向逐漸增大的外表面(以下稱為圓錐體17)。因此圓錐體17反向于為嵌接頭5的前面的部分8相配的圓錐體9縮小。同樣的適用于為嵌接頭5相配的曲拐臂1的孔4。孔4為了避免缺口應(yīng)力在為其相配的嵌接頭5的后面的與前面的區(qū)域7、8之間的過渡區(qū)域內(nèi)的部分設(shè)有凹槽18。
圓錐體17的升高h(yuǎn)’相對于嵌接頭5的后面的部分7的后面的直徑，亦即嵌接頭5的后面的部分7的最大與最小半徑間的差值至多相當(dāng)于在曲拐臂1的孔4的后面的部分內(nèi)預(yù)期的收縮量，從而可以將嵌接頭5插入加熱的曲拐臂1的孔4中。圓錐體17的反向于圓錐體9的傾斜之傾斜防止可能發(fā)生嵌接頭5相對于曲拐臂1的軸向移動(dòng)。通過在圓錐體9的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的軸向力提高在圓錐體17的區(qū)域內(nèi)起作用的徑向力，其提高熱壓配合的承載能力。
在另一根據(jù)圖5的實(shí)施例中，嵌接頭5的前面的部分8分成兩部分，亦即一構(gòu)成為向推入方向逐漸縮小的截圓錐體(以下稱為圓錐體19)的、連接后面的部分7的第一部分和一構(gòu)成為向推入方向逐漸增大的截圓錐(以下稱為圓錐體20)的、連接圓錐體19的第二部分。其中反向于圓錐體19的圓錐體20起防止嵌接頭5相對于曲拐臂1軸向移動(dòng)的作用。在兩圓錐體19、20的最小半徑與最大的為沿推入方向前面的嵌接頭5端面相配的圓錐體2 0的半徑之間的差值，亦即升高h(yuǎn)’至多相當(dāng)于曲拐臂1的孔4的為圓錐體19、20相配的部分之間的過渡區(qū)域內(nèi)預(yù)期的收縮量。其中嵌接頭5的后面的部分7可以是圓柱形的。
上文雖然較詳細(xì)地說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。但實(shí)例說明不是最后的。也可設(shè)想其他的未更詳細(xì)示出的實(shí)施形式，例如將一彈性的鎖定銷用于構(gòu)成鎖定裝置。同樣可設(shè)想，將多個(gè)相同的或不同的鎖定裝置設(shè)置在每一嵌接頭5的部分內(nèi)。因此本發(fā)明并不限于所述的各實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種曲軸，用于特別是構(gòu)成為大型柴油機(jī)的短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，包括至少一個(gè)主軸頸(2)和至少一個(gè)沿徑向方向與其相對偏移的連桿軸頸(3)，其中，主軸頸(2)和連桿軸頸(3)從一個(gè)連接它們的曲拐臂(1)上反向凸出，并且主軸頸(2)和/或連桿軸頸(3)具有一個(gè)嵌入到曲拐臂(1)一個(gè)相配的孔(4)中的、通過一種熱壓配合與曲拐臂(1)連接的嵌接頭(5)，該嵌接頭(5)具有一個(gè)沿推入方向后面的、具有一個(gè)較大直徑的部分(7)和一個(gè)與其相反的沿推入方向前面的逐漸縮小的部分(8)，其特征在于，嵌接頭(5)的沿推入方向前面的部分(8)具有一個(gè)連接在其后面的部分(7)上的、向推入方向逐漸縮小的圓錐體(9、19)，并且設(shè)有一個(gè)防止嵌接頭(5)相對于曲拐臂(1)軸向移動(dòng)的鎖定裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，鎖定裝置包括至少一個(gè)鎖定環(huán)(10)，它嵌入到嵌接頭(5)的一個(gè)圓周面的凹槽(11)和曲拐臂(1)的一個(gè)孔面的敞開的凹槽(12)中。
3.按照權(quán)利要求2所述的曲軸，其特征在于，鎖定環(huán)(10)構(gòu)成為設(shè)有一個(gè)徑向切口(13)的開口環(huán)。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的曲軸，其特征在于，鎖定環(huán)(10)由一種比曲軸的材料更硬的材料構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求4所述的曲軸，其特征在于，鎖定環(huán)(10)由彈簧鋼構(gòu)成。
6.按照上述權(quán)利要求2-5之一項(xiàng)所述的曲軸，其特征在于，孔面的敞開的凹槽(12)的深度至少相當(dāng)于扣除凹槽(12)的區(qū)域內(nèi)預(yù)期的收縮量后的鎖定環(huán)(10)的徑向?qū)挾取?br> 7.按照權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，鎖定裝置包括至少一個(gè)成型在嵌接頭(5)上或曲拐臂側(cè)的孔(4)的壁上的、至少部分環(huán)形的筋條(14)，它嵌入到相應(yīng)對置的構(gòu)件的一個(gè)相配的凹槽(15)中并且其徑向高度(h)至多相當(dāng)于在凹槽(15)的區(qū)域內(nèi)預(yù)期的收縮量。
8.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的曲軸，其特征在于，鎖定裝置設(shè)置在嵌接頭的后面的與前面的部分(7、8)之間的過渡區(qū)域內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1所述的曲軸，其特征在于，嵌接頭(5)具有一個(gè)向推入方向逐漸增大的圓錐體(17或20)，以便構(gòu)成鎖定裝置，該圓錐體的升高高度(h’)至多相當(dāng)于曲拐臂側(cè)的孔(4)的相配的部分的收縮量。
10.按照權(quán)利要求9所述的曲軸，其特征在于，嵌接頭(5)的后面的部分(7)至少部分地設(shè)有一個(gè)向推入方向逐漸增大的圓錐體(17)。
11.按照權(quán)利要求10所述的曲軸，其特征在于，嵌接頭(5)的前面的部分(8)具有一個(gè)連接在其向推入方向逐漸縮小的圓錐體(19)上的、向推入方向逐漸增大的圓錐體(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種曲軸，用于特別是構(gòu)成為大型柴油機(jī)的短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，包括至少一個(gè)主軸頸(2)和至少一個(gè)沿徑向方向與其相對偏移的連桿軸頸(3)，其中，主軸頸(2)和/或連桿軸頸(3)從一個(gè)連接它們的曲拐臂(1)上反向凸出，并且主軸頸(2)和/或連桿軸頸(3)具有一個(gè)嵌入到曲拐臂(1)的一個(gè)相配的孔(4)中的、通過一種熱壓配合與曲拐臂(1)連接的嵌接頭(5)，該嵌接頭(5)具有一個(gè)沿推入方向后面的、具有一個(gè)較大直徑的部分(7)和一個(gè)與其相反的沿推入方向前面的逐漸縮小的部分(8)，通過使嵌接頭(5)的沿推入方向前面的部分(8)具有一個(gè)連接在其后面的部分(7)上的、向推入方向逐漸縮小的圓錐體(9、19)并且設(shè)有一個(gè)防止嵌接頭(5)相對于曲拐臂(1)軸向移動(dòng)的鎖定裝置的方式，可實(shí)現(xiàn)較大的可傳遞的轉(zhuǎn)矩。
文檔編號F16C3/10GK1580589SQ200410057479
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者瑟倫·H·延森 申請人:曼B與W狄賽爾公司