Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Управляющая компания холдинга Минский моторный завод(72) Авторы Севиздрал Сергей Петрович Рачинский Семен Семенович Кучинский Юрий Петрович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Управляющая компания холдинга Минский моторный завод(57) Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, содержащий соединенные при помощи щек с галтельными переходами коренные и шатунные шейки и каналы системы смазки, отличающийся тем, что содержит тангенциальные и выполненные посередине образующей шеек радиальные каналы системы смазки, при этом в каждой коренной шейке радиальный канал выполнен сквозным, а в каждой шатунной шейке радиальный канал выполнен на глубину, равную ее радиусу каждый из радиальных каналов шатунных шеек соединен с соответствующим радиальным каналом коренной шейки на уровне осей симметрии шеек при помощи тангенциального канала по схеме для шеек первая коренная первая шатунная, вторая коренная - вторая шатунная, четвертая коренная - третья шатунная и пятая коренная - четвертая шатунная, при этом радиальные каналы в коренных шейках выполнены со смещением оси в сторону шатунной шейки согласно схеме на 1-4 мм от оси симметрии коренной шейки на периферийных участках первой, четвертой,пятой и восьмой щек коленчатого вала закреплены противовесы коренные и шатунные шейки имеют закаленный поверхностный слой глубиной не менее 2 мм и шириной 0,750,95 от ширины шейки, не доходящий до выполненных незакаленными галтелей и с микроструктурой, состоящей из мартенсита отпуска и троостомартенсита.(56) 1.41344 1, 2004. 2.113315 1, 2012. Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к области кривошипношатунных двигателей внутреннего сгорания. Из уровня техники известен коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания 1, содержащий коренные и шатунные шейки и соединяющие их щеки, которые выполнены несимметричными относительно плоскости, проходящей через оси коренных и шатунных шеек, при этом несимметричность определяется коэффициентом трения пары шейка подшипник и радиусами шеек. Такая конструкция коленчатого вала имеет определенные недостатки, а именно изменение эпюры действующих на щеки изгибных и крутящих моментов в сторону увеличения пиковых нагрузок, что приводит к нежелательной дополнительной циклической деформации коленчатого вала и, как следствие, снижает его долговечность и надежность. Наиболее близким по технической сущности является коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания 2, содержащий коренные и шатунные шейки со сквозными каналами для смазки, выполненными от коренных к шатунным шейкам через щеки под углом , образованным плоскостью, проходящей через ось вращения вала, и осью шатунной шейки,величина которого находится в диапазоне 26-28, при этом входное отверстие сквозного канала шатунной шейки выполнено в точке, равноудаленной от ее торцов под углом ,образованным нормалью к образующей коренной шейки в плоскости, параллельной оси вращения вала, величина которого находится в диапазоне 2810-3010. Такая конструкция коленчатого вала не обеспечивает в должной мере прочностные характеристики, надежность и долговечность работы коленчатого вала, поскольку забор масла от коренной шейки происходит лишь в одной точке, а выход сквозного канала под угломне предполагает распределение масла, одинаковое по всей образующей шатунной шейки. Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - создание технологичной конструкции коленчатого вала с оптимальной смазываемостью его коренных и шатунных шеек с обеспечением общей жесткости при циклическом характере действующих знакопеременных нагрузок. Технический результат, достигаемый при этом, - повышение надежности и долговечности шатунных шеек, прочности коленчатого вала при одновременном повышении технологичности всей его конструкции. Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания содержит соединенные при помощи щек с галтельными переходами коренные и шатунные шейки, тангенциальные и выполненные посередине образующей шеек радиальные каналы системы смазки. При этом в каждой коренной шейке радиальный канал выполнен сквозным, а в каждой шатунной шейке радиальный канал выполнен на глубину, равную ее радиусу. Каждый из радиальных каналов шатунных шеек соединен с соответствующим радиальным каналом коренной шейки на уровне осей симметрии шеек при помощи тангенциального канала по схеме для шеек первая коренная - первая шатунная, вторая коренная - вторая шатунная, четвертая коренная - третья шатунная и пятая коренная - четвертая шатунная при этом радиальные каналы в коренных шейках выполнены со смещением оси в сторону шатунной шейки согласно схеме на 1-4 мм от оси симметрии коренной шейки. На периферийных участках первой, четвертой, пятой и восьмой щек коленчатого вала закреплены противовесы. Коренные и шатунные шейки имеют закаленный поверхностный слой глубиной не менее 2 мм и шириной 0,75-0,95 от ширины шейки, не доходящий до выполненных незакаленными галтелей и с микроструктурой, состоящей из мартенсита отпуска и троостомартенсита. 2 106102015.04.30 Заявляемая полезная модель поясняется фигурами, где на фиг. 1 показан главный вид коленчатого вала, а на фиг. 2 - аксонометрия коленчатого вала в сборе с противовесами. Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит соединенные при помощи щек 1 коренные и шатунные шейки 2, 3 соответственно, посередине образующей которых для их смазки выполнены радиальные и тангенциальные каналы 4, 5 соответственно. В каждой коренной шейке 2 радиальный канал 4 выполнен сквозным со смещением в сторону шатунной шейки 3 на 1-4 мм от оси симметрии коренной шейки 2, а в каждой шатунной шейке 3 радиальный канал 4 выполнен на глубину, равную радиусу самой шейки 3. Каждый из радиальных каналов 4 шатунных шеек 3 соединен с соответствующим радиальным каналом 4 коренной шейки 2 при помощи тангенциального канала 5. Смещение осей радиальных каналов 4 в коренных шейках 2 в сторону связанной с ним шатунной шейки 3 обеспечивает симметричное расположение тангенциальных каналов5 в массиве материала щеки 1 и предупреждает возникновение дополнительных концентраторов напряжений. Расположение каждого из тангенциальных каналов 5 таково, что он соединен с радиальными каналами 4 на уровне осей симметрии коренной и шатунной шеек 2 и 3. Тангенциальные каналы 5 на щеках 1 закрыты заглушками 6. Смазка из главной масляной магистрали двигателя подведена к коренным шейкам 2 через каналы в постелях блока цилиндров. От коренных шеек 2 подвод масла по коленчатому валу к шатунным шейкам 3 выполнен по схеме для шеек первая коренная - первая шатунная, вторая коренная - вторая шатунная, четвертая коренная - третья шатунная и пятая коренная - четвертая шатунная. Такая схема является симметричной относительно третьей, средней, коренной шейки, что снижает деформации при динамическом нагружении коленчатого вала. На периферийных участках первой, четвертой, пятой и восьмой щек 1 коленчатого вала болтами 7 закреплены стальные противовесы 8 (фиг. 2). При этом общепринято, что первая щека 1 является ближайшей к шлицевому носку коленчатого вала. Такое расположение противовесов 8 значительно уменьшает нагрузки на коренные подшипники, возникающие от действия неуравновешенных масс. Носок (передний хвостовик) коленчатого вала выполнен шлицевым, а также с участком под две сегментные шпонки с возможностью привода вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания. Второй конец коленчатого вала выполнен фланцевым с возможностью установки маховика. Места перехода от щек 1 к коренным и шатунным шейкам 2 и 3 выполнены в виде галтелей (радиусными) с созданными в них сжимающими напряжениями путем холодной упрочняющей накатки роликами. Для повышения прочностных показателей, получения оптимальной микроструктуры материала и снижения внутренних напряжений коленчатый вал подвергнут термообработке в виде нормализации и улучшения. Коренные и шатунные шейки 2 и 3 поверхностно закалены ТВЧ (токами высокой частоты) на глубину не менее 2 мм с последующим низкотемпературным отпуском, что позволило создать в закаленном слое микроструктуру, состоящую из мартенсита отпуска и троостомартенсита, обеспечившую, в свою очередь, высокую износостойкость шеек 2 и 3. Сами галтели (галтельные переходы) при этом выполнены незакаленными. Кроме того, закаленный слой каждой шейки 2 и 3 не доходит до галтелей, а его ширина составляет 0,75-0,95 от всей ширины шейки. Работает заявленное устройство следующим образом. Коленчатый вал совершает вращательное движение с опорой на коренные шейки 2, установленные через вкладыши коренных подшипников в постели блока цилиндров, к которым выполнен подвод масла от системы смазки двигателя внутреннего сгорания. Смазка трущихся поверхностей шатунных шеек 3 обеспечена через радиальные каналы 4 в шатунных и коренных шейках 3, 2 и связывающих их тангенциальных каналах 5, посередине проходящих через щеки 1 и закрытых заглушками 6. 106102015.04.30 Выполнение 0,75-0,95 ширины каждой шейки, закаленной ТВЧ, на глубину не менее 2 мм обеспечивает ее высокую износостойкость при эксплуатации, а выполнение галтелей незакаленными с предварительно созданными сжимающими напряжениями позволяет значительно снизить концентрацию напряжений в местах перехода шейка - щека, что исключает усталостное разрушение материала в упомянутых переходах при работе заявленного коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4