RU2588322C1

RU2588322C1 - Composite crankshaft

Info

Publication number: RU2588322C1
Application number: RU2015118747/11A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Рафаэльевич Баширов; Леонид Леонидович Киселев; Юрий Владимирович Попов; Зинаида Ивановна Тыртышникова
Original assignee: Попов Владимир Алексеевич
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-06-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly to composite crank shafts, mainly for mud pumps and internal combustion engines. Crankshaft contains at least one crankpin (1) and two main jaws (2). Jaws 3 are composed of interconnected main bearing cover (4), rod cover (5) and two posts (6). In through mounting hole (7) of jaw (3) there are jaws (1, 2) and four semi-rings (9), fixing of jaws (1, 2) against axial movement. Jaws (1, 2) are combined with corresponding covers (4, 5) with help of keys (10, 13), which simultaneously serve to transmit shaft torque and fix jaws (1, 2) from turning relative to jaws (3). On jaws there are lugs (16) and grooves (17) for connection of composite elements with each other to form crankshaft.

EFFECT: technical result is reduction of overall dimensions and weight of shaft while maintaining its high stiffness, as well as increasing its repairability and durability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к составным коленчатым валам, преимущественно для буровых насосов и двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, namely to composite crankshafts, mainly for mud pumps and internal combustion engines.

Известен составной коленчатый вал (патент №2011897, RU, МПК F16C3/06), содержащий коренные шейки, кривошипные щеки и шатунные шейки. На коренных шейках и/или на шатунных шейках выполнены прямые, гладкие снаружи трубчатые участки в качестве соединительных зон, которые вставляются в прямые осепараллельные сквозные отверстия в кривошипных щеках и закрепляются путем пластического расширения трубчатых участков с остающимся упругим напряжением в сквозных отверстиях.Known composite crankshaft (patent No. 20111897, RU, IPC F16C3 / 06) containing root necks, crank cheeks and connecting rod necks. On the main necks and / or on the connecting rods, tubular sections are straight, smooth, which are externally smooth, as connecting zones, which are inserted into straight, pass-through holes in the crank cheeks and are fixed by plastic expansion of the tube sections with the remaining elastic stress in the through holes.

Известный составной вал обладает сложной конструкцией, большими габаритами и массой, низкой ремонтопригодностью, а для обеспечения точности вращения шеек требует при сборке проведения работ по их точной ориентации и уравновешиванию.The well-known composite shaft has a complex structure, large dimensions and weight, low maintainability, and to ensure the accuracy of rotation of the necks, when assembling, it is necessary to carry out work on their exact orientation and balancing.

Известен составной коленчатый вал (патент №2095647, RU, МПК F16C 3/12), взятый в качестве прототипа, содержащий щеки, по меньшей мере одну шатунную и коренную шейки, соединенные со щеками, и устройство фиксирования шеек от проворота относительно щек. Причем шейки соединяются со щеками при помощи запрессованных в торцовые отверстия щек пальцев, либо при помощи фланцевого соединения, а устройство фиксирования выполнено в виде по меньшей мере одного цилиндрического выступа, расположенного на торцевой поверхности шейки эксцентрично ее продольной оси и установленного свободно в посадочном отверстии щеки.Known composite crankshaft (patent No. 2095647, RU, IPC F16C 3/12), taken as a prototype, containing the cheeks, at least one connecting rod and the main neck connected to the cheeks, and a device for fixing the necks from turning relative to the cheeks. Moreover, the necks are connected to the cheeks by means of finger cheeks pressed into the end openings, or by means of a flange connection, and the fixing device is made in the form of at least one cylindrical protrusion located on the end surface of the neck eccentrically to its longitudinal axis and installed freely in the landing hole of the cheek.

Недостатками известного составного коленчатого вала являются его увеличенные осевые габариты и масса, а также недостаточные жесткость и долговечность вала. Так, наличие промежуточных щек, установленных между коренными и кривошипными шейками, приводит к увеличению осевых габаритов вала и его массы, а также увеличивает расстояние между коренными подшипниками, что снижает жесткость вала и его надежность. Кроме того, конструкция данного устройства требует производства корректировки углового положения шеек относительно щек, что снижает ремонтопригодность устройства, затрудняя его сборку.The disadvantages of the known composite crankshaft are its increased axial dimensions and weight, as well as insufficient rigidity and durability of the shaft. So, the presence of intermediate cheeks installed between the main and crank necks leads to an increase in the axial dimensions of the shaft and its mass, and also increases the distance between the main bearings, which reduces the rigidity of the shaft and its reliability. In addition, the design of this device requires the adjustment of the angular position of the necks relative to the cheeks, which reduces the maintainability of the device, making it difficult to assemble.

Целью заявленного изобретения является снижение габаритов и массы вала при сохранении его высокой жесткости, а также повышение его ремонтопригодности и долговечности.The aim of the claimed invention is to reduce the dimensions and mass of the shaft while maintaining its high rigidity, as well as increasing its maintainability and durability.

Поставленная цель достигается тем, что в составном коленчатом валу, содержащем щеки и по меньшей мере одну шатунную и две коренные шейки, каждая щека выполнена в виде шатунной и коренной крышек, скрепленных с двумя стойками, и имеет сквозное посадочное отверстие, в котором установлены соединенные между собой шатунная и коренная шейки, а также четыре полукольца, фиксирующие шейки от осевого перемещения, при этом шатунная и коренная шейки объединены с соответствующими шатунной и коренной крышками при помощи шпонок, выполняющих одновременно функцию передачи валу крутящего момента и функцию фиксации шеек от проворота относительно щек, причем шейки дополнительно снабжены выступами и пазами для соединения их между собой с образованием коленчатого вала.This goal is achieved by the fact that in a composite crankshaft containing cheeks and at least one connecting rod and two main necks, each cheek is made in the form of connecting rod and root covers fastened with two uprights, and has a through hole in which are connected between a connecting rod and root neck, as well as four half rings that fix the neck from axial movement, while the connecting rod and root neck are combined with the corresponding connecting rod and root covers using dowels that perform simultaneously shaft torque transmission function and fixing function necks against rotation relative to the cheeks, the neck is further provided with ridges and grooves for joining them together to form the crankshaft.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении осевых габаритов и массы коленчатого вала, а также в обеспечении его высокой жесткости и надежности. Данный результат достигается благодаря тому, что в заявленном устройстве шатунные и коренные шейки контактируют непосредственно друг с другом, что позволяет достичь минимально возможное расстояние между опорами и, следовательно, снизить до минимума изгибные напряжения, возникающие при работе вала. Конструкция заявленного устройства повышает также и долговечность коленчатого вала благодаря возможности его многократного использования (производя замену только неисправных элементов). При этом не требуется производить работы по ориентации шеек, что повышает ремонтопригодность и упрощает сборку и монтаж вала. Выполнение щек в виде скрепленных между собой (например, болтовым соединением) двух крышек и двух стоек также упрощает сборку-разборку и при этом повышает жесткость собранного вала. Кроме того, жесткость собранному валу, как в продольном, так и в окружном направлении придает наличие шпонок и полуколец, объединяющих щеку с шатунной и коренной шейками. Для изготовления заявленного коленчатого вала и его монтажа не требуется высокоточного оборудования, а для его обслуживания и ремонта не требуется высокая квалификация персонала.The technical result achieved by the implementation of the invention is to reduce the axial dimensions and mass of the crankshaft, as well as to ensure its high rigidity and reliability. This result is achieved due to the fact that in the inventive device, the connecting rod and the main journals contact directly with each other, which allows to achieve the smallest possible distance between the supports and, therefore, minimize bending stresses that occur during shaft operation. The design of the claimed device also increases the durability of the crankshaft due to the possibility of its multiple use (replacing only faulty elements). At the same time, it is not necessary to carry out work on the orientation of the necks, which increases maintainability and simplifies the assembly and installation of the shaft. The execution of the cheeks in the form of two covers and two racks fastened together (for example, by bolting) also simplifies assembly-disassembly and at the same time increases the rigidity of the assembled shaft. In addition, the stiffness of the assembled shaft, both in the longitudinal and in the circumferential direction, is provided by the presence of dowels and half rings that combine the cheek with the connecting rod and the main neck. For the manufacture of the claimed crankshaft and its installation does not require high-precision equipment, and for its maintenance and repair does not require highly qualified personnel.

Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором изображено:The claimed device is illustrated in the drawing, which shows:

- фиг. 1 - общий вид коленчатого вала;- FIG. 1 - general view of the crankshaft;

- фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.- FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Коленчатый вал может содержать по меньшей мере одну шатунную шейку 1 (фиг. 1) и две коренные шейки 2. Каждая щека 3 выполнена в виде соединенных между собой (например, болтовым соединением) коренной крышки 4 (фиг. 2), шатунной крышки 5 и двух стоек 6. В сквозном посадочном отверстии 7 щеки 3 установлены соединенные между собой коренная шейка 2 и шатунная шейка 1. При этом в кольцевых канавках 8, выполненных на наружных поверхностях коренной и шатунной шеек, а также на внутренних поверхностях обеих крышек и обеих стоек щеки 3 установлены четыре полукольца 9, фиксирующие шатунную и коренную шейки от осевого перемещения. Шатунная и коренная шейки объединены с соответствующими шатунной и коренной крышками при помощи шпонок. Шпонка 10 установлена в пазу 11 коренной крышки 4 и в пазу 12 коренной шейки 2, а шпонка 13 установлена в пазу 14 шатунной крышки 5 и в пазу 15 шатунной шейки 1. Шпонки 10 и 13 выполняют одновременно функцию передачи валу крутящего момента и функцию фиксации шеек от проворота относительно щек. Кроме того, шейки дополнительно снабжены выступами 16 (фиг. 1) и пазами 17 для соединения составных элементов (шатунных и коренных шеек) между собой с образованием коленчатого вала.The crankshaft may contain at least one connecting rod neck 1 (Fig. 1) and two main journals 2. Each cheek 3 is made in the form of a root cover 4 (Fig. 2) interconnected (for example, by bolting), the connecting rod cover 5 and two racks 6. In the through hole 7 of the cheek 3, interconnected main neck 2 and the connecting rod neck 1 are installed. Moreover, in the annular grooves 8 made on the outer surfaces of the main and connecting rod necks, as well as on the inner surfaces of both covers and both cheek posts 3 set four half-ring 9 and fixing the connecting rod and the crank journal against axial displacement. The connecting rod and crankshaft are combined with the corresponding connecting rod and crankshaft using dowels. The key 10 is installed in the groove 11 of the root cover 4 and in the groove 12 of the main neck 2, and the key 13 is installed in the groove 14 of the connecting rod 5 and in the groove 15 of the connecting rod 1. The keys 10 and 13 simultaneously perform the function of transmitting torque to the shaft and the function of fixing the necks from cranking relative to the cheeks. In addition, the necks are additionally equipped with protrusions 16 (Fig. 1) and grooves 17 for connecting the constituent elements (connecting rod and root necks) to each other with the formation of the crankshaft.

Для выполнения сборки коленчатого вала необходимо соединить коренную и шатунную шейки. Для этого в паз 17 на коренной шейке 2 вводят выступ 16 шатунной шейки 1. Затем шатунную крышку 5 (фиг. 2) (с заранее установленными в соответствующих кольцевых канавках 8 двумя полукольцами 9 и с установленной в пазу 14 шпонкой 13) устанавливают на коренной шейке 2 таким образом, чтобы шпонка 13 разместилась в пазу 15 на коренной шейке 2. Аналогичным образом устанавливают на шатунную шейку 1 коренную крышку 4 (с предварительно установленными в соответствующих кольцевых канавках 8 коренной крышки 4 двумя полукольцами 9 и с установленной в пазу 11 шпонкой 10). Далее две стойки 6 размещают между шатунной и коренной крышками и скрепляют все четыре детали щеки между собой болтовым соединением, которое позволяет выбрать все зазоры в соединениях частей вала, повышая тем самым надежность и долговечность работы всех его составных частей.To complete the assembly of the crankshaft, it is necessary to connect the main and connecting rod journals. For this, a protrusion 16 of the connecting rod neck 1 is inserted into the groove 17 on the root neck 2. Then the connecting rod cover 5 (Fig. 2) (with two half rings 9 pre-installed in the corresponding annular grooves 8 and with the key 13 installed in the groove 14) is mounted on the radical neck 2 so that the key 13 is located in the groove 15 on the main neck 2. Similarly, the main cover 4 is mounted on the crank neck 1 (with two half rings 9 pre-installed in the corresponding ring grooves 8 of the main cover 4 and with the key 10 installed in the groove 11) . Next, two racks 6 are placed between the connecting rod and the main cover and fasten all four parts of the cheek to each other with a bolt connection, which allows you to select all the gaps in the joints of the shaft parts, thereby increasing the reliability and durability of all its components.

Claims

A composite crankshaft containing cheeks and at least one connecting rod and two main necks, characterized in that each cheek is made in the form of connecting rod and root covers fastened with two uprights, and has a through bore in which connecting rod and the root neck, as well as four half rings, fixing the neck against axial movement, while the connecting rod and root neck are combined with the corresponding connecting rod and root covers with the help of dowels that simultaneously perform the transmission function in lu torque and fixing function necks against rotation relative to the cheeks, the neck is further provided with ridges and grooves for joining them together to form the crankshaft.