Составной коленчатый вал (варианты)
COMPOSITE CRANKSHAFT (OPTIONS)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к составным коленчатым валам, преимущественно для буровых насосов и двигателей внутреннего сгорания.
Заявляемое техническое решение может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в обратно-поступательное.
Из уровня техники известен составной коленчатый вал (патент РФ№ 2095647, МПК F16C 3/12), содержащий щеки, по меньшей мере, одну шатунную и коренную шейки, соединенные со щеками, и устройство фиксирования шеек от проворота относительно щек. Причем шейки соединяются со щеками при помощи запрессованных в торцовые отверстия щек пальцев, либо при помощи фланцевого соединения, а устройство фиксирования выполнено в виде по меньшей мере одного цилиндрического выступа, расположенного на торцевой поверхности шейки эксцентрично ее продольной оси и установленного свободно в посадочном отверстии щеки.
Недостатками указанного составного коленчатого вала являются его увеличенные осевые габариты и масса, а также недостаточные жесткость и долговечность вала.
Известен составной коленчатый вал (патент РФ № 2588322,МПК F16C 3/12), выбранный в качестве прототипа, содержащий щеки и по меньшей мере одну шатунную и две коренные шейки, каждая щека выполнена в виде шатунной и коренной крышек, скрепленных с двумя стойками, и имеет сквозное посадочное отверстие, в котором установлены соединенные между собой шатунная и коренная шейки, а также четыре полукольца, фиксирующие шейки от осевого перемещения, при этом шатунная и коренная шейки объединены с соответствующими шатунной и коренной крышками при помощи шпонок, выполняющих одновременно функцию передачи валу крутящего момента и функцию фиксации шеек от проворота относительно щек, причем шейки дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.
Недостатками указанного составного коленчатого вала являются сложная конструкция с большой номенклатурой оригинальных деталей, за счет этого – низкая ремонтопригодность, а также недостаточная жесткость и долговечность вала.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение массы вала, повышение технологичности, ремонтопригодности и долговечности путем уменьшения количества входящих в его состав деталей и увеличения его жесткости.
Технический результат достигается особенностями конструкции составного коленчатого вала, приводное звено которого выполнено единой деталью в виде колена, состоящего из коренного пальца, кривошипа и шатунного пальца. Приводное звено соединено посредством хомутов с установленными между ними проставками, шпонки, установленной в сквозное посадочное отверстие, и удерживающих закрепляемые  пальцы звеньев коленчатого вала крепежных элементов, установленных взаимно перпендикулярно как относительно друг друга, так  и относительно оси вала, с коренным пальцем последнего звена коленчатого вала, который выполнен единой деталью в виде полуколена, состоящего из пальца с кривошипом. При этом колено и полуколено дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.
Для изготовления заявленного коленчатого вала и его монтажа не требуется высокоточное оборудование, а для его обслуживания и ремонта не требуется высокая квалификация персонала.
Заявляемое техническое решение поясняется нижеследующим описанием и чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 – Трехзвенный составной коленчатый вал, построенный из колен;
Фиг.2 – Сечение А-А;
Фиг.3 – Сечение Б-Б;
Фиг.4 – Сечение В-В;
Фиг.5 – Трехзвенный составной коленчатый вал, построенный из полуколен;
Фиг.6 – Сечение Г-Г.
Предлагается два варианта исполнения составного коленчатого вала.
В первом варианте исполнения составной коленчатый вал(см. Фиг. 1) может состоять, по меньшей мере, из трех колен 1 и одного полуколена 2, соединенных посредством двух кривошипов (Фиг. 3), состоящих каждый из двух хомутов 3 и двух проставок 4, стягивающего призонного болта 5, двух призматических шпонок 6, а также крепежных элементов 7. На пальцах звеньев коленчатого вала установлены подшипники 8.
Во втором варианте исполнения составной коленчатый вал(см. Фиг. 5) может состоять, по меньшей мере, из двух полуколен 2 и одного выходного вала 9.
Приводное звено коленчатого вала представляет собой колено 1, содержащее коренной палец, шатунный палец и кривошип, изготовленные из одного материала и представляющие собой единую деталь. Такая конструкция позволяет уменьшить количество применяемых в коленчатом валу самостоятельных оригинальных деталей в сравнении с прототипом.
Полуколено 2 или палец коренной последнего звена коленчатого вала представляет собой цилиндрический палец, изготовленный совместно с кривошипом, в который входит хомут 3. С помощью хомута 3 закрепляется шатунный палец звена коленчатого вала – колена 1. Преимущество данного предложения заключается в отсутствии лишнего соединения, что позволяет повысить жесткость коленчатого вала.
Соединительный кривошип коленчатого вала (см. Фиг. 3) отличается от прототипа отсутствием четырех полукруглых шпонок, а для равномерного закрепления применен один фиксирующий болт – стягивающий призонный болт 5, являющийся одновременно и цилиндрической шпонкой, удерживающей в соосности закрепляемые пальцы звеньев коленчатых валов. Так, в предложенной конструкции кривошипа закрепление пальцев звеньев коленчатых валов (Фиг. 1) выполняется в двух противоположных направлениях с помощью крепежных элементов 7, что повышает степень закрепления пальцев и увеличивает жесткость коленчатого вала.
Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа отсутствием сил, которые перекашивают резьбовые отверстия в стойках(см. Фиг. 2 к патенту № RU 2588322 C1), и меньшим количеством оригинальных деталей.
Например, однозвенный коленчатый вал состоит из одного колена 1, одного полуколена 2, одного хомута 3, фиксирующего крепежного элемента - призонного болта 5 (стандартные изделия не указаны).
Кривошип вышеуказанного коленчатого вала, в отличие от прототипа, не имеет четырех полуколец (см. Фиг.2 к патенту № RU 2588322C1), выполняющих роль кольцевых шпонок, а предлагаемый призонный болт 5 устраняет перекос осей крепежа хомутов 3 и одновременно является цилиндрической шпонкой, предотвращающей осевые перемещения соединяемых звеньев коленчатого вала.
Комплект деталей для построения составного коленчатого вала набирается в зависимости от количества шатунных пальцев.
При сборке однозвенного коленчатого вала приводной коренной палец звена (колена  1) необходимо разместить на одной оси с коренным пальцем полуколена 2. При этом необходимо совместить шпоночные пазы со шпонкой 6 в хомуте 3 и шатунном пальце звена (колена 1) и зафиксировать призонным болтом 5 и крепежными элементами 7. Сборку можно выполнять с уже установленными подшипниками 8 на пальцы как в технологическом приспособлении, так и на месте монтажа механизма.
При сборке многозвенного коленчатого вала (см. Фиг. 1), например, трехзвенного, необходимо коренные пальцы приводных звеньев (коленей 1) в количестве трех штук выставить соосно с пальцем коренным последнего звена (полуколена 2), совмещая при этом шлицы на коренных пальцах. Шатунные пальцы приводных звеньев и коренные пальцы следующего приводного звена соединить с помощью соединительного кривошипа (см. Фиг. 3), выставив шатунные и коренные пальцы в соответствующие отверстия в кривошипах, и, затянув крепеж на хомутах 3, зафиксировать призонным болтом 5.
В качестве второго варианта (см. Фиг. 5) предлагается исполнение составного коленчатого вала, состоящего из полуколен 2, соединенных между собой последовательно без использования  проставок 4 между хомутами 3. Соединение каждого последующего полуколена 2 с предыдущим полуколеном 2 производится при помощи шпонки 6 и хомута 3. Таким образом, существенно уменьшается количество деталей (исключаются как проставки 4 и два хомута 3, так и половина крепежных элементов для крепления хомутов 3), что обеспечивает большую жесткость конструкции и точность сборки.