Коленчатый вал

 

Сущность изобретения: в коленчатом валу с полыми цапфами в выходные отверстия основных цапф и шейки шатуна в щеках коленчатого вала вставлены распределенные по поперечному сечению распорные средства, которые создают в материале шеек коленчатого вала напряжения натяжения , чтобы получить повышенную прочность на изгиб и кручение и препятствовать образованию трещин в опасном поперечном сечении коленчатого вала. С помощью других распорных средств, простирающихся в цапфы подлине, можно повысить собственную чайтоту вала до некритической области. 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s F 16 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

2 (21) 4742246/27 (22) 19.10.89 (31) Р 3837292,4 (32) 03.11.88 (33) 0Е (46) 23.07.93.5юл.N 27 (71) Эмитек Геэельшафт Фюр Эмиссионстехнологи мбХ (DE) (72) Хельмут Сварс (DE) (54) КОЛЕНЧATЫЙ ВАЛ (57) Сущность изобретения: в коленчатом валу с полыми цапфами в выходные отверИзобретение относится к области машиностроения и автомобилестроения, в частности может быть использовано при изготовлении коленчатых валов. . Цель изобретения — повышение долговечности, На фиг. 1 показан. отрезок коленчатого вала со втулками в качестве средства натяжения и соединения; на фиг. 2 — поперечное сечение А-А по фиг. 4; на фиг. 3- поперечное сечение В-В по фиг. 4; на фиг. 4 — отрезок коленчатого вала со втулками и коничЕскими шайбами в качестве средства натяжения (создания натяга); на фиг. 5 — отрезок коленчатого вала с коническими шайбами в качестве средства создания натяга.

На фиг. 1 показан отрезок коленчатого вала, который включает две щеки коленчатого вала 1, 2, которые с помощью шатунной шейки 3 соединены друг с другом и к которым присоединены полые основные цапфы

4, 5.

На щеках коленчатого вала расположены противовесы 6. 7. Шатунная шейка 3 составлена из вставленных друг в друга насадок цапф 8, 9, которые соединены и на... Ы,, 1830117 А3 стия основных цапф и шейки шатуна в щеках коленчатого вала вставлены распределенные по поперечному сечению распорные средства, которые создают в материале шеек коленчатого вала напряжения натяжения, чтобы получить повышенную прочность на изгиб и кручение и препятствовать образованию трещин в опасном поперечном сечении коленчатого вала, С помощью других распорных средств, простирающихся в цап. фы по длине, можно повысить собственную частоту вала до некритической области. 21 з,п. ф-лы,5 ил. пряжены с помощью вставленной втулки 10.

Цилиндрические втулки 11, 12, независящие от втулки 10, вставлены в выходные отвер- Б стия 13, 14, сквозных отверстий 15, которые так же, как и втулка 10 пазвальцована механическим путем или, предпочтительно, гидравлическим путем. Подобно шатунной шейке 3, основные цапфы 4, 5 построены из . вставленных друг в друга насадок цапф 1617, l8-19, в которые соответственно встав- д лено по одной расширенной втулке 20. 21 ; Ор для создания напряжения натяжения и для 1 соединения насадок цапф. Независимо от них, в области щек коленчатых валов в сквозные отверстия 22, 23 вставлены цилиндрические втулки 24, 25, которые также подвергнуты пластической деформации гидравлическим или механическим путем и создают напряжение в области щек коленчатого вала.

На фиг. 2 показана основная цапфа 4 в разрезе вдоль линии А-А по фиг. 1, которая составлена из втулок цапфы 16, 17 и в которую вставлена втулка 20 в качестве средства соединЕния и создания напряжений натяжения. Щека коленчатого вала 1 также нахо1830117 дится в поле зрения, причем рядом с выходным отверстием 13 полой шатунной шейки предусмотрены другие круглые выходные отверстия 26, 27, которые, так же как и выходные отверстия 13 спомощью втулки 11,,5 расширены и напряжены с помощью других втулок 28, 29. Наряду с этим, видны структуры в щеках коленчатого вала в виде не сквозных выемок, образующих ребра или в виде сквозных отверстий 30, 31, 32, 33, в 10 которые в качестве распорного средства вставлены фасонные детали 34, 35, 36, 37.

На фиг. 3 представлена шатунная шейка

3, составленная иэ втулок цапфы 8, 9, снабженная внутренней втулкой 10 в качестве элемента, создающего натяжение, у которой распознается выходное отверстие 14 (фиг. 3, разрез по линии В-В фиг. 1). В щеке коленчатого вала 1, которая представлена на чертеже, наряду со сквозным отверстием

23, снабженным втулкой 25, видны два вы- 20 ходных отверстия 38, 39, которые также снабжены расширенными втулками 40,. 41.

Другие выемки, выполненные не как сквозные; образующие ребра отверстия или как сквозные отверстия 42, 43, 44, 45 подверг- 25 нуты напряжению натяжением с помощью фасонных деталей 46, 47, 48, 49 в качестве средства распирания.

На фиг. 4 также показан коленчатый вал с двумя щеками коленчатого вала 1, 2, кото- 30 рые соединены друг с другом с помощью шатунной шейки 3 и к которым подсоединяются основные цапфы 4, 5. На щеках коленчатого вала расположены противовесы 6, 7.

Шатунная шейка 3 состоит иэ вставленных 35 друг в друга насадок цапф 8, 9, которые далее окружены втулкой 50. Она из высокопрочного материала, обладающего качеством подшипников, который одновременно воспринимает высокие усилия напряжения натяжением. В сквозное отверстие 15 шей- 40 ки маховика вставлена ступенчатая втулка

10 средней частью, вводимой с пригонкой в насадок цапфы и примыкающими к ней цилиндрическими отрезками 11, t2 меньшего диаметра, которые проходят в выходные от- 45 верстия 13, 14 в щеках коленчатого вала, Пластическое рэспирание втулки 10 и насадка цапфы 8, а также подсоединений к цапфе 11, 12, в частности, гидравлическим путем, вызывает напряжения растяжения в 50 материале насадка цапфы 9 и втулки в области щек коленчатого вала 1, 2. В выходном отверстии 14 в отрезок втулки 12 дополнительно вставлена коническая шайба 51, которая может оказывать воздействие посредством дополнительной пластической деформации, например с помощью механического плоского сжатия, на усилие напряжения натяжения, а также на увеличение жесткости цилиндрического отверстия. С помощью ступенчатой втулки внутри шатунной шейки образуются кольцеобразные полые пространства 51, 52, которые можно заполнить материалом, подавляющим колебания. Основные цапфы 4, 5 составлены подобно тому, как и шатунная шейка 3, соответственно из единых со щекой коленчатого вала насадок цапф 16-17, 18-19, которые совместно снова каждая окружена опорной втулкой 53, 54. В сквозные отверстия 55, 56 вставлены втулки 20, 21, имеющие форму, подобную ступенчатым втулкам

10, иэ которых в каждом случае можно увидеть насадку втулки 24, 25 меньшего диаметра, входящую в выходное отверстие 22, 23 в области щек коленчатого вала. Пластическое распирание втулок 20, 21, а также насадок цапф 1,7, 18 служит для создания напряжения натяжением в насадках цапф

16, 19, а также во втулках 53, 54, при одновременном соединении насадок цапф друг с другом, а также для создания напряжения натяжения в щеках коленчатого вала, В щеке коленчатого вала 2 в насадке втулки 25 одновременно вставлены пара конических шайб 57, 58, которая соединена друг с другом с помощью соединительной втулки 59 в целое. Механическое или гидравлическое распирание втулки 59 вызывает плоское растяжение шайб 57, 58 и, таким образом, дальнейший натяг насадки втулки 25; а так>ке увеличение жесткости цилиндрического отверстия. С помощью втулок 20, 21 здесь также при этом возникают кольцеобразные полости 60, 61: которые можно заполнить материалом, подавляющим колебания, например гранулятом из керамики или пластмассы.

На фиг. 5 показан отрезок простого, изготовленного в монолите коленчатого вала в области двух щек коленчатого вала 1, 2, которые соединены друг с другом с помощью шатунной шейки 3 и к которым подсоединены насадки основных цапф 4, 5. Щеки коленчатото вала 1, 2 имеют каждая по противовесу 6, 7; расположенному против шатунной шейки 3. Основные цапфы в области щек коленчатого вала имеют сквозные отверстия. меньшего размера 55, 56. Шейка шатуна 3 имеет сквсэное ступенчатое проходкое отверстие 15, В выходные отверстия

22, 23 основных цапф 4, 5 в области щек коленчатого вала 1, 2 вставлены в каждом случае попарно расположенные противоположными сторонами друг к другу конические шайбы 62-63; 64-65, В пары шайб в сквозное отверстие 15 шатунной шейки 3 вставлены соответственно стержни с резь1830117 бой 66, 67 и имеющими резьбу отрезками противоположного направления резьбы для стягивания шайб друг относительно друга. а пэры шайб в проходных отверстиях 55, 45 шэтунных шеек 4, 5. шайбы стянуты друг с другом с помощью полых заклепок 68, 69.

Подобные средства всегда имеются в распоряжении. Показанная формула проходных отверстий с понижающимся в наружную сторону диаметром s кованых коленчатых валах обуславливает составление коленчатого вала в области цапф, например; с помощью сварки встык в плоскости центра цапфы.

Также в вариантах по фиг, 4 и 5 вне плоскости сечения вставлены другие распорные средства в другие отверстия в щеках коленчатого вала и подвергнуты расширению или запрессовке по оси.

Конструкция коленчатого вала значительно повышает прочность на изгиб и кручение валов, при этом становится возможным дальнейшее снижение веса, С помощью распорочных средств, подвергнутых натягу до напряжений сжатия, достигают увеличение жесткости полой конструкции вала изнутри, кэк, что, благодаря эффекту вдавливания предотвращаются местные пики напряжений с опасностью образования трещин на выходе.

Формула изобретения

1. Коленчатый вал с полыми цапфами, содержащий щеки со сквозными отверстиями, шатунные шейки и коренные шейки. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности, он снабжен распорными средствами, установленными с натягом в отверстия, выполненные в щеках в области коренных и шзтунных шеек соосно с ними или осепараллельно и симметрично относительно поперечной оси вала.

2. Вал поп.1, отл и чаю щийся тем, что он снабжен дополнительными распорными средствами, установленными с натягом в отверстия. выполненные в щеках вне поперечного сечения коренных и шатунных шеек.

3. Вал по пп. 1 и 2. о т л и ч а ю щ ийс я тем, что он снабжен распорными втулками, установленными в осевые отверстия по меньшей мере коренных шеек с натягом.4. Вал по и. 1, отличающийся тем, что часть распорных средств выполнена в виде полых цилиндрических вставок, пластически сдеформированных в радиальном направлении выше предела упругости их материала.

5, Вал по пп. 1 и 4, отличающийся тем. что часть распорных средств выполнена монолитной с круглым поперечным сечением и цилиндрической или конической формы в осевом направлении.

6, Вал по пп. 1 и 4. отличающийся тем, что часть распорных средств выполнена

5 монолитной с серповидным поперечным сечением и с поверхностью, параллельной или конической относительно продольной оси шейки, 7. Вал по пп. 1 и 4, отличающийся

0 тем, что часть распорных средств выполнена монолитной с треугольным поперечным сечением и с поверхностью, параллельной или конической относительно продольной оси шейки.

8. Вал по и. 1, отличающийся тем, что распорные средства выполнены в виде ° конических шайб, радиально расширенных посредством упругой их деформации и установленных перпендикулярно к продольной оси шейки.

20 9. Вал поп.1, отличающийся тем, что распорные средства выполнены в виде конических шайб, радиально расширенных посредством пластической деформации и установленных перпендикулярно к про25 дольной оси шейки.

10. Вал попп,8и 9, отличающийся тем, что шайбы в каждом отверстии установлены попарно симметрично одна относительно другой и стянуты в осевом

30 направлении навстречу один другой.

11, Вал по и. 10, отличающийся тем, что шайбы стянуты посредством болтов.

12. Вал по и. 10, отличающийся тем, что шайбы стянуты посредством полых заклепок.

13, Вал поп.10, отличающийся тем, что шайбы стянуты, жестко соединенной с ними посредством развальцовки полой соединительной втулкой, причем шайбы

40 закреплены в отверстии посредством деформации.

14. Вал по пп. 1-3, отличающийся тем, что распорные втулки выполнены цилиндрическими и закреплены в отверстиях

45 шеек посредством пластической деформации.

15. Вал по пп. 1-14, отличающийся тем, что он выполнен за одно целое посредством литья.

50 16. Вал по пп. 1-14. отличающийся тем, что он выполнен за одно целое посредством процесса ковки. 17. Вал по пп. 1-14, отличающийся тем, что он выполнен из отдельных кованых частей, соединенных между собой посредством сварки встык в области шеек, 18. Вэл по пп. 1-14, отличающийся

: тем, что он выполнен из отдельных частей с

1830117

Ю У го

22 элементами шеек, последние вставлены друг в друга и соединены посредством процесса пайки.

19. Вал по пп. 1-18, отличающийся тем, что цилиндрические распорные втулки 5 выполнены за одно целое с распорными средствами, соосными с отверстиями шеек и закрепленными в щеках.

20. Вал по пп. 1-19, отличающийся тем, что между распорными средствами, рас- 10 положенными в щеках коленчатого вала и цилиндрическими втулками образованы полости, заполненные антивибрационным материалом, 21. Вал по и. 20, отличающийся тем, что антивибрационный материал выполнен в виде гранулята из керамики.

22. Вал по и, 20. отличающийся тем, что антивибрационный материал выполнен в виде гранулята из пластмассы.

Фиг

1б

1830117

Составитель B.Ñèòóàêèí

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Милюкова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 1О1

Заказ 2492 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5