Шатун двигателя внутреннего сгорания

 

В шатуне ДВС, содержащем поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, особенностью является то, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центры площадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле: Δ _i≤ f_ir_i, где Δ _i – величина смещения, f_i – коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира, r _i – радиус шарнира, в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец – поршневая головка и кривошип – кривошипная головка. Изобретение позволяет обеспечить равномерное распределение напряжений в поперечных сечениях стержня шатуна для уменьшения его массы при обеспечении необходимых несущих свойств. 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям шатунов.

Известна конструкция шатуна двигателя внутреннего сгорания, состоящая из шатунной ножки, шатунной головки и стержня, ось которого проходит через центры отверстий в верхней и нижней головках шатунов и имеет равновеликие составные половинки (см. патент FR №2719349 кл. F 16 C 7/00 от 29.04.94).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного изобретения является неравномерное распределение сжимающих напряжений по поперечному сечению стержня шатуна, возникающих при передаче усилия от поршня во время рабочего хода, обусловленное его симметричностью.

Известна конструкция шатуна двигателя внутреннего сгорания, поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, в котором центр масс смещен относительно его продольной оси (см. А.С. SU №1227837, кл. F 16 C 7/02, от 28.04.81 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, является пересечение осей кривошипной и поршневой головок с линией, соединяющей центры площадей поперечных сечений корпуса (штока, стержня).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является шатун, ось стержня которого смещена от линии, соединяющей центры поршневой и кривошипной головок с целью достижения большей мощности, момента и экономичности машины (см. заявка WO №49300, кл. F 16 C 7/02, от 25.02.2000 г.)

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, принятого за прототип, является пересечение оси отверстия поршневой головки шатуна с осью его стержня или неопределенное по величине и направлению смещение оси стержня относительно центра кривошипной головки, приводящее к нагружению стержня дополнительными моментами от сил трения в поршневой и кривошипной головках шатунов и соответствующему увеличению его массы.

Сущность изобретения - обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечных сечениях стержня шатуна с целью уменьшения его массы при обеспечении необходимых несущих свойств.

Технический результат - снижение массы шатуна приводит к уменьшению массы противовесов коленчатого вала, уменьшению инерционных сил подвижных деталей кривошипно-шатунного механизма, снижению шума, вибраций, расхода топлива и уменьшению вредных выбросов ДВС.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в шатуне двигателя внутреннего сгорания, содержащем поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, особенностью является то, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центрыплощадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле

Δ _i≤ ƒ _ir_i,

где Δ _i- величина смещения,

ƒ _i - коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира,

r_i - радиус шарнира, в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец - поршневая головка и кривошип - кривошипная головка.

На чертеже представлен шатун двигателя внутреннего сгорания - общий вид.

Шатун для двигателя внутреннего сгорания включает корпус шатуна 1, содержащий поршневую головку 6 с осью отверстия 9, стержень 7 с осью 10 и кривошипную головку 8 с осью отверстия 11, к которой болтами 2 крепится крышка шатуна 3. Шатун поршневым пальцем 5 соединен с поршнем 4.

Работа шатуна осуществляется следующим образом. Газовые силы, действующие на поршень 4 в период рабочего хода, действуют на поршневой палец 5, от которого передаются на поршневую головку шатуна 6, далее через стержень шатуна 7 на кривошипную головку 8, от которой передаются на кривошип коленчатого вала. Для неподвижной схемы все силы проходят через центры отверстий. Но при вращении в шарнирных парах образуются моменты, вызванные трением фрикционных пар поршневой палец -поршневая головка шатуна, кривошипная головка - кривошип, которые дополнительно нагружают стержень шатуна изгибающим моментом, и стержень работает как сжато-изогнутая балка, несущая способность которой значительно уменьшается.

Преимущество изобретения состоит в том, что оси отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна не совпадают с осью стержня (если стержень симметричен) или линией, соединяющей центры площадей сечений, а смещены на величину Δ _i. В этом случае сила, действующая на шатун, создает момент, противоположный по направлению моменту трения, что приводит к полной или частичной разгрузке стержня шатуна от изгиба. Величину разгрузки следует назначать с учетом всех действующих сил на конкретный кривошипно-шатунный механизм.

Формула изобретения

Шатун двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, отличающийся тем, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центры площадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле

Δ _i≤ f_ir_i,

где Δ _i – величина смещения,

f_i – коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира;

r_i – радиус шарнира,

в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец – поршневая головка и кривошип – кривошипная головка.

РИСУНКИ