Коленчатый вал

.5) пз Г 16 С 3/04 цр. ,; Д13 )"." .""- 3 лО : ,мй;7 "г,я РЕ ЫЙ. ВА ание; в тик ко ей вн(57) Использовения, в частносвалов двигател области машин струкции колен утреннего сгора тро; тых я и нное сончатого и: с одливости труктивС стоян вала ной с шеек ным и роны напряИзобретение относится к машиностроениюв частности к конструкции коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания и компрессорных установок.Цель изобретения - , повышение надежности коленчатых валов за счет устранения концентратора, образующегося при формировании перехода и ослабляющего щеку, а также увода зарождающихся в процессе эксплуатации. трещин в элементы вала с м бол ьш им запасом и роч ности. куказанная цель достигается тем, что пе- р реходы, соединяющие коренные и шатунные шейки со щеками, выполнены в виде внутреннего угла, один из лучей которого составляет угол Рс плоскостью щеки. а второй направлен к нему под углом а,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что при этом сохраняются закономерности усталостного разрушения, характерные для прототипа при повышении технологичности исполнения перехода от ек к шейкам,отмети ласти ляется- уве , обусл нием и влия н ть, что напряжеперекрытия коледвумя факторамличением податовленным консерехода и с дрием концен ледует ие в об опреде торонь и щек полн уго тр жен м геометрические соот метрами перехода от щ аписать, учитывая, чт в)11 1 С 81 и это пара ошения к к шей(по теоежамеме ажно синус о а р) зпа 18 иде 81 з ази а соз и щ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт проблем надежности и долвечности машин АН БССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1751486, кл. Г 16 С 3/04, 1990..компрессорных установок. Сущность изобретения; в предлагаемой конструкции переходы от щек к шейкам выполняются в виде внутреннего угла с углублением в последние, причем параметры перехода определяются оптимальной величиной податливости конструкции, При этом оба луча внутреннего угла переходов расположены на образующих поверхностях, выполненных под углом к поверхности щек, При этом устраняется концентратор, ослабляющий щеку, а также создаются предпосылки для увода зарождающихся в процессе эксплуатации трещин в элементы вала с большим запасом прочности. 4 ил.С помощью метода конечных элементов установлено соотношение размеров 1 и 1, при котором наличие ребра жесткости, определяемого углом 3, практически не влияет на податливость перехода от щек к шейкам, Последнее будет наблюдаться при(3) 0,1 тда сдД0,25 тдаагс 1 д 0;1 ща3 агстд 0,251 ад (4) Учитывая ограничения, принятые для величины угла а в прототипе, для угла р получимагстд 0,1 тд (1,9 агсэи -)Р агстдЛ0,25 сц (2,2 агсз 1 п- ) (5)ЛНа фиг, 1 показан кривошип коленчатого вала предлагаемой конструкции: 1 - коренная шейка; 2 - шатунная шейка; 3 - щеки коленчатого вала; на фиг. 2 - переход из щек в шейки для вывода ограничений величины угла; на фиг. 3 - графики зависимости максимальных нормальных напряжений в концентраторе от величины угла 3 полученные с помощью метода конечных элементов; на фиг. 4 - графики зависимости предельного изгибающего момента от величины угла Р между одной из образующих концентратора и щекой,Конструкция была проверена на примере коленчатого вала двигателя Д - 240 Минского моторного завода, Исследования проводились с помощью метода конечных элементов с уточнением результатов по данным эксперимента (поляризационно-оптический метод), испытания моделей коленчатого вала на усталость, Расчет с помощью метода конечных элементов был осуществлен в плоскости действия максимальных напряжений, возникающих при изгибе кривошипа, За базу приняты конструктивно-технологические параметры серийного коленчатого вала ДМинского моторного завода, где радиус кривошипа Я = 62,5 мм., диаметр коренных шеек с 1 = =75,0 мм, ширина щеки са 116,0 мм, толщина щеки Ь = 25,0 мм, перекрытие шеек Л = 7,0 мм, материал - сталь 45 Х, 207255 НВ,В ходе исследований установлено, чтопри/310 наблюдаемое изменение максимальных нормальных напряжений являетсянесущественным (см.фиг.2), что объясняетсянезначительным влиянием образующегосяребра жесткости, При Р10 максимальныенормальные напряжения растут вследствиеувеличения жеткости перехода из щек вшейки.Однако сопротивление усталости конст-,рукции не всегда определяется только максимальными нормальными напряжениями вконцентраторах, Поэтому данные по изменению величин максимальных нормальных15 напряжений, полученные с помощью метода конечных элементов,.были дополнены результатами сравнительных испытаний наусталость. Испытания проводились на стендах, обеспечивающих нагружение изгибомполноразмерных моделей, Экспериментальная оценка усталостной прочности моделей, подвергшихся одинаковойтермической обработке, При этом установлено, что в случае переходов от щек к шейкам согласно ограничениям (1) наблюдалсямомент, равный предельному изгибающемумоменту моделей, имеющих переходы отщек к шейкам. Г 1 оломки моделей согласноупомянутым выше заявкам были аналогич 30 ,Все это позволяет сделать вывод о том,что найдено техническое решение в конструировании коленчатых валов, являющеесяс одной стороны, более реальным в изготов 35 лении, а с другой стороны - имеющее неменьший предельный изгибающий моментпо сравнению с прототипом.Формула изобретенияКоленчатый вал, состоящий из корен 40 ных и шатунных шеек, отстоящих друг отдруга на радиус кривошипа, щек, переходовкоренных и шатунных шеек в щеки, выполненных в виде внутреннего угла, один лучкоторого расположен по образующей по 45 верхности, выполненной под углом а к поверхности щеки с углублением 1 в шейку,.причем указанные параметры, описывающие геометрию переходов шеек в щеки, определяются из следующих соотношений;50 с 1 Ь сЬ Ь108 К 94 Б1,9 агсз 1 па 2,2 эгсз 1 пЬ, Ьгде с 1 - диаметр коренных шеек;Л - . перекрытие шеек;Ь - толщина щеки,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности путем устранения подрезания поверхности щеки. второйлуч внутреннего угла переходов также расположен под углом Р к поверхности щеки и определяется из следующего соотноше.ния:агсто 0,1 тра 3фагстд 0,25 тц а),1803621 ФРЮзг; р Абраг ф к Составитель К,йавловскийТехред М.Моргентал Корректор Е,Пап Ред аказ 1043 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул, Гагарина, 101