Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям коленчатых валов.

Известна конструкция коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, состоящая из коренных и шатунных шеек и соединяющих их симметричных щек, ось которых проходит через оси соответствующих коренных и шатунных шеек (см. Орлин А.С., Круглов М.Г. «Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей». - М.: Машиностроение, 1984 г., стр. 203).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известной конструкции является неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению щеки коленчатого вала, возникающих при действии максимального давления газовых сил P_z на поршень, обусловленное симметричностью щеки коленчатого вала.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленнму изобретению по совокупности признаков является коленчатый вал с полыми шейками, содержащими сквозные отверстия, выходящие в щеки вала, распорные средства установлены в отверстиях на участке коренных шеек и шатунных шеек (см. заявка ФРГ №3837292, кл. F 16 C 3/10 от 10.05.90).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, принятого за прототип, является симметричность щеки коленчатого вала, которая приводит к неравномерному нагружению поперечных сечений от результирующей сил, передающихся от шатуна, с учетом сил трения в коренных и шатунных шейках.

Сущность изобретения - обеспечение равных напряжений в поперечных сечениях щек кривошипов коленчатого вала с целью уменьшения его массы при обеспечении необходимых несущих свойств.

Технический результат - снижение массы коленчатого вала, повышение равномерного распределения напряжений и деформаций коленчатого вала, что приводит к снижению массы двигателя, уменьшению излучаемого шума и улучшению условий работы шатунных и коренных подшипников.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в коленчатом вале двигателя внутреннего сгорания, содержащем коренные и шатунные шейки и соединяющие их щеки, особенностью является то, что щеки выполнены несимметричными относительно плоскости, проходящей через оси коренных и шатунных шеек, при этом несимметричность формы щек определяется равенством максимальных напряжений в левой и правой половинах поперечного сечения щек и нагруженном шатунной и коренной шеек силами, линии действия которых смещены относительно осей упомянутых шеек.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен общий вид коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - щека коленчатого вала несимметричной формы и нагрузкой, действующей на шейки коленчатого вала.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания включает: корпус коленчатого вала 1, носок коленчатого вала 2, коренные шейки 3, щеки 4, шатунные шейки 5 и хвостовик с фланцем 6, r_ш и r_к - радиусы шатунных и коренных шеек, R - реакция коренных опор, S - сила, передаваемая шатуном на шатунную шейку, Δ_ш и Δ_к - смещения точек приложения силы на угол трения ϕ_mp, соответственно для шатунной и коренной шеек.

Работа коленчатого вала осуществляется следующим образом. В двигателе коленчатый вал 1 установлен на коренных шейках 3, на носок коленчатого вала 2 крепится шкив привода вспомогательных агрегатов, а на хвостовик с фланцем 6 - маховик. В момент максимального рабочего давления газовые силы через поршень и шатун передают усилие S на шатунную шейку 5 коленчатого вала 1. Линия действия силы S, действующей от шатуна, в результате имеющегося в паре шатун-шатунная шейка коленчатого вала трения отклоняется от центров шеек и смещается на величину Δ_ш. Аналогичное смещение линии действия реакции R коренной опоры на величину Δ_к происходит в коренной шейке 3. В результате щека 4 оказывается нагруженной силами, линии действия которых не проходят через оси шеек, а смещены на некоторую величину, что приводит к несимметричности формы щеки для обеспечения ее равнопрочности.

Преимущество изобретения состоит в том, что щеки коленчатого вала выполнены несимметричными относительно плоскости, проходящей через соответствующие шейки. В этом случае площади и моменты инерции левой и правой половин поперечного сечения щеки становятся неодинаковыми, для учета смещения линии действия газовых сил и реакции коренных опор. Величина несимметричности является сложной функцией геометрических размеров, характеристик материалов, действующей нагрузки и коэффициента трения и в каждом конкретном случае определяется расчетным путем таким образом, чтобы максимальные напряжения в левой и правой половине поперечного сечения щеки были равны.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, содержащий коренные и шатунные шейки и соединяющие их щеки, отличающийся тем, что щеки выполнены несимметричными относительно плоскости, проходящей через оси коренных и шатунных шеек, при этом несимметричность формы щек определяется равенством максимальных напряжений в левой и правой половинах поперечного сечения щек и нагруженном шатунной и коренной шеек силами, линии действия которых смещены относительно осей упомянутых шеек.