WAŁY KORBOWE

Wał korbowy lotniczego silnia tłokowego (LST) sprzężony jest mechanicznie z odbiornikiem mocy - śmigłem lub wirnikiem nośnym (WN) śmigłowca. Wskutek działania zmiennych sił przejmowanych za pośrednictwem korbowodów od tłoków, wał korbowy wytwarza użyteczny moment obrotowy, przy czym w czopach łożyskowych i w ramionach wykorbień występują zmienne naprężenia skręcające i zginające. Ze względu na cykliczność obciążeń, konieczne jest przeprowadzenie sprawdzających obliczeń wytrzymałości zmęczeniowej oraz częstotliwości drgań własnych i wymuszających.

Wałów korbowych LST nie wyposaża się w koła zamachowe, ich funkcje doskonale spełniają śmigła (WN).

KONSTRUKCJA WAŁÓW KORBOWYCH

Konstrukcja wału korbowego LST zależy przede wszystkim od gwiazdowego lub rzędowego układu cylindrów.

ELEMENT KONSTRUKCJI	SILNIK GWIAZDOWY	SILNIK RZĘDOWY
ilość i układ wykorbień	jednogwiazdowy - jedno wykorbienie, dwugwiazdowy - dwa wykorbienia przeciwsobne	zależą od liczby i usytuowania jego cylindrów
jednolitość wału	wał dzielony, rozbieralny	wał nierozbieralny, rzadko dzielony z ustalenie jego członów za pośrednictwem wielowypustu Hirth
łby korbowodów	korbowód główny z łbem niedzielonym	korbowody z łbami dzielonymi, obsady łożysk głównych również dzielone
przeciwciężary	o dużej masie, zawieszone wahliwie dodatkowo tłumią drgania skrętne	sztywno połączone z wałem lub odkute (odlane) jako elementy ramion jego wykorbień
ułożyskowanie	łożyska toczne	łożyska ślizgowe

Wały korbowe podlegają obciążeniom wzdłużnym wywołanym przez śmigło. Stwarza to konieczność jego odpowiedniego ustalenia wzdłużnego.

Wał karbowy silnika gwiazdowego jest łożyskowany w łożyskach tocznych osadzonych w jego kadłubie.

Typowe metody doprowadzenia oleju do łożysk wałów korbowych przedstawia rysunek:

Wyciekaniu oleju z wnętrza wału zapobiegają szczelnie osadzone elementy zaślepiające. Wystające wewnątrz wydrążeń rurki olejowe umożliwiają wykorzystanie sił odśrodkowych do separacji zanieczyszczeń (wody) od oleju kierowanego do smarowania łożysk ślizgowych wału (czopów korbowodowych).

Przeciwciężary wykonane jako całość z wałem korbowym na ogół są stosowane tylko w silnikach małej mocy. W silnikach o dużych mocach przeciwciężary są wykonywane z innych materiałów niż wały i złączone są z nimi przez spawanie, skurczowo lub śrubami a nawet nitami. W silnikach gwiazdowych stosuje się łączenie za pomocą śrub, rzadziej nitów.

Mocowanie przeciwciężarów wałów korbowych

a - przeciwciężar przyspawany, b - przeciwciężar przykręcany śrubami nośnymi, c - przeciwciężar nitowany,

d - przeciwciężar przykręcany wkrętami montażowymi

1 - wał korbowy, 2 - przeciwciężar, 3 - spoina, 4 - śruba, 5 - nit

Złącza członów rozbieralnego wału korbowego silników gwiazdowych są przeważnie typu śrubowo - tarciowego. Dzielone ramię wykorbienia obejmuje czop korbowy, a naciski wywołane przez odpowiednio dociągniętą śrubę ściągającą zapewniają wzajemne unieruchomienie członów wału dzięki oporom tarcia. Do określenia wymaganego w takim złączu wstępnego napięcia - tzw. siły zacisku Q - śruby ściągającej wykorzystuje się uproszczony model obliczeniowy pokazany na rysunku:

Jednostkowy nacisk powierzchniowy p jarzma na czop korbowy wywołuje siła zacisku Q działająca na ramieniu D+1/2d. Obliczyć go można z zależności:

czyli:

gdzie:

D - średnica czopa korbowego,

d - średnica śruby ściągającej,

l - czynna długość przylgni ramienia wykorbienia.

Nacisk powierzchniowy powinien być na tyle duży, aby siły tarcia co najmniej równoważyły moment obrotowy silnika obciążający wał korbowy, przy czym z uwagi na niezawodność połączenia należy uwzględnić odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa:

gdzie:

μ - współczynnik tarcia,

M_o -maksymalny moment obrotowy obciążający ramię wykorbienia(silnika),

k - współczynnik bezpieczeństwa (k = 1,5÷2,5).

Z powyższych zależności można wyznaczyć minimalną siłę zacisku montażowego śruby ściskającej:

Aby zwiększyć opory tarcia przylgnie ramienia wykorbienia i czopa korbowego przed montażem wału dokładnie się odtłuszcza i osusza. Zapewnia to współczynnik tarcia μ = 0,12÷0,15. Rzeczywistą siłę zacisku montażowego śruby ściągającej można najdokładniej określić metodą pomiaru przyrostu Δl długości śruby:

gdzie:

E - moduł sprężystości podłużnej materiału śruby,

A - pole powierzchni przekroju poprzecznego śruby,

l - długość śruby przed montażem.

Przyrosty długości śrub łączących człony wałów korbowych LST gwiazdowych mieszczą się w zakresie 0,2÷0,4 mm. Rzeczywiste przyrosty długości śruby powinny być mierzone z dużą dokładnością. Odchyłka o 0,01 mm przyrostu długości powoduje zmianę siły zacisku o ok.2,5÷5%. Można przyjąć, że siła zacisku montażowego śruby ściągającej praktycznie nie zmienia się podczas pracy silnika, ponieważ śruba i wał korbowy wykonane są z tego samego materiału. Dopuszczalne naprężenia w śrubach ściągających zawierają się w granicach 400÷700 MPa.

Złącze członów rozbieralnego wału korbowego, ustalonych względem siebie za pośrednictwem czołowych wielowypustów, pokazuje rysunek:

Wielowypusty czołowe przydatne są także w połączeniach elementów rozrządu. Złącze pracuje prawidłowo jeżeli człony dociskane są odpowiednio dużą siłą Q zacisku montażowego. Siła ta powinna być na tyle duża, aby zapobiegać powstawaniu jakichkolwiek luzów pomiędzy dociskanymi zębami podczas działania maksymalnych obciążeń skręcających i zginających. Jednocześnie siła Q nie powinna wywoływać między zębami nacisków większych niż dopuszczalne.

Minimalną siłę zacisku montażowego śruby ściągającej można obliczyć ze wzoru empirycznego :

gdzie:

d_śr - średnica średnia wielowypustu,

M_g, M_s - momenty: gnący i skręcający obciążające złącze

Obliczając naciski powierzchniowe między zębami wielowypustów trzeba uwzględnić stosunek m czynnej powierzchni zazębienia do pierścieniowej powierzchni styku, przy czym :

m = 0,58÷0,68

Zatem średni jednostkowy nacisk powierzchniowy w złączu można obliczyć z zależności:

gdzie:

δ - długość zęba wielowypustu (pokazana na rysunku).

Minimalne siły zacisku montażowego śrub ściągających złącza Hirth wałów korbowych LST sięgają kilkudziesięciu kN, a naciski powierzchniowe w zazębieniu wielowypustów - 500÷800 MPa.

5

---