一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴
阅读说明：本技术 一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴 (High-strength crankshaft for three-cylinder high-pressure plunger pump ) 是由 周江明 宋湘文 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴,涉及高压柱塞泵的技术领域,包括曲轴本体,所述曲轴本体两端分别设有输出端和输入端,所述输出端向输入端的方向依次连接有第一连杆颈、第一曲柄臂、第二连杆颈、第二曲柄臂和第三连杆颈,所述第一连杆颈、第二连杆颈和第三连杆颈的轴心线呈120°错位布置；所述输入端连接有止推主轴颈。本发明具有机构紧凑、功能完备的优点。(The invention relates to a high-strength crankshaft for a three-cylinder high-pressure plunger pump, which relates to the technical field of high-pressure plunger pumps and comprises a crankshaft body, wherein an output end and an input end are respectively arranged at two ends of the crankshaft body, the output end is sequentially connected with a first connecting rod neck, a first crank arm, a second connecting rod neck, a second crank arm and a third connecting rod neck towards the direction of the input end, and the axial leads of the first connecting rod neck, the second connecting rod neck and the third connecting rod neck are arranged in a 120-degree staggered manner; the input end is connected with a thrust main journal. The invention has the advantages of compact mechanism and complete function.)
技术领域
本发明涉及高压柱塞泵的技术领域，尤其是涉及一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴。
背景技术
现有的高压柱塞泵用曲轴依然延续着传统内燃机曲轴的设计路线，现有如图1所示的一种高压柱塞泵用曲轴，主要由主轴颈、止推主轴颈、连杆颈、平衡块、以及用于连接主轴颈、止推主轴颈、连杆颈的曲柄臂等五个主要部分装配构成。
但三缸高压柱塞泵曲轴的动力输入输出其实有别于内燃机曲轴，传统的内燃机曲轴是将活塞和连杆总成传递过来的燃气动力转变成转矩输送给曲轴，因此传统的曲轴是被动接受动力方，而三缸高压柱塞泵则是通过驱动设备驱动曲轴转动，或由传动轴及齿轮组件驱动曲轴转动，主动的向连接在曲轴上的轴瓦、连杆、十字头输出扭矩，由于曲轴三组曲拐呈120°交错分布，以带动三根柱塞做交替往复直线运动，从而实现了高压柱塞泵的排出压力和输送流量的功能。
其次，现有的高压柱塞泵用曲轴的曲柄臂设计单薄，未有考虑泵用曲轴不同于内燃机曲轴的扭矩输入输出方向的差异，不得不沿用传统内燃机曲轴的表面淬火热处理工艺以预防曲轴断裂失效的风险，这无疑会增加曲轴复杂的热处理工艺；
并且由于在使用时需要时刻保持运作状态，高压柱塞泵用泵用曲轴承受着7X24小时的高频往复惯性力、旋转惯性力、被输送流体的液压反作用力以及这些力所产生的的合力矩，因此不但被扭转，而且会产生弯曲。所以高压柱塞泵用曲轴的设计、选材及加工制造有任何的不当，非常容易造成曲轴断裂及轴颈磨损从而导致曲轴失效。
上述多方面的共同作用导致目前高压柱塞泵曲轴单根产品的成本居高不下，所以发明一种设计简单，机构紧凑、功能完备、拆装维修方便的高压柱塞泵用曲轴成为一个急需解决的难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴，其具有机构紧凑、功能完备的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴，包括曲轴本体，其特征在于：所述曲轴本体两端分别设有输出端和输入端，所述输出端向输入端的方向依次连接有第一连杆颈、第一曲柄臂、第二连杆颈、第二曲柄臂和第三连杆颈，所述第一连杆颈、第二连杆颈和第三连杆颈的轴线呈120°交错布置；所述输入端连接有止推主轴颈。
通过采用上述技术方案，只保留一个止推主轴颈，并将止推主轴颈移至连杆颈间之外，可以使得曲轴箱壳体的轴向尺寸减少，使得整体动力端尺寸更小，外观更紧凑，对曲轴箱的安装与运输都带来极大的便利性；同时通过精简和优化曲柄臂的结构，使得相邻的两连杆颈通过优化后的曲柄臂直接相连，从而达到增大整体曲轴机械强度的目的，满足了高压柱塞泵严苛工况的要求。
本发明进一步设置为：所述第一曲柄臂的两臂口分别与所述第一连杆颈、第二连杆颈的径向大小保持一致。
本发明进一步设置为：所述第一曲柄臂的径向截面面积与第一连杆颈、第二连杆颈的径向截面面积相等。
本发明进一步设置为：所述第二曲柄臂的两臂口与所述第二连杆颈、第三连杆颈的径向大小一致。
通过采用上述技术方案，精简和优化了曲柄臂的结构，使得相邻的两连杆颈通过优化后的曲柄臂直接相连，并根据泵用曲轴的动力主动输送原理，增大曲柄臂的截面积，从而达到增大整体曲轴机械强度的目的，满足了高压柱塞泵严苛工况的要求。
本发明进一步设置为：所述第一连杆颈的轴线与曲轴本体的轴线保持一致。
本发明进一步设置为：所述第一连杆颈的中心轴线和第二连杆颈的中心轴线之间的相对距离为e1，所述第二连杆颈的中心轴线和第三连杆颈的中心轴线之间的相对距离为e2，e1等于e2。
本发明进一步设置为：所述第三连杆颈的中心轴线在竖直方向上高于曲轴本体的中心轴轴线。
通过采用上述技术方案，增大的连杆颈的相对于主轴颈的轴径比，以提升曲轴的转动惯量，以适应泵用曲轴的主动扭矩输出工况要求。
本发明进一步设置为：所述输入端呈圆柱体状，所述止推主轴套接于所述输入端上。
本发明进一步设置为：所述第一连杆颈、第一曲柄臂、第二连杆颈、第二曲柄臂、第三连杆颈和曲轴本体一体成型。
通过采用上述技术方案，省去了传统曲轴对曲柄臂的表面淬火热处理工序，进一步降低成本，以及拆装维修方便的作用。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.通过一个止推主轴颈、三个连杆颈和两个曲柄臂相互连接设置，可以使得曲轴箱壳体的轴向尺寸减少，使得整体动力端尺寸更小，结构更紧凑，对曲轴箱的安装与运输都带来极大的便利性；
2.优化的曲柄臂结构，可以看做是将传统的止推轴颈与平衡块功能合并，这样连杆颈之间可以直接通过曲柄臂相连，提升连杆颈与主轴颈的径向比，以达到提升曲轴的转动惯量的目的，而转动惯量的提升不仅会提高泵送压力和流量，也可以降低压力波动与噪音，增强了高压柱塞泵的运行的整体可靠性，从而提升高压柱塞泵使用过程中的环境友好性，扩大了适用范围；
3.通过优化曲柄臂结构，增大了曲柄臂的截面积的设置，从而达到增大整体曲轴机械强度的目的，满足了高压柱塞泵严苛工况的要求；
4.在提高了整体结构强度之后，可以省去了传统曲轴对曲柄臂的表面淬火热处理工序，进一步降低成本。
附图说明
图1是背景技术中一种曲轴的整体结构示意图；
图2是曲轴的整体结构示意图；
图3是本实施例中整体结构的左视图。
图中，1、曲轴本体；2、输出端；3、输入端；4、第一连杆颈；5、第一曲柄臂；6、第二连杆颈；7、第二曲柄臂；8、第三连杆颈；9、止推主轴颈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图2，为本发明公开的一种三缸高压柱塞泵用高强度曲轴，包括曲轴本体1两端分别设有输出端2和输入端3，输出端2向输入端3的方向依次连接有第一连杆颈4、第一曲柄臂5、第二连杆颈6、第二曲柄臂7 和第三连杆颈8，第一连杆颈4、第二连杆颈6和第三连杆颈8的轴心线呈 120°交错设置，且第一连杆颈4、第一曲柄臂5、第二连杆颈6、第二曲柄臂7、第三连杆颈8和曲轴本体1一体成型。
参照图2，输入端3连接有止推主轴颈9。输出端3呈圆柱体状，止推主轴颈9的内直径约大于输出端3，从而止推主轴颈9套接于输出端3上，便于安装拆卸。其他实施例中止推主轴颈9与输入端3的安装方式可为其他连接方式，比如卡扣连接、螺钉连接等方式，在此一一说明。
参照图2和图3，第一连杆颈4与曲轴本体1的中心轴线一致；在第三连杆颈8的竖直方向上第三连杆颈8的中心轴线高于曲轴本体1的中心轴轴线，并且与第三连杆颈8的竖直方向上第二连杆颈6的中心轴线高于曲轴本体1的中心轴轴线；同时，第一连杆颈4的中心轴线和第二连杆颈6的中心轴线之间的偏心距为e1，第二连杆颈6的中心轴线和第三连杆颈8的中心轴线之间的偏心距为e2，e1与e2相等。增大的连杆颈的相对于曲轴本体1 的轴径比，以提升曲轴的转动惯量，以适应泵用曲轴的主动扭矩输出工况要求，还得以提升了曲轴的整体结构强度，这样可以省去了传统曲轴对曲柄臂的表面淬火热处理工序，进一步降低成本。
参照图2和图3，为了进一步提升曲轴的转动惯量，本实施例中第一曲柄臂5的两臂口与第一连杆颈4、第二连杆颈6的径向大小一致。第一曲柄臂5的径向截面积大约等于第一连杆颈4、第二连杆颈6的面积。第二曲柄臂7的两臂口与第二连杆颈6、第三连杆颈8的径向大小一致。从而优化的曲柄臂结构，将传统的止推轴颈与平衡块功能合并，这样连杆颈之间可以直接通过曲柄臂相连，提升连杆颈与主轴颈的径向比，以达到提升曲轴的转动惯量的目的，而转动惯量的提升不仅会提高泵送压力和流量，也可以降低压力波动与噪音，增强了高压柱塞泵的运行的整体可靠性，从而提升高压柱塞泵使用过程中的环境友好性。
本实施例中的三缸高压柱塞泵用高强度曲轴只保留一个止推主轴颈9，并将止推主轴颈9移至连杆颈间之外，可以使得曲轴箱壳体的轴向尺寸减少，使得整体动力端尺寸更小，外观更紧凑，对曲轴箱的安装与运输都带来极大的便利性；同时通过精简和优化曲柄臂的结构，使得相邻的两连杆颈通过优化后的曲柄臂直接相连，从而达到增大整体曲轴机械强度的目的，满足了高压柱塞泵严苛工况的要求。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
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