DK156092B - Krumtapaksel til flercylindrede motorer - Google Patents

Description

DK 156092B

Opfindelsen er en krumtapaksel til fl ercylindrede motorer som angivet i indledningen til patentkrav 1.

Opfindelsen er navnlig anvendelig i forbindelse med krumtapaksler til to- eller fire-taktsforbrændingsmotorer, og herunder f.eks. i forbindelse med krumtapaksler til kompressorer eller pumper, hvad enten cylinderne er anbragt pâ linie i en enkelt langsgâende række, eller et antal cylindere er fordelt i to langsgâende rækker med det samme antal cylindere i hver række og anbragt i V-form. Opfindelsen er anvendelig i forbindelse med en krumtapaksel, f.eks. med et ulige antal krumtapbugter til en fire-taktsforbrændingsmotor eller even-tuelt et lige antal krumtapbugter til en to-taktsforbrændingsmotor. Opfindelsen angâr endnu mere specielt en krumtapaksel med syv krumtapbugter til en maskine med frem- og tilbagegàende stempler med syv cylindere anbragt pâ linie eller med fjorten cylindere anbragt i to rækker hver med syv cylindere anbragt i V.

Det er kendt, at formen af en krumtapaksel, f.eks. med syv krumtapbugter fremstillet ved smedning og generelt beregnet f.eks. til fire-taktsforbrændingsmotorer, har en form set i en vinkelret projektion pâ et plan, som star vinkelret pâ krumtapakslens geome-triske omdrejningsakse, hvor krumtapbugterne fplger efter hinanden i rækkefplge 1-6-3-4-5-2-7 og har ens vinkelafstand, d.v.s. at deres tilhorende vinkelstillinger, som svarer til denne rækkefplge, er ensartet fordelt i omkredsretningen. Under disse forudsætninger er intervallerne eller vinkelforskydningerne mellem to nabokrumtapbug-

OCflO

ter og ved den nævnte rækkefplge tilnærmelsesvis a = -η— = 51,4286°.

En sâdan krumtapaksel vælges pâ grund af dens naturlige afbalance-ringsgrad (statisk og dynamisk), som er en af de bedste blandt krumtapaksler, hvor smedningen er regelmæssig, d.v.s. som har ens vinkler mellem de efter hinanden i den nævnte rækkefplge i omkredsretningen fplgende krumtapbugter.

Det skal her bemærkes, at ligevægtsbetirigelserne bestemmes som resultanten af de kræfter og de momenter, som fremkaldes af inerti-kræfterne fra hvert stempel med tilhprende plejlstang. Beregningen

DK 156092 B

2 begrænses sædvanligvis til den anden orden af en oplpsning i en Fourierrække af den periodiske funktion, som repræsenterer varia-tionen af kræfterne som funktion af tiden. For den nævnte klassiske krumtapaksel er ligevægtsbetingelserne, nâr krumtapakslen er forsy-net med ens kontravægte, som fplger:

Fj = 0 Mj = 0,267 Pj.L M'j = 2,524 Pj.L

F2 = 0 M2 = 1,006 P2.L M'2 = 0,526 P£.L

hvor: Pj og P2 betegner inertikræfterne henholdsvis af f0rste og anden orden, som udvikles af hele aggregatet med bâde stempel og plejlstang; L betegner den afstand, som adskiller to efter hinanden fplgende aggregater med stempel og plejlstang; F betegner hele den frie kraft for hele krumtapakslen af samtlige kræfter, som udvikles af hvert stempel + plejlstang; H betegner hele det frie moment, der dannes af aile inertikræfterne omkring krumtapakslens midtpunkt; og M' betegner den maksimale stprrelse af det indre bdjningsmoment bestemt langs krumtapakslen; da dette maksimale bpjningsmoment i régi en fremkommer ved midten af krumtapakslen, er M7 defineret som det resulterende moment, der fremkommer i forhold til krumtapakslens midte fra de inertikræfter, som udvikles af den ene halvdel af denne krumtapaksel.

For en langsom motor, f.eks. med en nominel hastighed pâ mindre end 300 omdrejninger pr. minut, betragtes de i det foregàende angivne stdrrelser som værende tilstrækkeligt smâ. For en halvhurtig motor, f.eks. med en nominel hastighed mellem 300 omdrejninger pr. minut og 700 omdrejninger pr. minut, kan det være npdvendigt at formindske det frie moment Mp som stammer fra aile inerti kræfterne af fprste orden i forhold til krumtapakslens midte. Dette opnâs ligeledes ved at forsyne krumtapakslens krumtapbugter og navnlig dens sidestykker, som danner bugternes radiale arme, med forskellige, omhyggeligt beregnede kontravægte. En fuldstændig fjernelse eller kompensation 3

DK 156092 B

for dette resulterende moment Mj kan i 0vrigt aldrig opnâs, undtagen i det særlige tilfælde hvor det drejer sig om motorer med to langs-gâende rækker af cylindere, der er anbragt i V-form under en vinkel pâ 90e.

Det er formâlet med den foreliggende opfindelse at afhjælpe denne ulempe ved at foreslâ en forbedring af de naturlige ligevægtsbetin-gelser for en krumtapaksel med flere, f.eks. syv krumtapbugter, af den i det foregâende nævnte art, ved hvilken de frie kræfter Fj og Fg af f0rste og anden orden, der udgpr summen for hele krumtapakslen af de kræfter, som frembringes af hvert stempel med tilhprende plejlstang, er i det væsentlige nul. Med dette formai for 0je er der if0lge opfindelsen tilvejebragt en krumtapaksel af den indlednings-vist nævnte art, der er ejendommelig ved de i den kendetegnende del af patentkrav 1 angivne træk.

I det tilfælde, hvor det drejer sig om en krumtapaksel med syv krumtapbugter, har disse hensigtsmæssigt en uregelmæssig fordeling i omkredsretningen med indbyrdes ulige store vinkelafvigelser, idet i det mindste nogle af de nævnte krumtapbugter er separat forsat en forholdsvis lille vinkel i en omdrejningsretning og med en sâdan stprrelse i forhold til tilsvarende respektive, i omkredsretningen ensartet fordelte vinkelstillinger, som de ville indtage i en begyndelsesform med vinkelmæssigt ækvidistante krumtapbugter pà 51,4286° i det mindste ved vinkelret projektion pâ et plan, der stâr vinkelret pâ den nævnte krumtapaksels geometriske omdrejningsakse, at det frie moment Mj, der er dannet af aile inertikræfterne af fprste orden, som udvikles af stemplerne med tilhprende plejlstænger og omkring midten af den nævnte krumtapaksel, er i det væsentlige nul, og at de nævnte kontravægte fortrinsvis aile er i det væsentlige identiske eller indbyrdes ens.

I den nævnte krumtapaksel med respektive vinkelstillinger af de nævnte krumtapbugter, der i den nævnte vinkelrette projektion fplger efter hinanden i rækkefplgen 1-6-3-4-5-2-7, kan tre par af disse vinkelstillinger 1-7,6-2,3-5 være symmetriskè med hinanden indenfor hvert par i forhold til det langsgâende aksialplan for den midterste krumtapbugts (No. 4) sole, og som gâr gennem den nævnte 4

DK 156092B

krumtapaksels geometriske omdrejningsakse.

Hver krumtapbugt til hvert af de nævnte par krumtapbugter 6-2 og 3-5 kan hâve en vinkelforskydning i retning til fordgelse af den af de vinkler, som de danner med hinanden, der er mindre end 180°, og hver krumtapbugt til det nævnte krumtapbugtpar 1-7 kan hâve en vinkelforskydning i retning hen mod hinanden, d.v.s. i retning til for-mindskel se af den af de vinkler, som de danner med hinanden, der er mindre end 180e.

De respektive vinkelforskydninger af hver krumtapbugt i de tidligere nævnte krumtapbugtpar 1-7, 6-2 og 3-5 kan tilnærmelsesvis være lig med 2,744°, 2,147° og 1,241°.

De nye ligevægtsbetingelser, der sâledes opnâs ved i henhold til den foreliggende opfindelse forbedrede krumtapaksler, er defineret af dé efterfplgende numeriske værdier:

Fj = 0 Mj = 0 M'j = 2,527 Pyl

F2 = 0 M2 = 0,921 P2.L M'2 = 0,463 Pg.L

Den nye, ifplge den foreliggende opfindelse tilvejebragte krumtapaksel form medfprer sâledes den fordel, at den tillader en praktisk taget fuldstændig fjernelse af momentet Mj, og dette pâ en sâdan mâde, at det ikke længere er npdvendigt at anvende specielle kon-travægte, idet aile kontravægtene kan være identiske med hinanden i det omhandlede tilfælde.

I ovrigt har denne lille ændring af krumtapbugt-vinkelstillingen i forhold til udformningen med regelmæssig fordeling ifdlge den kendte teknik ikke nogen væsentlig indflydelse pâ motorens drejningsmoment og heller ikke pâ de tillægsspændinger, som fremkaldes af krumtap-akslens torsionsvibrationer. Cylindertændfdlgen (f.eks.

1-3-5-7-6-4-2) er den samme som tidligere, og selv om vinkelfor-skydningerne er nogle grader forskellige, er det muligt at bevare den samme gruppering af cylinderne ved udstpdningen.

Opfindelsen vil herefter blive forklaret nærmere under henvisning til den skematiske tegning, der i form af et ikke begrænsende

DK 156092B

5 eksempel illustrerer en særlig aktuel og foretrukket udfprelsesform for opfindelsen, og hvor den eneste figur viser et billede set fra enden af en udfprelsesform for krumtapakslen ifpige opfindelsen, i projektion vinkelret pâ et plan, som star vinkelret pâ krumtapaks-lens langsgâende geometriske omdrejningsakse, som gâr gennem krum-tapakslens koaksialt pâ linie med hinanden liggende hovedlejespler, hvilken figur er begrænset til sporene af de langsgâende aksiale planer, som gâr gennem de langsgâende geometriske akser for krum-tapbugternes spler og den nævnte geometriske omdrejningsakse, hvis spor udgpr det fælles skæringspunkt for de nævnte planers tilhprende spor.

Ifplge den udfprelsesform, som er vist som et eksempel pâ figuren, viser denne for det fprste ved hjælp af rette, radiale linier, som er fuldt optrukket, og som er betegnet med 01, 06, 03, 04, 05, 02 og 07, og som strâler ud fra centeret 0, der repræsenterer sporet efter krumtapakslens geometriske omdrejningsakse, den normale udformning med regelmæssig fordeling for en klassisk krumtapaksel med syv krumtapbugter, der er symboliseret ved hjælp af de nævnte retliniede radiale spor, og som er ensartet fordelt efter efter hinanden 3£Λ ο fplgende ens vinkelafstande, som hver har stprrelsen a = -j— = 51,4286°.

Pâ tegningen er der ligeledes ved hjælp af en overlejret tegning pâ den samme figur, nemlig ved hjælp af rette, radiale punkterede linier 0Γ, 06', 03', 04', 05', 02' og 07' vist den nye form af en krumtapaksel med syv krumtapbugter ifplge opfindelsen, hvor hver krumtapbugt kan være sammenkoblet med eller svingeligt forbundet med enten et enkelt hoved til en stempelplejlstang eller med to stem-pelplejlstangshoveder, som er anbragt op mod hinanden eller er anbragt side om side pâ den samme sple til en og samme krumtapbugt.

Pâ tegningen betegner de punkter, som er betegnet henholdsvis med henvisningsbetegnelserne 1,6,3,4,5,2,7 eller ved hjælp af henvis-ningsbetegnelserne Γ, 6', 3', 4', 5', 2', 7', henholdsvis sporene efter de langsgâende geometriske akser (som hver for sig forlpber parallelt med krumtapakslens geometriske omdrejningsakse 0) igennem splerne eller lejetappene til de forskellige krumtapbugter, henholdsvis for sâ vidt angâr den almindeligt kendte eller sædvanlige krumtapaksel, og for sâ vidt angâr den forbedrede krumtapaksel

DK 156092B

6 ifplge opfindelsen. De radiale linier, som forbinder det fælles center 0 med de forskellige punkter, symbolise^er sâledes sporene efter de nævnte aksiale planer, som gâr gennem midterakserne for de pâgældende krumtapbugters arme. For bedre at kunne skelne den nye konstruktion, som er repræsenteret ved hjælp af de punkterede spor, fra den sædvanlige konstruktion, som er vist med fuldt optrukne linier, er krumtapbugtarmene 0Γ, 06', 03', 04', 05', 02' og 07' for den nye udformning ifpige opfindelsen vist med en stprre længde end de radiale arme for den regelmæssige kendte konstruktions krumtap-bugter, der er repræsenteret af henholdsvis 01, 06, 03, 04, 05, 02 og 07.

Det vil af tegningen ses, at krumtapbugten 04', ifplge opfindelsen, fortsat faider sammen med vinkelstillingen for krumtapbugten 0,4 til den kendte krumtapaksel, det vil sige, at denne krumtapbugt ikke er undergâet nogen vinkelforskydning. Krumtapbugterne 03' og 05' er symmetrisk vinkelforskudt i retning bort fra hinanden, og hver en vinkel pâ 1,241e i forhold til deres oprindelige stilling i den kendte konstruktion pâ en sâdan mâde, at de i deres nye vinkelstilling nu hver danner en spids vinkel pâ 52,67e med midterkrumtapbug-ten 04'. Endvidere er hver af krumtapbugterne 06' og 02' hver vinkelforskudt en vinkel pâ 2,147° i retning bort fra hinanden i forhold til deres respektive, oprindelige vinkelstillinger i den tidligere kendte konstruktion, d.v.s. i retning hen mod deres nabokrumtapbugter 03' og 05' pâ en sâdan mâde, at de nu hver danner en spids vinkel pâ 48,04° med disse sidste. Endvidere er krumtapbugterne 01' og 07' vinkelforskudt vinklen 2,744e i forhold til deres velkendte vinkelstillinger og i retning hen mod hinanden eller bort fra deres nævnte to nabokrumtapbugter pâ en sâdan mâde, at de nu mellem si g danner en spids vinkel pâ 45,94 e, og hver for si g danner en spids vinkel pâ 56,32° med deres nabokrumtapbugt henholdsvis 06' og 02'. Det vil ses, at den nye udformning, som er opnâet, er symmetrisk i forhold til den udefter forlængede rette linie 04', som repræsenterer sporet efter det aksiale langsgâende plan, som gâr gennem den geometriske længdeakse og den sple, der hprer til krumtapbugten 04'.

Claims (6)

1. Krumtapaksel til flercylindrede motorer, ved hvilken krumtapbug-terne set i deres projektion pâ et pâ tværs af krumtapakslens længdeakse stâende plan er anbragt i vinkelstillinger med i det væsentlige ens vinkeldeling, kendetegnet ved, at i det mindste én af krumtapbugterne (l'-7') til forbedring af krumtapakslens afbalanceringsgrad er forsat en i forhold til vinkelafstanden lille vinkel (ca. 2°) i forhold til den vinkelstilling (1-7), som svarer til npjagtig ens vinkeldeling (51,4286° ved syv krumtapbug-ter).

2. Krumtapaksel ifplge krav 1, kendetegnet ved, at krumtapbugterne ved en krumtapaksel med et ulige antal krumtapbugter er forsat pâ en sâdan mâde, at det frie moment (Mj) for aile iner-tikræfter af fprste orden, med tilkoblede stempler og plejlstsnger, forsvinder henfort til krumtapakslens midte.

3. Krumtapaksel ifplge krav 2, kendetegnet ved, at krumtapakslens afbalanceringsvægte er ens.

4. Krumtapaksel ifplge et eller flere af de foregâende krav og med et ulige antal krumtapbugter, kendetegnet ved, at de krumtapbugter (3-5, 6-2, 1-7), som set i krumtappens akseretning er anbragt symmetrisk i forhold til den midterste krumtapbugt (4), iiar vinkelstillinger, som er symmetriske i forhold til det aksiale plan, som gâr gennem den midterste krumtapbugt (4).

5. Krumtapaksel ifplge krav 4 med syv krumtapbugter, hvis projek-tioner har rækkefdlgen 1-6-3-4-5-2-7, kendetegnet ved, at krumtapbugterne er vinkelforsat pà en sâdan mâde, at den til enhver tid mindste vinkel mellem krumtapbugterne til et par (3-5,6-2,1-7) er pget ved de inderste par (3-5,6-2) og er mindsket ved det yderste par (1-7).

6. Krumtapaksel ifilge krav 5, kendetegnet ved, at vinkelforsætningen af de enkelte krumtapbugter af det inderste par (3-5) andrager 1,24°, ved det midterste par (6-2) andrager 2,15°, og ved det yderste par (1-7) andrager 2,74°.