КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Полезная модель относится к конструкциям коленчатых валов небольших размеров для агрегатов типа насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания малой мощности.
Конструкция и размеры коленчатого вала зависят от числа и расположения цилиндров двигателя, числа коренных и шатунных шеек, размещения шатунов, равномерности чередования рабочих ходов и уравновешенности.
Коленчатые валы могут быть как целые, так и составные. Последние применяют в случае использования подшипников качения в качестве шатунных и коренных подшипников.
Коленчатый вал состоит из следующих элементов: переднего конца вала, шатунных и коренных шеек, противовесов и хвостовика.
На коленчатом валу обычно располагаются маховик, ведущая распределительная шестерня, шкив привода вентилятора, гаситель крутильных колебаний, маслоотражатели и другие второстепенные детали.
Общая длина кривошипа, а также размеры составляющих его элементов (коренная и шатунные шейки и щеки) зависят от минимального расстояния между осями двух соседних цилиндров.
Чтобы повысить жесткость таких коленчатых валов на изгиб, увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, уменьшают их длину и увеличивают толщину щек. В V-образных двигателях применяют полноопорные коленчатые валы.
В подавляющем большинстве случаев коленчатые валы изготовляют цельными. Ниже рассматриваются конструктивные элементы коленчатого вала.
Передний конец коленчатого вала имеет ступенчатую форму, что необходимо для установки на нем шкива привода вентилятора, маслоотражающего устройства, распределительной шестерни и в некоторых случаях гасителя крутильных колебаний, который обычно объединяют в один узел со шкивом вентилятора. Все устройства и детали, расположенные на переднем конце коленчатого вала, стягивают болтом, ввернутым в его торец, или гайкой, навернутой на конец коленчатого вала. При установке коленчатого вала в подшипниках качения на его переднем конце должно быть предусмотрено место для устройства, при помощи которого масло подается в коленчатый вал.
Коренные шейки коленчатого вала выполняют одинакового диаметра. Для фиксирования коленчатого вала от осевых перемещений служит одна из крайних или средняя шейка. Упорные подшипники у большинства двигателей (у дизелей в особенности) располагают со стороны маховика. В некоторых двигателях упорные подшипники устанавливают со стороны механизма газораспределения или у среднего коренного подшипника. При цепном приводе желательно упорный подшипник располагать со стороны переднего конца вала, так как при перекосах условия работы цепи ухудшаются.
Для смазки коренных шеек масло подается из общей масляной магистрали, расположенной в блок-картере, по каналам в стенках верхней части картера со стороны малонагруженной половины вкладыша.
Щекиколенчатого вала могут быть различной формы: призматические овальные и круглые. У коленчатых валов автомобильных двигателей большей части щеки делают прямоугольной и овальной формы.
Если между опорами расположены два колена, то длина щек увеличивается, аформаихусложняется, что усложняет конструкцию вала в целом и увеличивают его массу. Для лучшегоиспользования материала не работающие, наиболее удаленные отоси коленчатого вала, части щек срезают. Жесткость щеки зависит от перекрытия коренных и шатунных шеек. Чем больше перекрытие шеек, тем больше жесткость и прочность щеки. При этом можно уменьшить толщину щеки без увеличения ее ширины. Величина перекрытия шеек зависит от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и диаметра шеек.
Переходы (галтели) от щек к коренным и шатунным шейкам во избежание возникновения больших концентраций напряжения выполняют радиусом около (0,035-0,08)d. Для уменьшения опорной поверхности шейки галтель в некоторых конструкциях состоит из двух-трех сопряженных дуг различных радиусов.
Утолщение щек без увеличения длины двигателя ведет с одной стороны к повышению жесткости кривошипа, и с другой - к уменьшению ширины подшипников. При этом ширина подшипника не должна быть меньше 0,25d.
При наличии на коленчатом валу противовесов форма щек усложняется.
Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил и моментов, вызываемых этими силами. Первые возникают от неуравновешенных масс колена вала. Для уменьшения массы противовесы следует конструировать так, чтобы их центр тяжести располагался на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. Масса противовеса составляет 70…80% суммарноймассывращающихсячастей. Противовесыобычно отковывают или отливают как одно целое со щеками. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки, чтобы при ремонте шейки коленчатого вала можно было шлифовать.
Шатунные шейки коленчатых валов обычно имеют меньший диаметр, чем коренные. При увеличении диаметра шатунной шейки увеличивается нижняя головка шатуна, что ведет к возрастанию вращающихся масс. При уменьшении длины шатунной шейки повышается удельная нагрузка, вследствие чего ухудшаются условия работы масляной пленки. Для уменьшения массы шатунные шейки часто высверливают.
Масло к шатунным шейкам подводится от коренных шеек по просверленным в валу каналам или запрессованным трубкам (в случае полых шеек).
Хвостовик (задний конец) коленчатого вала обычно имеет фланец для установки маховика. При наличии гидравлического сцепления роль маховика играет корпус сцепления. Задний конец коленчатого вала уплотняется с помощью отражательных колец вместе с фетровыми или резиновыми кольцами и винтовой нарезкой на валу, имеющей направление, обратное направлению вращения коленчатого вала.
Маховик крепится к фланцу коленчатого вала болтами. Отверстия под болты располагаются несимметрично, чем достигается установка маховика в строго определенном положении.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция коленчатого вала, применяемая в компрессоре фреона системы кондиционирования пассажирского вагона (Фаерштейн Ю.О., Китаев Б.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах - М. Транспорт. 1984). Данный коленчатый вал выполнен цельным из заготовки в виде штамповки, которая затем подвергается механической обработке для получения заданной конфигурации и размеров.
Существенным недостатком прототипа является то, что для уменьшения массы противовесы изготавливают так, чтобы их центр тяжести располагался на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. Это в свою очередь требует применения при ремонте коленчатых валов специальных кругло шлифовальных станков с определенным расстоянием от оси шпинделя станка до станины. Кроме того, с увеличением размеров противовесов это расстояние возрастает.
Заявляемая конструкция коленчатого вала направлена на обеспечение возможности применения универсального шлифовального оборудования при обработке отремонтированных коленчатых валов с противовесами больших размеров.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, достигается тем, что противовесы выполнены съемными, в противовесах выполнены два сквозных отверстия, проходящих через вал, а в указанных отверстиях встречно установлены фиксаторы.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
- на фиг.1 изображен коленчатый вал компрессора в сборе;
- на фиг.2 изображен в трех проекциях съемный противовес;
- на фиг.3 изображен фиксатор и указаны типовые его размеры для крепления противовесов на вал компрессора фреона.
Заявляемая конструкция коленчатого вала компрессора фреона состоит из собственно тело вала 1 (фиг.1) с коренными 2 и шатунными 3 шейками, а также опорными шейками 4. На валу установлены и зафиксированы противовесы 5.
Для закрепления противовесов 5 в них и в теле вала 1 просверлены сквозные отверстия 6 (по два на каждый противовес) (фиг.2). Эти отверстия имеют участок 7 под головку фиксатора 8 (для того, чтобы она была заподлицо с поверхностью противовеса) и резьбовой участок 9 в теле противовеса. Фиксаторы 8 установлены в противовесе 5 встречно.
Для надежного завинчивания фиксатора 10 по резьбовому участку 9 в противовес 5 в головке 8 фиксатора выполнен овальный паз 11 под специальный ключ (фиг.3).
Таким образом, за счет применения заявляемой конструкции коленчатого вала для компрессора фреона обеспечивается возможность механической обработка валов, как новых, так и после ремонта, на универсальном оборудовании.
Была изготовлена опытная партия коленчатых валов заявляемой конструкции для компрессоров фреона системы кондиционирования воздуха пассажирских вагонов. Вал имел общую длину 573 мм при диаметре коренных шеек 55 мм и диаметре шатунных шеек 42 мм. Диаметр противовесов составлял 133 мм при их ширине 32 мм. Для крепления противовесов применялись фиксаторы со стержнем диаметром 7 мм и головкой диаметром 10 мм. Указанные коленчатые валы хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации и позволили снизить трудоемкость при ремонте.