NO127719B - - Google Patents

Description

Veivaksel, særlig til store dieselmotorer.

Oppfinnelsen angår en veivaksel, særlig til store dieselmotorer, av den art som er fremstilt ved sammenføyning av parvis motstående hovedlagerdeler på emner som hvert omfatter minst et veivpar.

Fra dansk patent nr.108 246 er det kjent en veivaksel

av denne art hvor de i forveien smidde eller støpte veivpar kobles ved hjelp av tapper som krympes fast i aksielt forløpende boringer i veivenes armer. Av hensyn til de ved krympingen og under drift forekommende påvirkninger er det nødvendig å holde en viss avstand fra boringen i armen til veivparets rådetapp og denne avstand er

a

j. således bestemmende for den minste slaglengde som motoren kan ha, og dermed for dens høyest tillatte omdreiningstall.

Veivakselen ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at sammenføyningen er foretatt ved hjelp av en ring som er krympet utvendig på de to emners hovedlagerdeler som helt eller hovedsake-lig er utformet aom sylindriske tapper, og hvis utvendige overflate etter ferdig bearbeidelse.danner, rammelagertappen.

Derved er den overfor omtalte nedre grense for slaglengden ved krympede veivaksler ikke mere aktuell, fordi krympespen-ningene kun opptrer i ringen og de to fra veivarmene utragende tapper, men ikke i armene selv. Veivakselen kan bygges relativt lett og

derfor med lite svingmoment, fo.rdi der i sammenligning med de. kjente aksler, hvor forbindelsestapper er krympet i boringer i veivarmene,

kan fjernes en vesentlig materialmengde fra de hjørner av yeivarmene som vender innover i veivparene, samtidig med at akselen på grunn av den store hovedlagerdiameter blir stiv og derved.får et høyt egen-svingetall. Ved en gitt sylinderdiameter kan man redusere slagleng-

den mere enn det er mulig ved kjente konstruksjoner, men i kraft av den oppnådde reduksjon i svingmomentet kan man alternativt bibeholde eller endog øke slaglengden og samtidig øke det nominelle omdreiningstall. Uten økning av det spesifikke lagertrykk, kan man derved oppnå en høyere sylinderytelse enn ved den kjente krympeteknikk. Da rammelagertappen kan utføres med stor diameter, kan man ved utnyttelse av oppfinnelsen benytte en relativt liten lagerlengde, noe som i et gitt tilfelle muliggjør en forkortelse av sylinderavstanden og dermed av veivakselens og motorens byggelengde. De ovennevnte fordeler forster-

kes ytterligerebved at det kan tillates ganske sfcre gjennomboringer i veivlagertappene hvorved en vesentlig del av avbalanseringen og en eventuell lagertrykkavlastning kan skje ved fjernelse av materialet fra tappene.

Ifølge oppfinnelsen kan det i de motstående krympefla-

ter på tappene og ringen inngå minst en i forhold til flatenes akse hellende delflate. Herved muliggjøres en vesentlig forkortelse- av den nødvendige lengde på tappenes og ringens krympeflater. Denne lengde er bestemt av det maksimale spesifikke flatetrykk som opptrer i sammensetningsfugen, når forbindelsen er påvirket til bøyning, for-årsaket av at akselen er utilstrekkelig understøttet i et rammelager.

Det belastede bøyemoment skal da beregnet under den forutsetning at akselen er frittbærende mellom to tilstøtende rammelagre. Ved en konvensjonell krympeforbindelse med glatt tapp og glatt boring i ringen virker flatetrykkene rent radielt, hvorimot de med den foreslåtte hellende delfate også får en aksiell komponent som virker på krympeflatens radius og derfor sammen med friksjonen i krympeflaten utøver et moment. Ved et gitt ytre bøyemoment reduseres det nødvendige moment som skal frembringes av de radielle komponenter av flatetrykket, med det av de aksielle krefter utøvede moment. Det radielle flatetrykk skal altså kun frembringe et moment som svarer til en del av det ytre bøyemoment, og dette moment kan med samme gunstige trykkfor-deling som ved en tradisjonell glatt krympeforbindelse overføres med kortere aksiell lengde av krympeflaten.

Det foretrekkes ifølge oppfinnelsen at det i krympeflaten er utformet et eller flere helt eller vesentlig rundtgående fremspring og tilsvarende fordypninger med trekantet tverrsnitt, hvis skråttstilte flanker derved utgjør de hellende delflater, hvor flatetrykket mellom tapper og ring har både en radiell og en aksiell komponent.

Fremspringene og fordypningene kan hver formes som en eller noen få gjenger, hvorved det blir mulig å få et relativt stort areal av de hellende delflater. Da de spesifikke flatetrykk, som stammer fra et rent bøyemoment, er størst ved krympeflatens ende, foretrekkes det ifølge oppfinnelsen at det er utformet en gjenge ved både den innerste og den ytterste ende av hver tapp, idet den avlas-tende vannrette komponent av flatetrykket blir størst ved denne plas-sering av gjengene.

Det er også mulig i stedet for en gjenge å benytte fremspring og fordypninger, hvis høyde og dybde er mindre enn klaringen mellom ringen og tappene under ringens påsetting. Derved kan sammen-setning av ring og tapp skje ved en rent aksiell forskyvning uten samtidig drei ning.

Ifølge oppfinnelsen foretrekkes det at ringen er fremstilt av et materiale med høyere flytespenning enn veivparene. Da de hellende delflater i ringen, på grunn av bedre oppspenningsmulig-heter for ringen enn for veivparene, kan fremstilles med større nøy-aktighet og bedre overflatekvalitet enn de tilsvarende flater på veivparene, er det fordelaktig at mindre unøyaktigheter i de sist-nevnte flater ved krympingen kan utjevnes ved flytning og derved til-passe seg formen av flatene på ringen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen som skjematisk viser forskjellige utførel-sesformer for veivakselen ifølge oppfinnelsen. På tegningen viser

fig.l et sideriss, delvis i snitt, som viser en første utførelsesform for krympeforbindelsen mellom to tilstøtende veivpar,

fig.2 et aksielt utsnitt i sterkt forstørret målestokk og som viser forbindelse mellom rammelagerringen og deti ene veivpar i fig.l.

Fig.3a, 3b og 3c viser aksielle snitti som rent s]sje-matisk viser hhv. to krympeforbindelser mellom en tapp og en ring ifølge kjent teknikk og en utførelsesform for en krympeforbindelse utført ifølge oppfinnelsen. Fig.4a, 4b, 4c viser skjematisk de radielle reaksjoner ved påvirkning av de tre i fig.3 viste krympeforbindelser med et gitt bøyemoment. Fig.5 er et aksielt snitt gjennom en ytterligere utfø-relsesform for krympeforbindelsen ifølge oppfinnelsen. Fig.6 er et sideriss i større målestokk av en ytterligere utførelsesform for tappen i en krympeforbindelse ifølge oppfinnelsen og

fig.7 er et utsnitt i emu større målestokk av.en siste utførelsesform for krympetappen.

Den i fig.l og 2 viste veivaksel til f.eks. en stor marinedieselmotor, består av flere veivpar, som parvis er sammen-føyet ved hjelp av en krympeforbindelse mellom aksialt utragende tapper på veivenes armer og en utvendig ring. Hver veiv, som kan være fremstilt ved smiing eller støping, består på vanlig måte av to armer 1 og en forbindende rådelagertapp 2.<*> Fra hver veivarm 1 rager det ut en sylindrisk tapp 3 koaksialt med den ferdige veivakselens senterlinje. Hver tapp 3 nar et stykke innenfor sin frie ende en kort gjenge, henholdsvis 4 °g 5i °g i nærheten av overgangs-rundingen til veivarmen 1 har tappen en annen gjenge, henholdsvis 6 og 7 med større diameter. Mellom gjengene har tappen et glatt sylindrisk midtparti 8. Gjangene 4 og 5 er like, bortsett fra at-de har motsatt stigningsretning, og det samme gjelder gjengene 6 og 7* De to gjengene 4 og 6 resp.5 og 7 på hver tapp har begge samme stigningsretning.

I den ferdige veivaksel er de to tappene 3 på hvert par av tilstøtende veivpar 1, 2 forbundet ved hjelp av en påkrympet ring 9, som i nærheten av hver ende har en gjenge, henholdsvis 10 og 11

som svarer til gjengene 6 og 7 på de to tappene 3» Videre har ring-

en 9 på begge sider av en sentral klaring 12 to gjenger 13 og 14

som svarer til gjengene 4 og 5 på tappene 3* Mellom gjengene 10 og 13 og mellom gjengene 11 og 14 er ringens 9 boring utført med et glatt sylindrisk parti 15 som svarer til tappenes 3 midtpartier 8. Samtlige av de med ringen,9 inngripende deler av tappenes 3 overfla-ter, inklusive gjengene, er utført med en slik overdimensjonering i forhold til de motstående flater på ringen, at det opptrer de for delenes faste forbindelse nødvendige krympespenninger, når delene etter sammensetningen har antatt samme temperatur. Som bekjent kan krympeforbindelse etableres enten ved at den utvendige ring 9 fØr påsettingen varmes, eller ved at tappene 3 avkjøles.

Sammensetningen av de to i fig.l viste veivpar ved

hjelp av krymperingen 9 kan f.eks. skje i et verktøy med to sleder som er innrettet til opptagelse av de to veiver i den korrekte innbyrdes vinkelstilling. I det minste den ene slede er lengdeforskyv-

bar, slik at veivparene legges opp med en innbyrdes avstand mellom endene av krympetappene 3 som er større enn bredden av ringen 9» Den oppvarmede ring anbringes deretter i en holder mellom de to tapper 3, og sledene med veivparene forskyves mot hverandre, inntil gjenge-

ne 10, 11, 13 og 14 på ringen, kommer i inngrep med de tilsvarende gjenger 6, 7i 4 og 5 på tappene. Under den fortsatte aksielle forskyvning av veivene mot hverandre dreies ringen samtidig i takt med forskyvningen, inntil gjengene er i fullt inngrep som vist i fig.2.

Det vil forstås at gjengene på tappen og i ringen må være utført med deres innløpsender i en vinkel i forhold til hverandre som svarer til den ønskede vinkel mellom de to veivparme i sammenkoblet stand. Fig.3 og 4 viser skjematisk de ovenfor omtalte, ved oppfinnelsen oppnådde fordeler med hensyn til størrelsen av kanttrykket, dvs. det maksimalt opptredende flatetrykk mellom tappene og den utvendige krympering, når forbindelsen utsettes for bøyemoment i krum-tappakselens senterlinjeplan. Fig.3a viser en krympeforbindelse mellom en glatt tapp l6 og en utvendig ring 17 med tilsvarende glatt boring, utført i overensstemmelse med konvensjonell krympeteknikk. Ved overføring av et bøyemoment fra ringen 17 til tappen 16, som markeres med pil-

en l8 i fig.4a, vil fordelingen av det spesifikke flatetrykk mellom ringen og tappen ha stort sett det i fig.4a viste forløp over leng-den.av krympeflaten. Hvis et bøyemoment av samme størrelse skal over-

føres mellom en glatt tapp 19 og en innvendig, glatt ring 20, som vist i fig.3b med i det vesentlige samme krympeareal av hensyn til overføringen av dreiemomentet, men med større diameter og tilsvarende kortere lengde, vil forløpet av de tilsvarende flatetrykk være som vist i fig.4b, dvs. at kanttrykkene vil bli øket og eventuelt overstige den tillatelige verdi.

Fig.3c og tilsvarende fig.4c viser rent skjematisk hvorledes denne ulempe avhjelpes, ifølge oppfinnelsen. I fig.3c er den i fig.l og 2 viste gjengeforbindelse mellom ringen og tappene vist ved hjelp av en tapp 21, som tett ved begge ender av den for-øvrig sylindriske krympeflate 22 har to koniske delflater 23 og 24

i inngrep med tilsvarende flater på den utvendige krympering 25. Reaksjons-eller inngrepskreftene 26 og 27 i de to hellende krympeflater 23 og 24 står i det vesentlige vinkelrett på flatene som vist i fig.3c, dvs. at hver reaksjonskraft både har en vannrett komponent, henholdsvis 26h og 27h, og en loddrett komponent 26v og 27v. De to i motsatt retning virkende horisontale komponenter 26h og 27h frembrin-ger på grunn av deres momentarm som er lik tappens 21 diameter et moment, som virker i samme retning som det av de radielle komponenter frembrakte moment, svarende til at en del av det ytre bøyemoment l8 opptas som forskyvning i sammensetningen. Størrelsen av den radielle reaksjon mellom tappen og ringen blir derfor ved forøvrig uendre-de dimensjoner, dvs. svarende til fig.3b, redusert slik som vist i fig.4c. Ved den i fig.3c viste helning av anleggsflåtene 23 og 24

som svarer til profilformen av de i fig.2 viste gjenger, dvs. en toppvinkel på 60° i gjengen, blir den radielle komponent av flatetrykket bare ca.halvparten av,det totale f latetry]ck.

Fig.5 viser i likhet med fig.3 en endret utførelsesform for en krympeforbindelse som. kan benyttes i en veivaksel ifølge oppfinnelsen. Fig.;5 viser den ene av de to krympetapper 28 avtrappet med et sylindrisk midtre avsnitt 29 og to endeavsnitt.30 og 31 med henholdsvis mindre og større diameter. De.i forhold, til sammenset-ningens akse hellende delflater av krympearealet mellom tappen- 28

og den utvendige ring 32 utgjøres her av de ringformede skuldre mellom de avtrappede avsnitt 29,:3Q og 31»

Fig.6 viser enden av en krympetapp 33» som er modifi-sert i forhold til den i fig.l og 2 viste tapp ~3i ved at de hellende delflater ikke. er utformet, som en fortløpende gjaage, men som en-kelte, rundtgående fremspring eller ribber 34 med forøvrig stort sett samme tverrsnittsprofil som gjengene i tappen 3» Den i fig.6 ikke viste utvendige krympering utføres med tilsvarende rundtgående spor eller riller i sin boring. En forutsetning for bruken av den i fig.

6 viste utførelsesform er at høyden av ribbene 34 er så liten at

tappen 33 uhindret kan skyves aksielt inn i ringen, når denne er oppvarmet eller tappen er avkjølet. Den forholdsvis lille høyde som ribbene og de tilsvarende spor i ringen kan ha, oppveies av at det på en relativt kort lengde kan tilveiebringes et. stort antall ribber og spor.

Mens de i fig.6 viste ribber 34 har et i det vesentlige skarpkantet profil, viser fig.7 en utførelsesform hvor tappen 35 på sin overflate er forsynt med flare på hverandre følgende neddrei-de riller 36 med avrundet bunn og relativt skarpkantede topper, hvor to på hverandre følgende riller møtes. De nevnte topper kan dog og-så i et gitt tilfelle være avrundet.

Av fig.l sees hvorledes det på .grunn av den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte krympeforbindelse mellom to tilstøtende veiver ved hjelp av en utvendig ring er mulig å fjerne en vesentlig materialmengde fra veivarmene 1 ved deres innadgående hjørner 37» idet der på dette sted av armene ikke opptrer noen indre spenninger fra krympekreftene, slik som tilfellet er ved de kjente konstruksjoner, hvor forbindelsestapper er krympet fast i armene. Veivlagertappene 2 kan også forsynes med relativt store innvendige boringer 38 som kan benyttes til hel eller delvis avbalansering av veivtappen, fordi der heller ikke for slike boringers vedkommende stilles krav

om overholdelse av en minste avstand til en krympeboring i veivarmen. De ovenfor beskrevne og på tegningen viste eksempler på

utformingen av de hellende delflater i krympearealet kan modifiseres og kombineres på flere måter innenfor oppfinnelsens ramme. Selv om

tappene og boringen i krymperingen er beskrevet som sylindriske i samtlige utførelsesformer, kan de også være utformet som slanke ko-nuser, hvilket kan muliggjøre adskillelse av forbindelsen ved hjelp av den såkalte trykkoljemetode, hvor en væske under høyt trykk gjennom boringer i akselen presses inn mellom tappens og ringens flater og derved opphever den av overmålet betingede vedhengning mellom flatene. Det vil også forstås at avhengig av bl.a. veivakselens størrel-se, kan de to emner som forbindes ved hjelp av den beskrevne krympe-sammensetning, eventuelt omfatte flere suksessive veivpar som er

smidd eller støpt i ett stykke. Det vil også forstås at der etter

sammensetningen av. emnene må foretas en ferdig bearbeidelse av i hvert fall krymperingene, hvis utvendige overflate utgjør veivakselens rammelagertapper, og eventuelt også av veivlagertappene.

Claims (8)

1. Veivaksel, særlig til store dieselmotorer, av den art som er fremstilt ved sammenføyning av parvis motstående rammelager-deler av emner (1,2), som hvert omfatter minst et veivpar, karakterisert vedat sammenføyningen er foretatt ved hjelp av en ring (9) som er krympet utvendig på de to emners ramme-lagerdeler som helt eller vesentlig er utformet som sylindriske tapper (3), og hvis utvendige overflate etter ferdigbearbeidelse dan-ner' rammelagertappen.. '

2. Veivaksel ifølge krav 1, karakterisert ved at der i de motstående krympeflater på tappene (3) og ringen (9) inngår minst en i forhold til flatenes akse hellende delflate.

3. Veivaksel ifølge krav 2, karakterisert v e d at krympeflaten (29,30,31) er avtrappet, fortrinnsvis tett ved de to ender av hver tapp (28').

4. " Veivaksel ifølge krav 2, karakterisert ved at der i krympeflatene er utformet et eller flare helt eller i det vesentlige rundtgående fremspring og motsvarende fordypninger med trekantet tverrsnitt.

5. Veivaksel ifølge krav 4» karakter! sert ved at trekanttverrsnittets toppvinkel er ca.60°.

6. Veivaksel ifølge krav 4 eller 5»karakterisert ved at tverrsnittsprofilen er avrundet.

7. Veivaksel ifølge et eller flere av kravene 4-6, karakterisert ved at fremspringene og fordypningene er formet som en eller noen få viklinger av en gjenge (4,5,6,7,10,11, 13,14).

8. Veivaksel ifølge krav 7, karakterisert ved at der er utformet en gjenge nær ved både den innerste og den ytterste ende av hver tapp (3). 9' Veivaksel ifølge et eller fiere av kravene 4-6, karakterisert v é. d at høyden av fremspringene ' (34) og den tilsvarende■dybde av fordypningene er mindre enn klaringen mellom ringen, og tappene under ringens påsetning.