СБОРНО-РАЗБОРНЫЙ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВС
ASSEMBLING-DISASSEMBLING ICE CRANKSHAFT

Изобретение относятся к области машиностроения, а именно к механизмам двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и компрессорных машин, в составе которых используется кривошипно-ползунный механизм, и, в частности, к усовершенствованию конструкции коленчатого вала.
Известен составной кривошипный вал, содержащий щеки и расположенные между ними последовательно коренные и кривошипные шейки, контактирующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями щек, при этом коренные и кривошипная шейки стянуты со щеками вдоль оси вращения вала при помощи резьбового соединения, а кривошипная шейка зафиксирована от проворота относительно щек и коренных шеек (см. патент РФ №2095647, опубл. 10.11.1997).
Недостатками известного вала являются увеличенные осевые габариты, а также недостаточная жесткость вала. Так, отсутствие устройства непосредственного стягивания коренной и кривошипной шеек приводит к необходимости установки между ними промежуточных деталей - щек, к которым притягиваются шейки, что ослабляет вал, а также увеличивает расстояние между коренными подшипниками, что, в свою очередь, также снижает жесткость вала.
Известен составной коленчатый вал, содержащий расположенные соосно коренные шейки, щеки и установленную между щеками кривошипную шейку, расположенную эксцентрично относительно оси вращения вала и контактирующую, по меньшей мере, одной своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью соединяемой с ней щеки, при этом соединяемые между собой детали стянуты между собой вдоль оси вращения вала при помощи резьбового соединения, а кривошипная шейка зафиксирована от проворота относительно стянутой с ней щеки (см. Европейский патент 1529992, опубл.).
Недостатками аналога являются увеличенные осевые габариты из-за наличия щек, что приводит также к снижению жесткости вала из-за увеличения расстояния между коренными подшипниками. Наличие щек обусловлено необходимостью выполнения замкнутой цилиндрической поверхности фиксатора, эквидистантой диаметру соединяемой с ней кривошипной шейки, а габариты кривошипной шейки выходят за пределы габаритов коренной шейки. Кроме того, такая конструкция требует точнейшего соблюдения сопрягаемых размеров на разнотипных деталях, что, в отличие от вала по указанному выше патенту РФ №2095647, труднодостижимо.
Известен патент составного кривошипного вала, содержащий щеки, расположенные соосно коренные шейки и установленную между ними кривошипную шейку, расположенную эксцентрично относительно оси вращения вала, а кривошипная шейка зафиксирована от проворота относительно коренных шеек (см. патент ФРГ 2006009152, опубл. 06.09.2007).
Недостатками известного вала являются его малая жесткость между элементами в силовом соединении частей вала осуществляется только за счет обжатия их щекой в радиальном направлении. При этом увеличение жесткости достигается за счет увеличения ширины щек, что приводит к увеличению расстояния между коренными подшипниками, что, в свою очередь, снижает жесткость вала и увеличивает габариты и массу вала.
Наиболее близким по своей сути изобретением (прототипом) сборно-разборного коленчатого вала является конструкция, приведенная в патенте РФ №2456484 от 7.12.10 г. Недостатками прототипа является возможность ослабления и уменьшения жесткости конструкции, а следовательно, и снижения надежности такого вала из-за применения стягивающих фиксаторов.
Задачей изобретения является разработка надежного соединения элементов сборно-разборного коленчатого вала ДВС, обеспечивающего жесткое соединение коренных и шатунных шеек со щеками вала, а следовательно, и надежную работу самого сборно-разборного коленчатого вала ДВС или поршневого компрессора. Кроме того, задачей изобретения является уменьшение количества деталей, образующих сборно-разборный коленчатый вал, упрощение их конструкции и снижение массогабаритных показателей соединяемых элементов коленчатого вала при обеспечении их надежного соединения и работы, а также высокой ремонтопригодности.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет применения в качестве стягивающего фиксатора четырехгранного клина, коренных и шатунных шеек, имеющих специальные торцевые выступы, а также упрощения конструкции соединительных элементов, уменьшения их количества и повышения надежности работы и ремонтопригодности сборно-разборного коленчатого вала за счет непосредственного соединения простых в изготовлении деталей.
На чертеже (фиг. 1) изображен сборно-разборный коленчатый вал ДВС в разрезе.
Сборно-разборный коленчатый вал состоит из следующих конструктивных элементов: 1 - передний хвостовик; 2 - шпоночная канавка шестерни распределения; 3 - коренная шейка с посадочным местом упорных шариковых подшипников; 4 - контргайка; 5 - стопорная шайба; 6а, 6б, 6в и 6г - соответственно: щека переднего хвостовика с проточками, щека первого шатунного подшипника качения с проточками, щека второго шатунного подшипника качения с проточками, щека заднего хвостовика с проточками; 7 - втулка первого шатунного подшипника качения с выступами; 8 - втулка коренных подшипников качения с выступами; 9 - втулка второго шатунного подшипника качения с выступами; 10 - коренная щейка упорных шариковых подшипников заднего хвостовика коленчатого вала; 11 - соединительный четырехгранный клин втулки первого шатунного подшипника; 12 - соединительный четырехгранный клин втулки второго шатунного подшипника; 13 - соединительный четырехгранный клин втулки коренного подшипника; 14 - фланец крепления маховика.
Работает коленчатый вал следующим образом. Возвратно-поступательное движение поршней передается шатунам, соединенным с поршнями и совершающим колебательное плоскопараллельное движение. В результате колебательное плоскопараллельное движение шатунов передается через подшипники качения шатунным втулкам 7 и 9, имеющим конструкцию, представленную на фиг. 2. От втулок 7 и 9 через выступы движение передается через проточки в щеках 6а, 6б, 6в и 6г (фиг. 3), которые жестко соединены в единое целое посредством четырехгранных клиньев 11, 12 и 13 (фиг. 4). При этом вращательное движение передается через подшипники качения, которые при сборке коленчатого вала запрессовываются на посадочные места коренной шейки упорных шариковых подшипников 3, переднему хвостовику 1 (фиг. 5) и далее, через шпонку, установленную в шпоночной канавке 2, - шестерням распределения. Также вращательное движение относительно оси втулки коренных подшипников качения 8 (фиг. 1) и коренной шейки упорного шарикового подшипника заднего хвостовика 10 (фиг. 6) передается маховику, соединенному с фланцем 14 сборно-разборного коленчатого вала.
При сборке коленчатого вала соединение щек 6а, 6б, 6в и 6г с втулками 7, 8 и 9 осуществляется через торцевые выступы и проточки посредством четырехгранных клиньев 11, 12 и 13, при этом выбор зазоров обеспечивается клиновыми силовыми соединениями втулок со щеками, а самовыдвижению клиньев препятствуют контргайки 4 со стопорными шайбами 5. Такое соединение обеспечивает необходимую жесткость конструкции сборно-разборного коленчатого вала, а торцевые выступы втулок и проточки в щеках и соединяющие их четырехгранные клинья - устойчивое без проворачивания втулок 7, 8 и 9 вращение вала.
Кроме того, использование в конструкции сборно-разборный коленчатый вал минимального количества простых в изготовлении деталей, а именно переднего и заднего хвостовиков, втулок, щек и четырехгранных клиньев, соединенных в единое целое силовым клиновым соединением, обеспечивает их надежную работу, а также высокую ремонтопригодность такого вала.