CZ20021299A3 - Vyvaľovací jednotka pro přímovratné pístové stroje - Google Patents

Description

Vyvažovači jednotka pro přímovratné pístové stroje

Oblast techniky

Vynález se týká vyvažovači jednotky pro přímovratné pístové stroje, sestávající z vyvažovači hřídele uložené ve skříni a z alespoň jednoho vyvažovacího závaží, upevněného na hřídeli.

Dosavadní stav techniky

Účelem vyvažovačích hřídelí je obvykle vyvažování sil a momentů vznikajících u přímovratných pístových strojů v důsledku působení pohybujících se hmotností. Používají se zejména u vysokootáčkových lehkých spalovacích motorů, zvláště pak ve dvojicích u čtyřválcových řadových motorů pro vyvážení sil druhého řádu. Zpravidla mají odvozen pohon od klikové hřídele, ve zmíněném případě se zdvojeným počtem otáček přesahujícím až 10000 ot/min.

Tím vznikají extrémní požadavky na přesnost výroby a uložení jednotlivých součástí. Ty by měly být co možno nejlehčí a výrobně i montážně levné, s malými prostorovými nároky. Zásadně jsou možné dva typy vyvažovačích konstrukcí: Buď je vyvažovači hřídel provedena spolu s vyvažovacími závažími z jednoho kusu nebo jsou vyvažovači závaží na hotovou hřídel montována, což jsou pak tzv. sestavované vyvažovači hřídele. První zmíněné provedení je uvedeno např. ve spise DE 37 05 346 A, druhé pak např. ve spise US 4 425 821. Provedení z jednoho kusu je náročné, vyžaduje velkou výrobní přesnost a vede u hřídelí svíce než dvěma uloženími k velkým průměrům ložisek, jejichž mazání je u vysokootáčkových strojů těžko zvladatelné. Právě z těchto důvodů nelze použít pro tyto případy valivá ložiska. Vyvažovači hřídele sestavované konstrukce jsou oproti prvnímu provedení výhodné tím, že dovolují použít menší průměry uložení, přičemž je však nutno zajistit dostatečnou pevnost hřídele. Lze u nich též používat pro provedení s více než dvěma ložisky zcela uzavřená • ** ·· · ·* ·· • · · · ··· « > · · • ···«· ·· · • · · · · ···« · » · · • · · · -» · · · ··· ··*· ·· · ·· ··*·

-2ložisková pouzdra. Je však obtížné dosáhnout požadované vysoké přesnosti výroby, spolehlivého uložení a dobrého vyvážení při nízkých použitých hmotnostech.Proto je např. u provedení podle spisu US 4 425 821 pochybné, zda v případě tam použitého svěrného spojení lze skutečně dosáhnout nutné přesnosti výroby, minimálního vnějšího průměru a požadované pevnosti vzájemného spojení součástí.

Podstata vynálezu

Vynález tyto nevýhody, nedostatky a výrobní těžkosti odstraňuje a přináší takovou konstrukci vyvažovači hřídele, kde se při minimálních možných výrobních nákladech dosáhne vysoké přesnosti, pevnosti, spolehlivého uložení, upevnění a minimálních možných rozměrů. Vynálezecké provedení se týká vyvažovači jednotky pro přímovratné pístové stroje, zejména spalovací motory, sestávající alespoň z jedné vyvažovači hřídele uložené ve vyvažovači skříni a alespoň jednoho vyvažovacího závaží uspořádaného na vyvažovači hřídeli, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že vyvažovacím závažím je v podstatě válcový prstenec s dvěma na osu kolmými čelními plochami a s výřezem ve středové oblasti jeho délky, takže vyvažovači závaží sestává ze dvou prstencových dílů napojených na obě čelní plochy a mezi nimi uspořádaného segmentového dílu. Zde je případné srovnání např. se šlemi. Oba na okraji uspořádané a uzavřené prstence nesou sílu v tahu, poskytují přesné a pevné spojení a zatěžují hřídel v blízkosti jejího uložení, takže nevzniká žádné ohybové zatížení. Mohou být jednoduše nasazeny za tepla. Výřez ve středové oblasti - prakticky se rozkládá přes polovinu obvodu - umožňuje dosáhnout vysoké hodnoty excentrické hmotnosti závaží při malém vnějším průměru. Segmentový díl zaujímá druhou polovinu obvodu. Leží v oblasti tahu hřídele namáhané na ohyb a podstatně tak zvyšuje její pevnost. U hřídele se tak zvýší v důsledku nemožnosti její tvarové změny její zátěžový moment, což podporuje i snížené namáhání v ohybu, a rovněž to prospívá i uložení hřídele, protože je lepší nosný profil v důsledku sníženého průhybu. Je tak možno vyrobit vyvažovači hřídel menšího průměru.

Nepostačuje-li takto dosažená excentricky uložená hmotnost závaží, je možno při pouze malém zvětšení vnějšího průměru vyvažovacího závaží anebo malým zvětšením tlouštky • ·· * 9.9 ·· • · · · ··« • · · · ♦ é 9 9 » • 9 «· 9999999 · · • · ··* 9 9 9

999 9999 99 9 99 9999

-3 segmentového dílu docílit toho, že excentricky uložená hmotnost je tímto přidaným materiálem na straně odvrácené od výřezu snadno zvýšena.

U výhodného provedení tvoří alespoň jedna čelní plocha vyvažovacího závaží spolu s opracovanou plochou vyvažovači skříně axiální patní ložisko. To je tak vytvořeno bez nároku na dodatečné součásti a zajišťuje celé uspořádání v axiálním směru.

Dále je vynálezem dosaženo, zvláště u vyvažovači hřídele uložené ve skříni z lehkého kovu, toho, že úložné plochy kluzného ložiska vyvažovači hřídele jsou tvořeny přímo vyvažovači skříní. Je tak docíleno s minimální pracovní náročností zvlášť přesného uložení. Úložná plocha je tvořena nepřerušovanou válcovou plochou, vytvořenou přímo opracováním vyvažovači skříně z lehkého kovu. Bylo dokázáno, že v důsledku malého průměru hřídele se v této oblasti udržuje stálé čistě hydrodynamické mazání.

U jednoho výhodného provedení je vyvažovači závaží spojeno s vyvažovači hřídelí pomocí vysokoenergetického paprskového svaru, provedeného po obou stranách výřezu mezi jeho podélnými plochami a vyvažovači hřídelí. Je tak snadno a rychle docíleno spolehlivého spoje, který nemá při provedení protilehle po obou stranách hřídele, s výhodou pomocí laseru, možnost deformovat vyvažovači hřídel.

U jiného výhodného provedení je vyvažovači hřídel opatřena alespoň jedním radiálním otvorem provedeným souose s alespoň jedním dalším radiálním otvorem, přičemž v obou je uložen spojovací prvek, který je tvořen buď šroubem nebo lícovaným kolíkem nebo upínací vložkou nebo nýtem.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na nichž znázorňuje:

obr. 1 schéma uspořádání vyvažovači jednotky podle vynálezu,

44 9 »4 4« * 4 4 4 4 4 4 4* • 4 44*4 4 4 4

4 44 44*4444 4 4 *4 4 4 4 444 «44 4444 44 4 44 4444

-4obr. 2 axonometrický pohled na vyvažovači skříň jakožto součást vyvažovači jednotky podle vynálezu, obr.3 podélný řez vynálezeckou vyvažovači jednotkou prvého i druhého možného provedení, obr.4 příčný řez podle III-III a IV-IV z obr.3, obr. 5 podélný řez vynálezeckou vyvažovači jednotkou třetího a čtvrtého možného provedení, obr. 6 příčný řez podle V-V a VI-VI z obr. 5, obr. 7 podélný řez vynálezeckou vyvažovači jednotkou pátého a šestého možného provedení, obr. 8 příčný řez podle VII-VII a VIII-VIII z obr. 7, obr. 9 axonometrický pohled na vynálezecké vyvažovači závaží a obr. 10 zvětšený příčný řez podle X-X z obr.2.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna kliková hřídel 2 přímovratného pístového stroje 1 s ložisky 3. Ta zastupují celý neznázoměný blok motoru, který může být proveden buď v v tunelovém uspořádání nebo s volnými ložiskovými můstky. Vyvažovači zařízení 4 je uspořádáno pod klikovou hřídelí 2 a je upevněno k neznázorněnému bloku motoru. Sestává z vyvažovači skříně 5 a dvou protisměrně rotujících vyvažovačích hřídelí 6, 7 s vyvažovacími závažími 8. Čerchovaně jsou naznačeny kolmé roviny 9 procházející ložisky 3, v nich leží i uložení celého vyvažovacího zařízení 4. Vyvažovači hřídele 6, 7 jsou poháněny ozubeným kolem 10 pevně spojeným s klikovou hřídelí 2 pomocí hnacího ozubeného kola 11. synchronizační kola 12. 13 zajišťují stejný počet otáček obou vyvažovačích hřídelí 6, 7.

·· • 4 4 44 44

4* 494 4444

9 4944 44 ·

4 4 4 4 4444 4 4 4 9

444 444

994 4499 94 4 44 4444

-5Na obr.2 je znázorněna vyvažovači skříň 5, která je v prvním zobrazeném provedení zhotovena jako odlitek z lehkého kovu. Je tvořena miskovitým dnem 15 s odtokovými otvory 16 oleje a určitým počtem ložiskových můstků 17, 18, 19. Každý z nich má po obou stranách nálitek 20 s vertikálním otvorem 21 pro průchod pouze naznačeného spojovacího šroubu 22 pro připevnění vyvažovači skříně 5 k neznázoměnému bloku motoru. Za tím účelem jsou u otvorů 21 uspořádány dosedací plochy 23. Spojení vyvažovači skříně 5 s blokem motoru je provedeno tak, že kolmá rovina 9 procházející spojovacími šrouby 22 a dosedacími plochami 23 je totožná s kolmou rovinou 9 procházející ložiskovými můstky 17, 18, 19 ložisek 3 vyvažovacího zařízení 4 a jsou k němu použita např. běžná neznázorněná příčná žebra bloku motoru tvořená ložiskovými kozlíky, příp. přímo ložiskové můstky apod. Toto běžné spojení není předmětem vynálezu.

Obr.3 znázorňuje vertikálně vedený podélný řez první vyvažovači hřídelí 6, která je z důvodu snadnějšího znázornění zvláštností popisovaného vynálezeckého provedení zobrazena jako jednoduchá, čistě válcová vyvažovači hřídel 6 konstantního průměru. Tři ložiskové můstky 17, 18, 19 tvoří kluzná ložiska 30 pro uložení vyvažovači hřídele 6. Mají tu zvláštnost, že ložiskové plochy 31 jsou tvořeny přímo materiálem vyvažovači skříně 5 bez toho, že by byla použita jinak nutná vkládaná ložisková pouzdra. Oba vnější ložiskové můstky 17, 19 jsou opatřeny axiálními patními ložisky 32. za kterýmžto účelem je základní materiál vyvažovači skříně 5 opatřen přesně opracovanými dosedacími plochami 33.

Na vyvažovačích hřídelích 6, 7 mohou být vyvažovači závaží 8 upevněna různým způsobem. K tomuto účelu jsou v podélných řezech obr. 3, 5 a 7 znázorněna různá konstrukční provedení, k nimž jsou na obr. 4, 6 a 7 přiřazena vždy příslušná provedení vyvažovačích hřídelí 6, 7. Rozumí se však samo sebou, že se pro obě vyvažovači hřídele 6, 7 použije vždy stejné provedení zvolené ze znázorněných uspořádání.

Na obr.3 je na pravé straně vyvažovači závaží 8 jednoduše na vyvažovači hřídel 6 nasazeno za tepla (viz též vztahovou značku 34 na obr.4), na levé straně je upevněno pomocí dvou diametrálně proti sobě provedených laserových svarů 35. 35'. Při tomto provedení svarů pomocí ohniskově zaměřeného vysokoenergetického paprsku zůstane vyvažovači hřídel 6 bez

-6deformace. Obr.4 je pak příčným řezem z obr. 3, a to v levé polovině podle III-III, v pravé polovině podle IV-IV. Použité vztahové značky jsou stejné jako na obr.3.

Na obr. 5 a 6 jsou znázorněny další dva způsoby spojení vyvažovači hřídele 6 a vyvažovacího závaží 8. Na levé straně obr.5 (levá strana obr.6 je řezem podle V-V z obr,5) proveden ve vyvažovači hřídeli 6 závitový radiální otvor 38 a ve vyvažovacím závaží 8 lícovaný osazený radiální otvor 39, přičemž spojení je provedeno pomocí jednoho nebo dvou lícovaných šroubů 40 našroubovaných ze strany vyvažovacího závaží 8. Na pravé straně obr. 5 (pravá strana obr.6 je řezem podle VI-VI z obr.5) je tomu obráceně: radiálním otvorem 41 ve vyvažovači hřídeli 6 a závitovým radiálním otvorem 42 ve vyvažovacím závaží 8 prochází lícované šrouby 43.

Obr. 7 a 8 znázorňují další způsoby spojení vyvažovači hřídele 6 a vyvažovacího závaží 8 (obr. 8 je na levé straně řezem podle VII-VII z obr. 7, na pravé straně řezem podle VIII-VIII z obr. 7). Ve vyvažovači hřídeli 6 je proveden lícovaný radiální otvor 45 a ve vyvažovacím závaží souose pak stupňovitý lícovaný radiální otvor 46, jímž prochází při montáži narážený alespoň jeden lícovaný kolík 47 (jsou znázorněny dva). Na pravé straně jsou provedeny dva lícované radiální otvory 48, 49 stejného průměru, do nichž se při montáži vloží dvě upínací vložky 50.

Spojení vyvažovacího závaží 8 a vyvažovači hřídele 6, 7 může však být provedeno i jinak než je znázorněno, např. nýtováním.

Obr.9 znázorňuje detailní pohled na vyvažovači závaží 8. Jeho základní tvar je válcovitý prstenec, resp. dutý válec se silnou stěnou, což je čárkovaně naznačeno. Může být vyroben různými způsoby, např. vykováním nebo přesným litím. Nehledě na způsob výroby, bude v dalším jednáno o axiálně provedeném postranním výřezu 55, který se rozprostírá po části jeho délkového rozměru a přibližně přes polovinu jeho obvodu. Výřez 55 je ohraničen dvěma podélnými plochami 56, 57 a postranními plochami 58. Podélné plochy 56, 57 jsou podstatné tehdy, je-li spojení vyvažovacího závaží 8 s vyvažovači hřídelí 6, 7 prováděno laserovým svarem, pak je svar proveden na podélné stykové linii podélných ploch 56, 57

-Ί s válcovým povrchem vyvažovači hřídele 6, 7. V axiálním směru zbývají po obou stranách výřezu 55 dva prstencovité díly 59, 60, které jsou zcela kruhové a v případě spojení nasazením za tepla zachycují tak obvodové síly vyvolané smrštěním materiálu, při rotaci pak odstředivou sílu. Každý prstencový díl 59, 60 má na vnější straně čelní plochu 61, která v součinnosti s opracovanou plochou 33 ložiskového můstku 17, resp. vyvažovači skříně 5 (protože ložiskový můstek Γ7 je součástí vyvažovači skříně 5) tvoří axiální patní ložisko 32. Výřez 55 se rozprostírá radiálně zhruba po půlkruhu obvodu, na zbytku kruhového obvodu se nachází segmentový díl 62, který tvoří excentrickou hmotu. Tím, že se mezi prstencovými díly 59, 60 na straně výřezu 55 nenachází žádný materiál, je možno docílit s pouze malou tlouštkou segmentového dílu 62 vysokou hodnotu excentricky umístěné hmotnosti. Nepostačuje-li to, je možno provést na segmentovém dílu 62 ještě zvýšení hmotnosti přidaným materiálem 63.

Obr. 10 znázorňuje hlavně mazání. Ložiska 3 a tím i celý motorový blok jsou jen naznačeny. Ložisko 3 samotné se vlastně nachází mimo zobrazení. Vyvažovači skříň 5 je znázorněna pouze částečně a šrouby 22, jimiž je provedeno spojení s blokem motoru, jsou jen čerchovaně naznačeny. Řez obrázku 10 je veden po linii X-X ložiskovým můstkem 19 na obr.2. Ve vyvažovači skříni 5 se nalézá první vertikální mazací kanál 70, který je rovnoběžný s otvory 21 pro spojovací šrouby 22 (viz obr.2) a může být spolu s nimi vyvrtán při jednom upnutí. V ložisku 3, resp. v motorovém bloku je proveden ještě druhý vertikální mazací kanál 71, který je souosý s prvním, avšak končí v malé vzdálenosti 72 od prvního vertikálního mazacího kanálu 70. Tak jsou zachyceny teplotně podmíněné posuny materiálu v důsledku jeho tepelné roztažností a nemůže nastat žádné pnutí vyvažovači skříně 5 z tohoto důvodu. Oba mazací kanály 70, 71 jsou propojeny nasazeným pouzdrem 73. První vertikální mazací kanál 70 může být proveden jako slepý, vede však pod rovinu obou vyvažovačích hřídelí 6, 7. Propojení k ložiskům 3 je provedeno stoupacími otvory 74, 75. Ty se napojují na mazací kanál 70 a mohou být vyvrtány ve vyvažovači skříni 5 zespoda. Jsou uzavřeny nalisovanými kuličkami 76 a ústí do mazací obvodové drážky kluzného ložiska 30.

-8Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný zejména při výrobě pístových motorů.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vyvažovači jednotka pro přímovratné pístové stroje, zejména spalovací motory, sestávající alespoň z jedné vyvažovači hřídele (6,7) uložené ve vyvažovači skříni (5) a alespoň jednoho vyvažovacího závaží (8) uspořádaného na vyvažovači hřídeli (6,7), vyznačující se t í m, že vyvažovacím závažím (8) je v podstatě válcový prstenec s dvěma na osu kolmými čelními plochami (61) a s výřezem (55) ve středové oblasti jeho délky, takže vyvažovači závaží (8) sestává ze dvou prstencových dílů (59, 60) napojených na obě čelní plochy (61) a mezi nimi uspořádaného segmentového dílu (62).
2. 2. Vyvažovači jednotka podle nároku 1,vyznačující se tím, že vyvažovači závaží (8) má na straně odvrácené od výřezu (55) zvětšenou excentricky uloženou hmotnost přidaným materiálem (63),
3. 3. Vyvažovači jednotka podle nároku 1,vyznačující se tím, že alespoň jedna čelní plocha (61) vyvažovacího závaží (8) tvoří spolu s opracovanou plochou (33) vyvažovači skříně (5) axiální patní ložisko.
4. 4. Vyvažovači jednotka podle nároku 3, vyznačující se tím, že vyvažovači hřídel (6,7) je uspořádán ve vyvažovači skříni (5) z lehkého kovu, kde jsou úložné plochy (31) kluzného ložiska (30) vyvažovači hřídele (6,7) tvořeny přímo vyvažovači skříní.
5. 5. Vyvažovači jednotka podle nároku 1,vyznačující se tím, že vyvažovači závaží (8) je spojeno s vyvažovači hřídelí (6,7) pomocí vysokoenergetického paprskového svaru (35,35'), provedeného po obou stranách výřezu (55) mezi jeho podélnými plochami (56,57) a vyvažovači hřídelí (6,7).
6. 6. Vyvažovači jednotka podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že vyvažovači hřídel (6,
7. 7) je opatřena alespoň jedním radiálním otvorem (38;41;45;48) provedeným souose s alespoň jedním dalším radiálním otvorem (39;42;46;49), přičemž v obou je uložen spojovací prvek (40;43;47;50).

   • · * · · * · φ«·* • · ···· » » · • · ·· ······· · · • · · · · · · · ··· ···· ·· · ·· ····

   - 107. Vyvažovači jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací prvek je tvořen šroubem (40).
8. 8. Vyvažovači jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací prvek je tvořen lícovaným kolíkem (47).
9. 9. Vyvažovači jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací prvek je tvořen upínací vložkou (50).
10. 10. Vyvažovači jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací prvek je tvořen nýtem.