曲軸的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種曲軸，包括連接板和鄰近所述連接板設置的桿軸頸；所述桿軸頸包括鄰近連接板設置的圓角；所述圓角包括錐形的底切部分，所述底切部分具有漸進深度的凹陷形狀。所述底切部分由后掠角和偏移角限定。本實用新型提供了以偏移角限定的底切部分，由此可以在減少曲軸應力的同時，保持曲軸的硬度。
【專利說明】曲軸
【技術領域】
[0001]本實用新型總體涉及用于曲軸的圓角，更具體地，涉及與發動機上的曲軸一起使用的圓角。
【背景技術】
[0002]隨著發動機的廣斷應用，需要減小發動機的尺寸，同時增加可從這些發動機得到的輸出功率。當發動機尺寸減小時，發動機曲軸的尺寸也將減小。因此，更少的空間可用于軸承和用于減小應力的特征部分，例如圓角(fi11et)。為了容納較短的曲軸，已經使用了完整地環繞桿軸頸的底切圓角。雖然這可使得所需的曲軸上的應力的減小，但是它也會減小曲軸在應用中所期望的硬度。
[0003]德國專利第11916492A1號(“Duetz”)公開了曲軸的一個例子。圖2公開了曲軸的一部分的橫截面。曲軸包括軸頸2、連接板4和曲柄銷3。為了減輕應力，連接板4具有至少一個切入其中的凹槽。在一個實施例中，凹槽可以在連接板4頰板的任一側上切割，與曲軸的過渡區域或圓角區域5、6隔開一定距離。如圖3所示，凹槽可以是弧形的。該設計沒有公開以偏移角限定的底切部分。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種曲軸，在減少曲軸應力的同時，保持曲軸的硬度。
[0005]一個方面，本實用新型提供了一種曲軸，所述曲軸包括連接板和鄰近于所述連接板設置的桿軸頸；所述桿軸頸包括鄰近連接板設置的圓角，所述圓角包括錐形的底切部分，所述底切部分具有漸進深度的凹陷形狀；所述底切部分由后掠角和偏移角限定；所述偏移角在10度至30度的范圍內。優選的，所述后掠角可以在50度至130度的范圍內；或者在80度至100度的范圍內；或者所述后掠角約為90度。
[0006]優選的，所述偏移角可以在15度至25度的范圍內；或者約為15度。
[0007]優選的，所述底切部分的最大深度位于所述底切部分弧長的中點處。
[0008]進一步的，所述底切部分延伸穿過圓角并進入連接板中。
[0009]其中，所述底切部分被限制于圓角中。
[0010]另一個方面，本實用新型提供了一種圍繞X軸線可旋轉地安裝在發動機內的曲軸，所述曲軸包括連接板以及桿軸頸，所述桿軸頸設置成鄰近于所述連接板并配置成圍繞X軸線沿軌道運行；所述桿軸頸具有中心線，所述中心線與X軸線平行并與其間隔開；所述桿軸頸包括鄰近連接板設置的圓角，所述圓角包括錐形的底切部分，所述底切部分具有漸進深度的凹陷形狀；所述底切部分由后掠角和偏移角限定，所述后掠角在50度至130度的范圍內，而偏移角在10度至30度的范圍內。進一步的，所述底切部分的最大深度位于所述底切部分弧長的中點處。
[0011]以上提到的技術方案通過提供以偏移角限定的底切部分，從而可以在減少曲軸應力的同時，保持曲軸的硬度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是發動機的一種實施例的橫截面示意圖，該發動機具有根據本實用新型的教導構造的示例性曲軸；
[0013]圖2是圖1的曲軸的一部分的放大透視圖；
[0014]圖3是圖1的曲軸的一部分的另一放大透視圖；
[0015]圖4是圖3所示的曲軸沿著4-4線截取的一部分的透視圖；
[0016]圖5是圖3所示的曲軸在圓角中產生底切部分之前的一部分的另一透視圖；
[0017]圖6是圖3所示的曲軸在形成底切部分之前的一部分的另一透視圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1示出了發動機100的一個示例，發動機100包括有本實用新型的特征。盡管說明書和附圖是參考共軌燃料系統中使用的發動機100上的曲軸，但是根據本實用新型的教導可以應用在具有其他類型的燃料系統的發動機100中的曲軸上，在降低應力的同時，保持曲軸的硬度。此外，本實用新型的教導可用于其它應用，在減少應力的同時，保持組件，諸如曲軸、凸輪軸等中的部件的硬度。
[0019]發動機100可包括發動機缸體102，其至少部分地限定多個氣缸104。活塞106可滑動地設置在各個氣缸104中，并且發動機100還可包括與每個氣缸104相關聯的缸蓋108。氣缸104、活塞106和缸蓋108可共同形成燃燒室110。
[0020]發動機100可包括可旋轉地安裝在發動機缸體102內的曲軸112。曲軸112在X軸線上居中并繞X軸線旋轉，如圖1所示。曲軸112包括一個或多個間隔開的桿軸頸114，其夾在一對連接板116之間。連接板116也圍繞X軸線旋轉。每個桿軸頸114以桿軸頸中心線J (在圖1中分別為J1-J6)為中心軸線。每個中心線J與X軸線間隔開并基本平行于X軸線。每個桿軸頸114繞曲軸112的X軸線沿軌道運行。
[0021]連桿118將每個活塞106連接到桿軸頸114，使得活塞106在其各自的氣缸104內的滑動運動導致相關聯的桿軸頸114和曲軸112的旋轉。同樣地，曲軸112的旋轉可導致活塞106的滑動運動。
[0022]空氣-燃料混合物在燃燒室110中的燃燒可在活塞106上產生力，該力通過連桿118傳到曲軸112。應力減小特征尋求降低由這個力在曲軸112上產生的應力，等。
[0023]圖2示出圖1的曲軸的一部分(即，鄰近連接板116的桿軸頸114)的放大透視圖。為了討論的目的，在圖1中能夠看到的連桿118在圖2中沒有示為連接到桿軸頸114。如從圖3中可以清楚看到的，桿軸頸114包括圓角128，該圓角128圍繞桿軸頸114的底部130、鄰近桿軸頸114過渡到連接板116的位置設置。圓角128可認為是桿軸頸114和連接板116之間的相交點的倒圓。在一個實施例中，圓角128可以完全環繞桿軸頸114。圓角128包括底切部分132。底切部分132是凹陷的、弧形并且可以由后掠角和偏移角限定。
[0024]圖4示出圖3所示的曲軸112沿4-4線截取的一部分的透視圖。圖4示出了示例性后掠角Θ。所述后掠角Θ的頂點S設置在桿軸頸114的中心線J上。在本實用新型中，由后掠角限定意指使底切部分的弧長度Lu繞后掠角(在相同位置)的弧長度Ls延伸，并且所述延伸基本上不超過所述后掠角的弧長度Ls。在一個示例性實施例中，后掠角Θ可以在約50度至約130度的范圍內。在另一個實施例中，后掠角Θ可以在大約80度至大約100度的范圍內。在又一個實施例中，后掠角Θ可以約在90度加減10%的范圍內。在其他實施例中，可以使用上述角度范圍之外的其他后掠角。
[0025]圖5是圖3所示的曲軸112在圓角128中產生底切部分132之前的一部分的另一個透視圖。底切部分132的凹陷形狀可以使用圓形的切割或銑削工具(統稱為“圓形銑削工具”)形成，該圓形銑削工具配置成制作凹陷的大致圓形的切口。此種工具的一個例子，如本領域已知的，是磨輪等，將圓形銑削工具繞T軸線旋轉，銑削或去除材料并產生大致凹陷和圓形的或者至少部分圓形的底切部分132。切割半徑Ck是圓形銑削工具，如磨輪的半徑，是從其圍繞旋轉的T軸線測量的。圖5示出了示例性的切割半徑CK，且其頂點C在T軸線上。
[0026]隨著圓形銑削工具圍繞桿軸頸114移動通過所述后掠角Θ，圓形銑削工具所產生的底切部分132的深度發生變化。如可以在圖4中清楚看到的，底切部分132具有沿底切部分的弧長Lu以及底切部分132的寬度W 二者漸進的深度。其沿著底切部分132的弧長Lu的最深點通常出現在弧長Lu的中點M處或附近，且其沿著弧長Lu的最淺點在弧長Lu的任一端處。跨過底切部分132的寬度W在中點M處最寬并朝向弧長Lu的每一端逐漸變細。底切部分132的形狀和位置可以提供適當的應力緩解，同時有助于保持曲軸112的強度。為了在底切部分132形成這種具有漸進深度的錐形和大致倒圓的凹陷形狀，具有切割半徑Ck的圓形銑削工具以相對于桿軸頸中心線J的偏移角α回轉通過后掠角Θ的弧長度Ls。
[0027]如圖5中可以清楚看到的，偏移角α具有頂點O、基線B和偏移線Α。該頂點O設置在桿軸頸中心線J上。該基線B從所述頂點O沿桿軸頸中心線J延伸出去。當從圓角128去除材料時，隨著圓形銑削工具圍繞偏移線A回轉，圓形銑削工具的切割半徑Ck的頂點C和偏移角的偏移線A之間的垂直距離Dp被保持恒定，并在圓角128內形成底切部分132。這一過程在圖6中示意性地示出。
[0028]圖6是圖3所示的曲軸112在底切部分132已經形成之前的部分的另一透視圖。圖6示出了作出底切部分132之前覆蓋在曲軸桿軸頸116和圓角128的頂部上的圓形銑削工具的環狀切割路徑134。切割路徑134看起來傾斜一定角度，這是由于切割半徑Ck的頂點C與偏移線A的垂直關系，如圖5中所示。在一些實施例中，底切部分132可以延伸穿過桿軸頸圓角128并進入連接板116。在其它實施例中，底切部分132可以僅在桿軸頸圓角128中并且不延伸到連接板116中；在這種情況下，底切部分132被認為是“限制”到桿軸頸圓角128。在一個實施例中，偏移角α可以在約10度至約30度的范圍內。在另一實施例中，偏轉角α可以在大約15度到大約25度的范圍內。在又一個實施例中,偏移角α可以是約15度，加減10%。在其它實施例中，可以使用上面描述的之外的其他偏移角。
[0029]工業實用性
[0030]本實用新型可以應用于在曲軸上的高應力區域中提供應力減小，同時在曲軸中仍提供所需大小的強度以供應用。
[0031]本實用新型還提供了一種制造曲軸的方法。該曲軸包括鄰近桿軸頸的連接板。桿軸頸包括鄰近連接板的圓角。該方法包括將圓形銑削工具定位在圓角上，和在隨著圓形銑削工具移動跨過后掠角而圍繞偏移角旋轉圓形銑削工具的同時，利用圓形銑削工具從圓角中去除材料，使圓角中產生具有漸進深度的凹陷的底切部分。該底切部分可以由所述后掠角和偏移角限定。
[0032]在一個實施例中，后掠角可以在約50度至約130度的范圍內，而偏移角可在約10度至約30度的范圍內。在另一個實施例中，后掠角可以在大約80度到大約100度的范圍內。在又一個實施例中，后掠角Θ可以為約90度，加減10%。在一些實施例中，偏移角α可以在大約15度到大約25度的范圍內。在其它實施例中，偏移角α可以是約15度，加減10%。
【權利要求】
1.一種曲軸，其特征在于，包括: 連接板；和 鄰近連接板設置的桿軸頸，所述桿軸頸包括鄰近所述連接板設置的圓角，所述圓角包括錐形的底切部分，所述底切部分具有漸進深度的凹陷形狀； 其中，所述底切部分由后掠角和偏移角限定，所述偏移角在10度至30度的范圍內。
2.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述后掠角在50度至130度的范圍內。
3.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述后掠角在80度至100度的范圍內。
4.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述后掠角為90度。
5.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述偏移角在15度至25度的范圍內。
6.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述偏移角為15度。
7.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述底切部分的最大深度位于所述底切部分弧長的中點處。
8.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述底切部分延伸穿過圓角并進入連接板中。
9.如權利要求1所述的曲軸，其特征在于，所述底切部分被限制于圓角中。
10.一種圍繞X軸線可旋轉地安裝在發動機中的曲軸，特征在于，所述曲軸包括: 連接板；和 鄰近所述連接板設置的桿軸頸，所述桿軸頸被構造成繞X軸線沿軌道運行，所述桿軸頸具有中心線，所述中心線平行于所述X軸線并與其隔開，所述桿軸頸包括鄰近連接板設置的圓角，所述圓角包括錐形的底切部分，所述底切部分具有漸進深度的凹陷形狀； 其中，所述底切部分由在50度到130度的范圍內的后掠角和在10度至30度的范圍內的偏移角限定。
11.如權利要求10所述的曲軸，其特征在于，所述底切部分的最大深度位于所述底切部分弧長的中點處。
【文檔編號】F16C3/06GK203926356SQ201420341902
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2013年6月26日
【發明者】J·J·克雷斯 申請人:卡特彼勒公司