ЭЛЕМЕНТ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА И СОСТАВНОЙ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
CRANKSHAFT ELEMENT AND COMPOSITE CRANKSHAFT

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям составных коленчатых валов, использующихся для преобразования возвратно-поступающего движения во вращательное и наоборот.
Известен коленвал (Политехнический словарь. Москва. Советская энциклопедия. 1989, с. 231), представляющий собой вращающееся звено кривошипно-шатунного механизма, содержащий две и более соосные опорные шейки и одну или более эксцентрично расположенные шатунные шейки. Его недостатками являются: высокая трудоемкость изготовления и невозможность применения подшипников качения на опорных шейках при двух и более шатунных шейках.
Известен коленвал (RU2113592), состоящий из прямого вала эллипсного профиля, проставной втулки с эксцентрично выполненным внутренним профильным отверстием под вал и подшипника качения, насаженного на проставную втулку и играющего роль шатунной шейки. Такая конструкция позволяет применять для опорных шеек подшипники качения. Ее недостатком является сложность изготовления эллипсного вала и сопрягающихся с ним элементов. Коленвал характеризуется большими габаритами.
Известен составной коленчатый вал (RU 2095647), выбранный в качестве прототипа, содержащий щеки, по меньшей мере одну шатунную и коренные шейки, соединенные со щеками при помощи пальцев, запрессованных в торцевые отверстия шеек через сквозные отверстия щек, и устройство фиксирования шеек от проворота относительно щек. В каждой щеке выполнено эксцентричное посадочное отверстие, в котором свободно устанавливается устройство фиксирования. Набор щеки с пальцами и шейками выбран в качестве прототипа элемента коленчатого вала. Недостатком известного составного коленчатого вала является слабая прочность и жесткость на скручивание.
Технической задачей изобретения является повышение технологичности изготовления составного коленчатого вала, повышение прочности и жесткости коленчатого вала (его частей).
Технический результат достигается в элементе коленчатого вала, выполненном как одно целое, состоящем из двух щек с опорными шейками, щеки соединены шатунной шейкой, по крайней мере одна из щек выполнена шестеренчатой. Опорные шейки снабжены подшипниками. Каждая щека может быть выполнена шестеренчатой. Щеки снабжены балансировочными отверстиями.
Технический результат достигается в составном коленчатом вале, который образован валом с шестерней, взаимодействующим с, по крайней мере, одним элементом коленчатого вала, состоящим из двух щек с опорными шейками, щеки соединены шатунной шейкой, по крайней мере одна из щек выполнена шестеренчатой. Составной коленчатый вал может быть образован набором элементов коленчатого вала, взаимодействующих с шестерней или с шестернями вала через шестеренчатую щеку. Для этого, длина шестерни вала выполняется не меньше расстояния между крайними шестеренчатыми щеками в наборе элементов коленчатого вала, либо вал снабжен отдельными шестернями, взаимодействующими с разнесенными шестеренчатыми щеками в наборе элементов коленчатого вала. Вал и опорные шейки снабжены подшипниками. Каждый элемент коленчатого вала выполнен как одно целое. Каждая щека может быть выполнена шестеренчатой. Вал может быть снабжен, по крайней мере, двумя шестернями, взаимодействующими с разнесенными шестеренчатыми щеками в наборе элементов коленчатого вала (например, состоящем из четырех элементов). Щеки могут быть снабжены балансировочными отверстиями.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг.1 - элемент коленчатого вала (разрез);
фиг.2 - составной коленчатый вал (разрез);
фиг.3 - объемное изображение составного коленчатого вала.
Составной коленчатый вал (фиг. 2, 3) образован валом 1 с, по крайней мере, одной шестерней 2 (на рисунках показаны две шестерни 2), взаимодействующей с шестеренчатой щекой 3 элемента 4 коленчатого вала.
Элемент 4 коленчатого вала (фиг. 1) выполнен как одно целое и состоит из двух щек соединенных шатунной шейкой 7: шестеренчатой щеки 3 и щеки 5 с опорными шейками 6. Таким образом, по крайней мере одна из щек выполнена шестеренчатой (в виде шестерни, как показано на рисунках). Кроме того, каждая щека 3, 5 может быть выполнена в виде шестерни (две шестеренчатые щеки). Опорные шейки 6 снабжены подшипниками 9. Щека 5, выполненная без шестерни, может иметь круглую (как показано на рисунках) или иную форму.
Для балансировки элемента 4 коленчатого вала, вблизи шатунной шейки 7, в щеках могут выполняться балансировочные отверстия 14, которые могут быть сквозными или глухими и выполняются круглой или иной формы.
Составной коленчатый вал, может быть образован набором элементов 4. Например, показанный на рисунках составной коленчатый вал образован валом 1 с двумя шестернями 2, взаимодействующими с шестеренчатыми щеками 3 набора элементов 4 коленчатого вала, состоящего из четырех элементов 4. Вал 1 и опорные шейки 6 снабжены подшипниками 9 качения или скольжения. Каждый элемент 4 коленчатого вала может быть выполнен как одно целое (изготовлен из цельного отрезка проката).
На вале 1 может быть выполнено несколько шестерней 2, взаимодействующих с разнесенными (вдоль вала 1) шестеренчатыми щеками 3 элементов 4 коленчатого вала входящих в набор элементов 4. При этом, вал 1 имеет гладкие шейки 10 в местах, где элементы 4 коленчатого вала не касаются вала 1, а одна шестерня 2 может взаимодействовать с несколькими шестеренчатыми щеками 3 разных элементов 4 коленчатого вала, (при расположении таких шестеренчатых щек 3 в одной плоскости, перпендикулярной валу 1)
Длина шестерни 2, выполненной на валу 1, может составлять не меньше расстояния между крайними шестеренчатыми щеками 3 (обозначено на рисунке как L, измеряется по внешним краям шестеренчатых щек 3) в наборе элементов 4.
Кроме того, при выполнении обеих щек одного элемента 4 коленчатого вала шестеренчатыми, длина шестерни 2 может составлять не меньше расстояния между шестеренчатыми щеками 3 этого элемента 4 коленчатого вала.
Составной коленчатый вал изготавливается и работает следующим образом.
Вал 1 c шестернями 2 и элементы 4 коленчатого вала устанавливаются на подшипники 9 и монтируются в корпусе (не показан), обеспечивающем их соединение между собой (зубцы шестерней 2 входят в зацепление с шестеренчатыми щеками 3) и совместное вращение. На фиг.3 показаны постели 11 (бугели не показаны) с посадочными местами 12, которые могут являться единым целым с корпусом.
В зависимости от количества элементов 4 коленчатого вала в наборе элементов 4, задается угол разворота шатунных шеек 7 (на них установлены шатуны 13, совершающие поступательное движение). Например: 2 элемента коленчатого вала - через 180°; 4 элемента коленчатого вала - через 90°; 6 элементов коленчатого вала - через 60°. Последовательное поступательное движение каждого из шатунов 13 приводит во вращение элементы 4 коленчатого вала, которое через зубчатое зацепление шестерней 2 и шестеренчатых щек 3 передается на вал 1.
Составной коленчатый вал и элементы коленчатого вала характеризуются простотой и технологичностью изготовления. При работе достигается более равномерное распределение нагрузок по сравнению с традиционным коленвалом, возникает меньше изгибающих нагрузок. Система отличается повышенной жесткостью. Появляется возможность выполнить большое количество колен. Возможно применение подшипников качения. При необходимости, изношенные части могут быть заменены.