Составной коленчатый вал (варианты) Российский патент 2023 года по МПК F16C3/12 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к составным коленчатым валам, преимущественно для буровых насосов и двигателей внутреннего сгорания.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в обратно-поступательное.

Из уровня техники известен составной коленчатый вал (патент РФ
№ 2095647, МПК F16C 3/12), 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 указанного составного коленчатого вала являются его увеличенные осевые габариты и масса, а также недостаточные жесткость и долговечность вала.

Известен составной коленчатый вал (патент РФ № 2588322,
МПК F16C 3/12), выбранный в качестве прототипа, содержащий 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.

Недостатками указанного составного коленчатого вала являются сложная конструкция с большой номенклатурой оригинальных деталей, за счет этого – низкая ремонтопригодность, а также недостаточная жесткость и долговечность вала.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение массы вала, повышение технологичности, ремонтопригодности и долговечности путем уменьшения количества входящих в его состав деталей и увеличения его жесткости.

Технический результат достигается особенностями конструкции составного коленчатого вала, приводное звено которого выполнено единой деталью в виде колена, состоящего из коренного пальца, кривошипа и шатунного пальца. Приводное звено соединено посредством хомутов с установленными между ними проставками, шпонки, установленной в сквозное посадочное отверстие, и удерживающих закрепляемые пальцы звеньев коленчатого вала крепежных элементов, установленных взаимно перпендикулярно как относительно друг друга, так и относительно оси вала, с коренным пальцем последнего звена коленчатого вала, который выполнен единой деталью в виде полуколена, состоящего из пальца с кривошипом. При этом колено и полуколено дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.

Для изготовления заявленного коленчатого вала и его монтажа не требуется высокоточное оборудование, а для его обслуживания и ремонта не требуется высокая квалификация персонала.

Заявляемое техническое решение поясняется нижеследующим описанием и чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 – Трехзвенный составной коленчатый вал, построенный из колен;

Фиг.2 – Сечение А-А;

Фиг.3 – Сечение Б-Б;

Фиг.4 – Сечение В-В;

Фиг.5 – Трехзвенный составной коленчатый вал, построенный из полуколен;

Фиг.6 – Сечение Г-Г.

Предлагается два варианта исполнения составного коленчатого вала.

В первом варианте исполнения составной коленчатый вал
(см. Фиг. 1) может состоять, по меньшей мере, из трех колен 1 и одного полуколена 2, соединенных посредством двух кривошипов (Фиг. 3), состоящих каждый из двух хомутов 3 и двух проставок 4, стягивающего призонного болта 5, двух призматических шпонок 6, а также крепежных элементов 7. На пальцах звеньев коленчатого вала установлены подшипники 8.

Во втором варианте исполнения составной коленчатый вал
(см. Фиг. 5) может состоять, по меньшей мере, из двух полуколен 2 и одного выходного вала 9.

Приводное звено коленчатого вала представляет собой колено 1, содержащее коренной палец, шатунный палец и кривошип, изготовленные из одного материала и представляющие собой единую деталь. Такая конструкция позволяет уменьшить количество применяемых в коленчатом валу самостоятельных оригинальных деталей в сравнении с прототипом.

Полуколено 2 или палец коренной последнего звена коленчатого вала представляет собой цилиндрический палец, изготовленный совместно с кривошипом, в который входит хомут 3. С помощью хомута 3 закрепляется шатунный палец звена коленчатого вала – колена 1. Преимущество данного предложения заключается в отсутствии лишнего соединения, что позволяет повысить жесткость коленчатого вала.

Соединительный кривошип коленчатого вала (см. Фиг. 3) отличается от прототипа отсутствием четырех полукруглых шпонок, а для равномерного закрепления применен один фиксирующий болт – стягивающий призонный болт 5, являющийся одновременно и цилиндрической шпонкой, удерживающей в соосности закрепляемые пальцы звеньев коленчатых валов. Так, в предложенной конструкции кривошипа закрепление пальцев звеньев коленчатых валов (Фиг. 1) выполняется в двух противоположных направлениях с помощью крепежных элементов 7, что повышает степень закрепления пальцев и увеличивает жесткость коленчатого вала.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа отсутствием сил, которые перекашивают резьбовые отверстия в стойках
(см. Фиг. 2 к патенту № RU 2588322 C1), и меньшим количеством оригинальных деталей.

Например, однозвенный коленчатый вал состоит из одного колена 1, одного полуколена 2, одного хомута 3, фиксирующего крепежного элемента - призонного болта 5 (стандартные изделия не указаны).

Кривошип вышеуказанного коленчатого вала, в отличие от прототипа, не имеет четырех полуколец (см. Фиг.2 к патенту № RU 2588322C1), выполняющих роль кольцевых шпонок, а предлагаемый призонный болт 5 устраняет перекос осей крепежа хомутов 3 и одновременно является цилиндрической шпонкой, предотвращающей осевые перемещения соединяемых звеньев коленчатого вала.

Комплект деталей для построения составного коленчатого вала набирается в зависимости от количества шатунных пальцев.

При сборке однозвенного коленчатого вала приводной коренной палец звена (колена 1) необходимо разместить на одной оси с коренным пальцем полуколена 2. При этом необходимо совместить шпоночные пазы со шпонкой 6 в хомуте 3 и шатунном пальце звена (колена 1) и зафиксировать призонным болтом 5 и крепежными элементами 7. Сборку можно выполнять с уже установленными подшипниками 8 на пальцы как в технологическом приспособлении, так и на месте монтажа механизма.

При сборке многозвенного коленчатого вала (см. Фиг. 1), например, трехзвенного, необходимо коренные пальцы приводных звеньев (коленей 1) в количестве трех штук выставить соосно с пальцем коренным последнего звена (полуколена 2), совмещая при этом шлицы на коренных пальцах. Шатунные пальцы приводных звеньев и коренные пальцы следующего приводного звена соединить с помощью соединительного кривошипа (см. Фиг. 3), выставив шатунные и коренные пальцы в соответствующие отверстия в кривошипах, и, затянув крепеж на хомутах 3, зафиксировать призонным болтом 5.

В качестве второго варианта (см. Фиг. 5) предлагается исполнение составного коленчатого вала, состоящего из полуколен 2, соединенных между собой последовательно без использования проставок 4 между хомутами 3. Соединение каждого последующего полуколена 2 с предыдущим полуколеном 2 производится при помощи шпонки 6 и хомута 3. Таким образом, существенно уменьшается количество деталей (исключаются как проставки 4 и два хомута 3, так и половина крепежных элементов для крепления хомутов 3), что обеспечивает большую жесткость конструкции и точность сборки.

Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к составным коленчатым валам. Составной коленчатый вал по первому варианту содержит приводное звено, соединительный кривошип и коренной палец последнего звена коленчатого вала. Приводное звено коленчатого вала выполнено единой деталью в виде колена. Колено состоит из коренного пальца, кривошипа и шатунного пальца. Шатунный палец соединен посредством хомутов, шпонки и удерживающих закрепляемые пальцы звеньев коленчатого вала крепежных элементов. Коренной палец последнего звена коленчатого вала выполнен единой деталью в виде полуколена, состоящего из пальца с кривошипом. Колено и полуколено снабжены выступами и пазами для соединения их между собой. Составной коленчатый вал по второму варианту содержит коренной палец последнего звена коленчатого вала, являющегося выходным валом. Коленчатый вал выполнен из идентичных составных звеньев, представляющих собой единую деталь в виде полуколена. Полуколено состоит из коренного пальца с кривошипом. Каждое полуколено и выходной вал снабжены выступами и пазами для соединения их между собой. Достигается уменьшение массы вала. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Составной коленчатый вал, содержащий приводное звено, соединительный кривошип, и коренной палец последнего звена коленчатого вала, отличающийся тем, что приводное звено коленчатого вала выполнено единой деталью в виде колена, состоящего из коренного пальца, кривошипа и шатунного пальца, соединенного посредством хомутов с установленными между ними проставками, шпонки, установленной в сквозное посадочное отверстие, и удерживающих закрепляемые пальцы звеньев коленчатого вала крепежных элементов, установленных взаимно перпендикулярно как относительно друг друга, так и относительно оси вала, с коренным пальцем последнего звена коленчатого вала, который выполнен единой деталью в виде полуколена, состоящего из пальца с кривошипом, причем колено и полуколено дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.

2. Составной коленчатый вал, содержащий приводное звено, соединительный кривошип и коренной палец последнего звена коленчатого вала, являющегося выходным валом, отличающийся тем, что коленчатый вал выполнен из идентичных составных звеньев, представляющих собой единую деталь в виде полуколена, состоящего из коренного пальца с кривошипом, соединенного посредством хомута, шпонки, установленной в сквозное посадочное отверстие, и удерживающих закрепляемые пальцы звеньев коленчатого вала крепежных элементов, установленных взаимно перпендикулярно как относительно друг друга, так и относительно оси вала, с выходным валом, причем каждое полуколено и выходной вал дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.