專利名稱：質(zhì)量平衡單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)量補償單元，所述質(zhì)量補償單元帶有中空的平衡軸、至少一個提供在平衡軸上的平衡重，和至少一個滾動軸承，所述滾動軸承具有軸承外圈和多個滾動體，其中平衡軸的縱向區(qū)段形成軸承內(nèi)圈，且滾動體容納在軸承外圈和平衡軸的縱向區(qū)段之間。
背景技術(shù)：
帶有一個或多個平衡軸的質(zhì)量平衡單元的目的是平衡典型地出現(xiàn)在內(nèi)燃機內(nèi)的慣性力和/或慣性力矩。為此，在各平衡軸上提供，尤其是抗扭地安裝至少一個平衡重，以形成不平衡。平衡軸與內(nèi)燃機的曲軸驅(qū)動地連接，以此將平衡軸和提供在其內(nèi)的平衡重置于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。對于確定的發(fā)動機類型，例如在直列四缸發(fā)動機的情況下，成對地使用此類平衡軸，其中平衡軸反向旋轉(zhuǎn)。在另外類型的發(fā)動機中提供單獨的平衡軸，所述平衡軸例如具有兩個沿直徑對置的但軸向錯開布置的平衡重。通過使用滾動軸承，實現(xiàn)了各平衡軸的特別安靜的運行，且可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。通過平衡軸的整體縱向區(qū)段形成滾動軸承的軸承內(nèi)圈，滾動軸承的結(jié)構(gòu)簡化。只要平衡軸是中空的，平衡軸也就有利地具有小的重量和慣性矩。但由于通過平衡軸所導(dǎo)致的不平衡，平衡軸及其軸承也嚴(yán)重受載，因此要求平衡軸的穩(wěn)定的設(shè)計和軸承的尺寸設(shè)計。但這導(dǎo)致大的重量和不希望的質(zhì)量平衡單元的高的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，創(chuàng)造一種實現(xiàn)更輕且成本更小的結(jié)構(gòu)的前述類型的質(zhì)量平衡單元。該技術(shù)問題通過一種帶有權(quán)利要求1的特征的質(zhì)量平衡單元解決，且尤其通過平衡軸在與縱向區(qū)段相鄰處具有至少一個凹槽以在徑向方向上降低平衡軸的縱向區(qū)段剛度來解決。本發(fā)明基于這種認(rèn)識，在常規(guī)的質(zhì)量平衡單元中，在滾動體和滾動軸承的軸承內(nèi)圈，即，所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段之間出現(xiàn)相對高的點載荷。此點載荷集中在所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段的很有限的圓周角范圍內(nèi)。此圓周角范圍在后文中也稱為載荷區(qū)。在所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段和滾動體之間出現(xiàn)的徑向力在周向方向上很有限的載荷區(qū)內(nèi)的集中是由于軸的徑向載荷所導(dǎo)致，所述徑向載荷通過隨軸旋轉(zhuǎn)的不平衡(即通過平衡重)所導(dǎo)致。平衡軸的設(shè)計和滾動軸承的尺寸設(shè)定必須與載荷區(qū)內(nèi)的所述的點載荷有關(guān)地選擇。尤其，平衡軸在所述縱向區(qū)段的載荷區(qū)內(nèi)的徑向剛度由于與此縱向區(qū)段軸向相鄰地固定在平衡軸上的零件(例如，平衡重、驅(qū)動輪、傳動輪或其它零件)與無此類固定的零件的軸相比可能增加。所述的平衡軸的縱向區(qū)段同樣由于軸向相鄰的非旋轉(zhuǎn)對稱的零件(例如，平衡軸)而在它固定之后橫截面可能呈橢圓形變形，這又可能導(dǎo)致更小的載荷區(qū)且因此還可能導(dǎo)致在滾動體和形成軸承內(nèi)圈的平衡軸的縱向區(qū)段之間的更高的機械壓應(yīng)力。在根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量平衡單元中，平衡軸包括與形成軸承內(nèi)圈的縱向區(qū)段軸向相鄰的至少一個凹槽。此凹槽用于在徑向方向上降低形成軸承內(nèi)圈的平衡軸的縱向區(qū)段的剛度。換言之，至少一個凹槽充分靠近所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段布置，以提高載荷區(qū)在徑向方向上的可變形性。因此，凹槽導(dǎo)致形成軸承內(nèi)圈的平衡軸的縱向區(qū)段和與之軸向相鄰地固定在平衡軸上的、導(dǎo)致升高的間隙高度和/或所述的縱向區(qū)段的橢圓變形的零件之間脫離。由于載荷區(qū)在徑向方向上的一定的柔性實現(xiàn)，載荷區(qū)具有與無此類凹槽的情況相比更大的圓周角范圍。因此，摩擦式連接地貼靠在隨不平衡旋轉(zhuǎn)的平衡軸上的滾動體的數(shù)量增力口，且相應(yīng)地在單獨的滾動體和所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段之間的各點載荷降低。因此，質(zhì)量平衡單元可在各滾動體的區(qū)域內(nèi)針對更低的載荷峰值來設(shè)計，以此降低了重量和成本。與本發(fā)明相結(jié)合地給出的方向說明(例如，軸向或徑向)是相對于平衡軸的旋轉(zhuǎn)軸線而言。本發(fā)明的有利的實施形式在下文中且在各從屬權(quán)利要求中給出。一般地，所述至少一個凹槽布置在平衡軸的所涉及的縱向區(qū)段和在滾動體的周圍提供的平衡重、驅(qū)動輪、傳動輪或其它固定在平衡軸上的零件之間。優(yōu)選地，凹槽與形成滾動軸承的軸承內(nèi)圈的平衡軸的縱向區(qū)段相鄰地布置，即直接與縱向區(qū)段相鄰地布置。以此，可特別有效地導(dǎo)致平衡軸的所述縱向區(qū)段的希望的可變形性，而不必將凹槽的尺寸設(shè)計得過大而使得平衡軸的抗彎剛度和抗扭剛度降低。此外，有利的是，至少一個凹槽僅沿平衡軸的有限的圓周角范圍延伸，即對應(yīng)于平衡軸的合力的載荷區(qū)。因為只需補償由于平衡重的抗扭地布置隨軸旋轉(zhuǎn)的、在平衡軸上有效的徑向載荷，所以平衡軸沿所述縱向區(qū)段的徑向可變形性限制在有限的圓周角范圍內(nèi)就足夠。因此實現(xiàn)了平衡軸的穩(wěn)定性總體上不受影響。例如，此有限的圓周角范圍的值在90°至180°之間。所述至少一個凹槽或所述有限的圓周角范圍的角度定向優(yōu)選地與平衡重的角度相對應(yīng)。換言之，凹槽，或多個凹槽就其角度位置而言在平衡軸上的布置與平衡重對齊，或與平衡重的重心對齊地布置。以此保證導(dǎo)致所涉及的平衡軸的縱向區(qū)段沿期望圓周角范圍希望的彈性可變形性。在所述凹槽的成型方面，凹槽可例如構(gòu)造為在平衡軸的周向方向上延伸的縫隙。在此情況中，在所涉及的軸承內(nèi)圈或平衡軸的縱向區(qū)段的端部上的單獨的凹槽足以充分降低平衡軸在滾動軸承的區(qū)域內(nèi)的剛度。作為替代，有利地可提供多個鉆孔，所述鉆孔相互間隔地或相互過渡地沿平衡軸的周向方向分布地布置。各凹槽可構(gòu)造為中空的平衡軸的壁內(nèi)的貫通的開口(例如,槽或鉆孔)。通過壁這樣的完全打通，可簡化平衡軸的制造。當(dāng)然作為替代，各凹槽也可僅構(gòu)造為平衡軸的表面上的凹陷(例如，縫隙)，即沒有將平衡軸壁打通。以此，在抗彎剛度或抗扭剛度方面保持了平衡軸的更高的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，平衡軸在形成軸承內(nèi)圈的縱向區(qū)段的兩個周向端部上分別包括至少一個凹槽。以此，實現(xiàn)了平衡軸的所涉及的縱向區(qū)段的特別均勻的可變形性。但也可行的是，尤其當(dāng)所涉及的滾動軸承處在平衡軸的縱向端上時，僅在平衡軸的所涉及的縱向區(qū)段的僅一端上提供一個或多個凹槽。此外，在平衡軸的所涉及的縱向區(qū)段內(nèi)也可提供至少一個凹槽以降低剛度。


本發(fā)明在下文中僅示例地并且參考附圖解釋。相同或同類的元件在附圖中以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)明。圖1a示出了質(zhì)量平衡單元的第一實施形式的縱向區(qū)段視圖；圖1b從下方示出了根據(jù)第一實施形式的平衡軸的立體圖；圖2a示出了質(zhì)量平衡單元的第二實施形式的縱向區(qū)段視圖；圖2b從斜側(cè)下方示出了根據(jù)第二實施形式的平衡軸的立體圖；圖2c從下方示出了根據(jù)第二實施形式的平衡軸的立體圖；圖3a示出了根據(jù)第三實施形式的平衡軸的底視圖；圖3b示出了根據(jù)圖3a的沿平面IIIb-1IIb的橫截面視圖；圖3c從斜側(cè)下方示出了根據(jù)第三實施形式的平衡軸的立體圖；圖4a示出了常規(guī)的滾動軸承在不受載狀態(tài)下的示意性的橫截面視圖；圖4b示出了常規(guī)的滾動軸承在受載的狀態(tài)下的示意性的橫截面視圖。
具體實施例方式在圖1a和圖1b中所示的質(zhì)量平衡單元包括中空的，S卩，管形的平衡軸11。在平衡軸11上例如通過熱壓連接、螺紋連接、焊接或打定位銷固定有兩個平衡重13。為產(chǎn)生不平衡，平衡重13的形狀基本上為，具有兩個成型在其上的固定夾的半圓柱形部分，其中，相對于平衡軸11的旋轉(zhuǎn)軸線A，一個平衡重13的角度定向與另一個平衡重13的角度定向相對應(yīng)。此外，在平衡軸11上，例如同樣通過熱壓連接固定有驅(qū)動輪15。驅(qū)動輪15可直接與相關(guān)的內(nèi)燃機的曲軸驅(qū)動地連接，以形成傳動級。替代地，驅(qū)動輪15可與平行布置的平衡軸的相應(yīng)驅(qū)動輪驅(qū)動地連接以形成同步級。平衡軸11在單件的殼體17內(nèi)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線A可旋轉(zhuǎn)地支承。為此，在兩個平衡重13之間提供了滾動軸承19,所述滾動軸承19構(gòu)造為滾針軸承。滾動軸承19包括多個在周向上分布地布置的滾動體21，所述滾動體21在構(gòu)造為滾針軸承的設(shè)計中形狀為長條形的圓柱。滾動體21容納在滾動軸承19的軸承外圈23和平衡軸11的縱向區(qū)段25之間。因此，平衡軸11在軸承縱向區(qū)段25上形成用于滾動軸承19的軸承內(nèi)圈。在平衡軸11的與驅(qū)動輪15對置的端部上提供了另外的滾動軸承27，所述滾動軸承27同樣構(gòu)造為滾針軸承。此外，與驅(qū)動輪15相鄰地提供了構(gòu)造為球軸承的滾動軸承29。所示的質(zhì)量平衡單元以已知的方式用于補償在相關(guān)的內(nèi)燃機中出現(xiàn)的慣性力。為此，通過驅(qū)動輪15使由平衡重13所形成的不平衡與內(nèi)燃機的曲軸同步地旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，平衡軸11在縱向區(qū)段25的兩端上分別包括一個凹槽31。各凹槽31在此處所示的實施形式中幾乎鄰接于軸承縱向區(qū)段25布置，且包括沿平衡軸11的圓周方向的沿著有限的圓周角范圍延伸的縫隙。凹槽31(縫隙)在根據(jù)圖1a和圖1b的實施形式中形成了貫穿孔，即在中空的平衡軸11的壁內(nèi)的貫通的開口。兩個凹槽31的角度定向與兩個平衡重13的角度定向一致，如尤其從圖1b中可見。在平衡軸11上的兩個凹槽31尤其導(dǎo)致軸承縱向區(qū)段25的徑向剛度的降低，即所形成的滾動軸承19的軸承內(nèi)圈的徑向剛度的降低。換言之，凹槽31導(dǎo)致軸承縱向區(qū)段25的更高的徑向彈性可變形性。平衡重13的不平衡導(dǎo)致了在平衡軸11上的徑向載荷，所述徑向載荷相對于滾動軸承19總是集中在有限的圓周角范圍內(nèi)，即所述的載荷區(qū)內(nèi)，以此在滾動體21和平衡軸11的軸承縱向區(qū)段25之間出現(xiàn)了高的點載荷。由于通過凹槽31所導(dǎo)致的軸承縱向區(qū)段25的更高的徑向可變形性，所以平衡軸11的徑向載荷最終分布在更大的圓周角范圍內(nèi)，即與無凹槽31的情況相比載荷區(qū)更大，且與此相應(yīng)地，在單獨的滾動體21上出現(xiàn)的點載荷降低。在圖2a至圖2c中所示的實施形式具有與根據(jù)圖1a和圖1b的實施例的很類似的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在此在軸承縱向區(qū)段25的兩個軸向端部上分別提供了多個徑向鉆孔31’的布置，所述鉆孔31’沿平衡軸11的周向方向相互間隔地分布。因此，這些鉆孔31’在此分別形成了凹槽，所述凹槽完全橫穿中空的平衡軸11。如從圖2中顯見，多個鉆孔31’布置在比根據(jù)圖1a和圖1b的縫隙形凹槽31略微更大的圓周角范圍內(nèi)。根據(jù)圖2a至圖2c的鉆孔31’也導(dǎo)致平衡軸11的軸承縱向區(qū)段25的剛度的降低。在圖3a至圖3c中未示出質(zhì)量平衡單元的殼體和滾動軸承。此外，在此實施形式中，平衡軸11又具有很類似于根據(jù)圖1a和圖1b的實施形式的結(jié)構(gòu)。尤其，根據(jù)圖3a至圖3c的凹槽31’’也具有縫隙形狀。當(dāng)然，凹槽31’’不形成平衡軸11的壁內(nèi)的貫通的開口，而是僅形成平衡軸11的表面上的凹陷。換言之，在引入槽形的凹槽31’’時留下了平衡軸11的更薄的壁區(qū)段，如尤其從根據(jù)圖3b的橫截面視圖中顯見。以此，總歸是實現(xiàn)了軸承橫向區(qū)段25的彈性可變形性的一定提高，但其中中空的平衡軸11在抗彎剛度或抗扭剛度方面被嚴(yán)重削弱。圖4a和圖4b圖示了在常規(guī)的滾動軸承中出現(xiàn)的點載荷。圖4a示出了處于不受載狀態(tài)中的滾動軸承。平衡軸11 (在此圖示為實心軸)以徑向間隙與軸承外圈23且與滾動體21的布置同心地布置。但只要不平衡在轉(zhuǎn)動的平衡軸11上起作用，它就可以作為徑向載荷41被察覺到，且因此平衡軸11對應(yīng)于此徑向載荷41地相對于軸承外圈23略微偏心地布置，如在圖4b中所示。在平衡軸11和軸承外圈23之間的徑向力傳遞集中在有限的圓周角范圍內(nèi)，即集中在與平衡軸11 一起旋轉(zhuǎn)的載荷區(qū)43上。這意味著，僅處在載荷區(qū)43內(nèi)的滾動體21承受徑向載荷41,因此在此滾動體21上出現(xiàn)了相對高的點載荷(或相對于沿旋轉(zhuǎn)軸線A的平衡軸11的縱向尺寸的線載荷)。相應(yīng)的機械壓應(yīng)力分布在圖4b中以附圖標(biāo)號45圖不。通過根據(jù)前面闡述的實施例借助與平衡軸11的各軸承橫向區(qū)段25相鄰地提供的凹槽31、31’、31’’降低所述軸承橫向區(qū)段25的剛度，載荷區(qū)43在周向上擴大。以此，與圖4b中所圖示的情況相比，徑向載荷41因此在更大的圓周角范圍內(nèi)且與之相應(yīng)地在更多數(shù)量的滾動體21上分布。從而平衡軸11和單獨的滾動體21之間的點載荷降低。當(dāng)然，所示的實施例的變體是可行的。例如，所示的凹槽31、31’、31’’可在軸向方向上更靠近滾動體21布置，但或者也與之間隔更遠，如在圖1a至圖3c中所示。也可行的是，僅在縱向區(qū)段25的一端上提供一個或多個凹槽31、31’、31’’。例如，也可對于根據(jù)圖1a的滾動軸承27在面朝相鄰的的平衡重的那側(cè)上提供相應(yīng)的凹槽31。
附圖標(biāo)號列表11平衡軸13平衡重15驅(qū)動輪17 殼體19滾動軸承21滾動體23軸承外圈25軸承縱向區(qū)段27滾動軸承29滾動軸承31、31，、31” 凹槽41徑向載荷43載荷區(qū)45壓應(yīng)力分布A旋轉(zhuǎn)軸線
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)量平衡單元，包括中空的平衡軸(11)、至少一個提供在所述平衡軸上的平衡重(13)和至少一個滾動軸承(19)，所述滾動軸承(19)具有軸承外圈(23)和多個滾動體(21)，其中所述平衡軸的縱向區(qū)段(25)形成軸承內(nèi)圈，且所述滾動體(21)容納在所述軸承外圈(23)和所述平衡軸的所述縱向區(qū)段(25)之間，其特征在于，所述平衡軸(11)在與所述縱向區(qū)段(25)相鄰處具有至少一個凹槽(31、31’、31’’)，以便在徑向方向上降低所述平衡軸的所述縱向區(qū)段(25)的剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述至少一個凹槽(31、31’、31’’)與所述平衡軸(11)的所述縱向區(qū)段(25)相鄰地布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)量平衡單元，其中所述至少一個凹槽(31、31’、31’’)沿所述平衡軸的有限的圓周角范圍延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述有限的圓周角范圍的值在90°至180°之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述至少一個凹槽(31、31’、31’’)的定向與所述平衡重(13)的定向相對應(yīng)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述至少一個凹槽(31、31’’)具有在所述平衡軸(11)的周向上延伸的縫隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述至少一個凹槽(31’)具有多個在所述平衡軸(11)的周向上分布地布置的鉆孔。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述至少一個凹槽(31、31’’)形成所述中空的平衡軸的壁內(nèi)的貫通的開口或僅形成所述平衡軸的表面上的凹陷。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述平衡軸(11)在所述縱向區(qū)段(25)的兩端上分別具有至少一個凹槽(31、31’、31’’)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的質(zhì)量平衡單元，其中，所述滾動軸承(19)構(gòu)造為滾針軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種質(zhì)量平衡單元，其包括中空的平衡軸(11)、至少一個提供在平衡軸上的平衡重(13)和至少一個滾動軸承(19)，該滾動軸承(19)具有軸承外圈(23)和多個滾動體(21)。平衡軸的縱向區(qū)段(25)形成軸承內(nèi)圈，其中滾動體容納在軸承外圈和平衡軸的縱向區(qū)段之間。平衡軸在與縱向區(qū)段相鄰處具有至少一個凹槽(31、31’、31’’)，以便在徑向方向上降低平衡軸的縱向區(qū)段的剛度。
文檔編號F16F15/26GK103140699SQ201180045138
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者M.肖伯 申請人:瑪格納動力傳動系統(tǒng)股份及兩合公司