УЗЕЛ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО ВАЛА И ЕГО ОПОРА
BALANCING SHAFT ASSEMBLY AND ITS SUPPORT

Изобретение касается узла уравновешивающего вала для поршневых двигателей, в частности двигателей внутреннего сгорания, для установки в корпусе с неразъемными гнездами подшипников, при этом, по меньшей мере, один уравновешивающий вал выполнен за одно целое, по меньшей мере, с одним противовесом.
Уравновешивающие валы применяются для компенсации свободных сил или моментов инерции, в частности силы инерции второго порядка у рядных двигателей с четырьмя цилиндрами. Для этого необходимы два уравновешивающих вала, которые вращаются в противоположных направлениях с удвоенным числом оборотов коленчатого вала.
Уравновешивающие валы устанавливаются в собственном корпусе, который закрепляется на основном двигателе или на подшипниках коленчатого вала. Альтернативно, их корпус является частью картера или, соответственно, блока цилиндров. В этом случае говорят об интегрированном блоке уравновешивающего вала. Известно разъемное исполнение соответствующего корпуса или соответствующей части корпуса для получения возможности легкой и точной установки уравновешивающих валов. Это прежде всего неблагоприятно при интегрированной конструкции, так как ослабляет картер или, соответственно, блок цилиндров. Для исключения этого известно выполнение противовеса в качестве отдельного конструктивного элемента и затем его насаживание при монтаже уравновешивающего вала в неразъемный корпус.
Из DE 32 11 655 A1 известен вал с выполненным за одно целое противовесом, причем второй подвижный противовес этого вала выполнен отдельно. Он монтируется только после того, как вал будет пропущен через неразъемный подшипник. Второй подшипник установлен в фланце крепления подшипника, который должен монтироваться вместе с валом. Такая конструкция является трудоемкой и тяжело монтируется. Но, прежде всего, она привносит с собой мешающие конструктивные ограничения, например, она обусловливает большое расстояние между подшипниками. Наконец, подвижное расположение противовеса не всегда благоприятно.
Эти недостатки исключены в решении, известном из DE 37 05 346 A1, правда, ценой большого диаметра подшипников, а именно здесь диаметр цапфы вала больше, чем диаметр противовеса, так что уравновешивающий вал может вводиться в направлении своей оси. Если принять во внимание, что уравновешивающий вал у четырехцилиндрового двигателя достигает пятизначного числа оборотов, становится понятно, что в смазочном зазоре возникают ненормальные скорости, которые, если, вообще, они поддаются управлению, влекут за собой значительные потери на трение.
В связи с этим задачей изобретения является решение, которое бы не имело упомянутых недостатков. Улучшенный уравновешивающий вал должен быть выполнен за одно целое со своими противовесами, и несмотря на это, с возможностью установки без ограничения относительно своей опоры в неразъемном корпусе.
Согласно изобретению это решается благодаря тому, что, по меньшей мере, одна опора уравновешивающего вала образована сужением уравновешивающего вала в качестве цапфы и неподвижным относительно корпуса разъемным кольцом подшипника, наружный диаметр которого больше, чем наружный диаметр противовесов. Таким образом, уравновешивающий вал может совместно со своим кольцом подшипника или, соответственно, со своими кольцами подшипника вдвигаться в корпус с одной стороны, после того как части кольца подшипника установлены вокруг сужения. Благодаря этому становится дешевым изготовление уравнивающего вала, так как он выполнен цельным и может поставляться в виде узла в готовом для установки состоянии. Существенное преимущество заключается в том, что диаметр подшипника благодаря сужению может выполняться небольшим, вследствие чего в зазоре подшипника имеются малые окружные скорости и потери на трение существенно снижаются.
Преимущественным образом кольцо подшипника разделено на два полукольца, контактные поверхности которых имеют позиционирующее средство, преимущественным образом, по меньшей мере, одно отверстие под установочный штифт. Позиционирующие средства удерживают вместе оба полукольца во время вдвигания в корпус и обеспечивают точное позиционирование полуколец относительно друг друга.
В особо предпочтительном варианте осуществления наружный диаметр кольца подшипника рассчитан так, что он в состоянии глубокого охлаждения меньше, чем внутренний диаметр гнезда подшипника в корпусе, а при нормальной температуре жестко установлен в последнем. Таким образом, предварительно смонтированный блок без применения силы может быть установлен в соответствующий корпус, даже посредством робота, и не требуется никакой другой фиксации. Предложенный согласно изобретению узел уравновешивающего вала может быть установлен в собственном неразъемном корпусе или корпусе в виде туннеля в блоке цилиндров, или, соответственно, в картере. В последнем случае преимущества изобретения проявляются особенно заметно.
Далее изобретение описывается и поясняется с помощью чертежей, на которых представлено:
фиг. 1 - блок цилиндров, в который должны быть установлены соответствующие изобретению узлы уравновешивающих валов;
фиг. 2 - соответствующий изобретению узел уравновешивающего вала в установленном положении,
фиг. 3 - этот же узел.
′
′
На фиг. 1 показаны только блок цилиндров 1 и верхняя часть 2 картера, здесь они выполнены за одно целое. На верхней части 2 картера по обеим сторонам расположен корпус 3, 3 для соответствующего изобретению узла уравновешивающего вала. Корпус 3 изображен в виде туннеля без содержимого, в который имеется доступ только с одной показанной стороны. В случае другого корпуса 3 показано, что соответствующий изобретению уравновешивающий вал, от которого хорошо можно видеть только ведущее зубчатое колесо 4, вставлен непосредственно в корпус 3′. Корпус для соответствующего изобретению узла уравновешивающих валов может быть равным образом хорошо выполнен в виде самостоятельного корпуса для пары уравновешивающих валов, который закреплен известным образом в картере на промежуточных стенках или на крышках подшипников коленчатого вала.
На фиг. 2 из корпуса изображены только части 8, 9 корпуса, образующие гнездо подшипника. От самого гнезда подшипника собственно можно видеть только его круговой контур, который соответствует цилиндрической поверхности внутри частей 8, 9 корпуса с диаметром 27. Обе части 8, 9 корпуса содержат таким образом опору уравновешивающего вала 10, в целом обозначенную на фиг. 3 позициями 11 и 12.
Уравновешивающий вал 10 имеет, по меньшей мере, одно первое цилиндрическое сужение 13, второе цилиндрическое сужение 14 и между ними первый противовес 15. Сужения 13, 14 образуют опорные поверхности уравновешивающего вала 10, диаметр которых существенно меньше наружного диаметра 26, по меньшей мере, одного противовеса 15, который выполнен за одно целое с уравновешивающим валом 10. В приведенном примере осуществления уравновешивающий вал 10 имеет еще два других противовеса 16, 17 у наружных сторон опор 11, 12.
На фиг. 3 в деталях изображены первое кольцо 20 подшипника и второе кольцо 21 подшипника. Каждое из них состоит из двух полуколец 20', 20” и 21', 21”. Их наружный диаметр 28 примерно (см. ниже) соответствует внутреннему диаметру 27 гнезда подшипника. Благодаря тому, что диаметр сужений 13, 14 существенно меньше, кольца подшипника 20, 21 имеют очень большой запас по размерам. Еще можно было бы назвать их очень толстыми вкладышами подшипника. Полукольца имеют соответственно контактные поверхности 22 с отверстиями 23, в которые входят штифты 25.
Для монтажа и последующей установки узла уравновешивающего вала полукольца 20', 20” и 21', 21” устанавливаются на соответствующем сужении уравновешивающего вала 10 и соединяются с помощью установочных штифтов 25. Теперь кольца подшипников 20, 21 охватывают уравновешивающий вал 10, а контуры противовесов 15 - 17 выступают. Благодаря этому собранный таким образом узел уравновешивающего вала может быть вдвинут в свой корпус 8, 9, вид которого может быть традиционным. Это осуществляется или с помощью запрессовки или, что лучше и мягче, с помощью переохлаждения всего узла уравновешивающего вала, т.е. уравновешивающего вала 10 с его кольцами 20, 21 подшипников. В первом случае завышение размера наружного диаметра 28 колец подшипника выбирается таким образом, чтобы в установленном положении кольца 20, 21 подшипника жестко устанавливались в свои гнезда. Во втором случае узел уравновешивающего вала может быть просто вставлен, жесткая установка колец 20, 21 подшипника в гнездах будет обеспечена, как только узел уравновешивающего вала достигнет снова нормальной температуры.