選擇性加強的曲軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及曲軸，并且更具體地涉及一種選擇性加強的曲軸。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，曲軸包括主軸頸和曲柄銷軸頸，其與相互徑向偏移并整體地通過曲柄臂連接的相鄰軸頸呈串聯(lián)關(guān)系。這些軸頸的表面通過稱為圓角的表面融入到曲柄臂的表面。
[0003]軸頸表面易于經(jīng)受嚴(yán)重的磨損和撕裂條件。因此，傳統(tǒng)所知的是硬化軸頸的表面。曲軸在操作期間也受到極高的彎曲力和扭轉(zhuǎn)力，這些力會產(chǎn)生遍及曲軸的大的應(yīng)力，尤其是在圓角區(qū)域內(nèi)。因此，為了增加曲軸的強度，同樣傳統(tǒng)所知的是使軸頸表面的硬化延伸進入圓角及圓角周圍。
[0004]然而，圓角的表面硬化也造成了這些圓角的延展性下降。因此，圓角在高應(yīng)力條件下將導(dǎo)致材料碎裂而不是使材料流動以消除應(yīng)力。當(dāng)曲軸受到作用力時，材料中的裂縫將進一步作為曲軸中的壓力集中點。
[0005]美國專利8，222，577涉及一種用于處理曲軸的曲柄銷的方法。在該方法中，測量曲柄銷表面的硬度，并且在硬度超過預(yù)定極限值時，測量硬點的深度。至少基于硬點的深度測量值來確定熱處理參數(shù)，并且對硬點進行熱處理。在熱處理期間，硬點由感應(yīng)加熱裝置加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，本發(fā)明提供了一種曲軸。曲軸包括曲柄銷軸頸和主軸頸，主軸頸通過曲柄臂連接到曲柄銷軸頸。曲柄銷軸頸和主軸頸具有至多第一預(yù)定深度的硬化表面。曲軸還包括連接曲柄銷軸頸和曲柄臂的曲柄銷軸頸圓角。曲柄銷軸頸圓角包括通過噴丸過程加強的硬化表面。曲軸還包括連接主軸頸和曲柄臂的主軸頸圓角。主軸頸圓角包括通過噴丸過程加強的硬化表面。曲軸也包括延伸穿過曲柄銷軸頸和主軸頸的油道。油道延伸，以使得表面接近油道的部分被硬化到第二預(yù)定深度。
[0007]在另一方面，提供了一種用于加強曲軸的方法。曲軸包括曲柄銷軸頸和主軸頸，主軸頸通過曲柄臂連接到曲柄銷軸頸。曲軸還包括連接曲柄銷軸頸和曲柄臂的曲柄銷軸頸圓角。曲軸還包括連接主軸頸和曲柄臂的主軸頸圓角。曲軸還包括延伸穿過曲柄銷軸頸和主軸頸的油道。所述方法包括硬化曲柄銷和主軸頸圓角。此外，所述方法包括通過噴丸過程來加強曲柄銷軸頸圓角和主軸頸圓角。此外，所述方法包括將曲柄銷軸頸和主軸頸中的每一個的表面硬化至多第一預(yù)定深度，以及將表面接近油道的部分硬化至多第二預(yù)定深度。
[0008]在又另一方面，本發(fā)明提供了一種用于加強曲軸的方法。曲軸包括曲柄銷軸頸和主軸頸，主軸頸通過曲柄臂連接到曲柄銷軸頸。曲軸還包括連接曲柄銷軸頸和曲柄臂的曲柄銷軸頸圓角。曲軸還包括連接主軸頸和曲柄臂的主軸頸圓角。曲軸還包括延伸穿過曲柄銷軸頸和主軸頸的油道。所述方法包括硬化曲柄銷和主軸頸圓角。所述方法還包括通過噴丸過程來加強曲柄銷軸頸圓角和主軸頸圓角。
[0009]在另一個方面，本發(fā)明提供了一種用于加強曲軸的方法。該曲軸包括曲柄銷軸頸和主軸頸，主軸頸通過曲柄臂連接到曲柄銷軸頸。該曲軸還包括連接曲柄銷軸頸和曲柄臂的曲柄銷軸頸圓角。該曲軸還包括連接主軸頸和曲柄臂的主軸頸圓角。此外，該曲軸還包括延伸穿過曲柄銷軸頸和主軸頸的油道。所述方法包括將曲柄銷軸頸和主軸頸中的每一個的表面硬化至多第一預(yù)定深度，以及將表面靠近油道的一部分硬化至多曲柄銷軸頸上的第二預(yù)定深度。
[0010]根據(jù)下面的說明及附圖，本發(fā)明的其他特征及方面將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0011]圖1是曲軸的透視圖；
[0012]圖2示出了圖1的曲軸的一部分；
[0013]圖3和圖4是沿著圖2箭頭方向截取的曲軸的剖視圖；和
[0014]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的對圖1所示的曲軸進行硬化的方法。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出了可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在內(nèi)燃機(未示出)的汽缸體內(nèi)的曲軸100的透視圖。如圖1所示，曲軸100可以包括前端102、后端104以及旋轉(zhuǎn)的中心軸A-A’。后端104可以包括凸緣106，該凸緣被配置連接到飛輪上。
[0016]此外，曲軸100可以被配置成通過多個主軸頸可旋轉(zhuǎn)地安裝在發(fā)動機汽缸體內(nèi)，主軸頸108、110、112、114、116、118和119與中心軸A-A’縱向?qū)R。曲軸100還包括多個曲柄臂 120、122、123、124、125、126，127、128、130、132、133、134，以及用于軸頸支撐各自連桿(未示出)的曲柄銷軸頸136、137、138、139、140和142。曲柄銷軸頸136-142分別被安裝在成對的相鄰曲柄臂之間，例如，曲柄臂120-122、123-124、125-126、127-128、130-132和133-134 ;曲柄臂120-134將曲柄銷軸頸136-142連接到主軸頸108-119。
[0017]通常，活塞可以通過連桿被連接到曲軸100上，使得連桿一端可以樞轉(zhuǎn)地連接到相應(yīng)活塞上。連桿的另一端可以使用軸承樞轉(zhuǎn)地連接到相應(yīng)的曲柄銷軸頸136-142?；钊耐鶑?fù)運動通過連桿轉(zhuǎn)化成曲軸100的旋轉(zhuǎn)運動。在多汽缸發(fā)動機中，曲軸100可排列曲柄銷軸頸136-142，使得一個曲柄銷軸頸連接到每個連桿(如果是直列式發(fā)動機)或一個曲柄銷軸頸連接到兩個連桿(如果是V型發(fā)動機)。曲柄銷軸頸136-142的排列使得來自于每個汽缸的動力在曲軸旋轉(zhuǎn)過程中被施加到曲軸100的適當(dāng)?shù)狞c上。
[0018]此外，曲軸100可以包括多個平衡塊，例如平衡塊144、145、146、147、148、149、150和151，其分別固定在相應(yīng)的曲柄臂上。平衡塊144-151可以被配置成為抵消發(fā)動機運行過程中產(chǎn)生的不平衡力。
[0019]曲軸100可以還包括多個油道，例如油道152 (只示出一個)，其延伸穿過主軸頸108和曲柄銷軸頸136，并在曲柄銷軸頸136-142和主軸頸108-119上的開口 153終止。油通道152被配置成允許潤滑油流動潤滑到曲柄銷軸頸136和主軸頸108。應(yīng)該理解，雖然圖中只示出一條油道152，但可以有多個油道延伸穿過主軸頸108-119至鄰近的曲柄銷軸頸136-142。
[0020]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1所示的曲軸100的部分。圖3示出沿著圖2中1-1方向的曲軸100的剖視圖。參照圖2和3，曲軸100包括多個曲柄銷軸頸圓角，例如曲柄銷軸頸圓角202，以及多個主軸頸圓角，例如主軸頸圓角204 ;曲柄銷軸頸圓角202可以被限定為曲柄銷軸頸與曲柄臂之間的過渡性圓形區(qū)域，其中曲柄銷軸頸例如是曲柄銷軸頸136，以及曲柄臂例如是曲柄臂120和122。此外，主軸頸圓角204可以被限定為主軸頸與曲柄臂之間的過渡性圓形區(qū)域，其中主軸頸例如是主軸頸108，以及曲柄臂例如是曲柄臂120。
[0021]在本發(fā)明的一個方面中，曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204可以包括使用感應(yīng)硬化過程進行硬化的硬化表面。感應(yīng)硬化過程可以被理解成電加熱曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204的表面并通過淬火過程使這些表面快速冷卻的過程。雖然描述的硬化過程是感應(yīng)硬化過程，但是應(yīng)當(dāng)理解可以使用任何其他的表面硬化過程來硬化曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204。其他硬化過程的實例可以包括但不限于氮化、氰化、滲碳及類似的。
[0022]在一個實施例中，曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204還包括加強的部分弧形部分，以在這些部分處引入殘余壓縮應(yīng)力來增加曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204的疲勞極限。這些部分弧形部分對應(yīng)于疲勞區(qū)域，在該區(qū)域有顯著的疲勞出現(xiàn)的潛力。例如，曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204的圓周的局部、弧形部分206和208可以分別使用噴丸過程加強。錘鍛是將機械應(yīng)力引入金屬表面或部件的表面層以壓縮并加強其對抗將來的斷裂和磨損的過程。在一個實施例中，錘擊被用來加強部分弧形部分206和208。通常，通過使用錘子擊打，將錘擊應(yīng)用到已經(jīng)硬化的曲柄銷軸頸圓角202和主軸頸圓角204。在各種替換實施例中，可以使用任何其他類型的噴丸過程來加強，例如噴丸。
[0023]在本發(fā)明的一個方面中，曲柄銷軸頸圓角202的部分弧形部分206可以在第一角度X的弧上延伸，該弧以主軸頸和曲柄銷軸頸的重疊部分的軸線302為中心，該主軸頸例如主軸頸108，該曲柄銷軸頸例如曲柄銷軸頸136(見圖3)。例如，第一角度X可以是大約145度，并且曲柄銷軸頸圓角202的部分弧形部分206可以在以軸線302為中心的大約145度的弧上延伸。
[0024]在本發(fā)明的另一方面，主軸頸圓角204的部分弧形部分208可以在以軸線302為中心的第二角度Y的弧上延伸。在一個實施例中，第二角度Y可以是大約120度，并且主軸頸圓角204的部分弧形部分208可以在以軸線302為中心的大約120度的弧上延伸。<