КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F16C3/06 

Изобретение относится к коленчатому валу для двигателя внутреннего сгорания.

Известен коленчатый вал для двигателя внутреннего сгорания, щеки кривошипа которого имеют углубления на каждой стороне и эти углубления расположены таким образом, что в зоне перекрытия коренных шеек и шатунных шеек коленчатого вала остается максимальная толщина щек [1].

Задачей изобретения является создание коленчатого вала, обеспечивающего повышенную прочность при изгибе и кручении при оптимальном уравновешивании масс.

Это достигается тем, что благодаря целенаправленно расположенным углублениям в каждой щеке кривошипа обеспечивается уменьшение веса при эффективном уравновешивании масс. В частности, углубления расположены друг над другом таким образом, что в опасной зоне каждой щеки кривошипа несмотря на максимально большие углубления создается по возможности большое поперечное сечение, которое определенно увеличивает прочность при изгибе и кручении.

Углубления образуют в каждой щеке кривошипа ориентированный в продольных плоскостях щеки U-образный профиль, который поддерживает оптимальную прочность при кручении и изгибе в наиболее опасной зоне.

Большое поперечное сечение между обоими углублениями достигается с помощью ребра жесткости, которое имеет максимальное возвышение в зоне перекрытия между коренными и шатунными шейками.

Конструкция углублений или их форма и размер может быть различной по величине в зависимости от конструктивных данных в непосредственно расположенных друг против друга щеках кривошипа. Если углубления в зоне шатунной шейки относительно велики, уменьшается вращающаяся часть массы, что ведет к более благоприятному уравновешиванию масс при одновременном уменьшении веса. Эти меры в коленчатом вале четырехцилиндрового двигателя могут быть осуществлены без вставных сердечников просто в виде литой или кованой детали. Угол поворота противовеса щеки кривошипа может рассчитываться в соответствии с вращающейся массой. Угол поворота противовеса щеки кривошипа оптимизирован с точки зрения относительного оптимума для минимального веса при максимально возможном уравновешивании масс. Относительно угла в 180^о величины для идеального угла находятся в пределах 19,4% экономии веса и 4,6% потери уравновешенности.

На фиг.1 показана часть коленчатого вала с расположенными в щеках кривошипа относительно продольной оси друг над другом углублениями; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - коленчатый вал с углублениями в щеках кривошипа, вид спереди; на фиг. 4 - щеки кривошипа с углублениями различных размеров в зоне шатунной шейки; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1 (слева) и В-В на фиг.4 (справа).

Коленчатый вал 1 двигателя внутреннего сгорания содержит отходящие от коренных шеек 2 колена 3, которые включают шатунную шейку 4, соединяющую щеки 5 и 6 кривошипа. В каждой щеке кривошипа вала соответственно расположены друг над другом относительно продольной оси углубления 7 и 8, разделенные с помощью ребра 9 жесткости.

Оба углубления 7 и 8 (фиг.2 и 3) образуют закругленные переходы и простираются в вертикальных продольных плоскостях щек 5 и 6 кривошипа, т.е. поперек коронных шеек коленчатого вала.

Первое углубление 8 имеет больший объем, чем второе 7, и расположено в зоне коренной шейки 2, причем второе углубление меньшего объема расположено в зоне шатунной шейки 4. Ребра жесткости 9 предусмотрены в зоне 10 перекрытия коренных шеек 2 и шатунных шеек 4.

Первое углубление 8 может иметь различные глубины t и t₁, которые вдаются в наружный контур 11 коренной шейки 2, второе углубление 7 имеет глубину t₃, которая заканчивается на уровне наружного контура 12 шатунной шейки 6.

Углубления 7 и 8 в щеках 5 и 6 кривошипа расположены соответственно симметрично относительно вертикальной продольной средней плоскости "х-х" и заканчиваются во внешнем контуре К к свету щек 5 и 6 кривошипа. Углубления 7 и 8 образуют в щеках U-образный профиль с боковыми щеками 13 и 14.

Первое углубление 8 расположено по обеим сторонам проходящей через коренные шейки 2 горизонтальной средней поперечной плоскости y-y (фиг.3), причем второе углубление 7 расположено ниже проходящей через среднюю ось 15 шатунной шейки 4 плоскости b-b.

Ребро жесткости 9 между углублениями 7 и 8 простирается до наружного контура К щеки 5 и 6 кривошипа и имеет максимальную ширину b.

Углубление 8 выполнено почти до половины по обеим сторонам проходящей через продольную ось 16 коренной шейки горизонтальной плоскости y-y, причем другое углубление 7 относительно оси 15 шатунной шейки 4 расположено несколько ниже проходящей через эту ось горизонтальной плоскости b-b. Между этими обеими плоскостями y-y и b-b находится третья горизонтальная плоскость z-z, которая проходит через зону перекрытия 10 коренной шейки 2 и шатунной гайки 4.

В плоскости z-z, расположено ребро 9 жесткости с наивысшей точкой, которое установлено под углом α к оси 16 коренной шейки 2 и проходит в наклонной плоскости v-v. Параллельно этой плоскости v-v проходят линии 17 и 18 горизонтальной проекции боковых поверхностей углублений или ребра жесткости.

Плоскости v-v щек кривошипа пересекаются в проходящей через коренную шейку 2 плоскости а-а под тупым углом β.

Расположенные друг против друга углубления 7 и 8 каждой щеки 5 и 6 кривошипа имеют одинаковый размер и форму (фиг.2 и 3). В соответствии с другим вариантом выполнения согласно фиг.4-6 эти конструкции могут иметь другие размер и форму. Например, углубление 7 в щеке 5 кривошипа (фиг.2 и 3) выполнено меньшего размера и другой формы, чем углубление 7а противоположной щеки 6 кривошипа. Точно так же углубления 7 и 8 в щеках 5 и 6 кривошипа выполнены различными по форме и величине.

Пунктирными линиями 19, 20 для углублений 7 и 7а, а также пунктирными линиями 21 и 22 для углублений 8 изображены возможные глубины этих углублений. В принципе ребро жесткости 9 с его наивысшей точкой Г расположено в плоскости z-z, которая характеризует зону перекрытия 10 между шатунными и коренными шейками.

Сущность изобретения: коленчатый вал для двигателя внутреннего сгорания содержит оснащенные углублениями щеки кривошипа. Углубления сформованы в щеках кривошипа соответственно симметрично относительно вертикальной продольной средней плоскости и расположены друг против друга в пределах наружного контура в свету щек кривошипа. В зоне углублений участки выполнены в виде U - образного в поперечном сечении профиля с боковыми щеками. Между выполненными по системе расположения друг над другом углублениями щек кривошипа в зоне перекрытия шатунных шеек и коренных шеек расположено ребро жесткости. Благодаря расположенным углублениям в каждой щеке кривошипа обеспечивается уменьшение веса при эффективном уравновешивании масс. В частности, углубления расположены друг над другом таким образом, что в опасной зоне каждой щеки кривошипа несмотря на максимально большие углубления создается по возможности большое поперечное сечение, которое может увеличивать прочность при изгибе и кручении. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий коренные шатунные шейки, расположенные со взаимным перекрытием, и щеки, на противоположных сторонах которых выполнены два углубления, а в зоне перекрытия шеек-выступы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, на щеках выполнены два дополнительных углубления, которые совместно с ранее упомянутыми расположены в пределах наружного контура щек попарно симметрично относительно их продольной плоскости симметрии, углубления в каждой расположенной по одну сторону от упомянутой плоскости паре расположены одно над другим, выступы имеют форму ребер и расположены между углублениями, а поперечное сечение щек в зоне углублений имеет U-образную форму. 2. Вал по п.1, отличающийся тем, что поверхности углублений сопряжены с наружным контуром щеки и с ребрами плавными криволинейными поверхностями, одна симметричная пара углублений расположена по обе стороны от горизонтальной продольной плоскости симметрии коренной шейки, а диаметр последней превышает минимальное расстояние между взаимообращенными поверхностями упомянутых углублений. 3. Вал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что другая симметричная пара углублений расположена ниже горизонтальной продольной плоскости симметрии шатунной шейки. 4. Вал по пп.1 - 3, отличающийся тем, что линии перегиба ребер расположены в пределах наружного контура щек в зоне их максимальной ширины и лежат в горизонтальной плоскости симметрии зоны перекрытия коренной и шатунной шеек. 5. Вал по пп.1 - 4, отличающийся тем, что плоскость, проходящая через линию перегиба ребра, расположена под острым углом к продольной оси коренной шейки и параллельно горизонтальным проекциям боковых поверхностей ребра на продольную плоскость симметрии щеки. 6. Вал по пп.1 - 5, отличающийся тем, что плоскости, проходящие через линии перегиба ребер смежных щек, пересечены под тупым углом к проходящей через шатунную шейку вертикальной плоскости симметрии. 7. Вал по пп.1 - 6, отличающийся тем, что углубления, расположенные в зоне шатунных шеек, выполнены меньшим объемом по отношению к объему углублений, расположенных в зоне коренных шеек. 8. Вал по пп.1 - 7, отличающийся тем, что углубления в противоположных щеках, расположенные в зоне шатунной шейки, выполнены с различным объемом, а другая пара углублений выполнена с одинаковыми объемами. 9. Вал по пп.1 - 6, отличающийся тем, что все углубления выполнены одинакового объема.