УСТРОЙСТВО СБОРНО-РАЗБОРНОГО КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Cборно-разборный коленчатый вал, состоящий из раздельных деталей с коренными и шатунными осями, выполнен сборкой по системе вал-отверстие, новизна которого состоит в защемлении резьбовых поверхностей, выполняемых на концах осей, путем обжатия соответствующей резьбовой поверхностью, выполняемой в отверстиях разрезных щек, стягиваемых стяжными болтами. Достигаемая резьбовым защемлением осей жесткость коленчатого вала исключает возможность возникновения внутренних напряжений между сопрягаемыми деталями при знакопеременных тепловых и механических нагрузках, чем сохраняются геометрические размеры (соосности и параллельности осей) в экстремальных условиях работы коленчатого вода. Кроме того, простота сборки коленчатого вала позволяет оснащать опоры его скольжения специальными подшипниками скольжения закрытого исполнения с автономной в них смазкой, исключая применение традиционных способов смазки ДВС циркуляционным способом. Увеличение надежности работы, упрощение изготовления, исключение всевозрастающего расхода смазки и увеличение срока службы коленчатого вала без промежуточных ремонтов позволит не только снизить его эксплуатационные расходы, но снизить и загрязнение окружающей среды исключением потерь смазок двигателей в окружающую среду. 2 с.,4 з.п. ф-лы, 2 ил.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сборно-разборный коленчатый вал на опорах скольжения, содержащий раздельными деталями, шейки коренных и шатунных осей, щеки с выполненными в них отверстиями для соединения с осями, и отверстиями для стяжных болтов отличается тем, что с целью увеличения срока службы коленчатых валов и снижения их себестоимости, на концах коренных и шатунных осей и, в отверстиях щек выполнены резьбы.

2. По п.1 сборно-разборный коленчатый вал отличается тем, что отверстия в щеках для стяжного болта выполнены в створе резьбовых отверстий щек, последние (резьбовые отверстия щек) сообщены друг с другом, по их осевой линии специальной прорезью, позволяющей сближению противоположных ребер щек под усилием стяжного болта, и защемлению резьбовой поверхностью отверстий в щеках, резьбовой поверхности на концах коренных и шатунных осей.

3. По п.1 устройство сборно-разборного коленчатого вала отличается тем, что полости коренных и шатунных осей выполнены изолированно друг от друга и от окружающей их среды, с возможностью содержания в них смазки и поступления ее из полости в подшипник скольжения и обратно в эту же полость.

4 По п.1 устройство сборно-разборного коленчатого вала отличается тем, что опоры скольжения коренных и шатунных осей снабжены стационарными подшипниками скольжения в герметичном исполнении, выполненными из цилиндрических перфорированных втулок, вставленных одна в другую в сочленении скольжением.

2. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ сборки коленчатого вала, соединением его деталей коренными и шатунными осями защемлением в отверстиях щек отличается тем, что с целью увеличения срока службы и снижения себестоимости коленчатых валов, детали осевыми и шатунными осями защемлены в отверстиях щек резьбовым защемлением, последнее, перед механической обработкой коленчатого вала, обжато приложением усилия пресса, превышающее усилие фиксирующее это обжатие стяжными болтами, в 1,5-2 раза.

2. По п.1 способ сборки коленчатого вала отличается тем, что прочность резьб на концах коренных и шатунных осей, на смятие, выше прочности резьб в отверстиях щек, а перед их опрессовкой резьбы смазаны тяжелой смазкой.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к строительству механизмов с рабочим органом, выполняющим возвратно-поступательное движение, приводимое в движение коленчатым валом.

Известны сборные конструкции коленчатого вала, выполненные горяче-прессовым соединением деталей осей дала с отверстиями в его щеках. Источник: Подготовка автомобильных двигателей к соревнованиям, автор Э.Г.Сингуринди, издательство ДОСААФ, 1974, стр.91-95.

Недостатком такой конструкции коленчатого вала является невозможность его ремонта, ибо сборка деталей вал-отверстие на горячую посадку делает их неразъемными.

Известны сборно-разборные коленчатые валы комбинированного исполнения, где шатунные оси выполнены со щеками монолитными, а коренные оси соединены со щеками по системе вал-отверстие. Причем, фиксирование осей в отверстиях щек достигается стягиванием разрезной щеки стяжным болтом, располагаемым на стороне разрезной щеки.

(Источник: ДВС устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, стр.199. Издательство "Машиностроение", 1970 авторы: А.С.Орлини др.).

Выполнены такие коленчатые валы с целью применения игольчатых подшипников на шейках коренных осей, работающих в тяжелом режиме. Их недостатком является трудоемкость сборки, следовательно, и удорожание по причине, необходимостью выполнения притирочных работ в сочленении вал-отверстие конусом Морзе. Не отличаются и долговечностью в работе коленчатые валы с подшипниками качения, которые, к тому же являются источником повышенного шума.

Малый срок службы существующих сборно-pазборных коленчатых валов является причиной увеличения их себестоимости.

Целью данного изобретения является увеличение срока службы коленчатых валов и снижение их себестоимости в эксплуатации.

Данная цель достигнута тем, что на концах коренных и шатунных осей, и, в отверстиях щек выполнены резьбы, а между нарезными отверстиями щек, а по их осевой линии и кратчайшему расстоянию, выполнена прорезь, позволяющая сближение противоположных ребер щек под усилием стяжного болта, и защемлению резьбовой поверхностью отверстий в щеках резьбовой поверхности на концах коренных и шатунных осей, причем, отверстие для стяжного болта в щеке выполнено в створе резьбовых отверстий щек (со стороны ребра).

Кроме того, данная цель достигнута тем, что полости коренных и шатунных осей выполнены изолированными друг от друга, и окружающей их среды, а содержащаяся в них смазка имеет возможность поступать в трущиеся опоры скольжения и обратно в эту же полость.

Дополнительно, данная цель достигнута тем, что опоры скольжения коленчатого вала снабжены стационарными подшипниками скольжения в герметичном исполнении, выполненные из цилиндрических перфорированных втулок, вставленных одна в другую в сочленении скольжением.

Известно, резьбовое защемление узлов деталей вал-отверстие, работающих в тяжелых условиях знакопеременной нагрузки, где при незначительном усилии стяжных болтов достигается высокая жесткость резьбового сочленения. Что исключает всякую возможность проворачивание вала в защемленном резьбовом соединении. Достигается это следующими факторами.

Во-первых, площадь резьбовых соединений, на одну и ту же длину детали, больше площади гладкой поверхности, в том числе и конуса Морзе.

Вторая сторона этого вопроса заключается в распределении сил крутящего момента.

Например: горячая посадка вызывает напряжение в детали, содержащей отверстие, которoe при знакопеременных тепловых нагрузках теряет свою механическую прочность, что приводит к проворачиванию вала в его отверстии.

Резьбовое же защемление представляет собой глубинное защемление, подобно глубинной сварке, но в нем не образуются внутренние напряжения при любых знакопеременных тепловых нагрузках, что является гарантией сохранения геометрических размеров вала при перегреве двигателя.

И далеко не последнее. Резьбовое соединение облегчает сборку коленчатых валов. Выполнением на одном конце шейки вала левой, а на другой правой резьбы, возможно установление любых расстояний между щеками всего лишь незначительным поворотом осей вала.

На фиг. 1 изображен коленчатый вал /1/, состоящий из щек (2), содержащих прорези (2а), коренных осей (3) и шатунных (4), на концах которых выполнена нарезка, соответствующая нарезке в отверстиях щеках (2), левая и правая. Кроме того, в щеках (2) содержатся сквозные отверстия, предназначенные для стяжных болтов (5), которые пропущены в створе нарезных отверстий щек (2), со стороны их боковых ребер по осевой линии ребра щеки (2).

Коренные оси (3) и шатунные (4) содержат полости соответственно (3а) и (4а), которые закрыты с торцов осей пробками (6).

Полости (3а) и (4a) предназначены для содержания в них консистентной смазки, которая может поступать в трущиеся поверхности закрытых подшипников скольжения (7) и (8), которыми оснащены коренные оси (3) и шатунные (4).

Подшипники скольжения (7) и (8) выполнены закрытого исполнения из цилиндрических перфорированных втулок, вставленных одна в другую в сочленении скольжением.

Заполнение консистентной смазкой полостей в коренных и шатунных осях, и отверстий в перфорированных втулках позволяет иметь самые благоприятные условия вращению вала в любой момент его работы, как в штатном режиме его работы, так и в его пусковых режимах. Кроме того, вращением коленчатого вала (1) образуются центробежные силы, под действием которых часть из запасов смазки в полостях (3а) и (4а), под действием центробежных сил заполняет пространство между трущимися поверхностями опор скольжения, обеспечивая их ровным тонким слоем смазки в процессе работы коленчатого вала.

Содержание смазки как в отверстиях подшипников (7) и (8), так и в полостях коренных и шатунные соей (3а) и (4а), автономно для каждого из подшипников скольжения позволяет сохранять качество смазки на неограниченный срок ее службы исключением загрязнения нагаром и механическими потерями в окружающее пространство.

Выполнение отдельными деталями коренных и шатунных осей (3) и (4) позволяет упрочнять их трущиеся поверхности.

Предлагаемая конструкция вала разработана для принципиально нового энергетического процесса двигателя, отличающегося от существующих тем, что отработавшие газы будут отводиться нетепловые, а холодные. Существующие отработавшие газы имеют температуру от 500^oC до 800^oC. При новом энергетическом процессе их температура будет достигать -50^oC, -90^oC. При таких температурах циркуляционная смазка не имеет смысла).

Однако, данная конструкция вала позволяет осуществлять его работe и в традиционных температурных режимах, причем, с сохранением и циркуляционной смазки.

Сборка коленчатого вала (1) из вышеперечисленных деталей осуществляется эащемлением в резьбовых отверстиях щек (2) аналогичной поверхности, выполненной на концах коренных (3) и шатунных (4) осей посредством стяжных болтов (5), усилием которых стягиваются противоположные стороны ребер щек (2), что при наличии прорези (2А) позволяет беспрепятственному сближению нарезных поверхностей, выполненных в отверстиях щек (2), с нарезной поверхностью на концах осей.

Обжатием нарезной поверхностью в отверстиях щек (2), нарезной поверхности на концах коренных (3) и шатунных (4) осей достигается жесткость коленчатого вала эквивалентная жесткости кованных или штампованных валов, но с преимуществами, которые невозможно достигнуть в существующих их конструкциях.

Кованые и штампованные коленчатые валы при самых тщательных операциях их термообработки не исключают поводки коленвала при резких изменениях температурных режимов, что имеет место при перегревах двигателей. Коленчатый вал, собранный резьбовым защемлением исключает всякую возможность образования внутренних напряжений между сопрягаемыми деталями при любых знакопеременных тепловых и механических нагрузках, что является главным в сохранении геометрии параллельности и соосности осей коленчатого вала.

Вышеперечисленные качества коленчатого вала дополняются применением нижеизлагаемого способа его изготовления.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Естественно, операция нарезки резьб в отверстиях щеки на концах деталей, коренными и шатунными осями, выполняется на точных станках, которые для отверстий могут быть координатно-расточными.

Резьбы на концах коренных и шатунных осей выполняются разных направлений, на одном конце левая, а на противоположном правая. Такое исполнение нарезки на концах осей позволяет быстро достигать необходимых размеров по длине вала, между его щеками, незначительным поворотом осей.

Обработка коленчатого вала, его расточкой, осуществляется аналогично существующих кованных или штампованных. Толщины щек и диаметры осей имеют допуски на их расточку, и растачиваются в собранном виде. До начала операции расточки вала резьбовые соединения опрессовываются в собранном виде, при этом стяжные болты фиксируют лишь осевые размеры коленчатого вала. Опрессовка заключается в сжатии противоположных ребер щек приложением усилия пресса, которое превышает усилие стяжных болтов в 1,5-2 раза.

До операции опрессовки резьб, последние подвергаются термообработке, которой прочность резьб на концах коренных и шатунных осей достирается выше, на их смятие, прочности резьб в отверстиях щек. При сжатии резьбового соединения более твердая резьба, при контактировании с более мягкой, создает на ней наклеп. Так достигается равнопрочность контактируемых поверхностей резьб, а фиксация продольных размеров собранного вала стяжными болтами (5) позволяет осуществлять многоразовую разборку и сборку коленчатого вала, не нарушая геометрических его размеров.

С целью исключения возможного слипания опрессованных резьб, последние (перед опрессовкой) смазываются тяжелой смазкой.

Опрессовка резьбовых соединений щек с осями заканчивается фиксацией достигнутого результата стяжными болтами (5). Вал приобретает необходимую ему жесткость. Зафиксированный вал после расточки и шлифовки разбирается, снабжается стационарными подшипниками скольжения и смазкой, после чего вновь собирается и фиксируется стяжными болтами. Вал готов к эксплуатации.

Выполнение коленчатых валов, предлагаемой конструкции, позволит снизить как эксплуатационные расходы, так и затраты на их изготовление.

Кроме того, ремонт таких коленчатых валов практически исключается, им не потребуется расточка и шлифовка. Ограниченное количество применяемой для коленчатого вала смазки и содержание ее в герметичной системе позволит уменьшить и загрязнение ею окружающей среды, что имеет место потерей смазки в существующих двигателях существующими схемами ее применения.