КОМПРЕССОР С КОЛЕНЧАТЫМ ВАЛОМ И ВСТАВКОЙ Российский патент 2019 года по МПК F04B39/00 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к вариантам осуществления воздушного компрессора для коммерческого транспортного средства. Воздушный компрессор для коммерческого транспортного средства соединен с двигателем через коленчатый вал. Поскольку компрессор приводится от двигателя транспортного средства, коленчатый вал вращается непрерывно. Масло направляется от двигателя к входу для масла компрессора. Маслопроводный канал в коленчатом вале направляет масло под давлением к основным подшипникам компрессора.

[0002] Компрессоры в коммерческих транспортных средствах часто оснащены механизмом сквозной передачи, благодаря которому вспомогательные устройства, такие как водяные насосы и насосы рулевого механизма, могут быть соединены с компрессором через коленчатый вал, чтобы как компрессор, так и вспомогательные устройства могли быть приведены от двигателя. В целом, производитель транспортного средства желает, чтобы эти вспомогательные устройства находились как можно ближе к двигателю, но пространство в двигательном отсеке коммерческого транспортного средства является первостепенным фактором. Существует потребность в компактном воздушном компрессоре для соединения с двигателем коммерческого транспортного средства, который может эффективно приводить расположенные после него вспомогательные устройства.

Сущность изобретения

[0003] Описаны различные варианты осуществления коленчатого вала компрессора в сборе. Коленчатый вал содержит первый сегмент, второй сегмент, имеющий наружный диаметр на дальнем конце, и полость, продолжающуюся во второй сегмент на дальнем конце. Полость содержит первую часть, имеющую первый внутренний диаметр, и вторую часть, имеющую второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр. Коленчатый вал содержит прямолинейный канал во втором сегменте, причем прямолинейный канал не пересекает полость. Коленчатый вал в сборе также включает в себя вставку, имеющую первый конец с первым диаметром вставки и второй конец со вторым диаметром вставки, причем вставка выполнена по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью.

[0004] Согласно другому аспекту, компрессор в сборе включает в себя корпус; поршень в корпусе; и коленчатый вал в корпусе, соединенный с поршнем. Коленчатый вал содержит первый сегмент, имеющий первую шейку; второй сегмент, имеющий вторую шейку и наружный диаметр на дальнем конце. Полость проходит во второй сегмент и содержит первый внутренний диаметр и второй внутренний диаметр. Второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр. Коленчатый вал включает в себя прямолинейный канал во втором сегменте, причем прямолинейный канал не пересекает полость. Коленчатый вал также включает в себя вставку для приведения соответствующего вспомогательного устройства, причем вставка имеет первый конец с первым диаметром вставки, выполненный по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью, и второй конец со вторым диаметром вставки и фаской, причем второй диаметр вставки меньше, чем первый диаметр вставки.

Краткое описание чертежей

[0005] На прилагаемых чертежах, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, проиллюстрированы варианты осуществления изобретения, которые вместе с приведенным выше кратким описанием изобретения и приведенным ниже подробным описанием предназначены для иллюстрирования вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0006] На Фиг.1 показан вид в разрезе компрессора в сборе согласно примеру настоящего изобретения.

[0007] На Фиг.2 показан вид в разрезе коленчатого вала в сборе согласно примеру настоящего изобретения.

[0008] На Фиг.3 схематично показана вставка для коленчатого вала в сборе согласно примеру настоящего изобретения.

[0009] На Фиг.4 схематично показана вставка для коленчатого вала в сборе согласно другому примеру настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

[0010] На Фиг.1 показан вид в частичном разрезе одноцилиндрового компрессора 50 в сборе согласно примеру настоящего изобретения. Коленчатый вал 10 установлен внутри отверстия 52 корпуса 51 компрессора 50. Коленчатый вал 10 включает в себя первый сегмент 12, который соединен с вращающейся частью двигателя (не показан). Коленчатый вал 10 соединен с поршнем (не показан) для сжатия воздуха, когда коленчатый вал 10 вращается и компрессор 50 находится под нагрузкой.

[0011] Коленчатый вал 10 включает в себя полость 40 у дальней части второго сегмента 13. Полость 40 содержит по меньшей мере первый внутренний диаметр и второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр.

[0012] Коленчатый вал 10 включает в себя первый прямолинейный канал 42. Первый прямолинейный канал 42 может быть использован для направления масла под давлением к подшипнику 30 компрессора 50. Первый прямолинейный канал 42 образован в коленчатом вале 10 посредством механической обработки за одну операцию. Полость 40 выполнена так, чтобы не пересекаться с первым прямолинейным каналом 44 или не требовать механической обработки первого прямолинейного канала 42 за несколько операций.

[0013] Вставка 20 установлена в полости 40 посредством посадки с натягом в первый внутренний диаметр полости 40. Какие-либо другие крепежные устройства для удерживания вставки 20 в полости 40 не нужны. Вспомогательное устройство (не показано), такое как насос рулевого механизма, соединено с компрессором 50 через вставку 20. Вращательное перемещение коленчатого вала 10 передается к вспомогательному устройству через вставку 20. Крутящий момент, передаваемый к вспомогательному устройству, составляет около 140 Н•м.

[0014] Следовательно, компрессор в сборе включает в себя корпус; поршень в корпусе; и коленчатый вал в корпусе, соединенный с поршнем. Коленчатый вал содержит первый сегмент, второй сегмент и полость, продолжающуюся во второй сегмент. Полость содержит первый внутренний диаметр и второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр. Вставка выполнена по размерам с возможностью посадки с натягом в первый внутренний диаметр полости для приведения вспомогательного устройства.

[0015] На Фиг.2 показан коленчатый вал 10 с видом в разрезе установленной вставки 20. Первый сегмент 12 включает в себя часть 14 для соединения с двигателем и первую шейку 16. Первый сегмент 12 включает в себя второй прямолинейный канал 44, который прямолинейно пересекает коленчатый вал 10 и выходит у средней точки 43 первого сегмента 12 и второго сегмента 13. Второй прямолинейный канал 44 может быть использован для направления масла от двигателя к первому прямолинейному каналу 42. Второй сегмент 13 включает в себя вторую шейку 18. Коленчатый вал 10 выполнен с возможность соединения с поршнем у первой шейки 16 и второй шейки 18. Дальний конец второго сегмента 13 имеет наружный диаметр d1. В одном примере, наружный диаметр d1 составляет приблизительно от 40 до 50 мм. В другом примере, наружный диаметр d1 составляет приблизительно 45 мм.

[0016] Второй сегмент 13 включает в себя первый прямолинейный канал 42, который имеет вход у средней точки 43 первого сегмента 12 и второго сегмента 13 и выход на дальнем конце второго сегмента 13 и не пересекается с полостью 40. Первый прямолинейный канал 42 и второй прямолинейный канал 44 расположены под углом α, составляющим приблизительно 20°, относительно центральной оси A коленчатого вала 10. Угол α позволяет образовывать первый маслопроводный канал 42 и второй маслопроводный канал 44 посредством механической обработки в коленчатом вале 10 при сохранении минимального расстояния от поверхности коленчатого вала 10 для смягчения напряжения в коленчатом вале 10. Как первый прямолинейный канал 42, так и второй прямолинейный канал 44 выполнены за одну операцию механической обработки по прямой линии через коленчатый вал 10. Первый прямолинейный канал 42 и второй прямолинейный канал 44 выполнены с возможность передачи масла от головки компрессора (не показан) к подшипнику (не показан) для смазывания компрессора 50.

[0017] Полость 40 в коленчатом вале 10 является в целом цилиндрической, по меньшей мере с двумя частями, имеющими два разных диаметра. Первый внутренний диаметр d2 первой части составляет приблизительно от 25 до 35 мм. В другом примере, первый внутренний диаметр d2 составляет приблизительно 30 мм. В другом примере, первый внутренний диаметр d2 составляет приблизительно от 60 до 70% от наружного диаметра d1 коленчатого вала 10. В одном примере, длина полости 40, имеющая диаметр d2, составляет приблизительно от 15 до 20 мм. В другом примере, длина полости 40 с первым внутренним диаметром d2 составляет приблизительно 16 мм. Второй внутренний диаметр d3 второй части полости 40 меньше, чем диаметр d2. В одном примере, второй внутренний диаметр d3 составляет приблизительно от 20 до 30 мм. В другом примере, второй внутренний диаметр d3 составляет приблизительно 24 мм. Вторая часть полости 40 с вторым внутренним диаметром d3 имеет длину, составляющую приблизительно 6,6 мм. В одном примере, длина первой части полости 40, имеющей первый внутренний диаметр, приблизительно в два раза больше длины второй части полости 40, имеющей второй внутренний диаметр.

[0018] В примере, показанном на Фиг.2, полость 40 выполнена ступенчатой от первого внутреннего диаметра d2 до второго внутреннего диаметра d3. В другом примере, полость 40 может сужаться от первой части, имеющей первый внутренний диаметр d2, до дальнего конца второй части, имеющего второй внутренний диаметр d3. В обоих примерах, длина полости 40, имеющая диаметр d2, сведена к максимуму для достижения наибольшей посадки с натягом, без одновременного пересечения с первым прямолинейным каналом 42.

[0019] Вставка 20 имеет по меньшей мере два разных диаметра, чтобы обладать возможностью запрессовки в полость 40 с посадкой с натягом. В результате запрессовки вставки 20 во второй сегмент 13 коленчатого вала 10 образуется сжимающее давление на длине полости 40 с первым внутренним диаметром d2. Для удерживания вставки 20 в полости 40 не требуются какие-либо другие крепежные устройства. Длина вставки 20, запрессованная в первый внутренний диаметр d2, не уменьшает величины крутящего момента, передаваемого к вспомогательному устройству, и фактически увеличивает крутящий момент относительно устройства предшествующего уровня техники, в котором вставка прикреплена к коленчатому валу посредством одного или более крепежных элементов. В одном примере, передаваемый крутящий момент составляет приблизительно 140Н•м. Находясь в установленном положении, вставка 40 расположена по существу заподлицо с дальним концом второго сегмента 13 коленчатого вала 10, посредством этого сводя к минимуму общую длину коленчатого вала 10.

[0020] Коленчатый вал 10 и вставка 20 могут быть выполнены из разных материалов и упрочнены до разных величин твердости по Роквеллу. В одном примере, материал коленчатого вала 10 может соответствовать марке стали SAE4140 или может представлять собой хромомолибденовую сталь. Коленчатый вал 10 упрочнен до величины 26-32 По Шкале Роквелла C. Материал вставки 20 может соответствовать марке стали SAE8620 или может быть легированной сталью. Вставка 20 упрочнена до величины 72 по шкале Супер-Роквелла N30. Различные величины твердости по Роквеллу улучшают посадку с натягом вставки 20 в коленчатом вале 10.

[0021] Следовательно, коленчатый вал в сборе для воздушного компрессора содержит коленчатый вал с первым сегментом, вторым сегментом, имеющим наружный диаметр, и полостью, продолжающейся в дальний конец. Полость содержит первую часть, имеющую первый внутренний диаметр, и вторую часть, имеющую второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр. Коленчатый вал включает в себя прямолинейный канал во втором сегменте, причем прямолинейный канал не пересекает полость. Коленчатый вал в сборе включает в себя вставку, имеющую первый конец с первым диаметром вставки и второй конец, имеющий второй диаметр вставки, причем вставка выполнена по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью.

[0022] На Фиг.3 проиллюстрирован один пример вставки 20. Вставка 20 имеет в целом цилиндрическую форму со вторым концом 26, имеющим меньший диаметр, чем диаметр первого конца 21. В одном примере, диаметр d4 второго конца 26 составляет приблизительно от 22 до 25 мм. В одном примере диаметр d5 первого конца 21 составляет приблизительно от 25 до 35 мм. Длина первого конца 21 вставки 20 с диаметром d5 составляет приблизительно от 15 до 20 мм. Эта длина больше, чем длина второго конца 26 вставки 20, имеющего диаметр d4. Длина первого конца 21, имеющего диаметр d5, сведена к максимуму для достижения наибольшей посадки с натягом в первом внутреннем диаметре d2 полости 40.

[0023] Первый конец 21, имеющий диаметр d5, может быть отделен от второго конца 26, имеющего диаметр d4, посредством по меньшей мере одной ступенчатой части 22. Второй конец 26 может включать в себя скошенную часть 25. Конструкция вставки 20 приспособлена под запрессовку в полость 40 с посадкой с натягом. Для удерживания вставки 20 в полости 40 не требуются какие либо крепежные устройства.

[0024] В одном примере, вставка 20 включает в себя комплект внутренних эвольвентных шлицев 28. Шлицы 28 имеют профиль с шириной w между смежными шлицами. В одном примере, ширина w между смежными шлицами составляет приблизительно 2,5 мм. Запрессовка вставки 20 во второй сегмент 13 коленчатого вала 10 приводит к возникновению сдавливающего давления на вставку 20 по длине полости 40 с диаметром d2. Несмотря на то, что ширины между шлицами 28 в целом выполнены с возможностью соответствия промышленным стандартам, например, ANSI B 92.1, для эффективной стыковки с вспомогательным устройством, ширины w между шлицами 28 вставки 20 выполнены так, чтобы ширина w была приблизительно на 2% больше перед установкой в полость 40, чем после установки в полость 40. Эта избыточная компенсация ширины отвечает за какие либо возмущения во время процесса образования посадки с натягом, чтобы вставка 20 сохраняла ширину, соответствующую промышленным стандартам, между шлицами 28 для стыковки со вспомогательным устройством после установки в коленчатый вал 10. В другом примере, вставка 20 может быть шпоночной, и паз может быть предусмотрен в полости 40.

[0025] На Фиг.4 показан второй пример вставки 20'. Вставка 20' имеет в целом цилиндрическую форму со вторым концом 26', имеющим меньший диаметр, чем диаметр первого конца 21'. Подобно вставке 20, диаметр d4 второго конца 26' составляет приблизительно от 22 до 25 мм. Подобно вставке 20, диаметр d5 первого конца 21' составляет приблизительно от 25 до 35 мм. Длина первого конца 21' вставки 20' с диаметром d5 составляет приблизительно от 15 до 20 мм. Эта длина больше, чем длина второго конца 26' вставки 20', имеющего диаметр d4. Длина, имеющая диаметр d5, сведена к максимуму для достижения наибольшей посадки с натягом в первом внутреннем диаметре d2 полости 40.

[0026] Второй конец 26' может полностью сужаться от первого конца 21' до диаметра d4. Конструкция вставки 20' приспособлена под посадку с натягом в полость 40, имеющую подобный сужающийся внутренний диаметр. Для удерживания вставки 20' в полости 40 не требуются какие либо крепежные устройства.

[0027] Подобно вставке 20, вставка 20' включает в себя комплект внутренних эвольвентных шлицев 28'. Шлицы 28' имеют профиль с шириной w между смежными шлицами. В одном примере, ширина w между смежными шлицами составляет приблизительно 2,56•m. Запрессовка вставки 20' во второй конец 13 коленчатого вала 10 приводит к возникновению сдавливающего давления на вставку 20' по длине полости 40 с диаметром d2. Несмотря на то, что ширины между шлицами 28' в целом выполнены с возможностью соответствия промышленным стандартам для эффективной стыковки с вспомогательным устройством, ширины w между шлицами 28' вставки 20' выполнены так, чтобы ширина w была приблизительно на 2% меньше после установки в полость 40. Эта избыточная компенсация ширины отвечает за какие либо возмущения во время процесса образования посадки с натягом, чтобы вставка 20' сохраняла ширину, соответствующую промышленным стандартам, между шлицами 28' для стыковки со вспомогательным устройством.

[0028] По сравнению с компрессором для двигателя большйо мощности, предлагаемым компанией Bendix Commercial Vehicle Systems LLC, Элирия, Огайо, обладающий признаками изобретения компрессор 50 в сборе обеспечивает уменьшение веса более чем на 30%, уменьшение общей длины коленчатого вала более чем на 25%, увеличение доступного крутящего момента более чем на 20% и существенное уменьшение затрат как на материалы, так и на изготовление.

[0029] Несмотря на то, что настоящее изобретение проиллюстрировано посредством описания его вариантов осуществления, и несмотря на то, что варианты осуществления описаны довольно подробно, эти подробности не направлены на ограничение или какое-либо сужение объема прилагаемой формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будут легко понятны дополнительные преимущества и модификации. Следовательно, изобретение, в более широком понимании его аспектов, не ограничено описанными и показанными конкретными подробностями, соответствующими устройствами и иллюстративными примерами. Соответственно, могут быть выполнены отступления от этих подробностей, не выходящие за рамки сущности и объема общей идеи изобретения.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в транспортных средствах для соединения компрессора с двигателем при помощи коленчатого вала. Коленчатый вал в сборе для воздушного компрессора содержит первый сегмент, второй сегмент, имеющий наружный диаметр, и полость, продолжающуюся в дальний конец. Полость содержит первую часть, имеющую первый внутренний диаметр, и вторую часть, имеющую второй внутренний диаметр. Второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр. Коленчатый вал включает в себя прямолинейный канал во втором сегменте. Прямолинейный канал не пересекает полость. Коленчатый вал включает в себя вставку, имеющую первый конец с первым диаметром вставки и второй конец, имеющий второй диаметр вставки. Вставка выполнена по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью. Прямолинейный канал во втором сегменте входит у средней точки между первым сегментом и вторым сегментом и выходит на дальнем конце второго сегмента. Уменьшен вес и длина коленчатого вала. Уменьшены затраты на материалы и изготовление. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Коленчатый вал в сборе для воздушного компрессора для транспортного средства, содержащий:

коленчатый вал, имеющий:

первый сегмент;

второй сегмент, имеющий наружный диаметр на дальнем конце;

полость, продолжающуюся во второй сегмент на дальнем конце и содержащую:

первую часть, имеющую первый внутренний диаметр; и

вторую часть, имеющую второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр;

прямолинейный канал во втором сегменте, входящий у средней точки между первым сегментом и вторым сегментом, выходящий на дальнем конце второго сегмента и не пересекающий полость; и

вставку, имеющую первый конец с первым диаметром вставки и второй конец со вторым диаметром вставки, причем вставка выполнена по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью.

2. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором первый конец вставки посажен с натягом в первую часть полости.

3. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором полость выполнена ступенчатой между первой частью и второй частью.

4. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором длина первой части полости, имеющей первый внутренний диаметр, составляет две длины второй части полости, имеющей второй внутренний диаметр; а длина первого конца вставки, имеющего первый диаметр вставки, является по существу такой же, как длина первой части полости, имеющей первый внутренний диаметр.

5. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором полость сужается.

6. Коленчатый вал в сборе по п. 5, в котором вторая часть полости сужается от первой части к дальнему концу второй части.

7. Коленчатый вал в сборе по п. 6, в котором дальний конец второй части имеет второй внутренний диаметр.

8. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором первый внутренний диаметр полости составляет от 60 до 70% от наружного диаметра, а второй внутренний диаметр полости составляет от 50 до 60% от наружного диаметра.

9. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором вставка выполнена из материала, имеющего более высокую величину твердости по Роквеллу, чем материал коленчатого вала.

10. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором вставка выполнена заподлицо с дальним концом второго сегмента коленчатого вала при установке в полость.

11. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором вставка содержит внутренние эвольвентные шлицы.

12. Коленчатый вал в сборе по п. 11, в котором шлицы выполнены с такими размерами, чтобы ширина между шлицами перед установкой была на 2% больше, чем ширина между шлицами после установки в полость.

13. Коленчатый вал в сборе по п. 1, в котором прямолинейный канал представляет собой маслопроводный канал, выполненный посредством механической обработки за одну операцию под углом от точки, в которой первый сегмент встречается со вторым сегментом.

14. Компрессор в сборе для транспортного средства, содержащий:

корпус;

поршень в корпусе;

коленчатый вал в корпусе, соединенный с поршнем, содержащий:

первый сегмент, имеющий первую шейку;

второй сегмент, имеющий вторую шейку и наружный диаметр на дальнем конце;

полость, продолжающуюся во второй сегмент на дальнем конце и содержащую:

первый внутренний диаметр; и

второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр;

прямолинейный канал во втором сегменте, входящий у средней точки между первым сегментом и вторым сегментом, выходящий на дальнем конце второго сегмента и не пересекающий полость; и

вставку для приведения соответствующего вспомогательного устройства, причем вставка имеет первый конец с первым диаметром вставки, выполненный по размерам с возможностью соответствующего зацепления с полостью, и второй конец со вторым диаметром вставки и фаской, причем второй диаметр вставки меньше, чем первый диаметр вставки.

15. Компрессор в сборе по п. 14, в котором первый конец вставки посажен с натягом в первый внутренний диаметр полости.

16. Компрессор в сборе по п. 14, в котором первый внутренний диаметр полости составляет от 60 до 70% от наружного диаметра, а второй внутренний диаметр полости составляет от 50 до 60% от наружного диаметра.

17. Компрессор в сборе по п. 14, в котором вставка содержит внутренние эвольвентные шлицы.

18. Компрессор в сборе по п. 17, в котором шлицы выполнены с такими размерами, чтобы ширина между шлицами перед установкой вставки в полость была на 2% больше, чем ширина между шлицами после установки.

19. Компрессор в сборе по п. 14, в котором компрессор в сборе выполнен с возможностью приведения вспомогательного устройства с крутящим моментом 140 Н⋅м, когда вспомогательное устройство сопряжено с вставкой.

20. Компрессор в сборе для транспортного средства, содержащий:

корпус;

поршень в корпусе;

коленчатый вал в корпусе, соединенный с поршнем, содержащий:

первый сегмент, имеющий первую шейку;

второй сегмент, имеющий вторую шейку и наружный диаметр на дальнем конце;

полость, продолжающуюся во второй сегмент на дальнем конце, причем полость содержит:

первый внутренний диаметр; и

второй внутренний диаметр, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр; и

прямолинейный маслопроводный канал, выполненный во втором сегменте посредством механической обработки за одну операцию под углом от точки, в которой первый сегмент встречается со вторым сегментом, причем прямолинейный маслопроводный канал не пересекает полость; и

средства для приведения вспомогательного устройства во вращение через коленчатый вал.