PL168366B1 - Wal korbowy do silnika spalinowego PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Wal korbowy do silnika spalinowego wol- nobieznego duzej mocy, którego czesc czopowa po- laczona jest skurczowo z przelotowym otworem w ramieniu korby, dla zabezpieczenia przed obrotem, znamienny tym, ze przynajmniej na jednej powie- rzchni ( 7) czopa korbowego ( 5 ) i na powierzchni przelotowego otworu ( 4 ) w ramieniu korby ( 2 ), które polaczone sa skurczowo, znajduje sie powlo- ka zwiekszajaca tarcie,w postaci metalowej osnowy ( 1 1 , 1 2 ), w której osadzone sa czastki ( 1 0 ), o znacz- nie wiekszej twardosci niz stanowiacy podloze ma- terial ramienia korby ( 2 ) i czopa korbowego ( 5 ). FIG 1 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy wału korbowego do silnika spalinowego wolnobieżnego dużej mocy takiego rodzaju, że część czopowa połączona jest z ramieniem korby za pomocą połączenia skurczowego.

Gdy wał korbowy do silnika spalinowego łączony jest metodą skurczową to zwykle mówi się albo o wale korbowym, w którym każde wykorbienie mocowane jest przez łączenie na skurcz czopa korbowego w otworach w dwóch ramionach wykorbień, po czym poszczególne wykorbienia łączone są ze sobą za pomocą czopów głównych łączonych również na skurcz w otworach ramion wykorbień, lub też mówi się o wale korbowym, w którym uprzednio odkute lub odlane wykorbienia łączone są za pomocą czopów wału zamocowanych na skurcz w otworach ramion wykorbień. Jak przedstawiono w opisie patentowym RFN 2 027 867, wykorbienia mogą być łączone w różny sposób za pomocą części czopowej w postaci pierścienia, który nakładany jest skurczowo z zewnątrz na dwa przeciwległe, osiowo ustawione czopy, z których każdy należy do swego wykorbienia.

Ponieważ podczas pracy silnika wzajemne położenie kątowe wykorbień musi być zachowane, moment obrotowy, jaki przenosić ma wał może, m. in. zależeć od pola powierzchni przynależnych powierzchni skurczowych i od siły skurczu oddziaływującej głównie prostopadle na te powierzchnie, Ponieważ płynięcie materiału w obszarze łączonych skurczowo powierzchni jest niepożądane więc pomiędzy żądaną siłą skurczu i wymaganą grubością materiału znajdującego się wokół otworu skurczowego istnieje bezpośrednia zależność. Powszechne jest życzenie, aby zmniejszać stosunek pomiędzy ciężarem wału korbowego i momentem jaki on ma przenosić, co doprowadziło do skonstruowania spawanych wałów korbowych, znacznie kosztowniejszych niż wały o budowie omówionej na wstępie.

Zadaniem wynalazku jest to, aby w wale korbowym wspomnianego na wstępie rodzaju, zmniejszyć stosunek pomiędzy ciężarem wału i dopuszczalnym dla niego największym momentem obrotowym.

168 366

Zadanie to zostało rozwiązane w ten sposób, Ze wał według wynalazku charakteryzuje się tym, że (to nejmnej wodna z yazynaZeżnych do iwebie powierzchni złyrazowych nawwera maZerrał zuzk-¹ szający tarcie.

Wwrhodaąr a tego samego momentu obrotowego oyaa pola pozieyachni podącawnia skurczowego, zad z porównaniu do znanych załóz korbowych, ae zaględu na ziększy zspódcawnnik tarcia pomiędzy pozieyachninmi podącaenia sk^^ozego spozodozany przez materiał azlęksaająry tarcie, może być łtrayrnyzany jako cadość przez mylweszą sidę skurcaozą, tan. praea mnleesaw ciśnienie pozierachnioze pomięday poolwrachniami poaącawnla sk^^ozego z gotozym zalw. Prozadai to do zredukowanego poaiomu naprężenia z ramieniu korby tak, że pole pozierachni prawkroeł poprzecznego zykorbienia a tym samym jego ciężar, aodasacaa z tych obsaarach, które podcaas pracy silnika podlegają tylko stosunkozo yieziwlkiemu obciążeniu momentem obrotozym, mogą być amnlwjsaoπw.

Sarawgólya zaleta zynika a ui^żliz^nia redukcji ciężaru zadu korbozego z zolnobieżnych silnikach dużej mocy, gdaie ae oagaądóo manipulacyjnych z niektórych praypadkach zad musi być podzielony na dziw caęści, które aącaone są poOczws montażu silnika. W azyZdyrh tokarkach zadóo korbozych maksymalny ud/zig zynosi 180 t, co odpoziaea cięża^zi znanego zadu a podącawniami na skurca dla 8-mio lub 9-cio rylίndrycanwgo silnika. jeżeli jednak abudozany ma być silnik a 10 do 12 cylindrami, to zad dzielony byd na dzie caęści i aącaoyy pray łmlwsaraonym z środku silnika kole daórłrhooym dla napędu aańrurhozego zadu rozrządu. Licabn cylindróz, która cayni koniwcany podaiad zadu, może ulec azięksawylu dla zadu ażeesaego agodnie a oynalaaZiem tak, że można zy^a^aś zspomyiane silniki o dużej licżbie ryllndróo a niedaiwaonym zadem korbozym i kodem łartrłrhozym umiwszczonym na końcu silnika, co poaa niżsaymi kosatami zytoarzanla zadu pozoduje amniwjsaeniw radkoziaej ddugośri silnika.

Niżsży pooioo ea^pężżZ e ua!niewya eykzoyiewya eooe gooa tty tyy eoWkoryyttnn td emnyeZesawya oelwgdości od środka caopa korbozego do środka aoopa adłu , co rczwadzi do sszróczm kkorbozidu a tym samym do myiwjsawe oysokośri silnika.

Jeżeli część ^opoza zy^nam jest jako caop priebiegaeący osiooo pyawanaciony do mocooanla skurcaozwgo z pyzeyazgająrym osiozo otzoraw z ramieniu oykoryiwnla, to ae ziglę0óz produkcyjnych i wkoyomiciyych tylko pozieracl-inia podążenia skurc^zego na obrzeżu czopa iaoiera maawriad azaęZszająry tarcie. Skuaerzyość zyyaaaiku z koraystnym praykdaOaiw zykonania azięksaona jest praea to, że priynalwżne do siebie obrzeżne poziwrirhyle caopa i na cyaiyOrycanwj zeonęarinej stronie otzoru aaoieyaeą obie materiad izlęksaaeący tarcie.

W jednym a priykdnOóz zykoyayln maawriadwm iolęZsaaeącym tarcie może być pozdoka a niklu co pray pośliauł zag^dem stali daje duże tarcie a pray pośliagu woaUadoz nniZl sSaoara jeesiri olęksie tarcie. Poodoka a niklu może być nanoszona z każdej żądanej grubości. W madych zadach korbozych poodoka może być nanoszona metodą plaamozą jako bay0ao cienka oarstza lub praea rhwmicayw zyt^cm^, natomiast pray zięksaych zadach zykoraystłjw się yakdaOanlw metodą twrmiriną.

W innym praykdaOalz zykonania materiad izięksaający tarcie może iaoiwyać caąsaerikl, korzystnie proszku kaΓbαruyOozego, które są znacznie twardsze niż maaaeiaa woWkoyyaeya lau c^oa ko^ozego. Prawd oykoyayiem podążenia skurc^zego caąsaecaki roiOalwlnnw są na jednej lub na obu priynaawżnyrh do siebie aoolzyichylach, prayZaaOozo przez amiwsaaniw ich a lepką cieczą jak np. tdusicawm, lub są naklejane na te aozlwrzchyae. Gdy oba dączonw elementy poddane aostaną skłrraooi, toayOw caąstki znikają z obie dącaoyz aoziwyarhyiz i tzorzą ro0ine mikroaazębienia, izlęksiająr anacaniw zdolność araenosienia momentu dla tych aooiwrachna. Prosaek karyorunOozy jako matwriaa cząstek jest siriególnie Oraysayyy, oWżU Ż^ett bredot 0wreys u wzyΓytalaioonyyy z bardzo stabilnej strukturae diamentu, dając tym samym pezność że cząstki podcaas trzmu użytkozania silnika nie ulegną ariemianiz lub nie aostaną zrhdoniętw przwa otacaającą strukturę stali.

W trawcim priykdaOaiw oykonania riąstecaki udożonw są z metalozwj matrycy, którą może stanozić n^loza powdoka przy, czym zspomyiane zyżej zaaśclzoścl ttac:iL^ woyStPa;)ące z samej poodoce mogą i nimi osaódOaiadać.

Przedmiot zynalaaku jest uoaeorzyloyy z praykdnOiie oykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 prieesaazia zad ko^ozy z zidoku a boku z cięśnozym przekroju ziględniw z oleoku od końca fig. 3 - zidok a boku gaóonwgo caopa korbozwgo, fig. 4 - zidok z boku znał koybozwgo z raęśclozyJ

168 366 przekroju, a fig. 5 do 7 przedstawiają w powiększonej skali przekrój poprzeczny przez powierzchnie łączone skurczowo dla trzech różnych wykonań wału korbowego według wynalazku.

Wykorbienie 1 przedstawione na fig. 1 i 2 dla jednego z typów wału korbowego, może być wytworzone przez kucie lub przez odlewanie i składa się z dwóch ramion 2 i łączącego czopa korbowego 3. Każde ramię 2 posiada osiowo przebiegający otwór 4, którego cylindryczna strona wewnętrzna stanowi jedną z dwóch przynależnych do siebie powierzchni łączonych na skurcz.

Na figurze 3 przedstawiony jest czop korbowy 5 o trzech osiowo oddzielonych od siebie kołowo cylindrycznych odcinkach, z których środkowy 6 jest powierzchnią czopa, a dwa zewnętrzne odcinki 7 na obrzeżu czopa tworzą odrębne powierzchnie skurczowe, które wstanie zmontowanymwału za mocowane są w przynależnym otworze 4.

Poszczególne wykorbienia 1 mogą być w znany sposób łączone dla utworzenia całego wału, gdy poszczególne wykorbienia utrzymywane są w obrabiarce do wałów korbowych, we wzajemnym właściwym położeniu kątowym, a ramię korby jest nagrzewane i/lub czop korbowy 5 jest ochładzany po czym odcinek 7 czopa wsuwany jest w otwór 4. W stosunku do otworu czop wytwarzany jest z taką nadwyżką wymiarową, że gdy dane części osiągną tę samą temperaturę to wystąpią naprężenia skurczowe konieczne do stałego połączenia części.

W dalszej części opisu dla elementów o tej samej funkcji co dla poprzednio opisanych elementów, używane będą te same oznaczenia, niezależnie o jakiego rodzaju wale będzie mowa. W wykorbieniu 1 przedstawionym na fig. 4 zarówno czop wału jak i czop łącznikowy wykonane są jak czop korbowy 5, który łączony jest na skurcz w ramieniu korby 2.

Figury 5 do 7 przedstawiają przejście pomiędzy czopem korbowym 5 i ramieniem korby 2 w tak dużej skali, że na przynależnych do siebie powierzchniach łączonych skurczowo można zobaczyć materiał zwiększający tarcie.

Na figurze 5 powierzchnia 7 połączenia skurczowego czopa korbowego posiada warstwę niklu 8, a wewnętrzna strona otworu 4 posiada również warstwę niklu 9. Powłoka z niklu na obu częściach daje w efekcie prawie 200% zwiększenia współczynnika tarcia pomiędzy powierzchniami, podczas gdy powłoka z niklu tylko na jednej części, zwykle na czopie korbowym, w stosunku do znanych nie pokrytych warstwą stalowych powierzchni, zwiększa współczynnik tarcia o około 50%. Zostają zmienione albo wymagane naprężenia skurczowe lub pole powierzchni połączenia skurczowego zostaje zmienione w odwrotnym stosunku wraz ze zmianą współczynnika tarcia, co oznacza, że ciężar gotowego wału korbowego jest mniejszy dla tego samego dopuszczalnego momentu obrotowego. Przy powłoce z niklu na obu częściach ciężar materiału ramienia korby znajdującego się w pierścieniowym obszarze wokół promieniowo zewnętrznej połówki czopa korbowego 5, może być zmniejszony o 20%.

Powłoka z niklu może być nanoszona za pomocą elektrolitycznego osadzania lub metodą termicznego nakładania przy zastosowaniu natryskiwania lub nanoszenia plazmowego.

Współczynnik tarcia, jak to przedstawiono na fig. 6, można zwiększyć, jeżeli przynajmniej do jednej powierzchni skurczowych wprowadzi się cząsteczki 10, które są znacznie twardsze od materiału ramienia 2, lub czopa korbowego 5, gdyż cząsteczki te, jak już wspomniano, przez wciskanie się w obie części tworzą rodzaj mikrozazębiania tak, że obie części po osiągnięciu jednolitej temperatury zostają połączone trwale.

Jeżeli jako materiał cząstek stosuje się twardy materiał ferromagnetyczny, np. CrO2, to przynajmniej jedna z powierzchni może być zaopatrzona w cząsteczki bez potrzeby używania środka wiążącego, który utrzymywałby cząsteczki na łączonej skurczowo powierzchni podczas składania wału. Gdy obie części umieszczone zostają w obrabiarce do składania wału, to przynajmniej jedna z części może zostać namagnesowana tak, że ferromagnetyczne cząsteczki po ich rozłożeniu na łączonej powierzchni utrzymywane są na niej magnetycznie aż do chwili, gdy części zostaną wprowadzone jedna w drugą. Jeżeli nagrzewa się jedną z części podczas przeprowadzania łączenia na skurcz, to magnesuje się część zimną. Magnesowania można dokonywać za pomocą elektromagnesu lub cewki elektrycznej umieszczonej wokół magnesowanej części. Taki sposób, przy którym powierzchnie łączone skurczowo wyposażone są w materiał zwiększający tarcie, jest bardzo korzystny, gdyż może być stosowany bezpośrednio w urządzeniach wytwarzających wały korbowe, gdy tylko urządzenia te wyposażone zostaną w źródła magnesujące.

168 366

Na figurze 7 przedstawiony jest trzeci przykład wykonania gdzie łączone skurczowo powierzchnie pokryte zostają metalową powłoką 11, 12 zawierającą twarde cząstki 10. Może to się okazać korzystne, jeżeli chce się, aby cząstki 10, np. w postaci proszku karborundowego, były mocno związane z powierzchnią skurczową, a zarówno ramię jak i czop korbowy, przed dostarczeniem do miejsca montażu wału, mają być całkowicie wykonane. Metalowa matryca może być naniesiona równomierną warstwą o tak precyzyjnej grubości, że naprężenia skurczowe w gotowym wale wykazują zamierzoną wielkość. Powłoka zawierająca cząsteczki może być nanoszona na powierzchnie łączone skurczowo za pomocą natryskiwania przy użyciu plazmy.

Ulepszona zdolność łączonych skurczowo powierzchni do przenoszenia momentów, powstała przez spowodowane przez cząstki, geometryczne połączenie przynależnych powierzchni, może być dodatkowo powiększona, gdy metalowa matryca wykonana jest z niklu tak, że współczynnik tarcia ulega zwiększeniu również w tych obszarach powierzchni matrycy, które nie zawierają cząstek. Mimo tego, że na fig. 7 powłoka matrycowa pokazana jest na obu częściach 2 i 5, to istnieje również możliwość pokrycia powłoką powierzchni tylko jednej części.

W innym przypadku wał korbowy może być zbudowany przy użyciu części czopowej w postaci pierścienia, który osadzany jest skurczowo z zewnątrz na dwóch przeciwległe osiowo położonych czopach przynależnych do swoich wykorbień. W tym przypadku przynależne łączone powierzchnie stanowią wewnętrzna strona pierścienia i zewnętrzna strona czopa. Również w tym przypadku, podobnie jak w poprzednio omawianych, przynajmniej jedna z powierzchni przynależnych do połączenia skurczowego może być zaopatrzona w materiał zwiększający tarcie.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wał korbowy do silnika spalinowego wolnobieżnego dużej mocy, którego część czopowa połączona jest skurczowo z przelotowym otworem w ramieniu korby, dla zabezpieczenia przed obrotem, znamienny tym, że przynajmniej na jednej powierzchni /7/ czopa korbowego /5/ i na powierzchni przelotowego otworu /4/ w ramieniu korby /2/, które połączone są skurczowo, znajduje się powłoka zwiększająca tarcie, w postaci metalowej osnowy /11, 12/, w której osadzone są cząstki /10/, o znacznie większej twardości niż stanowiący podłoże materiał ramienia korby /2/ i czopa korbowego /5/.
2. 2. Wał według zastrz. 1, znamienny tym, że osadzone w metalowej osnowie cząstki /10/ są większe niż grubość metalowej osnowy /11, 12/.
3. 3. Wał według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedna z powierzchni ma powłokę zwiększającą tarcie nałożoną przy użyciu plazmy lub przez natryskiwanie plazmowe.
4. 4. Wał według zastrz. 1,znamienny tyrn, że metalowa osnowa /11, 12/ zawiera nikiel.
5. 5. Wał według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki /10/ zawierają proszek korborundowy SiC.
6. 6. Wał według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał zwiększający tarcie zawiera CrO₂.
7. 7. Wał według zastrz. 1. znamienny tym, że obie przynależne do siebie powierzchnie połączenia skurczowego, wyposażone są w powłokę zwiększającą tarcie.
8. 8. Wał według zastrz. 1₁ znamienny tyni, że czop /5/ ma dwie zewnętrzne cylindryczne powierzchnie /7/ i cylindryczną wewnętrzną powierzchnię /6/ przy czym obie cylindryczne zewnętrzne powierzchnie /7/ mają powłokę zwiększającą tarcie.