Коленчатый вал Советский патент 1988 года по МПК F16C3/00 

(Л

с

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, может быть использовано в двигателестрое- нии и при ремонте двигателей внутреннего сгорания. Цель - повьш1ение надежности. В опасных сечениях снижают пик напряжений в местах сопряжения шеек со щеками. Для этого перпендикулярно плоскости, проходящей через оси смежных коренных и шатунных шеек, на последних вьшолняют профилированные лыски. 3 ил.

1 Сл

1

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к двигате- лестроению и ремонту двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение надежности за счет снижения пика напряжений в опасных сечениях вала.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1.

Коленчатый вал состоит из коренных шеек 1 и шатунных шеек 2, сопрягающихся со щеками 3 с помощью галте Лей 4, Каждая шатунная шейка 4 вмест со своими щеками и примыкающими к ним смежными коренными шейками 1 образует один кривошип вала. Число кривошипов вала равно числу коренных шеек, уменьшенному на одну единицу.

Силы, действующие на вал, вызывают трение и изнашивание его шеек и подшипников, усталостные разрушения в местах переходов шеек в щеки.

Прочность коленчатых валов может быть повышена оптимизацией геометрии элементов колена с улучшением распределения напряжений в сечениях вала, а также применением материалов и спо собов обработки, способствующих повышению предела выносливости. Особенно важно снижение напряжений в зонах концентрации (в местах расположения отверстий для смазывания и в местах Сопряжений щек и шеек).

Одной из причин неравномерного р аспределения напряжений по частям кюлена является резкое изменение на- п|равления осевой линии при переходе от шеек к щекам, в результате чего Н ейтральная ось при изгибе искривля- , приближаясь к входящим углам к эивошипа.

Анализ поломок коленчатых валов показывает, что большей частью изло- Mbi имеют усталостный характер. Разрушение начинается от зон наибольших концентраций напряжений, расположен- ньк у краев отверстий для смазьшания в шатунных и коренных шейках или (чаще) у галтелей щек и шеек.

Наиболее частыми являются поломки коленчатых валов в зонах сопряжений шеек и щек-.

Главным видом нагружения коленчатого вала, лимитирующим его ресурс по усталостной прочности, является

0

11

с

752

его изгиб в плоскости кривошина, т.е. в плоскости, где расположены оси его шатунной и коренной шеек. В этой плоскости в опасных сечениях вала в зоне галтелей 4 имеют место максимальные напряжения - пики напряжений,

С целью повьщ1ения надежности коленчатого вала в данной плоскости выполняются профилированные лыски 5.

Профилированная лыска 5 на шатунной и коренной шейках оговорена только по глубине и E. . Глубина лыски должна подчиняться равенствам

е, d,/2 - .d /2; ,Р

Б AJ2 - . dJ/2,

где об ё 1; d - номинальные значения диаметра коренной и шатунной .„ шеек;

чт. -: 1 , и. - предельные ремонтные размеры коренной и шатунной шеек.

Сечение лыски 5 не оговорено, так как оно может быть описано разными геометрическими формами, в том числе и круговой формой определенного радиуса, который выбирают конструкторы с целью обеспечения минимально возможного концентратора напряжений в опасном сечении вала, где расположена лыска.

Коленчатый вал в эксплуатации испытывает динамические нагрузки. Эффективность введения лысок должна по- этомУ оцениваться на базе динамических испытаний.

Наиболее опасной динамической нагрузкой коленчатого вала в условиях эксплуатации является переменный изгиб его в плоскости кривошипа.

Введение лыски не изменяет момент инерции щеки вала при изгибе. Но при этом момент сопротивления щеки в зоне максимальных напряжений с введением лыски возрастает, что снижает пик напряжений. Это ведет к росту усталостной прочности вала при изгибе в плоскости кривошипа. Таким образом, лыски в динамике работают как разрушающие элементы.

Это подтверждается испытаниями разтружаюрих лысок на стальных коленчатых валах двигателей ЗИЛ-130, на валах из высокопрочного чугуна

14

двигателей ЗМЗ-53, УАЗ-Д51, ЗИЗ-24, ГАЗ-21 и стальных валах компрессоров

Введение, лыски ведет к незначительному уменьшению момента сопротивления коленчатого вала на кручение в сечении, где располагается лыска, всего на 2-4%.

Кроме того, лыска располагается вне зоны максимальных напряжений от кручения, коленчатый вал по кручению всегда имеет очень большие запасы прочности. Опасным видом нагружения вала является изгиб вала в плоскости кривошипа, и он определяет ресурс из- делия.

С.введением лыски в опасные сечения вала представляются экономически оправданными операции локального повышения чистоты поверхности и уп- .рочнения в зоне расположения лыски.

Ремонтные перешлифовки вала с лыс ками упрощаются, так как нет опасности подрезки галтелей в зоне максимальных напряжений при изгибе вала.

Формула изобретения

Коленчатый вал, содержащий коренные и шатунные шейки и щеки, сопряженные между собой профилированными галтелями, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности за счет снижения пика напряжений в опасных сечениях вала, на шейках в местах их сопряжения со щеками выполнены профилированные лыски, расположенные перпендикулярно плоскости, проходящей черкз оси симметрии смежных коренных и шатунных шеек.

X

фиг.г duff 6