本实用新型涉及柴油机及柴油机曲轴领域，尤指一种柴油机曲轴。
背景技术：
曲轴为柴油机中最重要的部件之一，曲轴将来自连杆的力转化为主轴的转矩，并通过主轴驱动其他部件。柴油机高速运转过程中，会有较大的应力作用于连杆轴与曲柄臂的连接处，为了防止曲轴于此处发生断裂，需要采用增加曲轴用料的方式增强曲轴的强度。然而增加曲轴的用料会导致曲轴物料成本的提高，同时提高平衡难度。为了解决这一问题，现有技术中采用于曲柄臂上设置应力缓冲槽的方式以分散应力，增强曲轴的强度，然而目前关于应力缓冲槽的研究较少，现有技术中的应力缓冲槽卸载能力弱，不能达到理想的卸载效果。因此，是否存在一种曲柄臂自身用料少、强度高、应力缓冲槽卸载效果明显的曲轴是本领域技术人员所期待解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种柴油机曲轴、柴油机以及农机，设置有卸载效果优异的应力缓冲槽，可以有效分散连杆轴颈处的应力强度，同时用料少，强度高，降低了曲轴制造的物料成本。
本实用新型提供的技术方案如下：
一种柴油机曲轴，包括：两平行设置的曲柄臂，任一所述曲柄臂均为轴对称结构；
连杆轴，两端分别与两所述曲柄臂相对的内侧面相连接；
两同轴设置的主轴，分别与两所述曲柄臂远离连杆轴的外侧相连接，且与所述连杆轴偏心设置；
两所述曲柄臂在临近所述连杆轴处的内侧面上分别设置有应力缓冲槽，任一所述应力缓冲槽关于其所处的曲柄臂的对称轴呈轴对称设置，任一所述应力缓冲槽沿曲柄臂宽度方向自对称轴的两侧延伸且槽深逐渐增加。
对称轴位于连杆轴轴线和曲轴轴线所形成的平面内。当柴油机工作时，发动机中的活塞通过连杆推动连杆轴，从而带动主轴旋转。连杆轴与主轴偏心设置，连杆轴会绕着主轴轴线旋转。当曲轴高速工作时，连杆会对连杆轴起到较大的作用力，因此连杆轴与曲柄臂的连接处会受到较大的应力。应力缓冲槽临近连杆轴，可以对曲柄臂与连杆轴之间的应力起到有效的分散。应力缓冲槽设置为靠近对称轴处深度浅、远离对称轴处深度深的形式，应力缓冲槽可以将对称轴处的应力向两侧分散，从而将连杆轴与曲柄臂之间的应力向远离对称轴的两侧的方向有效分散，由曲柄臂上更大面积的部分分散承受应力，从而提高连杆轴和曲柄臂的连接强度，减少曲柄臂上沿连杆轴方向上的应力分散，无需加厚曲柄臂，减少用力且降低曲柄臂的平衡难度。其中，曲柄臂是轴对称的结构，当曲轴转速增加和降低时，曲柄臂上受到的来自连杆轴的应力分布也是对称的，采用关于对称轴对称的应力缓冲槽，可以在曲轴转速增加和降低时对曲轴起到对称的应力分散效果，避免曲柄臂于对称轴的两侧不同情况下应力分布不同导致某一侧长期应力集中导致发生断裂，延长曲柄臂的寿命。
进一步优选地所述应力缓冲槽沿对称轴及平行于对称轴的轴向的截面呈圆弧状。利于沿径向对应力实现充分的分散。
进一步优选地，沿对称轴两侧延伸方向，任一所述应力缓冲槽的截面圆弧半径尺寸逐渐增加。可以理解得，应力缓冲槽具有若干个连续的截面圆弧，“沿对称轴两侧延伸方向”代表一方向，且在该方向上，后一个截面圆弧的半径尺寸大于前一个截面圆弧的半径尺寸。应力缓冲槽靠近连杆轴的一侧以及应力缓冲槽靠近主轴轴线的一侧深度浅，应力缓冲槽相应的中部深度较浅，结构上可以将应力缓冲槽靠近连杆轴的一侧应力分散到应力缓冲槽的中部，增大应力的承受面积，可以提高曲柄臂的应力承受能力。同时，意味着曲柄臂靠近连杆轴处的厚度较厚，其本身即具有较高的结构强度，使得曲柄臂与连杆轴的连接处不易断裂，提高曲轴强度。
进一步优选地，于所述曲柄臂的宽度方向上，任一所述应力缓冲槽为贯通槽。应力缓冲槽向对称轴的两侧延伸，且分别延伸至曲柄臂的两侧形成贯通槽，应力缓冲槽可以充分将曲柄臂与连杆轴连接处的应力向曲柄臂的两侧分散，可以避免应力缓冲槽采用封闭槽时，封闭槽边缘易产生裂纹后进一步导致整个曲柄臂损坏，提高曲柄臂的结构强度，延长曲轴寿命。
进一步优选的，所述应力缓冲槽的宽度尺寸为深度尺寸的2.5-4倍；其中，宽度尺寸为沿对称轴及平行于对称轴的轴向的尺寸，深度尺寸为沿主轴及平行于主轴的轴向的尺寸。使应力缓冲槽能达到一个良好的应力分散效果。
进一步优选地，所述应力缓冲槽沿对称轴轴向的宽度尺寸范围为10-25mm，沿主轴轴向的深度尺寸范围为3-15mm，所述截面圆弧的半径范围为5-30mm。
以上尺寸均是指整个应力缓冲槽的尺寸范围，例如，应力缓冲槽的最大宽度处的宽度尺寸不大于25mm，最小宽度处的宽度尺寸不小于10mm；应力缓冲槽的最大深度处的深度尺寸不大于15mm，最小深度处的深度尺寸不小于3mm；应力缓冲槽的最大半径处的截面圆弧的半径尺寸不大于30mm，最小半径处的截面圆弧的半径尺寸不小于5mm，在该尺寸范围下，应力缓冲槽应用于柴油机曲轴时可以取得较好的应力分散效果。
进一步优选地，所述主轴包括主轴主体和主轴颈，所述主轴主体通过所述主轴颈与所述曲柄臂相连接；所述主轴颈的径向尺寸大于所述主轴主体的径向尺寸，所述主轴颈与所述主轴主体形成阶梯。采用较大的主轴颈尺寸可以分散曲柄臂与主轴之间的应力，增强主轴和曲柄臂的连接强度。同时，主轴颈与连杆轴的重叠度大于主轴主体与连杆轴的重叠度，可以在不改变主轴主体和连杆轴尺寸的前提下，通过增大主轴颈与连杆轴的重叠度来提高曲轴的强度，节约主轴和连杆轴用料，降低采购和生产成本。
进一步优选地，任一所述曲柄臂上均设置两凸部，两所述凸部分别向远离其所处的曲柄臂的对称轴的两侧延伸，位于所述曲柄臂靠近所述连杆轴的一端，两所述凸部关于所述对称轴对称设置。设置两凸部，可以对曲柄臂进行局部加宽，且加宽处位于连杆轴附近，有利于提高曲柄臂与连杆轴的连接强度，且减少无意义的用料浪费，便于进行曲柄臂上的平衡块设计。
进一步优选地，所述曲柄臂外侧面远离所述连杆轴的外侧面上为平滑过渡面，且在平滑过渡面上向外侧凸出设置加固件，所述加固件设置有与连杆轴的轴心相对的径向孔，所述加固件的外壁上设置加强筋。设置应力缓冲槽，可以将连杆轴与曲柄臂连接处的应力向应力缓冲槽方向分散，从而减少了曲柄臂靠近连杆轴的一端所承受的应力，因此曲柄臂外侧面靠近连杆轴的一端设置为平滑过渡面可以满足曲柄臂的强度需要，且可以减少曲柄臂的用料，降低曲柄臂的采购和生产成本，同时降低曲柄臂的质量，便于实现曲柄臂整体的平衡。径向孔与连杆轴的轴心相对，也即径向孔的中心与连杆轴的轴心同轴，可以提高强度；同时，在加固件的外壁上设置加强筋，更进一步的增加曲柄臂的强度。
更进一步优选的，所述加强筋位于两曲柄臂的对称轴所在的平面内，自所述加固件的外壁延伸至所述曲柄臂的顶部边缘。通过将加强筋沿着对称轴所在的轴向平面设置，从加固件的外壁延伸到曲柄臂顶部边缘，进一步提高了整体结构的对称性，保证了应力分散的均衡性。
本实用新型的另一目的在于，提供一种柴油机，包括：具有前述特征的一种柴油机曲轴。
本实用新型的另一目的在于，提供一种农机，包括：具有前述特征的一种柴油机。
本实用新型的技术效果在于：
1)本实用新型中曲柄臂的内侧设置有用于分散应力的应力缓冲槽，应力缓冲槽向远离曲柄臂的对称轴方向延伸且深度逐渐增加，同时应力缓冲槽沿对称轴及平行于对称轴的轴向的截面为圆弧，使应力缓冲槽可以有效分散连杆轴与曲柄臂连接处的应力，提高曲柄臂的强度。
2)本实用新型中主轴中的主轴颈的径向尺寸大于主轴的径向尺寸，在不改变主轴尺寸的前提下，增大主轴颈与连杆轴的重叠度，提高曲轴强度。
3)本实用新型中曲柄臂远离连杆轴的外侧面上为平滑过渡面，使曲柄臂的宽度增加，从可以减少扭力，进一步增加强度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1是本实用新型一种具体实施方式的曲轴立体图；
图2是本实用新型一种具体实施方式的曲轴主视图；
图3是本实用新型一种具体实施方式的曲柄臂立体图；
图4是本实用新型一种具体实施方式的曲柄臂内侧结构示意图；
图5是本实用新型一种具体实施方式的曲柄臂外侧结构示意图。
附图标号说明：
10-曲柄臂；11-平衡块；12-应力缓冲槽；13-凸部；14-平滑过渡面；140-加固件；141-径向孔；142-加强筋；20-连杆轴；30-主轴；31-主轴颈；32-主轴主体；l-对称轴；k-曲柄臂宽度；a-应力缓冲槽宽度尺寸。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
一种新型柴油机曲轴，如图1-5所示，包括两平行设置的曲柄臂10，任一曲柄臂10均为轴对称结构且具有一对称轴l，两曲柄臂10相邻近的一侧为曲柄臂10的内侧面，两曲柄臂10相远离的一侧为曲柄臂10的外侧面；连杆轴20，两端分别与两所述曲柄臂10相对的内侧面相连接，连杆轴20可以与曲柄臂10通过螺栓、焊接等方式连接；两同轴设置的主轴30，分别与两所述曲柄臂10远离连杆轴20的外侧相连接，与连杆轴20偏心设置，主轴30设置于曲柄臂10的外侧面，以实现曲轴的功能，曲柄臂10远离连杆轴20的一端成型有平衡块11，用于与连杆轴20相平衡，提高曲轴转动过程中的稳定性；两条应力缓冲槽12，分别设置于曲柄臂10临近连杆轴20处的内侧面上，任一应力缓冲槽12关于其所处的曲柄臂10的对称轴l呈轴对称设置，应力缓冲槽12沿曲柄臂宽度方向k自对称轴l的两侧延伸且槽深逐渐增加，实际生产过程中，应力缓冲槽12的整体形状可以结合连杆轴20的受力、曲柄臂10整体的形状等参数选择。当曲轴高速旋转时，连杆推动连杆轴20，使得连杆轴20与曲柄臂10之间形成较大应力，此时应力缓冲槽12可以分散该应力，避免连杆轴20和曲柄臂10连接处发生变形，提高曲轴的强度，延长曲轴的使用寿命。至此，本领域的技术人员可以明白，应力缓冲槽12实际上是本专利的关键发明点所在。应力缓冲槽12于轴线处的部分为中间部分，应力缓冲槽12远离轴线的部分为边缘部分。应力缓冲槽12的中间部分的上端与连杆轴颈紧贴，连杆轴颈上与曲柄臂10之间的应力会分散到应力缓冲槽12的中间部分上，并向应力缓冲槽12的边缘部分进一步分散。未设置应力缓冲槽12时，连杆轴20与曲柄臂10之间的应力主要集中于连杆轴颈的外周，设置应力缓冲槽12后，除了连杆轴颈的外周，应力缓冲槽12也会分散承受一部分的应力，从而避免连杆轴颈的外周处发生断裂，提高曲轴的强度，延长曲轴寿命。应力缓冲槽12有效分散应力后，相同的使用场景下，曲柄臂10各结构本身的结构强度可以相对降低，曲柄臂10和主轴30、连杆轴20可以使用更少的材料，降低采购成本。同时，减少曲柄臂10的用料，便于对曲柄臂10进行平衡设计，有利于提高曲柄的转速。
其中，曲柄臂10本身为轴对称结构，当曲轴处于加速和减速两种情况下，曲柄臂10于对称轴l左右两侧的两部分会受到相对称的应力。采用关于曲柄臂10的对称轴l对称的应力缓冲槽12，可以在加速和减速两种情况下，使曲柄臂10上的应力分布情况关于对称轴l对称，避免连杆轴颈外周某处长期应力集中导致易于损坏，提高曲轴的强度。
此外，连杆轴20与两主轴30呈平行设置，便于进一步提高应力分散的均匀性。
在一种优选的实施方式中，如图2-4所示，任一应力缓冲槽12沿对称轴l及平行于对称轴l的轴向的横截面形状呈圆弧状。应力缓冲槽12靠近连杆轴20的一端和靠近平衡块11的一端均深度较浅，应力缓冲槽12沿着对称轴l方向上的中部深度较深，则应力缓冲槽12具有垂直于对称轴l方向上的应力分散能力之外，还具有沿着对称轴l方向上的应力分散能力，可以增大应力缓冲槽12的应力分散面积，进一步提高曲柄臂10的应力承受能力，延长曲轴寿命。沿对称轴l两侧延伸方向，任一应力缓冲槽12的截面圆弧半径尺寸逐渐增加。应力缓冲槽12具有若干个连续的截面圆弧，沿对称轴l两侧延伸方向代表一方向，且在该方向上，后一个截面圆弧的半径尺寸大于前一个截面圆弧的半径尺寸。当应力缓冲槽12的横截面积形状为圆弧时，随着应力缓冲槽12深度和半径的增加，其宽度也会增加，因此应力缓冲槽12向对称轴l两侧延伸的过程中，其靠近连杆轴20的边缘会靠近连杆轴20，便于应力缓冲槽12对曲柄臂10上连杆轴20左右两侧的应力进行分散，增加应力缓冲槽12分散的应力比例，提高应力缓冲槽12的应力分散效果。
在一种优选的实施方式中，如图2-4所示，于曲柄臂10的宽度方向上，任一应力缓冲槽12为贯通槽。应力缓冲槽12向对称轴l的两侧一直延伸至曲柄臂10的边缘。应力缓冲槽12会将曲柄臂10上的应力分散至曲柄臂10的两侧边缘，增加曲柄臂10承受应力的受力面积，进一步提高应力缓冲槽12的应力分散效果及曲柄臂10的强度。
在一种优选的实施方式中，所述应力缓冲槽的宽度尺寸a为深度尺寸的2.5-4倍；其中，宽度尺寸a为沿对称轴l及平行于对称轴l的轴向的尺寸，深度尺寸为沿主轴及平行于主轴的轴向的尺寸。具体的，应力缓冲槽12的宽度为18mm(最小宽度处)×24mm(最大宽度处)，深度尺寸为6.5mm(最小深度处)×8mm(最大深度处)，应力缓冲槽12的截面圆弧半径为20mm(最小半径处)×26mm(最大半径处)，具有较好的应力分散效果，适用于风冷油机曲轴。实际生产中，可以根据曲柄臂10的形状、尺寸或连杆轴20的质量等参数选择合适的应力缓冲槽12，且作出更改后的方案均在本专利的保护范围之内。
在一种优选的实施方式中，主轴30包括主轴主体32和主轴颈31，主轴主体32通过主轴颈31与曲柄臂10连接，主轴颈31的径向尺寸大于主轴主体32的径向尺寸，主轴颈31与主轴主体32形成阶梯。在连杆轴20、主轴主体32设计不变的情况下，提高主轴颈31与连杆轴20之间的重叠度e，使得重叠度e大于8.5mm，在曲轴旋转的过程中提高曲轴的强度。通过增大主轴颈31尺寸的方式提高重叠度e，无需增加主轴30和连杆轴20的尺寸，减少曲轴用料，降低曲轴的物料成本。
在一种优选的实施方式中，任一曲柄臂10上均设置有两凸部13，两凸部13分别向远离其所处的曲柄臂10的对称轴l的两侧延伸，两凸部13位于曲柄臂10靠近连杆轴20的一端，关于对称轴l对称设置。曲柄臂10设置有两凸部13，于靠近连杆轴20处加宽曲柄臂10，两凸部13可以起到分散受力的作用，从而增强曲柄臂10与连杆轴20相连接处和曲柄臂10的结构强度。
在一种优选的实施方式中，曲柄臂10外侧面靠近连杆轴20的一端成型一平滑过渡面14，且在平滑过渡面14上向外侧凸出设置加固件140，所述加固件140设置有与连杆轴20的轴心相对的径向孔141，所述加固件140的外壁上设置加强筋142。设置应力缓冲槽12后，曲柄臂10与连杆轴20之间的一部分应力分散至应力缓冲槽12，从而降低曲柄臂10靠近连杆轴20的端部受力，因此采用平滑过渡面14可以增加曲柄臂的宽度，并且减少扭力，进一步提高曲柄臂10的结构强度。径向孔141与连杆轴20的轴心相对，也即径向孔141的中心与连杆轴20的轴心同轴，该设置可以提高曲柄臂的强度；同时，在加固件140的外壁上设置加强筋142，更进一步的增加曲柄臂10的强度。更优的，所述加强筋142沿位于两曲柄臂10的对称轴l所在的平面内，自所述加固件140的外壁延伸至曲柄臂10的顶部边缘。通过将加强筋142沿着两对称轴l所在的轴向平面设置，从加固件140的外壁延伸到曲柄臂10的顶部边缘，进一步提高了整体结构的对称性，保证了应力分散的均衡性。
本实用新型另外提供一种柴油机的实施例，包括具有前述特征的一种新型柴油机曲轴。实际生产中，曲轴上的主轴30、曲柄臂10和连杆轴20的数量可以根据柴油机的缸数进行增加，且改变后的方案均为本专利的保护范围。
本实用新型另外提供一种农机的实施例，包括具有前述特征的一种柴油机轴。实际生产中，曲轴上的主轴30、连杆轴20和曲柄臂10数量可以根据缸数进行增加，同时，当农机需要多个柴油机时，曲轴的数量根据柴油机的数量相应增加，且这些方案均在本专利的保护范围之内。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
1.一种柴油机曲轴，
包括：两平行设置的曲柄臂，任一所述曲柄臂均为轴对称结构；
连杆轴，两端分别与两所述曲柄臂相对的内侧面相连接；
两同轴设置的主轴，分别与两所述曲柄臂远离连杆轴的外侧相连接，且与所述连杆轴偏心设置；
其特征在于：
两所述曲柄臂在临近所述连杆轴处的内侧面上分别设置有应力缓冲槽，任一所述应力缓冲槽关于其所处的曲柄臂的对称轴呈轴对称设置，任一所述应力缓冲槽沿曲柄臂宽度方向自对称轴的两侧延伸且槽深逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的柴油机曲轴，其特征在于：
任一所述应力缓冲槽沿对称轴及平行于对称轴的轴向的截面呈圆弧状；
沿对称轴两侧延伸方向，任一所述应力缓冲槽的截面圆弧半径尺寸逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的柴油机曲轴，其特征在于：
所述应力缓冲槽的宽度尺寸为深度尺寸的2.5-4倍；其中，宽度尺寸为沿对称轴及平行于对称轴的轴向的尺寸，深度尺寸为沿主轴及平行于主轴的轴向的尺寸。
4.根据权利要求2所述的柴油机曲轴，其特征在于：
所述应力缓冲槽沿对称轴及平行于对称轴的轴向的宽度尺寸范围为10-25mm，沿主轴及平行于主轴的轴向的深度尺寸范围为3-15mm，所述圆弧的半径范围为5-30mm。
5.根据权利要求1所述的柴油机曲轴，其特征在于：
所述主轴包括主轴主体和主轴颈，所述主轴主体通过所述主轴颈与所述曲柄臂相连接；所述主轴颈的径向尺寸大于所述主轴主体的径向尺寸，所述主轴颈与所述主轴主体形成阶梯。
6.根据权利要求1所述的柴油机曲轴，其特征在于：
任一所述曲柄臂上均设置有两凸部，两所述凸部分别向远离其所处的曲柄臂的对称轴的两侧延伸；两所述凸部位于所述曲柄臂靠近所述连杆轴的一端，关于所述对称轴对称设置。
7.根据权利要求1所述的柴油机曲轴，其特征在于：
任一所述曲柄臂远离所述连杆轴的外侧面均为平滑过渡面，且在平滑过渡面上向外侧凸出设置加固件，所述加固件设置有与连杆轴的轴心相对的径向孔，所述加固件的外壁上设置加强筋。
8.根据权利要求7所述的柴油机曲轴，其特征在于：
所述加强筋位于两曲柄臂的对称轴所在的平面内，自所述加固件的外壁延伸至所述曲柄臂的顶部边缘。
9.一种柴油机，其特征在于，包括：具有根据权利要求1-8任一所述的一种柴油机曲轴。
10.一种农机，其特征在于，包括：具有根据权利要求9所述的柴油机。
技术总结