Шатунно-поршневой узел

 

Шатунно-поршневой узел относится к двигателестроению и предназначен для использования в двигателе. Шатунно-поршневой узел содержит поршень и соединенный с ним шатун, имеющий верхнюю головку в виде чашеобразного элемента, который выполнен усеченным по ширине шатуна с двумя прямолинейными краями. В поршне выполнена перегородка. Полость для верхней головки расположена в перегородке и выполнена в виде щели, образованной двумя сферическими поверхностями. На одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки в виде приливов, расположенных с возможностью контакта с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента. В перегородке выполнен открывающий часть полости и направленный из нее в сторону юбки поршня центральный канал для прохода шатуна. В плоскости качания шатуна центральный угол, соответствующий дуге наружной поверхности чашеобразного элемента, превышает центральный угол, соответствующий находящейся между торцами боковых стенок открытой части полости, более чем на угол качания шатуна. Предложенное решение позволяет снизить динамические нагрузки в узле, что приводит к уменьшению механических потерь. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройству шатунно-поршневого узла.

В широко известной конструкции шатунно-поршневого узла соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, выполненного в виде цилиндра.

Недостатком этого соединения является то, что ось поршневого пальца должна быть расположена на поршне ниже канавок под поршневые кольца, а это приводит к увеличению габаритов всего двигателя. Чтобы уменьшить габариты, идут по пути уменьшения длины шатуна, что увеличивает механические потери. Частичное разрешение этого противоречия и является целью настоящего предложения, т. е. создание шатунно-поршневого узла с малыми габаритами и в то же время с большой теоретической длиной шатуна, даже превышающей габариты самого узла.

Известно также устройство, описанное в заявке Японии N 2415832 от 29.12.90 г, кл. F 16 J 1/22 под названием "Конструкции для соединения поршня со штоком".

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная тем, что в качестве рабочих поверхностей шатуна и поршня выбрана поверхность цилиндра. Устройство содержит не менее семи деталей сложной конфигурации. Внутри поршня установлена "коронная часть поршня", которая увеличивает габариты. Вкладыш, удерживающий шатун в поршне, состоит из двух деталей, поэтому не может быть одинаково обработан, а это приведет к неравномерным зазорам в соединении и низкой надежности.

Наиболее близким по технической сущности является устройство по патенту США 4207779, кл. G 05 G 1/00, 1980 , которое принято за прототип.

Недостатком известного узла является сложность конструкции, а также большие габариты.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, а также уменьшение габаритов узла без уменьшения длины шатуна.

Технический результат достигается тем, что в шатунно-поршневом узле, содержащем поршень и соединенный с ним шатун, верхняя головка которого выполнена в виде чашеобразного элемента с наружной и внутренней сферическими поверхностями, центры сфер которых расположены со стороны камеры сгорания двигателя, а в шатуне от нижней до верхней головки выполнен сквозной осевой масляный канал, сообщенный с полостью, в которой размещена верхняя головка, согласно изобретению, чашеобразный элемент выполнен усеченным по ширине шатуна с двумя прямолинейными краями, в поршне выполнена перегородка, а полость расположена в перегородке и выполнена в виде щели, образованной двумя сферическими поверхностями, при этом на одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки в виде приливов, расположенных с возможностью с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента, а в перегородке выполнен открывающий часть полости и направленный из нее в сторону юбки поршня центральный канал для прохода через него шатуна, при этом в плоскости качания шатуна центральный угол, соответствующий дуге наружной поверхности чашеобразного элемента, превышает центральный угол, соответствующий находящейся между торцами боковых стенок открытой части полости, больше чем на угол качания шатуна.

Указанное соотношение углов позволяет шатуну отклоняться на угол больший, чем рабочий угол качания, с целью сборки узла вне двигателя. Закрытые участки полости выполнены при литье заготовки с увеличенным размером ширины щели и чашеобразным элементом шатуна не контактируют. Открытая часть полости подвергается механической обработке и с минимальными зазорами работает с чашеобразным элементом шатуна. По масляному каналу шатуна из шатунного подшипника коленчатого вала поступает масло из маслосистемы двигателя на смазку малой сферы сферического подшипника поршня.

Предложенное соединение позволяет увеличить межцентровое расстояние шатуна без увеличения габаритов узла, уменьшить угол качания шатуна, снизить боковую силу, что приведет к уменьшению механических потерь. За счет исключения из конструкции массы поршневого пальца возможно уменьшение динамических нагрузок, что также снижает механические потери. Увеличивается площадь контакта в соединении, за счет чего снизятся удельные нагрузки. Подвод смазки под давлением позволит увеличить долговечность и снять проблему стука при увеличенных зазорах. Центральное расположение сферического подшипника уменьшит момент изгибающих сил, действующий на днище поршня.

Таким образом, устройство имеет минимум входящих деталей и позволяет улучшить технико-экономические показатели двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 1 изображен разрез общего вида заявляемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Шатунно-поршневой узел состоит из поршня 1 и шатуна 2. В поршне 1 имеется широкая перегородка 3 с внутренней полостью в виде щели 4, образованной двумя сферическими поверхностями, верхняя головка шатуна 2 выполнена в виде чашеобразного элемента с наружной и внутренней сферическими поверхностями. Чашеобразный элемент выполнен усеченным по ширине шатуна и имеет удлиненные концы в виде лепестков 5. Шатун 2 установлен в центральном канале, который выполнен в перегородке и направлен в сторону юбки поршня. Центральный канал сообщен с полость. 4. Верхняя головка шатуна размещена в полости 4 с возможностью контакта со сферическими поверхностями 6 и 7, имеющими соответственно меньший и больший радиус полусферы.

Для исключения вращения поршня 1 на одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки 8 в виде приливов, расположенных с возможностью контакта с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента. Шатун имеет сквозной осевой масляный канал 9, идущий от верхней до нижней головки (на чертеже не показана).

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя сферические лепестки чашеобразного элемента шатуна перемещаются в полусферической полости поршня 4, совершая колебательные движения в пределах рабочего угла качания шатуна. Все нагрузки передаются от поршня 1 к шатуну 2 и обратно через сферические поверхности 6 и 7 открытой части полусферической полости поршня 1 и сферические поверхности чашеобразного элемента шатуна 2. Закрытые концевые части полусферической полости 4 поршня 1 с шатуном 2 не контактируют, так как выполнены с зазором. От вращения вокруг своей оси поршень 1 удерживают приливные боковые стенки 8, которые контактируют с прямолинейными краями верхней головки шатуна 2 и тем самым сохраняют заданное положение поршня 1. Через сквозной масляный канал 9 поступает масло под давлением на смазку сферического подшипника поршень - шатун, что благоприятно влияет на работу узла. Снижается вероятность стука при увеличенных зазорах, уменьшается температура днища поршня.

Формула изобретения

Шатунно-поршневой узел, содержащий поршень и соединенный с ним шатун, верхняя головка которого выполнена в виде чашеобразного элемента с наружной и внутренней сферическими поверхностями, центры сфер которых расположены со стороны камеры сгорания двигателя, а в шатуне от нижней до верхней головки выполнен сквозной осевой масляный канал, сообщенный с полостью, в которой размещена верхняя головка, отличающийся тем, что чашеобразный элемент выполнен усеченным по ширине шатуна с двумя прямолинейными краями, в поршне выполнена перегородка, а полость расположена в перегородке и выполнена в виде щели, образованной двумя сферическими поверхностями, при этом на одной стороне перегородки со стороны концевых участков полости выполнены боковые стенки в виде приливов, расположенных с возможностью контакта с одним прямолинейным краем чашеобразного элемента, а в перегородке выполнен открывающий часть полости и направленный из него в сторону юбки поршня центральный канал для прохода через него шатуна, при этом в плоскости качания шатуна центральный угол, соответствующий дуге наружной поверхности чашеобразного элемента, превышает центральный угол, соответствующий находящейся между торцами боковых стенок открытой части полости, больше, чем на угол качания шатуна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2