一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構及加工方法
【專利摘要】本發明涉及一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構及加工方法，每個主軸頸中心處鉆一主軸直油孔；每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔；主軸直油孔和連桿直油孔垂直于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面；每一主軸頸上的主軸直油孔與相鄰的一連桿頸上的連桿直油孔通過一斜油孔連通，斜油孔位于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面上，斜油孔穿透曲柄臂。本發明結構合理，極大的減小了連桿斜油孔處的應力集中，提高了曲軸的抗扭轉疲勞強度。鉆斜油孔工裝能夠使斜油孔的加工定位更準確，操作更加簡便。
【專利說明】
一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構及加工方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種發動機曲軸，具體地說是一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構及加工方法。
【背景技術】
[0002]曲軸是內燃機中最重要的零部件之一，其強度直接關系到整機的可靠性。曲軸失效模式主要有彎曲疲勞失效和扭轉疲勞失效兩種，近年來隨著內燃機向著高功率密度方向的發展，內燃機體積不斷縮小、功率不斷增大，部分已達到18-22MPa，遠遠超過了傳統8-12MPa的內燃機功率，隨之出現的是扭轉疲勞失效在曲軸失效中的比例逐漸上升。因此，對曲軸的抗扭轉疲勞強度提出了更高的要求。
[0003]曲軸在發動機內部運轉時，軸頸和軸瓦之間需要潤滑油潤滑，該潤滑油是通過曲軸軸頸上的油孔來流通供給的。目前很多發動機曲軸采用的油孔結構為:在主軸頸上鉆直油孔，連桿頸上不鉆直油孔，連桿頸通過斜油孔和主軸頸上的直油孔相連。該結構簡單，便于加工，因此被大多數曲軸設計生產廠家所采用。這種油孔結構會使連桿頸上斜油孔處產生很大的扭轉應力集中現象，大大降低了曲軸的抗扭轉疲勞強度。通過有限元模擬分析(FEA)得出，曲軸連桿頸斜油孔是承受扭轉應力最薄弱的位置，在扭轉交變載荷的作用下斜油孔處容易造成應力集中，產生裂紋，導致曲軸早期扭轉疲勞失效。實際證明，很多斷軸都是從連桿頸斜油孔處開始斷裂的。隨著發動機的設計向著高速化、緊湊化、輕量化的方向發展，機械負荷不斷增加，對曲軸的強度提出了更高的要求。這種油孔結構降低了曲軸的抗扭轉疲勞強度，不能滿足現代發動機發展對曲軸強度的要求。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理，加工簡便，能夠提高曲軸扭轉疲勞強度，減少和避免曲軸從連桿頸斜油孔處斷裂的曲軸油孔結構及加工方法。
[0005]本發明解決上述技術問題采用的技術方案是:一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構，其特征是:每個主軸頸中心處鉆一主軸直油孔;每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔；主軸直油孔和連桿直油孔垂直于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面，主軸直油孔直徑和連桿直油孔直徑相同；每一主軸頸上的主軸直油孔與相鄰的一連桿頸上的連桿直油孔通過一斜油孔連通，斜油孔位于對應主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面上，斜油孔穿透曲柄臂。
[0006]本發明上述提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構的加工方法，其特征是:首先，在夾具體主平面上安裝兩個緊固器，兩個緊固器分別夾緊曲軸第一主軸頸和第七主軸頸；同時在夾具體安放曲軸位置的上方等間距安裝六個導向器，每個導向器有一個引導孔，弓丨導孔的中心與曲軸每一待加工的斜油孔的中心在同一直線上;而后在每個主軸頸上鉆一主軸直油孔，主軸直油孔位于主軸頸中心處，在主軸頸中心穿透主軸頸;在每個連桿頸上鉆一連桿直油孔，連桿直油孔在連桿頸軸向中心線下方5mm處穿透連桿頸，主軸直油孔和連桿直油孔垂直于所在主軸頸和連桿頸的軸向中心線所確定的平面，且連桿直油孔直徑與主軸直油孔直徑相同；在對應的曲柄臂上，通過每個導向器逐一鉆一斜油孔，斜油孔穿透曲柄臂，斜油孔位于連桿頸和主軸頸的軸向中心線共同確定的平面上，將主軸直油孔和連桿直油孔連通;而后在主軸直油孔和連桿直油孔與斜油孔連接處加工油孔圓角。
[0007]本發明每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔，連桿直油孔在連桿頸表面處的形狀比現有技術的斜油孔在連桿頸表面的形狀規則，基本呈圓形，而非原斜油孔結構的長橢圓形，大大減小了該處的扭轉應力集中，從而提高了曲軸的抗扭轉疲勞強度。通過模擬計算，改進油孔后的曲軸抗扭轉疲勞強度比原結構提高30%左右。與現有技術相比，本發明結構更合理，極大的減小了連桿斜油孔處的應力集中，提高了曲軸的抗扭轉疲勞強度。鉆斜油孔工裝能夠使斜油孔的加工定位更準確，操作更加簡便。
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0009]圖1是本發明的油孔結構示意圖。
[0010]圖2是圖1中A-A向剖面示意圖。
[0011 ]圖3是本發明的斜油孔加工工裝示意圖。
[0012]圖中:1.主軸直油孔，2.連桿直油孔，3.斜油孔;4.夾具體，5.導向器，6.曲軸，7.緊固器。
【具體實施方式】
[0013]從圖1、圖2中可以看出，一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構，每個主軸頸中心處鉆一主軸直油孔I ；每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔2 ；主軸直油孔I和連桿直油孔2垂直于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面，主軸直油孔I直徑和連桿直油孔2直徑相同；每一主軸頸上的主軸直油孔I與相鄰的一連桿頸上的連桿直油孔2通過一斜油孔3連通，斜油孔3位于對應于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面上，斜油孔3穿透曲柄臂。
[0014]本發明所述連桿直油孔I和主軸直油孔3與斜油孔2連接處設有油孔圓角，且連桿直油孔I直徑和油孔圓角直徑與主軸直油孔3直徑相同。也就是說連桿直油孔I和主軸直油孔3要進行油孔倒圓角處理，斜油孔不用倒圓角。
[0015]圖3所示是本發明斜油孔加工工裝示意圖。在夾具體4主平面上安裝兩個緊固器7，兩個緊固器7分別夾緊曲軸6第一主軸頸和第七主軸頸;在夾具體4主平面上曲軸位置的上方通過螺栓等間距安裝六個導向器5。每個導向器5的引導孔與相應斜油孔在同一直線上。
[0016]從圖3中可以看出，本發明所述提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構的加工方法，首先，在夾具體I主平面上安裝兩個緊固器7，兩個緊固器7分別夾緊曲軸第一主軸頸和第七主軸頸；同時在夾具體安放曲軸位置的上方等間距安裝六個導向器5，每個導向器5有一個引導孔，引導孔的中心與曲軸每一待加工的斜油孔的中心在同一直線上。而后在每個主軸頸上鉆一主軸直油孔I，主軸直油孔I位于主軸頸中心處，在主軸頸中心穿透主軸頸;在每個連桿頸上鉆一連桿直油孔2，連桿直油孔2在連桿頸軸向中心線下方5mm處穿透連桿頸，主軸直油孔I和連桿直油孔2垂直于所在主軸頸和連桿頸的軸向中心線所確定的平面，且連桿直油孔2直徑與主軸直油孔I直徑相同；在對應的曲柄臂上，通過每個導向器5逐一鉆一斜油孔3，斜油孔3穿透曲柄臂，斜油孔3位于連桿頸和主軸頸的軸向中心線共同確定的平面上，將主軸直油孔I和連桿直油孔2連通;而后在主軸直油孔I和連桿直油孔2與斜油孔3連接處加工油孔圓角。且連桿直油孔2直徑和油孔圓角直徑與主軸直油孔I直徑相同。
[0017]本發明每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔，連桿直油孔在連桿頸表面處的形狀比現有技術的斜油孔在連桿頸表面的形狀規則，基本呈圓形，而非原斜油孔結構的長橢圓形，大大減小了該處的扭轉應力集中，從而提高了曲軸的抗扭轉疲勞強度。通過模擬計算，改進油孔后的曲軸抗扭轉疲勞強度比原結構提高30%左右。本發明結構更合理，極大的減小了連桿斜油孔處的應力集中，提高了曲軸的抗扭轉疲勞強度。鉆斜油孔工裝能夠使斜油孔的加工定位更準確，操作更加簡便。
【主權項】
1.一種提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構，每個主軸頸中心處鉆一主軸直油孔；每個連桿頸中心線下方5mm處鉆一連桿直油孔;主軸直油孔和連桿直油孔垂直于主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面，主軸直油孔直徑和連桿直油孔直徑相同；每一主軸頸上的主軸直油孔與相鄰的一連桿頸上的連桿直油孔通過一斜油孔連通，斜油孔位于對應主軸頸和連桿頸軸向中心線所確定的平面上，斜油孔穿透曲柄臂。2.根據權利要求1所述的提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構，其特征是:所述連桿直油孔和主軸直油孔與斜油孔連接處設有油孔圓角，且連桿直油孔直徑和油孔圓角直徑與主軸直油孔直徑相同。3.—種權利要求1所述的提高曲軸扭轉疲勞強度的曲軸油孔結構的加工方法，其特征是:首先，在夾具體主平面上安裝兩個緊固器，兩個緊固器分別夾緊曲軸第一主軸頸和第七主軸頸；同時在夾具體安放曲軸位置的上方等間距安裝六個導向器，每個導向器有一個引導孔，引導孔的中心與曲軸每一待加工的斜油孔的中心在同一直線上;而后在每個主軸頸上鉆一主軸直油孔，主軸直油孔位于主軸頸中心處，在主軸頸中心穿透主軸頸;在每個連桿頸上鉆一連桿直油孔，連桿直油孔在連桿頸軸向中心線下方5_處穿透連桿頸，主軸直油孔和連桿直油孔垂直于所在主軸頸和連桿頸的軸向中心線所確定的平面，且連桿直油孔直徑與主軸直油孔直徑相同；在對應的曲柄臂上，通過每個導向器逐一鉆一斜油孔，斜油孔穿透曲柄臂，斜油孔位于連桿頸和主軸頸的軸向中心線共同確定的平面上，將主軸直油孔和連桿直油孔連通;而后在主軸直油孔和連桿直油孔與斜油孔連接處加工油孔圓角。
【文檔編號】F16C3/14GK105952772SQ201610563510
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】叢建臣, 孫軍, 倪培相, 于海明, 宋文友
【申請人】天潤曲軸股份有限公司