重量優(yōu)化曲軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸，其包括用于在曲柄箱內(nèi)支撐曲軸的至少一個(gè) 主軸承軸頸，并且包括用于將連桿連接到曲軸的至少一個(gè)銷軸承軸頸。
【背景技術(shù)】
[0002] EP0800008A2描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸，在軸承軸頸和曲柄臂之間的過渡區(qū) 域中布置有具有多種參數(shù)的凹徑形狀。曲柄臂和軸承軸頸之間的凹徑形狀使得重量下降， 從而獲得輕量曲軸。深或平凹徑形狀的徑向位置取決于影響軸承軸頸的負(fù)載方向，以便避 免軸承軸頸和曲柄臂之間所述過渡區(qū)域的削弱。
[0003] 文件US4, 356, 741A1公開了一種在軸承軸頸中具有凹陷以及在軸承軸頸之間具 有凹陷或孔洞的曲軸。凹陷或孔洞使得重量減少，從而提供輕量曲軸。
[0004] 不幸的是，在曲柄臂的部分之中具有深凹陷、孔洞或凹徑導(dǎo)致曲軸主體的高脆弱 性，并且取決于氣力或慣性力，曲軸必須被設(shè)計(jì)為具有增加的橫截面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的目的是消除上述缺點(diǎn)。具體而言，本發(fā)明的目的是提供一種具有最 小削弱效應(yīng)的重量優(yōu)化曲軸。
[0006] 上述目的是通過本發(fā)明權(quán)利要求1所述的曲軸來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例由 從屬權(quán)利要求定義。
[0007] 本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸，其具有用于在曲柄箱中支撐曲軸的至少一 個(gè)主軸承軸頸，并且具有用于將連桿連接到曲軸的至少一個(gè)銷軸承軸頸，其中軸承軸頸表 面的至少一個(gè)包括具有深度為至少Imm的至少一個(gè)凹陷區(qū)域。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)主軸承軸頸和/或至少一個(gè)銷軸承軸頸具有導(dǎo)致材料缺失 區(qū)的一個(gè)或多個(gè)凹陷區(qū)域。凹陷區(qū)域被部署在具有由液壓動(dòng)力油壓引起的較小應(yīng)力和/或 較小機(jī)械應(yīng)力的區(qū)域中，并且因此凹陷區(qū)域基于隨著曲軸旋轉(zhuǎn)改變的負(fù)載變化而被定義在 區(qū)域中。由于凹陷區(qū)域的深度和寬度，軸承表面內(nèi)每個(gè)凹陷的材料缺失導(dǎo)致了用于最小化 整個(gè)曲軸重量的輕量化效果，并且由于軸承軸頸的巨大橫截面設(shè)計(jì)，根據(jù)本發(fā)明的材料缺 失區(qū)沒有導(dǎo)致整個(gè)曲軸的破壞性削弱。具體而言，當(dāng)凹陷區(qū)域根據(jù)曲軸的負(fù)載方向而被定 義在區(qū)域中時(shí)，由軸承表面內(nèi)的凹陷引起的曲軸的削弱效應(yīng)可以被最小化。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明曲軸的優(yōu)選實(shí)施例，在至少一個(gè)軸承軸頸表面內(nèi)布置有兩個(gè)凹陷區(qū) 域。取決于由慣性力引起的以及/或者由機(jī)器內(nèi)燃的氣力引起的曲軸的具體負(fù)載特性，優(yōu) 選地兩個(gè)凹陷區(qū)域被定義在相對(duì)于曲軸的軸的相對(duì)位置處。實(shí)驗(yàn)顯示一個(gè)軸承軸頸表面內(nèi) 兩個(gè)凹陷區(qū)域大致相對(duì)的位置獲得了優(yōu)化的重量減少，同時(shí)結(jié)合有最小化的削弱效應(yīng)。
[0010] 根據(jù)另一實(shí)施例，在至少一個(gè)軸承軸頸表面中布置有兩個(gè)凹陷區(qū)域，并且一個(gè)凹 陷區(qū)域形成較大凹陷區(qū)域，而另一凹陷區(qū)域形成較小凹陷區(qū)域。此外，可以在主軸承軸頸的 表面內(nèi)定義與銷軸承軸頸表面內(nèi)的凹陷區(qū)域相比具有不同尺寸和/或不同形狀的凹陷區(qū) 域。作為計(jì)算結(jié)合有軸承最小削弱效應(yīng)的軸承最小化重量的結(jié)果，主軸承軸頸和/或銷軸 承軸頸中的每個(gè)可以具有不同數(shù)量、不同尺寸以及特別地不同深度的凹陷區(qū)域。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明曲軸的另一改進(jìn)實(shí)施例，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域的深度為3mm至 30mm，優(yōu)選為6mm至20mm，并且最優(yōu)為9mm至15mm。作為不例，小凹陷區(qū)域可以具有約9mm 的深度，并且大凹陷區(qū)域可以具有最高達(dá)15mm的深度。
[0012] 此外，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域可以具有圓弧形狀，優(yōu)選地從而深度形成弧形或半 圓形凹陷區(qū)域的半徑。在凹陷區(qū)域的弧形或半圓形到軸承軸頸表面的過渡區(qū)內(nèi)可以布置有 過渡半徑，從而避免尖銳邊緣。
[0013] 根據(jù)另一實(shí)施例，主軸承軸頸和/或銷軸承軸頸具有至少一個(gè)高機(jī)械負(fù)載區(qū)域， 其中至少一個(gè)凹陷區(qū)域相對(duì)于軸承軸頸的圓形而言被布置在相對(duì)于高機(jī)械負(fù)載區(qū)域的側(cè) 邊位置。關(guān)于曲軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)，至少一個(gè)最小負(fù)載區(qū)和一個(gè)最大負(fù)載區(qū)可以影響軸承軸頸。 影響軸承軸頸的高機(jī)械負(fù)載區(qū)沒有結(jié)合導(dǎo)致軸承負(fù)載等級(jí)削弱的凹陷區(qū)域位置，而是凹陷 區(qū)域被橫向于高機(jī)械負(fù)載區(qū)進(jìn)行定位，從而避免損害曲軸。具體而言，凹陷區(qū)域被定位在影 響軸承軸頸的最小負(fù)載區(qū)域中。
[0014] 高機(jī)械負(fù)載區(qū)域是由內(nèi)燃機(jī)的氣體交換沖程和/或燃燒沖程引起的。此外，高機(jī) 械負(fù)載還可以由連桿和/或活塞的慣性力引起。高和低機(jī)械負(fù)載區(qū)域在主軸承軸頸和銷軸 承軸頸之間可以不同，并且對(duì)于每個(gè)軸承軸頸來說，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域的數(shù)量、位置、 深度和寬度可以根據(jù)上止點(diǎn)（TDC)和下止點(diǎn)（BDC)之間的每個(gè)軸承軸頸的角度位置以及曲 軸的角度位置計(jì)算出來。
[0015] 優(yōu)選地，至少一個(gè)凹陷區(qū)域的寬度小于有關(guān)旋轉(zhuǎn)軸方向的軸承軸頸表面的寬度。 凹陷區(qū)域?qū)挾群洼S承軸頸表面的軸向限制邊緣之間的剩余區(qū)域獲得了表面中的其余接觸 區(qū)域，特別地形成了其余負(fù)載表面以保持軸承在曲軸整個(gè)旋轉(zhuǎn)上的導(dǎo)向作用。
[0016] 包括凹陷區(qū)域的軸承軸頸表面形成了負(fù)載表面，其受由連桿和活塞質(zhì)量引起的慣 性力和/或氣力所引起的機(jī)械負(fù)載影響。因此，軸承軸頸表面內(nèi)的至少一個(gè)凹陷區(qū)域直接 位于外軸承環(huán)和軸承軸頸的接觸表面中。
[0017] 上述組件以及權(quán)利要求所限定的組件以及在所描述實(shí)施例中基于本發(fā)明使用的 組件對(duì)于其尺寸、形狀、材料選擇和技術(shù)概念并沒有任何特殊要求，從而可以無任何限制地 適用相關(guān)領(lǐng)域公知的選擇標(biāo)準(zhǔn)。
[0018] 發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例
[0019] 本發(fā)明主題的其他細(xì)節(jié)、特性和優(yōu)點(diǎn)將在從屬權(quán)利要求中以及下文參考附圖的描 述中公開，附圖以示例性的方式示出了根據(jù)本發(fā)明主題的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中：
[0020] 圖1示出了具有本發(fā)明技術(shù)特征的曲軸的實(shí)施例，
[0021] 圖2示出了曲軸的軸承軸頸的橫截面示圖，以及
[0022] 圖3示出了具有在外軸承環(huán)中旋轉(zhuǎn)的軸承軸頸的滑動(dòng)軸承的簡要示圖。
[0023] 圖1示出了用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸1的實(shí)施例，并且曲軸1被運(yùn)行用于四缸機(jī)中。曲 軸1具有五個(gè)主軸承軸頸10,其被定義為軸承A、軸承C、軸承E、軸承G和軸承I，如從曲軸 1的左側(cè)到右側(cè)所示的那樣。曲軸1借助所述主軸承軸頸10沿旋轉(zhuǎn)軸17被可旋轉(zhuǎn)地支撐 在曲柄箱（未示出）中。
[0024] 在主軸承軸頸10之間，曲軸1具有用于連接連桿的銷軸承軸頸11，其被定義為軸 承B、軸承D、軸承F和軸承H，如從曲軸1的左側(cè)到右側(cè)所示的那樣。根據(jù)曲軸1的旋轉(zhuǎn)位 置，位置B和H處的銷軸承軸頸11被示出在上止點(diǎn)（TDC)位置，并且位置D和F處的銷軸 承軸頸11被示出在下止點(diǎn)（BDC)。
[0025] 軸承軸頸10和11中的每個(gè)還進(jìn)一步在所指示軸頸10、11上方和下方以橫截面示 圖的方式被示出。
[0026] 如在每個(gè)主軸承軸頸10和每個(gè)銷軸承軸頸11中所示出的那樣，凹陷區(qū)域14、15 被定義在軸承軸頸10、11的表面12和13中。凹陷區(qū)域14和15被分成大凹陷區(qū)域14和 小凹陷區(qū)域15,其中大凹陷區(qū)域14和小凹陷區(qū)域15的尺寸可以依不同凹陷區(qū)域而變化，并 且對(duì)大和小凹陷區(qū)域14和15的分類可被理解為僅僅是近似的。
[0027] 主軸承軸頸10具有表面12,并且銷軸承軸頸11具有表面13,其中表面12和13 形成滑動(dòng)軸承10、11的機(jī)械負(fù)載表面。每個(gè)凹陷區(qū)域14和15在所述表面12和13內(nèi)形成 材料缺失區(qū)，并且位于軸承軸頸1〇、11的橫截面A-A、B-B、C-C、D-D、E-E、F-F、H-H*I-I* 的凹陷區(qū)域14和15在軸頸10和11的每個(gè)橫截面圖中示出。凹陷區(qū)域14和15的實(shí)施例 在表面12和13中具有半圓形狀，并且具有彼此不同的深度和寬度，并且凹陷區(qū)域14、15被 劃分成大凹陷區(qū)域14和小凹陷區(qū)域15。
[0028] 如橫截面圖所示，大凹陷區(qū)域14和小凹陷區(qū)域15被定義在相對(duì)于橫截面圖中作 為箭頭示出的頂部位置的某個(gè)位置處，其中頂部位置指向上止點(diǎn)（TDC)的方向，如位置B和 H處的銷軸承軸頸11的橫截面圖所示的那樣。
[0029] 相對(duì)于曲軸1的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置，在上止點(diǎn)（TDC)和大凹陷區(qū)域14的位置之間定義 角度a，并且在上止點(diǎn)（IDC)和小凹陷區(qū)域15之間定義角度0。在下表中定義了用于四 缸曲軸1實(shí)施例的不同角度a和0。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸（1)，具有用于在曲柄箱中支撐曲軸（1)的至少一個(gè)主軸承 軸頸（10)，并且具有用于將連桿連接到曲軸（1)的至少一個(gè)銷軸承軸頸（11)，其特征在于， 軸承軸頸表面（12,13)中的至少一個(gè)包括具有深度d為至少1mm的至少一個(gè)凹陷區(qū)域 (14,15)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲軸（1)，其特征在于，在至少一個(gè)軸承軸頸表面（12,13)中 布置有兩個(gè)凹陷區(qū)域（14,15)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曲軸（1)，其特征在于，在至少一個(gè)軸承軸頸表面（12， 13)中布置有較大凹陷區(qū)域（14)和較小凹陷區(qū)域（15)。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的曲軸（1)，其特征在于，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域（14， 巧）的深度d為3mm至30mm，優(yōu)選為6mm至20mm，最優(yōu)為9mm至15mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的曲軸（1)，其特征在于，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域（14，15)具有 半圓形狀，從而深度d形成了半圓形狀凹陷區(qū)域（14,15)的半徑。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的曲軸（1)，其特征在于，主軸頸軸承（10)和/或銷軸 頸軸承（11)具有至少一個(gè)高機(jī)械負(fù)載區(qū)域X，其中所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域（14,15)被布置 在相對(duì)于所述高機(jī)械負(fù)載區(qū)域X的側(cè)邊位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲軸（1)，其特征在于，高機(jī)械負(fù)載區(qū)域X是由內(nèi)燃機(jī)的氣體 交換沖程和/或燃燒沖程加載的。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的曲軸（1)，其特征在于，所述至少一個(gè)凹陷區(qū)域（14， 15)的寬度wl小于軸承軸頸表面（12,13)的寬度w2。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的曲軸(1)，具有用于在曲柄箱中支撐曲軸(1)的至少一個(gè)主軸承軸頸(10)，并且具有用于將連桿連接到曲軸(1)的至少一個(gè)銷軸承軸頸(11)。根據(jù)本發(fā)明，軸承軸頸表面(12，13)中的至少一個(gè)包括具有深度d為至少1mm的至少一個(gè)凹陷區(qū)域(14，15)。
【IPC分類】F16C3-08
【公開號(hào)】CN104685232
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380049308
【發(fā)明人】L·A·豐塞卡加利, A·德索薩羅德里格斯, D·斯圖亞尼
【申請(qǐng)人】蒂森克虜伯冶金草原有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年9月23日
【公告號(hào)】EP2711567A1, EP2711567B1, US20150247525, WO2014045110A1