Коленчатый вал

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к двигателестроению 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-Ана фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б нафиг. 1,Коленчатый вал состоит из коренных шеек 1 и шатунных шеек 2, сопрягающихся со щеками 3 с помощью галтелей 4. Каждая шатунная шейка 4 вместесо своими щеками и примыкающимик ним смежными коренными шейками 1 образует один кривошип вала.Число кривошипов вала равно числукоренных шеек, уменьшенному на однуединицу.Силы, действующие на вал, вызывают трение и изнашивание его шеек иподшипников, усталостные разрушенияв местах переходов шеек в щеки.Прочность коленчатых валов можетбыть повышена оптимизацией геометрииэлементов колена с улучшением распределения напряжений в сечениях вала,а также применением материалов и способов обработки, способствующих повышению предела выносливости. Особенноважно снижение напряжений в зонахконцентрации (в местах расположенияотверстий для смазывания и в местахсопряжений щек и шеек),Одной из причин неравномерногораспределения напряжений по частямколена является резкое изменение на 40подавления осевой линии при переходеот шеек к щекам, в результате чегонейтральная ось при изгибе искривляется, приближаясь к входящим угламкривошипа.Анализ поломок коленчатых валовпоказывает, что большей частью изломы имеют усталостный характер. Разрушение начинается от зон наибольшихконцентраций напряжений, расположенных у краев отверстий для смазыванияв шатунных и коренных шейках или (ча"ще) у галтелей щек и шеек.Наиболее частыми являются поломкиколенчатых валов в зонах сопряженийшеек и щек. 55Главным видом нагружения коленчатого вала, лимитирующим его ресурспо усталостной прочности, является 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 повышения надежности коленчатого вала в данной плоскости выполняются профилированные лыски 5.Профилированная лыска 5 на шатунной и коренной шейках оговорена только по глубине Е и Еы . Глубина лыски должна подчиняться равенствамЯ = й/2 - ос й /2;Е,= с 1 /2 - Ы. с 1 /2,где с ( 1; с 1, с 1 ь, - номинальные значения диаметра коренной и шатуннойшеек;рр ррпредельные ремонтные размеры коренной и шатунной шеек.Сечение лыски 5 не оговорено, таккак оно может быть описано разнымигеометрическими формами, в том числеи круговой формой определенного радиуса, который выбирают конструкторыс целью обеспечения минимально возможного концентратора напряжений вопасном сечении вала, где расположена лыска.Коленчатый вал в эксплуатации испытывает динамические нагрузки. Эффективность введения лысок должна поэтому оцениваться на базе динамических испытаний,Наиболее опасной динамической нагрузкой коленчатого вала в условияхэксплуатации является переменный изгиб его в плоскости кривошипа.Введение лыски не изменяет моментинерции щеки вала при изгибе. Но приэтом момент сопротивления щеки в зоне максимальных напряжений с введением лыски возрастает, что снижаетпик напряжений. Это ведет к ростуусталостной прочности вала при изгибе в плоскости кривошипа, Таким образом, лыски в динамике работают какразрушающие элементыЭто подтверждается испытаниямиразгружаюших лысок на стальных коленчатых валах двигателей ЭИЛ,на валах из высокопрочного чугуна3140117 двигателей ЗМ 3-53, УА 3-451, ЗМ 3-24, ГАЗи стальных валах компрессоров.Введение. лыски ведет к незначительному уменьшению момента сопротив 5 ления коленчатого вала на кручение в сечении, где располагается лыска, всего на 2-47.Кроме того, лыска располагается вне зоны максимальных напряжений от кручения, коленчатый вал по кручению всегда имеет оень большие запасы прочности. Опасным видом нагружения вала является изгиб вала в плоскости кривошипа.и он определяет ресурс из Б делия.С,введением лыски в опасные сечения вала представляются экономически оправданными операции локального повышения чистоты поверхности и уп ,рочнения в зоне расположения лыски. 54Ремонтные перешлифовки вала с лыс ками упрощаются, так как нет опасности "подреэки" галтелей в зоне максимальных напряжений при изгибе вала.Формула изобретенияКоленчатый вал, содержащий коренные и шатунные шейки и щеки, сопряженные между собой профилированными галтелями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности за счет снижения пика напряжений в опасных сечениях вала, на шейках в местах их сопряжения со щекамивыполнены профилированные лыски, расположенные перпендикулярно плоскости, проходящей черкз оси симметрии смежных коренных и шатунных шеек.