ШКИВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к устройствам отбора мощности для привода вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания.
Известен шкив коленчатого вала по заявке РФ на изобретение №2002120009, выполненный со сложным фасонным профилем сечения периферии, с возможностью установки его базовой поверхностью центрального отверстия на коленвал, пересекаемого вдоль оси шпоночным пазом, отличающийся тем, что на зубчатом венце наружного кольца выполнена выемка, служащая для частотной настройки вращения коленвала, относительно выемки выполнен выступ и балансировочное коническое углубление глубина и место которой определяется на дисбалансировочном стенде, зубчатый венец переходит в клинообразную кольцевую канавку, снабженную на периферии кольцевыми поясками, обеспечивающими установку комбинированных ремней или раздельных клиноременных и зубчатых ремней, изменяемых по типоразмерам соответственно мощности двигателя внутреннего сгорания, ступица состоит из разделенных ступеней, изменяющихся по сечению в соответствии с показателями расчетных суммарных нагружений, для повышения прочности и оптимальности сечения оребрения шкива, ребра выполнены сложно-профильными со ступенями, уменьшающими сечение ребер в радиальных плоскостях, рассматриваемых в поперечных сечениях ребер их геометрического строения, ограниченного криволинейными границами плавного ступенчатого перехода профиля ребер в радиальном направлении, поверхности и впадины между зубчиками выполнены равнопрочными, минимальное число впадин зубчатого венца равно 7, причем узел частотной настройки представлен двумя впадинами относительно зубчика, размещенного на зубчатом венце, при наличии аналогичных впадин, размешенных с отличным от упомянутых впадин шагом, при этом ось выступа совмещена с осью одной из рядом стоящих впадин, одновременно при отсутствии
зубчатого венца шкив содержит прямоугольную впадину на периферии, расположенную относительно оси шпоночного паза под углом в 59,5-60,5, а ось уступа при этом совпадает с осью периферийной канавки, обеспечивающей частотную настройку шкива коленчатого вала.
Недостатком этого шкива является его конструктивна сложность. Известен шкив ДВС по заявке РФ на изобретение №98121115, опубл. 20.09.2000 г., прототип, содержащий фасонный металлический корпус с зубчатым венцом и центральным отверстием, для установки и закрепления шкива ДВС к коленчатому валу со стороны его торца крепежными элементами, при этом шкив ДВС выполнен в виде сборочной единицы, включающей наружное и внутреннее кольца со сложным фасонным профилем рабочих, посадочных и сопрягаемых поверхностей и объединяющим их слоем резиновой смеси, связывающей упомянутые кольца адгезионной сцепляемостью взаимосопрягающихся поверхностей.
При этом верхнее кольцо, содержит зубчатый профиль, прерываемый выемкой, выполняемый на кольцевом венце, пересекаемом глухой, кольцевой, прямоугольной в сечении выемкой, снабженной, со стороны, ступенчатым переходом с радиусными закруглениями. При этом центральное отверстие, расположенное в детали, снабжено шпоночным пазом, способствующим передаче крутящего момента ременной передаче, относительно рифлений с прямоугольным и кольцеообразным профилем, краевые грани которого взаимодействуют с наклонными скосами. При натяжении ремня рифления и скосы обеспечивают гарантированный контакт с его фрикционной поверхностью, причем незначительные подъемы поверхностей удерживают ремень от осевого смещения в процессе статического и кинематического взаимодействия со шкивом к ДВС, а секторная впадина служит инструментом частотной настройки момента зажигания свечи, т.е. при заданной частоте шкива, когда канавка занимает статически определимое положение, при наложении "окна" частотомера, где выемка "останавливается" и стабильно координирует
±
•
правильность процесса зажигания свечи, причем канавка смещена относительно координатной оси шпоночного паза, разделяющей отверстие на симметричные доли, а больший фланец кольца корпуса, снабжен канавкой и радиусным переходом к цилиндроконической поверхностям, находящимся в адгезионной взаимосвязи со слоем резиновой смеси, взаимодействующей за счет адгезионного сцепления с поверхностями детали. При этом опорная оболочка обеспечивает поверхностями передачу крутящего момента от верхнего кольца с поверхностями, которые при нагружении в 1960 Нc, смещаются на максимальный дуговой размер в 1,35-1,65 мм, что вполне достаточно для снижения гармоники частотных колебаний до 2 Дцб., при частоте вращения шкива ДВС 360...400 Гц, при этом наружняя граница внутреннего контура выемки наружного кольца, U-образный профиль резиновой смеси, очерченный поверхностью и торец оболочкового корпуса, совмещены и образуют комбинированную опорную поверхность плоского торца и кольцевой выемки шкива, переходящие в диаметральную поверхность малой фаски, торцевую кольцевую выемку, большую фаску, относительно малого плоского торца, а с внутренней стороны, плоский торец, переходит в радиусный и диаметральный профили, очерченные оболочкой с галтельным закруглением, приводящим сопряжение в положение выступающей, цилиндрической, с закруглением оболочки, имеющей на дне контрольные отверстия и отверстие со шпоночным пазом, смещенное по оси симметрии шпоночного паза, относительно координатной оси, одновременно суммарная прочность сцепления резиновой смеси с металлом составляет под статической нагрузкой не более 3820 Нc при относительном изменении силового параметра в 980 Нc, при этом число нагружении на усталость составляет не менее 5 млн. циклов, а допускаемый остаточный дисбаланс составляет не более 50 гмм при собственной частоте колебаний шкива ДВС 360-400 Гц, причем внешний контур корпуса снабжен антикоррозионным покрытием 56.
Недостатки прототипа: низкая надежность конструкции из-за обрыва по слою резиновой смеси и нетехнологичность и высокая стоимость шкива.
Задача создания полезной модели - повышение надежности конструкции и упрощение технологии изготовления шкива.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что шкив коленчатого вала, выполненный со сложным профилем поперечного сечения, который включает основание с базовым отверстием, выполненным в центральной части и средством фиксации углового положения шкива относительно коленчатого вала, обод с профильной поверхностью для поликлинового ремня и с зубчатым венцом для счета датчиком, отличается тем, что основание, переходная часть и ребро выполнены заодно, переходная часть выполнена в виде конического и цилиндрического участков, сопряженных радиусными участками. Средство фиксации углового положения шкива относительно коленчатого вала выполнено в виде фиксирующего отверстия, ось которого выполнена параллейно оси базового отверстия или в виде паз под шпонку внутри базового отверстия. Паз под шпонку выполнено радиусом округления равным половине ширины паза под шпонку. Средство фиксации углового положения шкива относительно коленчатого вала может быть совмещено с базовым отверстием и выполнено в виде базового отверстия, имеющего треугольную, квадратную или многоугольную форму. Отношение ширины зубчатой поверхности для поликлинового ремня к толщине шкива находится в диапазоне 0,5...0,6. Число зубьев на зубчатом венце кратно 60. Два заба на зубчатом венце срезано. Окна выполнены круглой или овальной или прямоугольной или трапециевидной формы. Шкив выполнен из сплава, обладающего литейными свойствами. Шкив выполнен из чугуна.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна подтверждена проведенными патентными исследованиями, а промышленная применимость тем, что для производства шкива необходимы недифицитные материалы и освоенные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1...7, где:
- на фиг.1 приведен основной вид шкива с фиксирующим отверстием,
- на фиг.2 вид А с фиксирующим отверстием,
- на фиг.3 приведен основной вид шкива с пазом под шпонку,
- на фиг.4 приведен вид А с пазом под шпонку,
- на фиг.5 приведен вид А с базовым отверстием треугольной формы,
- на фиг.6 приведен вид А с базовым отверстием квадратной формы,
- на фиг.7 приведен вид А с базовым отверстием многоугольной формы.
Шкив (фиг.1 и 2) состоит из выполненных заодно, например, методом литья, например из чугуна СЧ 21 или посредством сварки или штамповки или другим образом частей: основания 1, переходной части 2, соединяющей основание 1 с ребром жесткости 3. Переходная часть 2 выполнена из конического участка 4 и цилиндрического участка 5. Ребро 3 соединено с ободом 6 и выполненного на одном из торцов обода 6 зубчатого венца 7 с зубьями 8, предназначенными для взаимодействия с датчиком оборотов и углового положения. Основание 1 выполнено с базовым отверстием «Б» в центральной части, имеющим средство для угловой фиксации шкива на коленчатом вале.
Средство для угловой фиксации шкива на коленчатом вале может быть выполнено в нескольких вариантах:
1-й вариант в виде фиксирующего отверстия «В» (фиг.2),
2-й вариант в виде паза под шпонку «Г», выполненного в основании 1 (фиг.4),
3-й вариант в виде базового отверстия «Б» треугольной формы (фиг.5),
4-й вариант в виде базового отверстия «Б» квадратной формы (фиг.6),
5-й вариант в виде базового отверстия «Б» многоугольной формы (фиг.7).
(Коленчатый вал на фиг.1...7 не показан). В ребре жесткости 3 выполнены окна «Д», которые могут иметь или круглую, или овальную форму, или прямоугольную, или трапециевидную форму, или другую любую форму, это позволяет уменьшить вес шкива и расход материала не его изготовление.
Основание 1, переходная часть 2 (участки переходной части 4 и 5) и ребро жесткости 3 соединены между собой радиусными спряжениями R1 и R2 соответственно. На ободе 6 выполнена зубчатая поверхность для поликлинового ремня «Е». Ширина поверхности для поликлинового ремня «в» имеет важное значение, ее минимальное значение ограничено необходимостью передать определенную мощность на вспомогательные агрегаты, а максимальное значение - габаритами и весом шкива. Авторами выполнены исследования и определены граничные относительные размеры ширины поверхности для поликлинового ремня. Результаты этих исследований приведены в табл.1.
Таблица 1
Основные габаритные размеры шкива
№
Наименование параметра
1 вариант
2 вариант
1
Внешний диаметр, D<sub>0</sub>, мм
160
160
2
Диаметр обода, имеющего поверхность под
136,8
136,8
поликлиновый ремень, D<sub>1</sub>, мм
3
Толщина шкива, «а», мм
44,0
38,4
4
Ширина поверхности для поликлинового ремня, «в», мм
22,4
22,4
5
Отношение ширины поверхности поликлинового
0,5
0,6
ремня «в» к толщине шкива а
6
Отношение ширины поверхности для поликлинового ремня к диаметру этой поверхности
0,16
0,16
Из табл.1 видно, что оптимальное соотношение ширины поверхности поликлинового ремня к толщине шкива составляет:
в/а=0,5...0,6
Обоснование оптимального числа зубьев на зубчатом венце, выполненное на основании исследований, проведенных авторами при испытании нескольких вариантов шкива коленчатого вала приведено в табл.2
Таблица 2
Оптимальное число зубьев для зубчатого венца.
№
Наименование параметра
Обозначение
Оптимальные варианты
1
Число зубьев
Z
60
120
180
2
Делительный диаметр, мм
D<sub>0</sub>
160
160
160
3
Модуль
m
2,6667
1,3333
0,8888
4
Толщина зуба, мм
S
3,56
1,778
1,187
5
Высота зуба, мм
h
1,9
0,95
0,63
6
Угол поворота шкива на 1 зуб, град
φ
6
3
2
Из табл.2 видно, что оптимальное число зубьев зубчатого венца 7 находится в диапазоне от 60 до 180, что обеспечивает точность измерения угла поворота коленчатого вала от 2 до 6 град. ДВА зуба срезано для настройки датчика.
Шкив устанавливают базовым отверстием «Б» на цилиндрический выступ в передней части коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, при этом фиксирующее отверстие «Г» должно совпасть с фиксирующим штифтом, а шпонка с шпоночным пазом «В». Шкив закрепляют болтом на торце коленчатого вала. Устанавливают датчик, таким образом, чтобы его положение находилось над зубьями 8 зубчатого венца 7. Надевают ремень на профильную поверхность поликлинового ремня «Е». С другой стороны поликлиновый ремень одевают на шкив вспомогательных агрегатов (На фиг.1 и 2 поликлиновый ремень, шкив вспомогательных агрегатов, шпонка, датчик и болт не показаны.)
При работе двигателя внутреннего сгорания крутящий момент передается с коленчатого вала на шкив и далее через поликлиновый ремень на вспомогательные агрегаты, а зубчатый венец 7 контактирует с датчиком оборотов и углового положение коленчатого вала.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность шкива за счет повышения его прочности. Прочность шкива обеспечивается изготовлением всех его частей заодно, например литьем и за счет отказа от резинового слоя между ободом и основанием шкива, как это сделано в прототипе. Кроме того, сопряжение всех частей маховика радиусными поверхностями R1 и R2 снизило концентрацию напряжений.
2. Упростить конструкцию шкива. Это достигнуто выполнением шкива из одной детали методом литья за одну операцию без механической без механической обработки.
3. Снизить металлоемкость шкива за счет минимизации толщины всех его элементов и применения отверстий и окон для уменьшения затрат материала на изготовления шкива.