DE1048098B

DE1048098B - Crank, the crank pin and shaft of which are held in smooth, circular cylindrical bores of a one-piece, radially unslotted crank web with a press fit or a shrink fit, manufactured with a counterweight

Info

Publication number: DE1048098B
Application number: DEM33460A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Mueller
Original assignee: Maschinenfabrik Esslingen AG
Current assignee: Maschinenfabrik Esslingen AG
Priority date: 1957-03-06
Filing date: 1957-03-06
Publication date: 1958-12-31

Description

Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstückig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Preß- oder Schrumpfsitz gehalten sind Zur Kraftübertragung, beispielsweise vom Nachschaltgetriebe einer Motorlokomotive auf die Treibräder, bedient man sich häufig des Parallelkurbeltriebes. Hierbei wird die Abtriebswelle des Nachschaltgetriebes beiderseits mit je einer Kurbel versehen, die um 90° gegeneinander versetzt sind.Crank, the crank pin and shaft in smooth, circular cylindrical Bores of a one-piece, radially unslotted, manufactured with a counterweight Crank web are held with a press fit or shrink fit For power transmission, for example from the secondary gearbox of a motor locomotive to the drive wheels, one makes use of often the parallel crank drive. Here, the output shaft of the rear-mounted gearbox Provided with a crank on both sides, which are offset by 90 ° from one another.

Um die Montage und Demontage der Kurbelwangen der Kurbel zu erleichtern, hat man vielfach eine radial geschlitzte Kurbelwange gewählt, welche mittels Spannschrauben u. dgl. auf den Wellenstumpf geklemmt wird. Mit dieser Klemmverbindung läßt sich jedoch in den meisten Fällen das volle Reibungsmoment einer Lokomotive, welches sich aus dem maximalen Reibwert zwischen Rad und Schiene ergibt, nicht übertragen. Es müssen daher noch zusätzliche Keile vorgesehen werden. Diese Keile begünstigen jedoch das Atmen der Klemmverbindung, wodurch naturgemäß ein ungewolltes Lösen derselben eintreten kann. Je größer nun die Reibungskraft einer Lokomotive mit Stangenantrieb wird, um so weniger eignet sich diese Klemmverbindung für die Befestigung der Kurbelwangen.In order to facilitate the assembly and disassembly of the crank webs of the crank, In many cases, a radially slotted crank web has been chosen, which by means of clamping screws and the like is clamped onto the stub shaft. With this clamp connection can however, in most cases the full frictional torque of a locomotive, which results from the maximum coefficient of friction between wheel and rail, not transferred. Additional wedges must therefore be provided. These wedges favor however, breathing of the clamping connection, which naturally results in an unintentional loosening of the same can occur. The greater the frictional force of a rod-driven locomotive the less this clamp connection is suitable for fastening the crank webs.

Bei größeren Drehmomenten ist es daher zweckmäßig, zur radial ungeschlitzten Kurbel bzw. zum Preß- und Schrumpfverband der Einzelteile derselben überzugehen. Bei entsprechender Bemessung des Preßverbandes läßt sich in allen Fällen die volle Reibungszugkraft der Lokomotive durch den Reibungsschluß über die Kurbelnabe und den Wellenstumpf des Nachschaltgetriebes übertragen. Die erforderliche radiale Pressung des Verbandes wird dabei durch die Dehnung der Kurbelnabe bei gleichzeitiger Stauchung des Wellenstumpfes erzwungen.For larger torques it is therefore advisable to use the radially unslotted Crank or go over to the press and shrink association of the items of the same. With appropriate dimensioning of the interference fit, the full one can be used in all cases Frictional pulling force of the locomotive through the frictional connection via the crank hub and the stub shaft of the secondary gearbox. The required radial compression the association is thereby caused by the stretching of the crank hub with simultaneous compression of the shaft stump forced.

Eine gleichmäßige Pressung, wie sie für die Übertragung großer Drehmomente unbedingt gefordert werden muß, läßt sich dabei jedoch nur mit einer ringförmigen Nabe erzielen, deren Beanspruchung im Zustand der Schrumpfverbindung mit dem form- und kraftschlüssigen Zapfen oder der Welle derjenigen eines dickwandigen Rohres auf inneren Überdruck entspricht. Bei der Kurbelwange, welche wegen des Zapfenauges und des Gegengewichtes nicht als Rotationskörper ausgebildet werden kann, entsteht durch die Schrumpf- oder Preßverbindung mit der Welle oder dem Zapfen eine ungleichförmige Beanspruchung der Nabe. Dabei werden die elastischen Seitenquerschnitte stärker beansprucht als die größeren Querschnitte des Gegengewichtes.Uniform pressure, as required for the transmission of large torques must be required, but can only be done with an annular Achieve a hub whose stress in the state of the shrink connection with the form- and frictional pin or the shaft of that of a thick-walled pipe corresponds to internal overpressure. In the case of the crank web, which because of the tenon eye and the counterweight cannot be designed as a body of revolution due to the shrink-fit or press-fit connection with the shaft or the journal, a non-uniform one Stress on the hub. The elastic side cross-sections become stronger stressed than the larger cross-sections of the counterweight.

Zur Vermeidung dieser Nachteile, d. h. zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung nahezu über den gesamten Umfang, wird bei einer Kurbel, deren Kurbelzapfen und Welle in glatten, kreiszylindrischen Bohrungen einer einstückig mit einem Ausgleichsgewicht hergestellten, radial ungeschlitzten Kurbelwange mit Preß- oder Schrumpfsitz gehalten sind, vorgeschlagen, die Kurbelwange in oder am Übergang zu ihrem als Gegengewicht ausgebildeten Teil mit mindestens einem zur Welle konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitz zu versehen, der in Verlängerung der Mantelfläche des teilweise zylindrisch ausgebildeten Nebenteiles der Kurbelwange liegt.To avoid these disadvantages, i. H. to achieve a uniform Stress distribution almost over the entire circumference, is with a crank whose Crank pin and shaft in smooth, circular cylindrical bores in one piece with a counterweight manufactured, radially unslotted crank web with Press fit or shrink fit are proposed, the crank web in or on Transition to their part designed as a counterweight with at least one to the shaft concentric, circular arc-shaped slot in the extension of the Outer surface of the partially cylindrical secondary part of the crank web lies.

Es ist zwar bekannt, bei zusammengesetzten Kurbelwellen auf den Außenflächen der Kurbelwangen horizontale Entlastungskerben einzufräsen. Diese Ausfräsungen haben jedoch lediglich den Zweck, den die Kurbelzapfen sowie die Kurbelwangen durchsetzenden Kraftlinienfluß an der Durchdringungsstelle dieser Teile gleichmäßiger-zu gestalten, d. h. mit anderen Worten, die Kerbwirkungen an diesen Stellen weitgehendst zu vermeiden. Ferner ist es bekannt, in der Wange um die Welle einen konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitz vorzusehen, und zwar in Verbindung mit einem radialen Schlitz. Hierbei soll aber der konzentrische Schlitz in Verbindung mit dem radialen und in Verbindung mit einer Druckschraube lediglich eine Klemmverbindung zwischen Welle und Wange ermöglichen. Diese zuletzt erwähnte Ausführung unterscheidet sich, was den Sinn und Zweck des vorhandenen kreisbogenförmigen Schlitzes anbelangt, grundsätzlich von der Aufgabe des gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Schlitzes. Zweck der Erfindung ist es, die ideale Form einer zylindrischen Nabe anzustreben, obgleich aus Gründen des Massenausgleichs die Kurbelwangenform an sich anders gestaltet werden muß. Durch die erfindungsgemäßen Schlitze in den Kurbelwangen wird die Dehnung des nunmehr nahezu zylindrischen Nabenkörpers im Bereich des Gegengewichtes nicht mehr behindert und damit annähernd die gleiche Verteilung der Tangentialspannung wie in den Seitenquerschnitten erzwungen. Dadurch kann man mit der Beanspruchung der Nabe bis nahezu an die Streckgrenze des Werkstoffes herangehen und ohne Schwierigkeiten die für die Übertragung des Drehmomentes erforderliche hohe Pressung verwirklichen.It is known to have composite crankshafts on the outer surfaces Mill horizontal relief notches in the crank webs. These cutouts have however, only the purpose enforced by the crank pin and the crank webs To make the flow of force lines at the point of penetration of these parts more even, d. H. in other words, to avoid the notch effects at these points as far as possible. It is also known to have a concentric, circular arc-shaped shape in the cheek around the shaft Provide slot, in conjunction with a radial slot. Here should but the concentric slot in connection with the radial and in connection with a pressure screw only a clamping connection between the shaft and the cheek enable. This last mentioned execution differs in what makes sense and purpose of the existing arcuate slot, basically of the object of the slot proposed according to the invention. Purpose of the invention is to strive for the ideal shape of a cylindrical hub, albeit for reasons of the mass balance, the crank web shape must be designed differently. By the slots according to the invention in the crank webs is the expansion of the now almost cylindrical hub body no longer hindered in the area of the counterweight and thus approximately the same distribution of the tangential stress as in the side cross-sections forced. This means that the stress on the hub is almost up to the yield point of the material and without difficulty the transfer of the Realize the required high pressure.

Die Fliehkraft des Gegengewichtes wird durch die äußeren, möglichst klein zu haltenden Verbindungsstege aufgenommen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kurbel läßt sich die Beanspruchung der Nabe mit genügender Genauigkeit auf den einfachen Fall eines dickwandigen Rohres, welches durch einen inneren Überdruck belastet wird, zurückzuführen.The centrifugal force of the counterweight is due to the external, if possible added connecting webs to be kept small. Due to the training according to the invention the crank can be the stress on the hub with sufficient accuracy on the simple case of a thick-walled pipe, which by an internal overpressure is charged.

Zur Erhöhung der Elastizität des Kurbelkörpers auf der Wellenseite empfiehlt es sich, den Kurbelzapfen von der Rückseite aufzubohren, wodurch auch an dieser Stelle eine größere radiale Dehnung der Kurbelnabe ermöglicht wird. Bei hohlgebohrtem Kurbelzapfen muß selbstverständlich das Preßsitzübermaß für den Zapfen vergrößert werden, um die gleiche Haftung wie bei einem Vollzapfen zu erhalten. Die Ausbildung der Kurbel gemäß der Erfindung ergibt darüber hinaus die Möglichkeit, das an sich bekannte Ölpreßverfahren für die Montage und Demontage anzuwenden, da die Voraussetzungen für eine gleichmäßige Aufweitung der Nabe über den gesamten Umfang gegeben sind. Durch die Möglichkeit der Anwendungen des Ölpreßverbandes wird die erfindungsgemäße Kurbel der radial geschlitzten Kurbel hinsichtlich der Montage gleichwertig. Bei großen Drehmomenten ist sie dabei der radial geschlitzten Kurbel, deren Pressung bei gleichen äußeren Abmessungen wesentlich geringer ist, weit überlegen. Dies folgt daraus, daß durch den radialen Schlitz der Klemmkurbel der Verlauf -der Tangentialspannungen unterbrochen wird, wodurch die Spannungsverteilung naturgemäß sehr ungünstig beeinflußt wird.To increase the elasticity of the crank body on the shaft side It is advisable to drill the crank pin from the back, which also a greater radial expansion of the crank hub is made possible at this point. at Hollow crank pin must of course the interference fit oversize for the pin can be enlarged in order to obtain the same adhesion as with a solid tenon. The design of the crank according to the invention also gives the possibility of apply the known oil press for assembly and disassembly, there the prerequisites for an even expansion of the hub over the entire Scope are given. Due to the possibility of using the oil press association the crank according to the invention of the radially slotted crank in terms of assembly equivalent to. At high torques it is the radially slotted crank, the pressure of which is significantly lower with the same external dimensions, far superior. This follows from the fact that the course -der through the radial slot of the clamping crank Tangential stress is interrupted, whereby the stress distribution is natural is very adversely affected.

In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. 1 eine Stirnansicht der Kurbel gemäß der Erfindung, Abb. 2 einen Schnitt durch die Kurbel gemäß der Erfindung längs der Linie A-B.In the drawing, the essence of the invention is exemplary and schematic Fig. 1 shows an end view of the crank according to the invention, Fig. 2 shows a section through the crank according to the invention along the line A-B.

Mit 1 ist die Kurbelwange einer Kurbel bezeichnet; welche in an sich bekannter Weise aus einem Nabenteil 2, einem Zapfenauge 3 sowie einem Gegengewicht 4 besteht. In die Kurbelwange 1 ist eine Welle 5 bzw. der Kurbelzapfen 6 eingelassen und diese Teile mit ersterer mittels Preß- oder Schrumpfsitz verbunden. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Spannungsverteilung nahezu über den gesamten Umfang des Nabenteiles 2 wird der als Gegengewicht ausgebildete Teil 4 der Kurbelwange 1 mit einem oder mehreren kreisbogenförmigen Schlitzen 7 versehen, welche in peripherer Verlängerung des teilweise zylindrischen äußeren Nabenteiles 2 liegen. Dadurch wird eine nahezu ringförmige Nabe der Kurbelwange 1 verwirklicht.1 with the crank web of a crank is referred to; which in itself known manner from a hub part 2, a pin eye 3 and a counterweight 4 exists. A shaft 5 or the crank pin 6 is let into the crank web 1 and these parts are connected to the former by means of a press fit or shrink fit. To achieve an even distribution of stress almost over the entire circumference of the hub part 2 is formed as a counterweight part 4 of the crank web 1 with an or a plurality of circular arc-shaped slots 7, which in peripheral extension of the partially cylindrical outer hub part 2 lie. This makes an almost annular hub of the crank web 1 realized.

Der eingepreßte Kurbelzapfen 6 wird in zweckmäßiger Weise mit einer Bohrung 8 versehen, deren Zweck es ist, die Elastizität des Zapfenauges 3 zu vergrößern.The pressed-in crank pin 6 is expediently with a Bore 8 is provided, the purpose of which is to increase the elasticity of the pin eye 3.

Die in Abb. 1 eingetragenen Kurven zeigen die ungefähre Verteilung der Tangentialspannung über den ringförmigen Nabenteil 2, welche über den gesamten Umfang nahezu gleich ist. Für den eingepreßten Kurbelzapfen 6 ergibt sich dabei in dem Steg zwischen den beiden Bohrungen eine Spannungsüberlagerung, deren Spitzenwert unter Berücksichtigung der Radialspannung unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffes liegen muß.The curves entered in Fig. 1 show the approximate distribution the tangential stress over the annular hub part 2, which over the entire Scope is almost the same. For the pressed-in crank pin 6 this results in the web between the two bores, a stress superposition, the peak value of which taking into account the radial stress below the yield point of the material must lie.

Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, den kreisbogenförmigen Schlitz 7 auch bei Kurbeln mit angeschmiedetem Kurbelzapfen 6 anzuordnen.It is possible within the scope of the invention to use the arc-shaped slot 7 can also be arranged for cranks with forged crank pin 6.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A crank with a crank pin and shaft in smooth, circular cylindrical bores of a one-piece manufactured with a counterweight, radially unslotted crank web are held with a press or shrink fit, thereby marked that the crank web in or at the transition to it as a counterweight formed part (4) at least one to the shaft (5) concentric, circular arc-shaped Has slot (7), which is in extension of the lateral surface of the partially cylindrical formed hub part (2) of the crank web.

2. crank according to claim 1, characterized in that the crank pin (6) has a bore on the shaft side (8) is provided.

3. Crank according to claim 1 and 2, characterized in that the Press connection between the crank web (1) and the shaft (5) or the crank pin (6) takes place according to the known oil press process. Considered publications: British Patent No. 398 380.