組合式曲軸以及生產(chǎn)組合式曲軸的方法
【專利說明】組合式曲軸以及生產(chǎn)組合式曲軸的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)內燃機用的組合式曲軸的方法，其中帶有接收孔的曲柄臂以及在其端部帶有固定部的曲柄銷被提供作為結合匹配件，其中接收孔或固定部提供有沿曲軸縱向延伸的齒結構，其中固定部的橫截面通過齒結構在某些區(qū)域中延伸超過所分配接收孔的內橫截面，從而在結合匹配件連接時，在曲柄臂的接收孔處或在曲柄銷的固定部處發(fā)生材料移位和輪廓變形，并且結合匹配件因此通過形式配合的方式連接在一起，并且其中固定部被壓入接收孔中，從而結合匹配件以力配合連接的方式被可操作地可靠固定在一起，而不需要不需要縱向上的額外連接以及另外的固定裝置。
[0002]內燃機的曲軸由于其具有曲柄銷的偏心布置的曲柄形式，可以將通過連桿連接到曲軸的活塞的往復運動轉換為旋轉運動。由于內燃機的曲軸是力傳遞的中心元件，因此發(fā)生非常高的力矩和彎矩以及時間和局部劇烈變化的力。因此曲軸必須具有適當?shù)姆€(wěn)定性和強度。
[0003]在現(xiàn)有技術已知的曲軸中，材料選擇和生產(chǎn)方法取決于負載。高負載曲軸通常是鍛造而成的，而對于小引擎來說，出于成本和重量的原因使用鑄造的曲軸(Bosch, Automotive Handbook, 26th Edit1n, 2007, page 477.ff)0
[0004]為了使曲軸更多用途、更簡單以及更便宜，現(xiàn)有技術還提出了組合式曲軸，其由曲柄臂和布置在曲柄臂之間的曲柄銷構成。這首先具有以下優(yōu)勢，即不需要生產(chǎn)完整的緊密結合曲軸，而是需要生產(chǎn)小的元件，為此還可以使用相應更小的鍛造或鑄造模具。此外，由于模塊化結構，多用途組件是可行的。
[0005]DE822036已知一種組合式曲軸。在其端部，曲柄螺栓具有進入曲柄臂上所分配孔的齒，其中齒結構切入所分配的接收孔中。齒結構的切入獲得了形式配合的連接，其中曲柄銷通過螺栓被固定到曲柄臂。這里的主要優(yōu)點是，最終的曲軸可以在任意希望的點處被再次分拆。在后續(xù)再組裝時，必須確保每個齒與其此前形成的缺口相重合，從而確保平滑推動。
[0006]DE822036已知的組合式曲軸的設計構造相對來說很復雜，因為具有不同尺寸的固定部的齒結構、帶有墊圈的固定螺栓以及曲柄銷的相鄰柱形部分必須在接收孔內側被接收。為此，接收孔具有逐步變化的橫截面，其中獲得了形式配合的區(qū)域相對很短。固定螺栓的安裝很復雜。已知曲軸的機械承載能力有限。
[0007]DE10038857A1和DE891641公開了用于內燃機的組合式曲軸，其包括具有接收孔的曲柄臂和在其端部具有固定部的曲柄銷。獲得了形式配合以及力配合的連接，因為接收孔和固定部具有偏離圓形的互補形式，其中曲柄臂縮緊到曲柄銷上。根據(jù)DE10038857A1，還提出曲柄銷具有中心部和與中心部偏心布置的連接部，從而在連接到曲柄臂時，通過曲柄銷的布置可以改變升降高度。利用兩個公開文件中描述的收縮工藝的缺點是，材料選擇受限，并且工藝也非常復雜。
[0008]GB747742公開了一種曲軸，其由至少兩個工件制成并且適于分拆。分拆能力指的是曲軸可以被方便地安裝以及再次移除。為了允許所描述的單獨部件的生產(chǎn)，設置的銷是被壓到所分配的曲柄臂中的或者是與相應的曲柄臂一同生產(chǎn)的。這些銷隨后簡單地嚙合到其他曲柄臂的孔中，從而可以方便地進行分離與連接。缺點是這種松散連接構成了薄弱點。GB747742中描繪的曲軸特別適用于小引擎或類似的型號。
[0009]DE1270893公開了一種根據(jù)初始描述的方法生產(chǎn)的組合式曲軸。曲柄臂和曲柄銷被壓在一起。如果在縱向方向上設置可以具有不同槽深度的槽，則可以獲得特別好的無法分咼的壓接。
[0010]DE4018542A1公開了一種組合式曲軸，其中單獨的曲柄臂和曲柄銷以過盈配合的方式結合在一起。過盈配合的形成并未被進一步描述。曲柄臂的接收孔首先變細，然后再次拓寬。
[0011]CH567194A公開了一種活塞式內燃機的曲軸，其由U形曲柄部件構成，每個曲柄部件包括曲柄銷和兩個曲柄臂，并且通過支承部件連接，其中每個支承部件具有支承軸頸和固定釘，固定釘附接到相鄰曲柄臂的孔中的過盈配合之處。支承部件的固定釘相對于支承軸頸的軸來說與其軸偏離，從而在其所分配的曲柄臂中在曲柄面內其遠離曲柄銷。
[0012]DE2925058A1概括描述了借助于帶有齒結構和材料移位的形式配合的兩個金屬部件之間的連接。
[0013]DE559779 A公開了一種在螺栓和具有孔的部件之間的收縮連接，其中縱溝被機加工成螺栓的柱形座表面。
[0014]在本上下文中，本發(fā)明的目的是設計一種生產(chǎn)組合式曲軸的方法，利用該方法可以簡單的方式生產(chǎn)耐高負載的曲軸。特別地，組合式曲軸應當被形成使得其生產(chǎn)過程中材料缺陷或材料損壞的風險被降低。
[0015]始自具有初始描述特征的方法，上述目的是根據(jù)具有權利要求1所述特征的發(fā)明來實現(xiàn)的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，在不需要其他固定裝置、焊接等的情況下，特別簡單地實現(xiàn)了力配合連接和形式配合連接。力矩通過沿曲軸縱向方向上延伸的齒結構被可靠地傳遞。此外，力配合被創(chuàng)建，其自身便足以在操作上可靠地保持曲柄臂和曲柄銷，即即使是曲柄在內燃機中工作期間。模塊化結構使得可以降低成本以及增加設計靈活性。為了實現(xiàn)例如不同的升降高度，僅需要選擇相應適配的曲柄臂，其中曲柄銷可以保持不變。并且，通過提供不同的曲柄銷和曲柄臂可以滿足不同的規(guī)格。利用組合式曲軸，另外實現(xiàn)了以下優(yōu)點，即軸承可以是多用途的，特別地還可以使用閉合輥或止推軸承，其在結合匹配件壓合之前被放置在曲柄銷上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，從面向所分配曲柄銷的插入側開始向著對側的方向，接收孔至少在部分區(qū)域以一曲率逐漸變細。此外，固定部也可以朝向它們的自由端逐漸變細。
[0018]曲柄銷的固定部和接收孔可選地還可以至少在部分具有曲線形式，以便實現(xiàn)特別均勻的力傳遞。特別地，固定部可以具有凸曲率，而接收孔在它們內側上以互補的方式彎曲。特別優(yōu)選的實施例是，接收孔和/或固定部在縱剖面上至少在部分之中具有拋物線形狀。通過與齒結構相結合，這確保了在更長的區(qū)域上發(fā)生壓入配合，同時材料形變增加，從而避免了齒結構面上的負荷。此外，還避免了壓入配合上陡然增加的力。
[0019]由于接收孔的以及可選為固定部的至少部分之中彎曲的特別是拋物線形的逐漸變細，在柱形形式和錐形形式兩者之上實現(xiàn)了實質性的改進。利用柱形形式，在結合處發(fā)生的力的分布并不理想。利用柱形設計，在具有齒結構的通常更硬的結合匹配件的面上獲得了非常高的負荷。在齒結構的面上實質上發(fā)生更軟結合匹配件的材料移位，從而存在過載的風險。此外，利用固定部和接收孔的柱形設計，力配合連接需要改進。
[0020]如果接收孔和所分配的固定部具有互補的錐形形式，則固定部首先可以被松散插入所分配的接收孔中，其中在很長的區(qū)域中同時發(fā)生兩個結合匹配件之間的接觸。始自該第一接觸，利用相對較短的行程即發(fā)生壓入，從而可以產(chǎn)生很大的力。
[0021]由于一個結合匹配件上形成的齒結構可以切入或咬入另一結合匹配件的材料中，并且將另一結合匹配件的材料移位，因此下述做法是適宜的，即設有齒結構的結合匹