Коленчатый вал

)з Г 16 С 3/06 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ Изо шиностр ению.Цел ние над ний в га овыше- апряжетво. оба фиг.1; фиг. 4 - положе- нчдтого щий видна фиг.схема длния лысвала. Ь+2 го9 т+2 г ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт проблем надежности и долговечности машин ЯН БССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1401175, кл. Р 16 С 3/00, 1986.(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Цельизобретения - повышение надежности (сопротивления усталости) коленчатых валов,например, двигателей внутреннего сгорания эа счет снижения напряжений в местахсопряжения коренных 1 и шатунных 2 шеексо щеками 3 (в галтелях 4), На коренных и ретение относится к области м оения, в частности к двигателест ю изобретения является жности путем снижения телях коленчатого вала,иг. 1 изображено устройс на фиг. 2 - сечение А-А н - сечение Б-Б на фиг. 1; на я расчета параметров рас к на шейках и щеках коле Коленчатый вал содержит коренные 1 и шатунные 2 с перекрытием шейки и щеки 3, опряженные между собой галтелями 4, а шатунных шейках и щеках выполнены лыски 5 и 6 с цилиндрической поверхностью, расположенные перпендикулярно плоскости кривошипа. Каждая лыска на шейке соединена с лыской на щеке плоскостью 8, касательной к их цилиндрическим поверхностям, Плоскость 8 расположена под углом а к щеке: а = агст 9( Ь+ 2 г 0)Й + 2 г 0, где Ь - величина перекрытия шеек; т - толщина щеки: г - радиус галтели, Глубина лыски на коренной (шатунной) шейке равна 0,040,12 диаметра коренной (шатунной) шейки, глубина лыски 7 на щеке - 0.120,36 толщины щеки 3. На щеке края продольного сечения дна лыски 7 выполнены дугообразными, выпуклыми с второну щеки, радиусом, меньшим половины длины шейки. Длина лыски на щеке равна 0,30,8 ширины щеки. 3 табл., 4 ил. также выполненные на шейках лыски 5 с цилиндрической поверхностью, расположенные перпендикулярно плоскости 6 (фиг.3) кривошипа. Параллельно образующим лысок 5 на щеках 3 выполнены дополнительные лыски 7 с цилиндрической поверхностью. Каждая лыска 5 на шейке соединена с лыской 7 на щеке плоскостью 8, касательной к их цилиндрическим поверхностям и расположенной под углом а к щеке 3: где Ь- величина перекрытия ш т - толщина щеки 3; го - радиус галтели 4.+ Го(1 - ЗП ГХ),Глубина и (и ) лыски нэ коренной (шаНтунной) шейке равна 0,040,12 диаметра с1(1 ) коренной,шатунной) шейки,НОсь 9 лыски 5 на коренной (шэтунной)шейке лежит на расстоянии 1 (1 ) ог щеки 3: 51 П( Г Го ) ( 1 - З 1 П ГХ )19 ГХ,где г и г - радиусы лысок на коренной и1 Пшатунной шейках; 15Г и- глубины лысок на коренной и1 Пшатунной шейках.Глубина пг лыски 7 на щеке 3 равна0,120,36 толщины т щеки 3, э ось 10 лыскинэ щеке лежит на расстоянии 12 от шейки, 20 1 г -2 Ь 2 - (Г 2 Го(1 - СОВ П 1+ где г 2 - радиус лыски на щеке;пг - глубина лыски на щеке,На щеке 3 края 11 продольного сечения дна лыски 7 выполнены дугообразными, выпуклыми в сторону щеки, радиусом В, меньшим половины длины шейки, Длина лыски 7 на щеке равна О 3,0,8 ширины Ь щеки.Радиусы Г, г и г 2 цилиндрических поверхностей лысок выполнены не меньшими, чем радиус го гэлтели 4,При работе коленчатого вала, например в двигателе внутреннего сгорания, он изгибается под действием рабочих нагрузок в плоскости 6 кривошипа. Наиболее нагруженными (опасными) сечениями вала являются сечения высотой Ч, Лыски 7 на щеках уменьшают жесткость вала в средней части вблизи плоскости 6 кривошипа эа счет увеличения длиныучастка вала с высотой Ч, где в основном сосредотачивается деформация при изгибе. Жесткость участка длиной 1 приближается к жесткости краев 12 щеки 3. При этом края 12 воспринимают большую, чем в прототипе, часть нагрузки на вал, разгружая середину. Это выравнивает распределение напряжений по ширине Ь щеки и снижает их максимальные значения в опасных сечениях(в сечениях с высотой Ч на участке длиной 1 в средней части вала),Выполнение каждой лыски 5 на шейке, соединенной с лыской 7 на щеке плоскостью 8, касательной к их цилиндрическим подерхностям и расположенной под угломГХк ЩЕКЕ где Л- величина перекрытия шеек;1 - толщина щеки 3;г, - радиус гэлтели 4, при параметрах 1,11 и 12 расположения осей лысок на шейкахПи щеках, определенных согласно формулам: 1 = г, +(г - Го)соз Гх+ 1 1+Ь- ( г - го ) ( 1 - з 1 п а )19 а,Ьг ( Гг - Го ) ( 1 - соз .х )где г и г - радиусы лысок нэ коренной и1 Ншатунной шейках;Ь и Ь 1 - глубины лысок на коренной и1 Ншатунной шейках;12 - радиус лыски на щеке;Ьг - глубина лыски на щеке,обеспечивает в наибольшей степени снижение жесткости в средней части вала при томусловии, что высота Ч опасного сечения выполнена максимально возможной. равнойрасстоянию между галтелями по обеим сторонам щеки, т,е. выполнение лысок 5 и 7согласно изобретению не уменьшает е отличие от прототипа высоты Ч опасноо сечения. Это повышает момент сопротивлениясечения при изгибе и снижает напряжения,увеличение момента сопротивления сечений в средней части вала покажем на примере образцов двигателя Д. Высотаопасного сечения прототипа при выполнениилысок на шейке радиусом г 1 = Г 1 = 4 мм иПглубиной Ь 1 = Ь = 4 мм равна Чор = 26,2 мм.1 ПВысота опасного сечения по изобретениюЧиз = 29.12 мм. Коэффициент увеличениямомента сопротивления(=(Ч р/Чи) =(29,12/26,2) "1,23.т,е. момент сопротивления опасного сечения изобретения увеличивается на 23;6.Выполнение на щеке краев 12 продольного сечения дна лыски дугообразными, выпуклыми в сторону щеки, радиусом й,меньшим половины длины шейки. учитывает наиболее технологичный способ выполнения лыски фрезерованием. контур 13фрезы показан на фиг, 1, Наибольший диа 1666820метр фрезы ограничен расстоянием междусоседними щеками, т,е, длиной шейки,Выполнение лысок с радиусами г 1, г, г 2цилиндрических поверхностей не меньшими,чем радиус г, галтелей 4, необходимо, чтобылыски не оказались концентраторами болеезначительными, чем галтели,Приведенные формулы для определения параметров расположения лысок нашейках и щеках (а, 11,2) получены согласнорасчетной схеме (фиг. 4).Параметры лысок (г 1, и 1, п 2, ) подобраны экспериментально по результатамиспытания образцов, выполненных на базеколенчатых валов двигателя Дна сопротивление усталости при циклическом изгибев плоскости кривошипа, Цикл нагружениясимметричный, база испьтаний 10 циклов,Испытания проводились на стендах конструкции ИНДМАШ АН БССР.Результаты испытаний представленыв табл. 1-3. Сопротивление усталости коленчатых валов характеризуется величинойпредельного изгибающего момента прициклическом изгибе, Предельный изгибающий момент - это максимальная нагрузка,которую вал выдерживает без разрушения.Принятые обозначения соответствуютприверженным на фиг. 1-3, Радиусы лысок(г, г 1, г 2) при испытаниях приняты равными радиусу галтелей серийного вала Д и составили 4 мм,Диаметры коренных шеек образцов д =( =- 25 мм, ширина щеки Ь = 110 мм,Предельный изгибающий момент для серийного вала двигателя Дравен 1600 Нм.Из таблиц 1-3 видно, что оптимальными являютсц: глубина лысок на шейках0,040,12 диаметра соответствующей шейки; глубина лысок на щеках 0,120,36 толщины щеки; длина лысок на щеках 0,3,0,8ширины щеки. При этом предел выносливости предложенного коленчатого вала возрастает по сравнению с серийным валомдвигателя Ди прототипом на 1925 ,следовательно, возрастает и надежность,Формула изобретенияКоленчатый вал, содержащий коренныешейки, расположенные с перекрытием от а = агссц ( Л+ 2 г, )/(1+ 2 г, ),где Л - величина перекрытия шеек;20 т - толщина щеки;го - радиус галтели,глубина лыски на шатунной шейке равна0,04-0,12 диаметра шатунной шейки, а осьлыски на шатунной шейке расположена на25 расстоянииот щеки, равном 11 =го+(г го) соза++(и - (г 1 - г,)(1 - зпа то а,30 где г - радиус лыски на шатунной шейке;Ь - глубина лыски на шатунной шейке,глубина лыски на щеке равна 0,12-0,36 толщины щеки, при этом ось лыски на щеке расположена на расстоянии 12 от шейки, 35 равном 2 =+ г,(1 - зпа), 40 где гг - радиус лыски на щеке;Ь 2 - глубина лыски на щеке,причем края лыски на щеке в продольном 45 сечении выполнены выпуклыми в сторонущеки и скругленными с радиусом, меньшим половины длины шейки, длина лыски на щеке равна 0,3-0,8 ширины щеки, а радиус цилиндрической поверхности лысок не 50 меньше радиуса галтели,носительно последних шатунные шейки и щеки, сопряженные между собой галтелями, на шейках выполнены лыски с цилиндрической поверхностью, расположенные 5 перпендикулярно плоскости кривошипа, о тличающийся тем,что,сцельюповышения надежности путем снижения напряжений в галтелях, на щеках параллельно образующим указанных лысок выполнены 10 дополнительные лыски с цилиндрическойповерхностью, каждая лыска на шейке соединена с лыской на щеке участком поверхности, лежащим в плоскости, касательной к цилиндрическим поверхностям лысок и рас положенной под углом а к щеке, равным1666820 Таблица 1 Предельный изгибающий момент, Нм, 1 для коленчатого вала - прототипа при различных глубинах Ь 1 и Ь 1 лысок на шейках 111500 1600 1600 Таблица 2 Предельный изгибающий момент. Нм, для коленчатого вала по изобретению при различных глубинах Ь 1, Ь 1 и Ь 2 лысок на шейках и щеках и постоянной длинен лысок на щеках лица Предельный игзгибающий момент, Н, для коленчатого вала по изобретению при разлй длинен лысок на щеках и постоянных глубинах Ь 1, Ь 1, Ь 2 лысок на шейках и щеках1 И Ь 1 -004 б -3 ммЬ 1 -0,04 б =2,7 мм Ь 1 - 0 08 0 = 6 ммЬ 1 =0,08 б 1=5,4 мм Ь 1 - 0,12 б = 9 ммЬ 1 =0,12 б =82 мм1666820 Составитель Н.БухаревТехред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Редактор О.Спесивых Заказ 2512 Тираж 429 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101