СОСТАВНОЙ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
COMPOSITE CRANKSHAFT

Изобретение относится к машиностроению, а именно к составным коленчатым валам, преимущественно для буровых насосов и двигателей внутреннего сгорания.
Известен составной коленчатый вал (патент №2011897, RU, МПК F16C3/06), содержащий коренные шейки, кривошипные щеки и шатунные шейки. На коренных шейках и/или на шатунных шейках выполнены прямые, гладкие снаружи трубчатые участки в качестве соединительных зон, которые вставляются в прямые осепараллельные сквозные отверстия в кривошипных щеках и закрепляются путем пластического расширения трубчатых участков с остающимся упругим напряжением в сквозных отверстиях.
Известный составной вал обладает сложной конструкцией, большими габаритами и массой, низкой ремонтопригодностью, а для обеспечения точности вращения шеек требует при сборке проведения работ по их точной ориентации и уравновешиванию.
Известен составной коленчатый вал (патент №2095647, RU, МПК F16C 3/12), взятый в качестве прототипа, 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 известного составного коленчатого вала являются его увеличенные осевые габариты и масса, а также недостаточные жесткость и долговечность вала. Так, наличие промежуточных щек, установленных между коренными и кривошипными шейками, приводит к увеличению осевых габаритов вала и его массы, а также увеличивает расстояние между коренными подшипниками, что снижает жесткость вала и его надежность. Кроме того, конструкция данного устройства требует производства корректировки углового положения шеек относительно щек, что снижает ремонтопригодность устройства, затрудняя его сборку.
Целью заявленного изобретения является снижение габаритов и массы вала при сохранении его высокой жесткости, а также повышение его ремонтопригодности и долговечности.
Поставленная цель достигается тем, что в составном коленчатом валу, содержащем 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.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении осевых габаритов и массы коленчатого вала, а также в обеспечении его высокой жесткости и надежности. Данный результат достигается благодаря тому, что в заявленном устройстве шатунные и коренные шейки контактируют непосредственно друг с другом, что позволяет достичь минимально возможное расстояние между опорами и, следовательно, снизить до минимума изгибные напряжения, возникающие при работе вала. Конструкция заявленного устройства повышает также и долговечность коленчатого вала благодаря возможности его многократного использования (производя замену только неисправных элементов). При этом не требуется производить работы по ориентации шеек, что повышает ремонтопригодность и упрощает сборку и монтаж вала. Выполнение щек в виде скрепленных между собой (например, болтовым соединением) двух крышек и двух стоек также упрощает сборку-разборку и при этом повышает жесткость собранного вала. Кроме того, жесткость собранному валу, как в продольном, так и в окружном направлении придает наличие шпонок и полуколец, объединяющих щеку с шатунной и коренной шейками. Для изготовления заявленного коленчатого вала и его монтажа не требуется высокоточного оборудования, а для его обслуживания и ремонта не требуется высокая квалификация персонала.
Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором изображено:
- фиг. 1 - общий вид коленчатого вала;
- фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Коленчатый вал может содержать по меньшей мере одну шатунную шейку 1 (фиг. 1) и две коренные шейки 2. Каждая щека 3 выполнена в виде соединенных между собой (например, болтовым соединением) коренной крышки 4 (фиг. 2), шатунной крышки 5 и двух стоек 6. В сквозном посадочном отверстии 7 щеки 3 установлены соединенные между собой коренная шейка 2 и шатунная шейка 1. При этом в кольцевых канавках 8, выполненных на наружных поверхностях коренной и шатунной шеек, а также на внутренних поверхностях обеих крышек и обеих стоек щеки 3 установлены четыре полукольца 9, фиксирующие шатунную и коренную шейки от осевого перемещения. Шатунная и коренная шейки объединены с соответствующими шатунной и коренной крышками при помощи шпонок. Шпонка 10 установлена в пазу 11 коренной крышки 4 и в пазу 12 коренной шейки 2, а шпонка 13 установлена в пазу 14 шатунной крышки 5 и в пазу 15 шатунной шейки 1. Шпонки 10 и 13 выполняют одновременно функцию передачи валу крутящего момента и функцию фиксации шеек от проворота относительно щек. Кроме того, шейки дополнительно снабжены выступами 16 (фиг. 1) и пазами 17 для соединения составных элементов (шатунных и коренных шеек) между собой с образованием коленчатого вала.
Для выполнения сборки коленчатого вала необходимо соединить коренную и шатунную шейки. Для этого в паз 17 на коренной шейке 2 вводят выступ 16 шатунной шейки 1. Затем шатунную крышку 5 (фиг. 2) (с заранее установленными в соответствующих кольцевых канавках 8 двумя полукольцами 9 и с установленной в пазу 14 шпонкой 13) устанавливают на коренной шейке 2 таким образом, чтобы шпонка 13 разместилась в пазу 15 на коренной шейке 2. Аналогичным образом устанавливают на шатунную шейку 1 коренную крышку 4 (с предварительно установленными в соответствующих кольцевых канавках 8 коренной крышки 4 двумя полукольцами 9 и с установленной в пазу 11 шпонкой 10). Далее две стойки 6 размещают между шатунной и коренной крышками и скрепляют все четыре детали щеки между собой болтовым соединением, которое позволяет выбрать все зазоры в соединениях частей вала, повышая тем самым надежность и долговечность работы всех его составных частей.