[发明专利]具有锻造应力消除结构的中间臂式曲轴

说明书

背景技术

本文的示例性实施例总体上涉及曲轴，更具体地讲，涉及具有锻造应力消除结构的中间臂式曲轴。

目前，许多OEM针对发动机使用锻造的曲轴。一种类型的曲轴为中间臂式曲轴，该中间臂式曲轴具有至少一个完整的曲柄臂，该曲柄臂位于两个相邻的销之间并将其连接。对于这种类型的曲轴，存在销对销重叠区域和销对轴颈重叠区域。中间臂式曲轴的刚度和强度取决于销对销重叠区域和销对轴颈重叠区域可实现的重叠量。然而，大多时候，销对销重叠区域和销对轴颈重叠区域是不平衡的，从而在曲轴中造成不均匀的应力集中。当锻造的曲轴的强度成问题时，通常需要调整曲轴的材料强度以实现所需的安全系数。例如，已知在曲轴的曲柄臂中加工应力凹口或应力消除槽以分布应力。然而，该应力凹口或应力消除槽通常仅减小曲轴一个隔离区域中的应力，并且额外的加工步骤增加了与曲轴相关联的制造成本。

发明内容

根据一个方面，锻造的曲轴包括适于连接到相关联的滑轮的第一末端和适于连接到相关联的飞轮的第二末端、多个主轴颈、可围绕由主轴颈限定的轴线沿环形路径旋转的多个曲柄销轴颈，以及多个曲柄臂。多个曲柄臂中的至少一个曲柄臂限定中间曲柄臂，该中间曲柄臂位于多个曲柄销轴颈中的两个相邻的曲柄销轴颈之间并将其连接。中间曲柄臂具有于其内锻造的应力消除结构。内锻应力消除结构由第一间隔侧壁、第二间隔侧壁、内壁和基壁限定。内锻应力消除结构具有预定深度、包角、半径和底切，其一起限定内锻应力消除结构的形状。对内锻应力消除结构的形状进行控制以减小曲轴中的应力。

根据另一个方面，锻造的曲轴包括适于连接到相关联的滑轮的第一末端和适于连接到相关联的飞轮的第二末端、多个主轴颈、可围绕由主轴颈限定的轴线沿环形路径旋转的多个曲柄销轴颈，以及多个曲柄臂。邻近第 一末端定位的曲柄臂中的一者限定第一中间曲柄臂，邻近第二末端定位的曲柄臂中的一者限定第二中间曲柄臂。第一中间曲柄臂和第二中间曲柄臂中的每个位于多个曲柄销轴颈中的两个相邻的曲柄销轴颈之间并将其连接。第一中间曲柄臂和第二中间曲柄臂中的至少一者具有于其内锻造的应力消除结构。内锻应力消除结构由第一间隔侧壁、第二间隔侧壁、内壁和基壁限定。内锻应力消除结构具有预定参数，所述参数为深度、包角、半径和底切。应力消除结构的包角为应力消除结构围绕连接到具有应力消除结构的中间曲柄的相邻曲柄销中的一者延伸的角距离。应力消除结构的半径由内壁限定。应力消除结构的底切设置在内壁与基壁的交汇处。所述参数一起限定内锻应力消除结构的形状。对内锻应力消除结构的形状进行控制以减小曲轴中的应力。

根据又一个方面，提高锻造的曲轴的抗弯和抗扭强度的方法包括在曲轴的曲柄臂上提供内锻应力消除结构，所述曲柄臂位于曲轴的两个相邻的曲柄销轴颈之间并将其连接；通过控制由内锻应力消除结构限定的深度、包角、半径和底切来控制内锻应力消除结构的形状；以及将内锻应力消除结构定位在由相邻的曲柄销轴颈限定的重叠区域中。

附图说明

图1为具有曲柄臂的示例性中间臂式曲轴的侧视图，该曲柄臂位于两个相邻的曲柄销轴颈之间并将其连接，该曲柄臂具有内锻应力消除结构。

图2为图1的曲轴的销对销重叠区域和销对轴颈重叠区域的示意图。

图3为图1的曲轴的示意图，其示出了在重叠区域底部处以及与所施加载荷相同的平面中的应力集中。

图4为图1的曲轴的示意图，其示出了偏离载荷平面和偏离锻造分模线的应力集中。

图5为图1的曲轴的曲柄臂的放大视图，该曲柄臂具有内锻应力消除结构。

图6为沿图5的线6-6截取的图5的曲柄臂的局部剖视图。

图7为如由图6的线7-7所标识的图6的一部分的放大视图。

图8为图1的曲轴的曲柄臂的局部侧透视图，该曲柄臂具有内锻应力消除结构。

图9为图1的曲轴的曲柄臂的局部侧视图，该曲柄臂具有内锻应力消除结构。

图10为图9的透视图。

图11为曲线图，其示出了图1的曲轴和缺乏具有内锻应力消除结构的曲柄臂的曲轴的各自的安全系数。

图12为具有曲柄臂的已知曲轴的局部透视图，该曲柄臂具有加工的应力消除结构。

图13为曲线图，示出了图1的曲轴和图12的曲轴的各自的安全系数。

具体实施方式