КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ С МАСЛОГОННЫМИ КАНАВКАМИ Российский патент 1998 года по МПК F16C3/14 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно - к двигателестроению, и может быть использовано в конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Известен коленчатый вал с канавками на поверхности коренных и шатунных шеек, которые служат для удержания масла, что способствует повышению работоспособности вала (прототип).

Указанная конструкция характеризуется тем, что канавки глубиной 10...15 мкм нанесены в виде синусоиды по винтовой линии и образуют своеобразный микрорельеф на поверхности шеек вала, который удерживает частицы масла, т.е. служит аккумулятором смазки, что улучшает условия прирабатываемости и эксплуатации коленчатого вала.

Однако ввиду однонаправленности винтовой линии ее зигзагообразности и малой глубины, такие канавки могут удерживать лишь часть смазки и не обеспечивают возврат масла от торцов зазора к середине шейки. Следовательно, данная конструкция канавок не способна обеспечить возврат части масла от торцов шейки обратно в зазор между шейкой вала и вкладышем подшипника и не снижает его удельный расход.

Целью изобретения является улучшение условий работы коленчатого вала при одновременном уменьшении удельного расхода масла.

Указанная цель достигается за счет нанесения на коренные и шатунные шейки коленчатого вала винтовых канавок, по две на каждую шейку.Канавки имеют различные направления и идут от середины шейки таким образом, что направление всех канавок, идущих от середины шеек к фланцу крепления маховика, совпадают с направлением вращения коленчатого вала (т.е. правая спираль канавки при вращении коленвала по часовой стрелке, если смотреть со стороны переднего конца коленвала), а направление всех канавок, идущих от середины шеек к переднему концу коленвала, обратное направлению его вращения (т.е. левая спираль канавки при вращении вала по часовой стрелке).

Шаг спирали всех канавок выбран исходя из того, что на самой короткой по длине шейке коленчатого вала должны разместиться два полных витка правого и левого направлений. Канавки не должны доходить до шейки коленчатого вала на величину радиуса галтели. Профиль канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75 до 2% от радиуса шейки коленчатого вала.

Для обеспечения идентичности условий работы шеек коленчатого вала обе винтовые канавки каждой шейки начинаются в точке геометрического центра отверстия масляного канала, а для шеек, не имеющих выхода масляного канала, в произвольной точке окружности середины шейки.

Ранее были предприняты попытки решения подобной задачи выполнением винтовых канавок на вкладышах подшипников скольжения. По нашему мнению, такие решения несостоятельны ввиду того, что смазка на неподвижном вкладыше будет интенсивно стекать по правой и левой спирали. Это ухудшит условия работы коленчатого вала и потребует повышенного расхода масла для поддержания нормального рабочего процесса.

По этим и другим соображениям предлагаемое нами решение наиболее оптимально и не имеет аналогов в мировой практике.

На фиг. 1 показан элемент коленчатого вала с нанесенными винтовыми канавками 4 и 5 с правым и левым направлением витков на коренных 1 и шатунных 2 и 3 шейках. Здесь же показана сходимость витков правого и левого направлений одной шейки в точке геометрического центра отверстия масляного канала (точка 0).

Конструкция работает следующим образом: при заполнении маслом зазора подшипника скольжения коренных и шатунных шеек происходит и заполнение канавок. При вращении коленчатого вала канавки шеек работают как шнеки, транспортируя масло от торцов масляного зазора к серединам шеек.

Возврат части масла в зазор повышает давление в масляном слое, улучшает условия работы пары трения, что приводит к уменьшению потерь мощности на преодоление сил трения в подшипнике. Это в конечном итоге способствует снижению удельного расхода масла и топлива.

По данным наших исследований, образцы с маслогонными канавками подвержены вдвое меньше воздействию сил трения по сравнению с образцами без подобных канавок. Образцы для испытания на трение были изготовлены из стали 40Х, которая применяется для изготовления коленчатых валов быстроходных дизелей типа ч8,5/11 и ч9,5/11.

Согласно проведенных расчетов, применение конструкции шеек коленчатых валов с маслогонными канавками на этих дизелях позволяет снизить удельный расход масла на 0,7...0,8 г/л с-ч, и расход топлива на 2,5%.

Коленчатый вал с маслогонными канавками может быть использован в конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания. Коленчатый вал выполнен с канавками на коренных и шатунных шейках, причем на каждой коренной и шатунной шейке от ее середины выполнено по две спиральных канавки, одна из которых идет к фланцу крепления маховика в направлении вращения коленчатого вала, а другая идет к переднему концу коленчатого вала в направлении, обратном вращению коленчатого вала. Шаг спирали выбран таким образом, чтобы каждая канавка на самой короткой длине шейки коленчатого вала имела один полный виток, а профиль каждой канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75 до 2% радиуса шейки коленчатого вала. Техническим результатом, ожидаемым от применения данного изобретения, является улучшение условий работы коленчатого вала при одновременном уменьшении удельного расхода масла. 2 ил.

Коленчатый вал с канавками на коренных и шатунных шейках, отличающийся тем, что на каждой коренной и шатунной шейке от ее середины выполнено по две спиральных канавки, одна из которых идет к фланцу крепления маховика в направлении вращения коленчатого вала, а другая идет в переднему концу коленчатого вала в направлении, обратном вращению коленчатого вала, шаг спирали выбран таким образом, чтобы каждая канавка на самой короткой по длине шейке коленчатого вала имела один полный виток, а профиль каждой канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75% до 2% радиуса шейки коленчатого вала.