Защита от вибраций

 По оценкам разных специалистов затраты на изготовление коленвала составляют более 30% стоимости всего двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Широко известны эксцентриковые валы, взаимодействующие с исполнительным узлом по принципу скольжения, например распредвал в системе газораспределения ДВС. Основные недостатки таких валов — это ограниченная область применения, повышенный шум и высока вибрация в результате  износа кулачков вала и рычагов, следствием чего является периодический ремонт, регулирование зазоров клапанов, или замена деталей. К числу недостатков  распредвала можно также отнести высокую себестоимость его изготовления.

Расчеты показывают, что при вращении цилиндрического вала с диском-эксцентриком с частотой более 100 оборотов в минуту необходимо компенсировать вибрации с помощью противовесов. Низкая надежность конструкции в системе цилиндрический вал – диск-эксцентрик – шатун проявляется в том, что при повышенных частотах вращения цилиндрического вала с диском-эксцентриком в конструкции будут возникать вибрации в радиальном направлении, которые могут приводить к быстрому износу средств качения и звеньев шатуна и к их возможному разрушению. Такие вибрации наиболее сильно будут проявляться в конструкциях с нечетным числом шатунов,  устранить которые с помощью различных противовесов достаточно сложно, а порой и невозможно.

Вибрации в системе цилиндрический вал – диск-эксцентрик – шатун создают также дополнительные нагрузки на элементы крепления цилиндрического вала, особенно когда конструкция выполнена в консольном варианте. При больших частотах вращения цилиндрического вала с диском-эксцентриком (свыше 100 оборотов в минуту) радиальные вибрации будут «способствовать» ослаблению жесткости двухсторонней фиксации и шпоночного соединения диска-эксцентрика на цилиндрическом валу, что также будет ограничивать срок службы устройства.

Поэтому эксцентриковые валы различных конструкций,  изготовленные по схеме цилиндрический вал – диск-эксцентрик – шатун долгое время не применялись в устройствах с повышенной частотой вращения, в частности, в ДВС с частотой вращения коленчатого вала 3000 оборотов в минуту и выше.

Целью разработки предлагаемой автором конструкции многоцелевого вала-эксцентрика (патент РФ автора) является повышение его надежности, упрощение конструкции, уменьшение времени и затрат на его изготовление и сборку а также расширение области его применения.

Многоцелевой вал-эксцентрик включает цилиндрический вал, который выполнен заодно с дисками-эксцентриками и дисками ограничителями и закреплен с помощью  подшипников либо с одного торца, либо с двух торцов на жестком основании. На наружной радиальной поверхности дисков-эксцентриков установлены внутренние обоймы подшипников качения с возможностью их плотной посадки на диски-эксцентрики. Наружные обоймы подшипников качения связаны с рычагами или шатунами, которые передают линейное возвратно-поступательное движение исполнительным узлам, а вращение вала-эксцентрика происходит вокруг оси, проходящей через центр цилиндрического вала.

Надежность работы вала-эксцентрика при повышенных частотах его вращения  обеспечивается тем, что цилиндрический вал изготавливают заодно с дисками-эксцентриками и дисками-ограничителями. Упрощение конструкции, а также уменьшение времени и затрат на ее изготовление  заключается в том, что цилиндрический вал, диски-ограничители и диски-эксцентрики являются одной деталью, а конструкцию изготавливают в течение одной операции на токарном станке не снимая заготовки. При этом повышается точность изготовления эксцентрикового вала, что существенно влияет на уменьшение вибраций в процессе его эксплуатации. Указанные особенности конструкции позволяют применять вал-эксцентрик при повышенных частотах вращения в устройствах с различным числом исполнительных узлов.

            Необходимо еще раз подчеркнуть, что надежность работы предлагаемой автором конструкции вала-эксцентрика при повышенных частотах его вращения  обеспечивается тем, что цилиндрический вал изготавливают заодно с диском-ограничителем и заодно либо с одним, либо с двумя и более дисками-эксцентриками по обе стороны диска-ограничителя.

Упрощение конструкции, а также уменьшение времени и затрат на ее изготовление и сборку заключается в том, что цилиндрический вал, диск-ограничитель и диск-эксцентрик являются одной деталью, а конструкцию изготавливают в течение одной операции на токарном станке не снимая заготовки. При этом повышается точность изготовления вала-эксцентрика, что существенно влияет на уменьшение вибраций в процессе его эксплуатации.

Особенности конструкции позволяют применять многоцелевой вал-эксцентрик при повышенных частотах вращения в различных областях технических устройств с различным числом исполнительных узлов за счет разных вариантов конструктивного исполнения вала-эксцентрика, в том числе в оппозитных, крестообразных и V-образных двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах и др.