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BREVET D'INTENTION.
Société dite: WILLIAM DOXFORD & SONS LIMITED, de nationalité anglaise,
Pallion Yard, Sunderland, Durham, Angleterre.
PERFECTIONNEMENTS AUX VILEBREQUINS ET AUTRES ELEMENTS DE MACHINES.
Ayant fait l'objet d'une demande de brevet en Grande-Bretagne N 21273/44 en datées des 31 octobre 1944 (demande provisoire) et 30 mai 1915 (demande définitive).
Il est bien connu que lorsqu'un arbre-vilebrequin est formé inté- gralement ou d'une pièce avec un flasque ou bras de manivelle, la point le plus faible est la jonction des deux parties, et il est de pratique courante de prévoir des congés d'un rayon aussi 'grand que permis pour éviter la concentration des tensions qui se produit à l'emplacement d'un changement brusque de forme, @es mêmes considéra- tions valent en d'autres circonstances, et l'on peut dire d'une façon générale que dans un 'élément de machine dont la forme implique des changements dans sa section.droite,
la transmission d'une force d'une partie'd'un élément à l'autre partie produit une concentration de tensibns à l'emplacement du changement de section droite, ce qui rend cet emplacement en fait plus faible que l'une ou l'autre partie de l'élément, en particulier si le changement est brusque.
Lorsque l'arbre ou autre élément comporte une partie, comme un tourillon, destiné à engager une quelconque autre partie située au voisinage du changement de ssction droite, la prévision d'un tel con- gé nécessite un accroissement de la longueur d'ensemble ou totale, du fait qu'il n'est pas généralement pratique, ou possible, de faire de la surface arrondie du congé une portion effective ,d'une surface de tourillon.
L'objet de l'invention est de prévoir une construction perfec- tionnée, grâce à laquelle on évite ce désavantage d'une longueur totale accrue,
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Conformément, l'invention comprend un élément de machine compor-
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tant une surface de tourillon, ou une surf.cB ,C1n3.logue, voisine d'un changement dans la section droite de l'élément, dans lequel la confor- mation de transition ou congé est. entièrement ou principalement formé dans un évidement de la partie plus large de l'élément.
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Conforménienu à une autre caractéristique de l'invention, le rayon de courbure de la portion conformée ou congé peut être réduit par pa- liers ou progressivement, partir de sa naissance au tourillon ou sur-
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1'uud '3,Yarluu6, l'effet de réduire les dimensions d'ensemble de l'é- videment.
L'invention englobe, en particulier, des arbres vilebrequins pré- sentant la formation décrite ci-d@ssue appliquée à la jonction du flas- que ou bras de manivelle avec l'arbre et, ou le maneton ou bouton de manivelle.
@n se référant maintenant aux dessins schématiques annexés: Fig.l montre une élévation en coupe à travers deux paliers princi- paux voisins l'un arbrevilebrequin, et illustre les parties d'un,type connu de vilebrequiny associé, destiné à un grand moteur marin du ty- PE à combustion interne, à pistons opposés; tandis que,
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-ig.2 montre une vue analogue avec la partie du vilebrequin moii- fiée conformément à la présente invention;
Fig.3 est une coupa détaillée du congé, à la jonction d'un flasque
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ou ùr"1.S ds manivelle et d'un maneton du vileorequin de la fig.2; 1<'ig, t J{u[1.,r;;; une modification de la partie du vilebrequin illustrée fig.2.
Jans Iss l;O;G;iJl3, la ou cela est désirable, des parties analogues sont indiquées par ies ,,h4 fres de référence.
Jr1 décrira I11:.1.1ï.8.1:L,lt, à titre d'exemple le l'invention, une cons- truction dû l'arbro vilebrequin pour un grand moteur marin du type à combustion interne et pistonn oppoaéa. En raison des grandes dimensions <i 3 rDr6s, il,---3 ne: euven1., pas être établis soue forme de =iécn.s for- éc3 pleines, eu ils 3ont nar conséquent du type f3ero,L-.)n3LruiL. Les flasques ou bras lé) manivelle, principaux pour les pi:1tons inférieurs du !(lv(,\:1Ur ;;ü1." J3;J pièces ou barrer d'acier plat dans lenquelles les lnan< - Lons simplement cylindriques sont mis 3. la presse ou serrés par contrac- tion ,les flasques ou bras.
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Cette ¯construction n'est toutefois pas possible pour les flas- . ques ou bras de manivelle latéraux, entre l'arbre et les manetons la- téraux, du fait que l'excentricité de ces.manetons est d'ordinaire plus réduite,,de sorte qu'il y aurait insuffisamment de matière entre les trous des flasques.ou bras de manivelle destinés à recevoir les tourillons et les trous destinés, à recevoir les manetons latéraux.
La construction normale, comme illustré fig,l, consiste, par suite, à faire usage d'une pièce forgée pleine entre des flasques ou bras de manivelle principaux voisins, ces pièces forgées comnre- nant un tourillon 11 avec un flasque ou bras de manivelle 12 et un maneton 13 à chaque extrémité, ces manetons étant mis à la presse ou serrés par contraction dans les flasques ou bras de manivelle princi-. paux 14 dans lesquels est également mis à la presse ou serré par contraction le maneton 15.
Les tourillons 11 sont supportés dans les paliers princinaux
16 de la plaque d'assise'17. A l'effet le réduire les concentrations de tensions là où les manetons 13 et les tourillons 11 rejoignent les flasques ou bras de manivelle 12, il est nécessaire de prévoir des congés 18 de grandmyon, eL cas congés sont sans utilité comme surfaces de portée.
Il s'ensuit, par conséquent, que la longueur d'ensemble ou totale du vilebrequin doit être augmentée de la lon- gueur axiale de quatre des congés 18 pour chaque unité ou cylindre 'du moteur, et comme en pratique la longueur nécessaire des tuuril- lons et des manetons, déterminée par les charges qui pèsent, sur eux, est le facteur directeur, la longueur d'ensemble ou totale du moteur doit être.augmentée pour permettre l'emploi de ces congés.
Conformément à l'invention, les surfaces d'appui ou de portée sur les. tourillons 13 et sur les tourillons d'arbre 11, fig.2, sont transversal établies de façon à s'étendre longitudinalement jusqu'au plan; ou plans transversaux des flasques ou bras de manivelle 12, et les con- @ ,gés 19 qui débutent à une ou aux deux extrémités des surfaces d'ap - pui ou de- portée s'étendent, avec une courbure appropriée, dans des évidements 20 des flasques ou bras de manivelle. Chacun de ces con- gés est établi'avec un rayon R convenablement grand (fig.3), tel que déterminé par.(l'expérience, et s'étend sur un angle de 90 .
Le tracé est alors poursuivi extérieurement avec un rayon plus petit R1, dont
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la valeur est mettons la moitié de celle au premier rayon, vers la face du flasque ou bras da miv119 et se raccorde à la dite surface par une courbure inverse R2 qui, étant convexe, peut être plus petite encore, menons d'un rayon égal au quart du rayon mentionné en premier ,
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lieu.
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ija' courbure des congés au lieu d'être réduite par paliers à partir de son point de départ, peut ebre réduite progressivement.
Céil-5 confurmation particulière du C01Jg 19 aab avantageuse en ,ce
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qu'une quantité moindre de métal doit être enlevée du flasque ou bras
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de manivelle, eu 16 rayon des bandes le frott3m"mt ou d'usure 21, aux extrbmités des paliers 22 des manetons latéraux, peut être réduit.
0n a constaté que la disposition corstr,uctive décrite permet une réduction n<Jtxbl,3 de la longueur d'ensemble ou totale du moteur, la réduction 8 tt.eigl"J.llL le cas échéant 10%.
""fin de procurer une l'1?QUv"'':'',hl 'l,a.;ii.iJî1119118 cupplémentaire de la 1')16ln=,1;:r l',,,#::';:ImO.Léi vU lobule, l:::, ;:'i.".3ques ou bras de m',rlßVAj.l2 -7rin- ±lp;.ux. 1.i,, .21.g.1, au 1::'10,) \1'Ê;t1':; établis plans, rerpendiculairement à. l'axe du vilebrequin, J611-vémt être légèrement coudés vers l'intérieur, 8. partir du ill:1naton 15 jusqu'aux manebona latéraux 13, car la, dimen- Si00 de la oielle, suivant la longueur de l'arbre vilebrequin, est >?<,iÀo1emeràt moinara que la longueur axiale du maneton lui qui est es- sentinelle pour assurer la portée d'appui nécessaire de ce maneton 15.
-1 en rciaulc que les manecons l'c:,t.érJ,11À i '"'''' 1¯.vr' 01011""Li ..le lir.i- o1ÀJg aoiit 1: 11J8 1 r,proc:,x àc1L# lu :;t:ns É= la 1'ji.gueur du vilebrequin q v '1 il\: .r"\ib 1u::.i;.le de le f'ire "'!.\Jtre7'-E-mt, set,' par suite, la dis- position procure 1.'X:', réduction 8uppl.;mGnt'lÍre de la longueur d'ensem- il< ou. tota,l" du TrGt:,iJl lût <::.1, oonservant 1". longueur 116cfEr'I'1Írè aux L-11?.ic-: 1, t..r'Gé, .,4 t,vLlo 1- TTl6i;:,tC)i .
En utilisant ceG deux carac- Lér'ist.i',1t<eu <.i, combinaison, on re1=t réa1i2er une réduction ,le la ion- ôué1=.r d'ensemble ou totale du moteur qui, dans certains cas, peut at- teindre 12)1 ou 15)%, vn observera qu'une semblable réduction eat parti- cc:li0Y't';ruGnt pr6c1heus6 dans le c:::u de moteurs marins, du fait qu'un
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espace additionnel devient ainsi disponible pour la capacité de trans-
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port du bateau. Elle <:iot G(.:Jp0n0.1x"t également avantageuse lorsqu'elle
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.-.'applique à un moteur quelconque.
On comprendra que la partie du vilebrequin illustrée dans les fi-
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gures 2 et 4 est celle associée à un quelconque, cylindre intermédiaire clu moteur et que les parties du vilebrequin associéesà des cylindres extrêmes sont analogues, sauf que les tourillons extrêmes du vilebre- - quin ne comportent de flasque ou bras de manivelle latéral et de mane- ton latéral, formés d'une pièce, qu'à leurs extrémités internes seule- ment, le tourillon à l'extrémité arrière du vilebrequin comportant une bride d'accouplement à son extrémité externe, tandis que le tourillon ,à l'extrémité avant du vilebrequin est, si on le désire, convenablement établi àson extrémité externe pour entraîner une machine ou appareil auxiliaire.
Le vilebrequin tel que décrit ci-dessus peut être établi pour l'em- ploi en association avec.un moteur à combustion interne mono-cylindri- que, ou à deux cylindrés ou poly-cylindres, du type à cylindres opposés.
Dans le cas d'un moteur mono-cylindrique, les tourillons sont forméÇ d'une 'pièce avec un seul flasque ou bras de manivelle latéral et un seul maneton latéral à leurs extrémités internes, tandis que dans le cas d'un moteur à deux cylindres, le tourillon central ou intermèdi@i- re est formé d'une pièce avec un flasque ou bras de manivelle latéral et un maneton latéral à ses deux extrémités, tandis que les tourillons extrêmes sont établis avec un seul flasque ou bras de manivelle laté- ral et un seul maneton latéral à leurs extrémités internes.
Finalement, il doit être entendu que bien qu'uneréalisation par- ticulière de l'invention, ,telle qu'appliquée au vilebrequin d'un mo- teur ait seule été décrite, l'invention n'y est pas nécessairement li- mités, car elle peut être employée avantageusement pour d'autres élé - mentsde machine.
REVENDICATIONS.
1. Un élément de machine comportant un tourillon ou surface ana- logue, voisin d'un changement dans la section droite de l'élément, dans lequel la conformation de transition ou congé est formé entière- ment ou principalement dans un évidement de la partie la plus large de l'élément.
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PATENT OF INTENT.
Company known as: WILLIAM DOXFORD & SONS LIMITED, of English nationality,
Pallion Yard, Sunderland, Durham, England.
IMPROVEMENTS TO CRANKSHAFTS AND OTHER MACHINE COMPONENTS.
Having been the subject of a patent application in Great Britain N 21273/44 dated October 31, 1944 (provisional application) and May 30, 1915 (final application).
It is well known that when a crankshaft is formed integrally or integrally with a flange or crank arm, the weakest point is the junction of the two parts, and it is common practice to provide leaves of a radius as large as permitted to avoid the concentration of stress which occurs at the site of a sudden change of shape, the same considerations apply in other circumstances, and one can say generally only in a machine element whose shape implies changes in its straight section,
transmitting a force from one part of one element to the other part produces a tensile concentration at the location of the cross-sectional change, making that location in fact weaker than either or other part of the element, especially if the change is sudden.
When the shaft or other element has a part, such as a journal, intended to engage any other part located in the vicinity of the change of straight line, the provision of such a congestion requires an increase in the assembly length or total, since it is not generally practical, or possible, to make the rounded fillet surface an effective portion of a journal surface.
The object of the invention is to provide an improved construction, whereby this disadvantage of increased overall length is avoided,
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According to the invention, there is a machine element comprising
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both a journal surface, or a surface.cB, C1n3.logue, neighboring a change in the cross section of the element, in which the transition or fillet conformance is. wholly or mainly formed in a recess of the larger part of the element.
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In accordance with another characteristic of the invention, the radius of curvature of the shaped portion or fillet may be reduced in steps or gradually, from its birth to the journal or over-
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Uud '3, Yarluu6, the effect of reducing the overall dimensions of the recess.
The invention encompasses, in particular, crankshafts having the formation described above applied to the junction of the flange or crank arm with the shaft and / or the crank pin or crank knob.
@n now referring to the accompanying schematic drawings: Fig. 1 shows a sectional elevation through two neighboring main bearings one crankshaft, and illustrates parts of a known type of associated crankshaft, intended for a large engine marine type internal combustion PE, opposed pistons; while,
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-ig.2 shows a similar view with the part of the crankshaft reduced in accordance with the present invention;
Fig. 3 is a detailed cut of the fillet, at the junction of a flange
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or ùr "1.S ds crank and a crank pin of the crankshaft of fig.2; 1 <'ig, t J {u [1., r ;;; a modification of the part of the crankshaft illustrated in fig.2.
Jans Iss l; O; G; iJl3, where desirable, analogous parts are indicated by reference ies ,, h4 fres.
Jr1 will describe I11: .1.1ï.8.1: L, lt, by way of example of the invention, a construction due to the crankshaft for a large marine engine of the internal combustion type and piston oppoaea. Due to the large dimensions <i 3 rDr6s, it, --- 3 ne: euven1., Not be established in the form of = iécn.s for- ec3 full, they are therefore of type f3ero, L -.) N3LruiL . The flanges or le) crank arms, main for the lower legs of the! (Lv (, \: 1Ur ;; ü1. "J3; J pieces or bar of flat steel in which the lnan <- Simply cylindrical lons are placed 3. the press or tightened by contraction, the flanges or arms.
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However, this ¯construction is not possible for the flas-. side crank arms, between the shaft and the side crankpins, since the eccentricity of these crankpins is usually smaller, so that there would be insufficient material between the holes of the crankpins. flasques.ou crank arms intended to receive the journals and the holes intended to receive the lateral crankpins.
The normal construction, as illustrated in fig, 1, therefore consists in making use of a solid forging between neighboring main flanges or crank arms, these forgings comprising a journal 11 with a flange or crank arm. 12 and a crank pin 13 at each end, these crankpins being pressed or tightened by contraction in the flanges or main crank arms. blades 14 in which the crankpin 15 is also pressed or tightened by contraction.
The journals 11 are supported in the main bearings
16 of the base plate '17. In order to reduce the stress concentrations where the crank pins 13 and the journals 11 meet the flanges or crank arms 12, it is necessary to provide leaves 18 of grandmyon, eL cases leaves are of no use as bearing surfaces.
It follows, therefore, that the overall or total length of the crankshaft must be increased by the axial length of four of the fillets 18 for each unit or cylinder of the engine, and as in practice the necessary length of the tuuril - lons and crankpins, determined by the loads weighing on them, is the guiding factor, the overall or total length of the motor must be increased to allow the use of these leaves.
According to the invention, the bearing or bearing surfaces on the. journals 13 and on the shaft journals 11, fig.2, are transversely set so as to extend longitudinally to the plane; or transverse planes of the flanges or crank arms 12, and the connections 19 which begin at one or both ends of the supporting or bearing surfaces extend, with suitable curvature, into recesses 20 flanges or crank arms. Each of these leaves is established with a suitably large radius R (fig. 3), as determined by experiment, and extends over an angle of 90.
The route is then continued externally with a smaller radius R1, of which
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the value is put half of that at the first radius, towards the face of the flange or arm da miv119 and is connected to said surface by an inverse curvature R2 which, being convex, can be even smaller, lead to an equal radius to a quarter of the radius mentioned first,
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location.
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ija 'curvature of the fillets instead of being reduced in stages from its starting point, can be reduced gradually.
Céil-5 particular confurmation of C01Jg 19 aab advantageous in, this
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that less metal must be removed from the flange or arm
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crank, had 16 radius of the bands the friction or wear 21, at the ends of the bearings 22 of the side crank pins, can be reduced.
0n has found that the corstr, uctive arrangement described allows a reduction n <Jtxbl, 3 of the overall or total length of the motor, the reduction 8 tt.eigl "J.llL if necessary 10%.
"" end of getting a l'1? QUv "'': '', hl 'l, a.; ii.iJî1119118 complementary to the 1') 16ln =, 1;: r l ',,, # ::' ;: ImO.Léi vU lobule, l :::,;: 'i. ". 3ques or arms of m', rlßVAj.l2 -7rin- ± lp; .ux. 1.i ,, .21.g.1, at 1 :: '10,) \ 1'Ê; t1' :; established plans, back to. the crankshaft axis, J611-vémt be slightly bent inwards, 8.from ill: 1naton 15 to the lateral manebona 13, because the, dimension Si00 of the oielle, according to the length of the crankshaft , is>? <, iÀo1emeràt less than the axial length of the crankpin which is essential to ensure the necessary bearing range of this crankpin 15.
-1 in rciaulc that the manecons l'c:, t.érJ, 11À i '"' '' '1¯.vr' 01011" "Li ..le lir.i- o1ÀJg aoiit 1: 11J8 1 r, proc: , x àc1L # lu:; t: ns É = la 1'ji.gueur du crankshaft qv '1 il \: .r "\ ib 1u ::. i; .le de le f'ire"'!. \ Jtre7 '-E-mt, set,' therefore, the arrangement provides 1.'X: ', reduction 8uppl.; MGnt'lÍre of the length of set <or. Tota, l "of the TrGt :, iJl lût <::. 1, oonservant 1 ". length 116cfEr'I'1Írè aux L-11? .ic-: 1, t..r'Gé,., 4 t, vLlo 1- TTl6i;:, tC) i.
By using this two charac- Lér'ist.i ', 1t <eu <.i, combination, we re1 = t achieve a reduction, the overall or total la ion- ôué1 = .r of the motor which, in some cases , can reach 12) 1 or 15)%, it will be observed that a similar reduction is parti- cular: li0Y't '; ruGnt preclheus6 in the c ::: u of marine engines, because a
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additional space thus becomes available for the trans-
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boat harbor. It <: iot G (.: Jp0n0.1x "t also advantageous when
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.-. 'applies to any engine.
It will be understood that the part of the crankshaft illustrated in the figures
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gures 2 and 4 is that associated with any intermediate cylinder of the engine and that the parts of the crankshaft associated with the end cylinders are similar, except that the end journals of the crankshaft - which do not include a side plate or crank arm and handle - side tone, formed in one piece, only at their internal ends, the journal at the rear end of the crankshaft having a coupling flange at its outer end, while the journal at the front end of the crankshaft is, if desired, suitably established at its outer end to drive a machine or auxiliary device.
The crankshaft as described above can be set up for use in conjunction with a single-cylinder, or two-cylinder or poly-cylinder, opposed cylinder type internal combustion engine.
In the case of a single cylinder engine, the journals are formed in one piece with a single flange or lateral crank arm and a single lateral crank pin at their internal ends, while in the case of a two-piece engine. cylinders, the central or intermediate journal is formed in one piece with a side flange or crank arm and a lateral crank pin at both ends, while the extreme journals are established with a single flange or side crank arm - ral and a single lateral crank pin at their internal ends.
Finally, it should be understood that although a particular embodiment of the invention, as applied to the crankshaft of an engine has only been described, the invention is not necessarily limited thereto, because it can be used advantageously for other machine elements.
CLAIMS.
1. A machine element having a journal or the like surface, adjoining a change in the cross section of the element, in which the transition or fillet conformation is formed entirely or mainly in a recess of the part. the widest of the element.