183243. lajstromszámú szabadalom • Forgattyús tengely szimmetrikus könyökkel
1 133 243 2 A találmány tárgya forgattyústengely szimmetrikus könyökökkel. Ez főcsapokból, hajtóműcsapágy-csapból és forgattyúkarokból áll, amelynél a főcsapoktól és a hajtórúdcsapágy-csapoktól a forgattyűkarokra való átmenetek átmeneti sugarakkal vannak kialakítva. Továbbá, a főcsapok közepe és a hajtórúdcsapágy-csapok közepe közötti távolság a konstrukciós, a főcsapágy szélessége és a hajtórúdcsapágy szélessége pedig a csapágyterhelési szempontok szerint van megválasztva, ahol a forgattyústengely kialakítása optimális feszültségeloszlással van meghatározva. A forgattyústengely méretezése előfeltételez ismereteket a könyökökben való feszültségeloszlásról is, és a tartós változó igénybevétel következtében fellépő kifáradási határral összefüggésben - amely függ az anyagtól, mérettől és gyártástechnológiától — a kifáradási töréssel szemben biztonságos döntést tesz lehetővé. A tartós váltakozó igénybevétel következtében fellépő kifáradási határ az anyag megválasztásával, a kovácsolás módjával és a tervezett konstrukció méreteivel van meghatározva. Más a helyzet a feszültségeloszlással, amely jelentős mértékben befolyásolható a különböző könyökméretekkel, így például a főcsapok és a hajtórúdcsapágycsapok átfedésével, a forgattyúkar vastagságával és szélességével, valamint a hajtórúdcsapágy-csapok és a főcsapok forgattyúkarokra való átmeneténél kialakított átmeneti sugarakkal. A feszültségcsúcsok kiértékeléséhez, amelyek az említett átmeneti sugarakban alakulnak ki, számos empirikus megközelítő eljárás ismert. Ebben a vonatkozásban főleg az alábbi nyomtatványokra utalunk: ,,MTZ” 23 (1962) 12, „MTZ 29 (1968) 3, és a belsőégésű motorok kutatási egyesületének kiadványa „ForschungshetV’49/1965, valamint a belsőégésű motorokkal foglalkozó NSZK-beli kutatási egyesülés kutatási jelentésének 130. sz. füzete (1972). A fenti nyomtatványokban leírt eljárásokban az alaptényezők kiértékelése hajlitásra és csavarásra kerül előtérbe, mint a csúcsfeszültségek és a névleges feszültségek viszonyának kifejezése. tfmax/°névieges> valamint rmax/ ^névleges- A mindenkori eljárástól függően a névleges feszültség vagy a hajtórúdcsapágy-csapokra, vagy a forgattyúkar-keresztmetszetre van vonatkoztatva. A 130. számú füzetben közölt kutatási jelentésben olyan eljárást írnak le, amely nagyfordulatú motorok könyökeiben fel lépő feszültségeloszlást vizsgálja. Ennél a forgattyúkarok vékonyak, a dugattyúlöketek kicsik és ennek következtében a csapátfedések nagyok. Ennél egyebek között vizsgálták a hajtórúdcsapágy-csapokban és a főcsapokban kialakított furatok, valamint a forgattyúkarok lelapolásainak hatását a csúcsfeszültségekre. Ez az eljárás vette első ízben figyelembe a főcsapátmenetekben kialakuló feszültségeket és tekintetbe vette a terhelésmódokat is, mint például tiszta hajlítást, hajlítást nyiróerővel, valamint csavarást. Ezek a kutatási eredmények képviselik a legfejlettebb korábbi műszaki szintet a forgattyústengelyek könyökeinek feszültségelemzéséhez, éppen ezért ezt tekintjük a jelen találmány kiindulási anyagának. Ennél befolyásoló tényezőként a hajtórúdcsap-átmérőt, a csapok átfedését, a forgattyúskar szélességét és vastagságát, valamint a hajtórúdcsapágy-csapok és a főcsapok forgattyúkarba vaió átmenetének sugarait vették tekintetbe. Az alaktényezők a forgattyúkarcsapok átmérőjére vonatkoztatott paraméterek függvényeiből szorzásos összekapcsolással vannak levezetve, ahol a névleges feszültség a forgattyúkar keresztmetszetre van vonatkoztatva. Forgattyústengely méretezésénél a hengertávolság a hengerfuratokka! és a dugattyúlökettel van meghatározva, amelyek az elérhető motorteljesítmény szempontjából mértékadóak. Továbbá, a szükséges bp hajtórúdcsapágy-szélesség és a be főcsapágyszélesség a várható csapágyterhelésbő! adódik. Végül a hajtórúdcsapágy - csapnál és a főcsapnál kialakuló ap, ill. ac vállak a forgattyúkar megmunkálási állapotától függően határozhatók meg. A konstruktőrnek tehát a fent említett paraméterek állnak rendelkezésére. A hengertávolságtól függetlenül megválaszthatok még a hajtórúdesap dp átmérője, az s csapátfedés, valamint a forgattyúkar b szélessége, ahol ezeknek a méreteknek a növelése mindig az abszolút feszültségek csökkentésével jár. Megjegyezzük, hogy a hajtórúdesap dp átmérőjének nagyságát a hajtórúdnak a hengerfuraton át történő beépíthetősége korlátozza. A fenti dp, s és b méretekkel ellentétben a további paraméterek, nevezetesen a hajtórúdcsapágy-csapok átmeneti rp sugara és a főcsapok r^ sugara, valamint a forgattyúkar w vastagsága függ az előre meghatározott hengertávolságtól, ill. I hossztól, amely főcsapközéptől főcsapközépig ér, valamint a meghatározott bp és be csapágyszélességektől. A fennmaradó hosszt tehát a következő képlettel fejezhetjük ki: k - 1 - be - bp - 2 * (ac + aP). A fenti hossz egyúttal így is számítható: k - 2 * (w + rp + rç ). Az alakíényező és a feszültségkiéitékelés ismert függvényei alapján belátható, hogy mindig csak az átmeneti rP és tq sugarak és a forgattyúkar ív vastagságának növelése vezet a feszültségcsúcsok leépítéséhez. Mivel ez a három paraméter azonban a k hossz révén egymással állandó kapcsolatban van, ez egyúttal azt is jelenti, hogy ha ezek közül a paraméterek közül az egyiket növeljük, egyidejűleg a másikat csökkenteni keli. Éppen ez az oka annak, hogy a feszültségminimalizálás szempontjából ennek a három méretnek a meghatározása az ismert korábbi műszaki szintből nem vezethető le. A találmánnyal célunk a bevezetőben leírt típusú forgattyústengelynél a könyökökben minimálni a feszültségeket, mégpedig az egyéb paraméterektől függetlenül kizárólag a forgattyúkarvastagság és a hajtórúdcsapágycsapok és a főcsapok átmeneti sugarainak megfelelő megválasztásával. A kitűzött feladatot a találmány szerint azzal oldottuk meg, hogy a hajtórúdcsapágy-csap átmeneti sugara és a főcsap átmeneti sugara a forgattyúkarvastagsággal olyan állandó összefüggésben van, amely függvénnyel ábrázolható, ez a hajtórúdcsapágy-csap átmeneti sugaránál fellépő feszültséggel arányos, ahol a csapátfedés és a hajtórúdesap-átmérő aránya nagyobb vagy legfeljebb 0,15 és kisebb, vagy legfeljebb 0,26. A találmány szerint a három méret, a forgattyúkarvastagság, a hajtórúdcsapágy-csap átmeneti sugara és a főcsap átmeneti sugara a következő függvényből számítható: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 35 2
