專利名稱：用于發(fā)動機平衡系統(tǒng)的平衡軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種平衡軸，尤其涉及一種帶有平衡配重的平衡軸，該平衡配重用于消除由往復發(fā)動機產(chǎn)生的不平衡力。
發(fā)動機平衡裝置是已知的。例如，日本專利公開No.5-39233公開了一種平衡裝置，其中一對平衡軸布置于油槽內的曲軸下面，該對平衡軸的每個軸上都有用于消除由發(fā)動機活塞產(chǎn)生的二次(secondorder)不平衡力的平衡配重，該曲軸的旋轉通過鏈條/鏈輪機構或齒輪機構傳遞給平衡軸。1987年11月3日公開并授予C.Candea等的美國專利No.4703724和1987年11月3日公開并授予W.L.Weertman的美國專利No.4703725也公開了一種類似的平衡裝置。
在該平衡裝置中，因為當平衡軸撓曲時震動控制器有效減小震動，因此希望旋轉支承各平衡軸的軸頸部分具有盡可能高的剛性。因此，平衡軸的軸頸部分通常包括具有完整的圓形橫截面的堅固結構。
不過，由于需要減小發(fā)動機的重量，因此希望使平衡軸的總重減至最小。而且，平衡軸需要具有一定的不平衡質量。因此，平衡軸的質量希望這樣分配，使得不平衡質量盡可能大，而對發(fā)動機的平衡沒有作出貢獻的那一部分質量，例如軸頸部分的質量，則希望能減至最小。
為減小平衡軸各部分的質量或重量而作的努力不能損害平衡軸所必須的特性，例如足夠的抗彎剛性和軸頸承載能力。
而且，因為平衡軸需要在發(fā)動機內所確定的相對狹窄的凹進部分中安裝，因此，重要的是能夠以簡單的方式將平衡裝置的各個部分組裝起來。
考慮到現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進的平衡軸，該平衡軸能夠使平衡配重的尺寸和總重減至最小，而不會減小平衡軸的抗彎剛性。
本發(fā)明的第二目的是提供一種平衡軸，該平衡軸能夠使其總重減至最小，而不會犧牲它的軸頸部分的承載能力。
本發(fā)明的第三目的是提供一種平衡軸，該平衡軸能夠使其總重減至最小，而不會過分增加軸頸部分的旋轉阻力。
本發(fā)明的第四目的是提供一種易于組裝的平衡軸。
本發(fā)明的第五目的是提供一種適于緊湊設計的平衡軸。
根據(jù)本發(fā)明，這些目的是通過提供一種用于發(fā)動機平衡系統(tǒng)以消除發(fā)動機的不平衡力的平衡軸來實現(xiàn)的，該平衡軸包括重心偏離其旋轉中心的平衡配重；和在發(fā)動機固定部件所確定的軸承孔中可旋轉地支承平衡軸的軸頸部分；該軸頸部分在遠離平衡配重重心的一側有凹口。
該凹口減小了平衡軸的重量或質量，且該凹口不會減小承載性能，因為所承受的載荷基本是由于平衡配重部分的不平衡質量產(chǎn)生的，承載部分的凹口處所承受的載荷部分遠遠小于承載部分的相對側所承受的載荷。該凹口還有利于增加相關部件重心的偏心。通常，軸頸部分有具有完整圓形截面的完全圓形部分，優(yōu)選是在該軸頸部分的各軸向端頭處，以保證軸頸部分在各種情況下的承載能力。
為了補償由于承載部分局部凹進而使平衡軸減小的彎曲強度，該軸頸部分可以有第一肋，該第一肋沿在軸頸部分的整圓形軸向端頭部分之間的徑向平面橫貫凹口軸向延伸。
該平衡配重部分通常包括徑向偏移的凸起。通過提供第二肋，能夠很容易和顯著地提高平衡軸的抗彎剛性，該第二肋沿平衡軸凸起的相對角側的徑向平面軸向延伸。優(yōu)選是，該第一和第二肋沿一公共徑向平面延伸，且交匯于整圓形的軸向端頭部分中的一個。
該第一肋可以有與軸頸部分的整圓部分的外輪廓相同的外輪廓。不過，考慮到要減小由于潤滑油在軸頸部分的凹口處沉淀而產(chǎn)生的旋轉阻力，第一肋可以有相對于軸頸部分的整圓部分的外輪廓向內凹進的外輪廓。同樣原因，該第一肋可以限定有圓拱形的外側面。此外或者是還可選擇，該第一肋可以有穿過其自身的開口，優(yōu)選是該開口在肋的靠近平衡軸軸心的部分。
考慮到最大限度的增強第二肋的效果，該第二肋可以幾乎在平衡配重部分的整個長度上延伸。為了減小肋的重量而不損害其增強性能，第二肋的徑向高度可以隨著遠離軸頸而逐漸減小。
優(yōu)選是，該軸頸部分的旋轉直徑遠遠小于平衡配重部分的旋轉直徑。這樣，平衡軸的總偏心量最大。這時，平衡軸的殼體可以包括上半殼體和下半殼體，它們連接起來限定供軸頸部分的軸承孔，這樣，希望有相對較大旋轉直徑的平衡配重部分不需要穿過平衡軸的軸承孔。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，軸頸部分的各軸向端頭處有平衡配重部分。這樣，對于材料的量給定的平衡軸，克服發(fā)動機的不平衡重量部分所產(chǎn)生的不平衡力的平衡軸能具有最大的抗彎剛性。通常，需要使一對平衡軸以相反方向旋轉，這樣的同步運動可以通過裝在各平衡軸上的齒輪，例如正齒輪或螺旋齒輪而獲得。為了穩(wěn)定支承該平衡軸，各平衡軸的齒輪固定在平衡配重部分的遠離軸頸部分的端頭附近，并在該齒輪的遠離平衡配重部分的軸向側有第二軸頸部分。
下面參考附圖對本發(fā)明進行說明，其中

圖1是剖開的發(fā)動機主體部分的正視圖，該發(fā)動機包括本發(fā)明的平衡裝置；圖2是沿左平衡軸的中軸線的局部縱剖圖，以顯示油槽的內部；圖3是沿平衡裝置的右平衡軸的中軸線的縱剖圖；圖4是主要部件沿圖3中Ⅳ-Ⅳ線的縱剖圖；圖5是沿垂直于一個平衡軸的第一軸頸部分軸線的平面的剖面圖；圖6是主要部件沿圖3中Ⅵ-Ⅵ線的縱剖圖；圖7是平衡裝置的右視圖；圖8是平衡裝置的平面視圖；圖9是顯示凸耳形凸起的改進實施方式的局部縱剖圖；圖10是顯示平衡裝置殼體的改進實施方式的局部縱剖圖；圖11是平衡裝置的另一實施例的右視圖12是平衡裝置的另一實施例的平面視圖；圖13是本發(fā)明的平衡軸的第二實施例的側視圖；以及圖14是圖13所示的平衡軸的透視圖。
圖1所示為實施本發(fā)明的往復活塞發(fā)動機。該發(fā)動機E包括一具有水平延伸的曲軸1的直列四缸發(fā)動機，還包括頂蓋2、氣缸頭3、氣缸體4、底座5、平衡裝置6和油槽7。曲軸1可旋轉地由軸承支承，該軸承限定于氣缸體4的底面和底座5的上表面之間的分界面中。
平衡裝置6設計為減小由于活塞和其它部件的往復運動而產(chǎn)生的發(fā)動機E的二次震動，該平衡裝置6通過螺栓固定在底座5的底面(曲軸1的下面)，并完全裝入油槽7中。曲軸1的旋轉通過大鏈輪8、小鏈輪9和環(huán)形連接鏈條10傳遞給平衡裝置6，該大鏈輪8牢牢的固定在曲軸1的前端(在下文中將連接曲柄輪或鏈條箱的端頭稱為前端)，該小鏈輪9牢牢固定在左手邊(右和左是在面對曲柄輪或鏈條箱時定義的)的平衡軸(下文將介紹)的前端，該環(huán)形連接鏈條10環(huán)繞穿過大小鏈輪8和9。
環(huán)形連接鏈條10通過鏈條導向器11防止擺動，該鏈條導向器11固定在底座5前部靠近曲軸1中心左側處，并且該環(huán)形連接鏈條10總是由鏈條張緊裝置12施加適當?shù)睦o力，該鏈條張緊裝置12固定在平衡裝置6前部緊靠小鏈輪9的右側處。
如圖2至4所示，平衡裝置6包括一對形狀基本相同的平衡軸13L和13R以及平衡裝置殼體14的上下半部分14U和14L，該上下半部分14U和14L沿通過兩平衡軸13L和13R的中心的平面彼此垂直分開。
兩個平衡軸13L和13R通過螺旋齒輪15L和15R相互同步，該螺旋齒輪15L和15R整體連接在相應的平衡軸13L和13R上，并相互嚙合。如前所述，曲軸1的旋轉通過大鏈輪8、環(huán)形連接鏈條10和小鏈輪9傳遞給左平衡軸13L。因此，左平衡軸13L被驅動以曲軸1轉速的兩倍旋轉并與曲軸1的轉向相同，右平衡軸13R由于兩螺旋齒輪15L和15R之間的嚙合而被驅動以與左平衡軸13L相同的轉速和相反的轉向旋轉。
如圖2和3所示，平衡裝置殼體14的上半部分14U中對應于螺旋齒輪15L和15R的部件確定有止推壁(thrust bearing wall)部分16，該止推壁部分16與跟平衡軸13L和13R成整體的螺旋齒輪15L和15R的軸向端面配合。這些部件是上部開口的，因此各螺旋齒輪15L和15R的外圓周總是曝露于油槽7的內部，通過向兩個螺旋齒輪15L和15R的嚙合部分和止推壁部分16供給潤滑油，可以進行充分潤滑，該潤滑油的供給可以從上面滴落，也可以在油槽7內部形成油霧形式的循環(huán)。
平衡軸13L和13R各有與之成一體的第一軸頸部分18和第二軸頸部分17，該第一軸頸部分18靠近軸的后端并有相對較大的直徑，該第二軸頸部分17在軸的前端并有相對較小的直徑。平衡軸13L和13R各有與之成一體的一對偏心配重或平衡配重19，該對偏心配重或平衡配重19分成兩部分，分別在第一軸頸部分18的前部和后部。該平衡配重19的重心在徑向上偏離旋轉中心，并且各平衡配重19的旋轉軌跡的直徑大于第一軸頸部分18的直徑(見圖4)。
為了用最小尺寸的平衡配重獲得所需的慣性力矩，各平衡配重19有一桿狀部分20，該桿狀部分20的直徑比平衡軸剩余部分的直徑小。為了補償由于桿狀部分20直徑減小而減小的剛性，在桿狀部分20遠離平衡配重的一側有連接第一軸頸部分18的相應軸向端頭的錐形肋21，該平衡配重在第一軸頸18的前面和后面。隨著離第一軸頸部分的距離的增加，這些肋21的高度逐漸減小。
為了減小第一軸頸部分18的重量和使第一軸頸部分18的重心從軸心向平衡配重19偏移，從而盡可能減小平衡配重19的大小，第一軸頸部分18的遠離平衡配重的一側除靠近該第一軸頸部分18軸向兩端的部分外，都形成凹口。為了補償由于該凹陷而減小的剛性，肋23沿經(jīng)過第一軸頸部分18的中心軸線的平面橫貫該空間或凹口22延伸(如圖5所示)。形成于平衡配重19的桿狀部分20上的肋21和第一軸頸部分18上的肋23沿同一的平面延伸。
這樣，因為第一軸頸部分18的遠離平衡配重一側的軸向端頭與前述的金屬軸承內圓周表面配合，即使第一軸頸部分18與軸承孔接觸的部分的表面積稍微減小，也不會破壞油膜，因此能充分較低旋轉阻力。
孔24穿過肋23的靠近軸心的部分，使得潤滑油能在凹口22中自由流動，并防止由于潤滑油在凹口22中過度沉淀而增加旋轉阻力。在本實施例中，凹口22通過除去大約一半的軸頸部分18材料而成或沿軸頸部分18的直徑平面除去軸頸部分18的材料而成。不過，根據(jù)不同的使用情況，凹口的大小和形狀可以自由選擇。例如，該軸頸部分18可以形成更淺和更窄的凹口。無論如何，希望軸頸部分18的剖面在完整圓形剖面中超過至少180度，這樣，可以以最小的軸頸部分完整圓形外徑保證平衡軸承受不平衡力的能力。
各平衡軸13L和13R的第二軸頸部分17由軸承孔25a支承，該軸承孔25a限定于第二軸承壁部分25中，該第二軸承壁部分25在平衡裝置殼體14的下半部分14L的前壁中并與之成一體。各平衡軸13L和13R的第一軸頸部分18由軸承孔26a支承，該軸承孔26a限定于第一軸承壁部分26中，該第一軸承壁部分26由兩半構成，這兩半分別與平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L形成一體。
在將兩平衡軸13L和13R裝入平衡裝置殼體14內時，各平衡軸13L和13R前端的第二軸頸部分17首先裝入在第二軸承壁部分25中限定的軸承孔25a中，該第二軸承壁部分25與平衡裝置殼體14的下半部分14L成一體，然后將各平衡軸13L和13R的第一軸頸部分18放入在第一軸承壁部分26的下半部分中限定的軸承孔26a的下半部分中，該第一軸承壁部分26的下半部分與平衡裝置殼體14的下半部分14L成一體。在這一操作過程中，平衡配重部分31需要轉動離開平衡裝置殼體14的下半部分14L，尤其是軸承孔26a的下半部分，這樣，當?shù)诙S頸部分17軸向穿入相應的軸承孔25a時，平衡配重部分31的徑向延伸凸起不會與軸承孔26a的下半部分干涉。
然后，通過使平衡裝置殼體14的上半部分14U中的第一軸承壁部分26的上半軸承部分對齊相應一個平衡軸13L和13R的第一軸頸部分18，將上下殼體14U和14L裝在一起。因此，兩個平衡軸13R和13L可旋轉地保持在平衡裝置殼體14的兩半部分14U和14L之間。
這樣，平衡配重19不需要通過任何一個軸承孔，軸頸部分18和19的直徑能任意減小，只要能保證所需的機械強度。因此，能減小旋轉阻力，裝平衡軸13L和13R的平衡裝置殼體14的大小和重量都能減至現(xiàn)有技術不可能達到的水平。
平衡裝置殼體14的前端或其下半部分14L有擺線油泵27，以便向發(fā)動機的不同部件提供潤滑油，如圖6所示。該擺線油泵27包括通過螺栓裝在平衡裝置殼體14前表面的油泵殼體28、裝于油泵殼體28內的外轉子29和裝在右平衡軸13R前端的內轉子。與右平衡軸13R成一體旋轉的內轉子30與外轉子29共同作用，將通過油濾31和吸管32從油槽7中吸出的潤滑油由滑油出口通道供給發(fā)動機各部件，該油濾裝在平衡裝置殼體14的下半部分14L的底壁上，該吸管與下半殼體部分14L形成一體，該滑油出口通道33由油泵殼體28限定并與形成于氣缸體4和底座5內的滑油通道(在圖中未示出)連通。
參考圖3，平衡裝置殼體14的下半部分14L的底壁與支承油濾31的安裝凸臺34形成一體，該油濾31與第一軸承壁部分26相連。平衡裝置殼體14的下半部分14L的底壁還與吸管32形成一體，該吸管32從安裝凸臺34延伸到前端開口，該前端開口靠近第二軸承壁部分25，并由油泵殼體28的一部分封閉。油濾31的安裝凸臺34和空心吸管32連續(xù)串聯(lián)地形成于殼體下半部分14L的底壁中并與之成一體，這樣，支承平衡軸13L和13R前后端的殼體下半部分14L的軸承壁部分25和26通過油濾31的安裝凸臺31和吸管32連接，這有利于增加軸承壁部分25和26的剛性。
吸管32的一部分位于兩平衡軸13L和13R之間限定的凹進部分內(如圖4所示)，這樣，該吸管向下的凸出部分能減至最小，而且，因為油濾31直接裝在殼體下半部分14L的底壁上，平衡裝置殼體14的尺寸也能減至最小，這有利于發(fā)動機的緊湊設計。
安裝凸臺34具有與之成一體的銷形凸起35，該銷形凸起35從殼體下半部分14L伸出，以控制主要由金屬網(wǎng)構成的油濾31的內部變形。該凸起35還通過肋36與油濾安裝凸臺34的內圓周表面相連。該肋36增強了油濾安裝凸臺34的剛性，尤其是增強了軸承壁部分26中起支承作用的這一半的剛性。
平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L之間的分隔平面的側端各自相對于相應的平衡軸13L或13R徑向產(chǎn)生偏移，如圖4所示。在圖示實施例中，下半部分14L的側向延伸大于上半部分14U。該偏移使得兩側都產(chǎn)生了向上開口的間隙37，該向上開口的間隙37沿經(jīng)過相應平衡軸13L或13R的軸心的平面限定。當兩平衡軸13L和13R(沿箭頭所示方向)旋轉時，儲存于平衡裝置殼體14底部的潤滑油0L通過平衡配重19向上甩，并通過間隙37排出平衡裝置殼體14。
凸耳形凸起38沿殼體上半部分14U的各側邊軸向延伸。該凸耳形凸起38正對著相應間隙37的開口端，并防止從上部滴落的潤滑油進入殼體14的內部。該凸耳形凸起38沿殼體上半部分14U的兩側并在該殼體上半部分14U的整個長度上延伸，如圖7和8所示，并且該凸耳形凸起38與凸臺部分39、第一軸承壁部分26及止推壁部分16相連，該凸臺部分39用于安裝將平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L固定在一起的螺栓B1，該止推壁部分16擋住安裝在相應平衡軸13L和13R上并與之成一體的螺旋齒輪15L和15R。該凸耳形凸起38有利于增強平衡裝置殼體14的剛性。
平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L另外還通過3個螺栓B2固定在一起，這3個螺栓B2沿支承第一軸頸部分18的第一軸承壁部分26橫向布置，這樣，即使由于平衡配重19旋轉而受到徑向加速度時，第一軸承壁部分26也可以防止自由活動。
凸耳形凸起38各自可沿橫向延伸所需要的長度，并設置如圖9所示的所需要的橫截面，從而使其賦予擋板(baffle plates)的功能，以防止油槽中油表面的干擾。
參考圖10，支承第二軸頸部分17的軸承孔17a可以形成于平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L之間的分隔面內。這樣，因為可以用公共的分隔面確定第一和第二軸頸部分18和19的軸承，因此可以提高軸承的軸心之間的相對位置精度。如圖11和圖12所示，通過提供用于安裝在第二軸承壁部分17附近區(qū)域將平衡裝置殼體14的上半部分14U和下半部分14L固定在一起的螺栓B1的附加凸臺部分40和使凸耳形凸起38一直延伸到附加的凸臺部分，前后端的軸承壁部分能夠通過凸耳形凸起38彼此連接，從而能進一步增強前后軸承壁部分的剛性。
具有上述結構的平衡裝置6可以通過從底部穿過平衡裝置殼體14兩半部分的螺栓B3安裝到底座5上，如圖4所示。
圖13至14所示為本發(fā)明的平衡軸的第二實施例。與前述實施例相同的部件以相同標號表示。該實施例與前述實施例的區(qū)別在于肋23的形狀不同，該肋23橫貫形成于第一軸頸部分18的兩軸向端頭之間的凹口延伸。在該實施例中，該肋23的外緣相對于第一軸頸部分18的外輪廓稍微向內凹進，尤其是相對于第一軸頸部分18的兩軸向端頭稍微向內凹進，且該肋23的外緣成圓拱形。相對于前述實施例，該肋不需要有通孔。
因為該肋23的外緣向內凹進并成圓拱形，當它與平衡軸的其余部分一起旋轉時受潤滑油的阻力小。而且，凹進的肋23的外緣不需要高的精度，因為它不需要與第一軸頸部分18的其余部分的外輪廓對齊。
盡管本發(fā)明是通過優(yōu)選實施例說明的，顯然，本領域技術人員在不脫離由附加的權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，能夠進行各種變化和改進。
權利要求
1．一種用于發(fā)動機平衡系統(tǒng)以消除發(fā)動機的不平衡力的平衡軸，包括重心偏離其旋轉中心的平衡配重；以及軸頸部分，該軸頸部分在發(fā)動機固定部件所確定的軸承孔中可旋轉地支承所述平衡軸；所述軸頸部分在遠離平衡配重重心的一側有凹口，在該軸頸部分的各軸向端頭有具有整圓形截面部分，該軸頸部分還有第一肋，該第一肋沿在軸頸部分的整圓形軸向端頭部分之間的徑向平面橫貫凹口軸向延伸。
2．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述平衡配重部分包括徑向偏移的凸起和第二肋，該第二肋沿平衡軸凸起的相對側的徑向平面軸向延伸。
3．根據(jù)權利要求2所述的平衡軸，其特征在于該第一和第二肋沿一公共徑向平面延伸，且交匯于所述整圓形的軸向端頭部分中的一個。
4．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述第一肋有相對于軸頸部分的整圓形部分的外輪廓徑向向內凹進的外輪廓。
5．根據(jù)權利要求4所述的平衡軸，其特征在于所述第一肋確定有圓拱形的外側面。
6．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述第一肋有與軸頸部分的整圓形部分的外輪廓相同的外輪廓。
7．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述第一肋有穿過其自身的開口。
8．根據(jù)權利要求7所述的平衡軸，其特征在于所述開口形成于所述肋的靠近平衡軸軸心的部分。
9．根據(jù)權利要求2所述的平衡軸，其特征在于所述第二肋幾乎在所述平衡配重部分的整個長度上延伸。
10．根據(jù)權利要求2所述的平衡軸，其特征在于所述第二肋的徑向高度隨著遠離軸頸而逐漸減小。
11．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述平衡配重部分在所述軸頸部分的各軸向端頭處。
12．根據(jù)權利要求11所述的平衡軸，還包括齒輪和第二軸頸部分，該齒輪固定在平衡配重部分的遠離軸頸部分的端頭附近，該第二軸頸部分在該齒輪的遠離平衡配重部分的軸向側。
13．根據(jù)權利要求1所述的平衡軸，其特征在于所述軸頸部分的旋轉直徑遠遠小于平衡配重部分的旋轉直徑。
全文摘要
在一種用于發(fā)動機平衡系統(tǒng)以消除發(fā)動機的不平衡力的平衡軸中,軸頸部分在遠離平衡配重重心的一側有凹口,該軸頸部分還有肋,該肋沿在軸頸部分的整圓形軸向端頭部分之間的徑向平面橫貫凹口軸向延伸,以補償由于凹口而使該平衡軸減小的彎曲剛性。該凹口減小了平衡軸的重量或質量,且該凹口不會減小其支承性能,因為支承載荷主要是由于平衡配重部分的不平衡力而產(chǎn)生的,該支承部分的凹口部分承受比其對側小得多的支承載荷部分。該凹口還有利于增加相應部件的重心偏移。
文檔編號F16F15/22GK1287215SQ0012644
公開日2001年3月14日 申請日期2000年9月1日 優(yōu)先權日1999年9月3日
發(fā)明者巖田和之, 吉田惠子 申請人:本田技研工業(yè)株式會社