Шатун поршневого двигуна внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема, до конструкції шатунів, і може бути використаний у виробництві поршневих двигунів, поршневих компресорів та інших поршневих машин. Відомий шатун двигуна вн утрішнього згоряння [Автомобильные двигатели/ Под общ. ред. М.С. Хова ха. Москва: Машиностроение, 1967. -С.389-400], який використовується у двигуна х внутрішнього згоряння та складається з поршневої голівки, стрижня, кривошипної голівки, кришки шатуна та з'єднувальних елементів. З'єднувальні елементи виконані у вигляді болтів або шпильок. На кришці виконані полки з отвором, за допомогою яких, з використанням болтів або шпильок, на кривошипній голівці закріплена кришка. Недоліками даного шатуна є його велика вага та габарити. Це пов'язане з тим, що на кришці шатуна та кривошипній голівці шатуна виконані полки, призначені для кріплення різьбовим з'єднанням кришки до голівки, а великі габаритні розміри шатуна призводять до збільшення габаритів картера двигуна. До недоліків також варто віднести невисоку надійність різьбових з'єднань під дією перемінних навантажень. Відомий шатун двигуна внутрішнього згоряння [заявка RU 2001114261 кл. F16C7/00, опубл. 10.06.2003], що містить стрижень, поршневу голівку, кривошипну голівку шатуна, кришку шатуна та з'єднувальні елементи. Відповідно до винаходу, з'єднувальні елементи виконані у вигляді болтів. На кришці виконані полки з різьбою, за допомогою яких з використанням, принаймні, двох болтів кришка прикріплена до кривошипної голівки шатуна. Недоліками даного шатуна є велика вага і габарити, які пов'язані з тим, що на кришці і кривошипній голівці шатуна виконані полки, призначені для кріплення різьбовим з'єднанням кришки до голівки, а великі габаритні розміри шатуна призводять до збільшення габаритів картера двигуна. До недоліків також варто віднести невисоку надійність різьбових з'єднувань під впливом перемінних навантажень. Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю, призначенням, результатом, що досягається, та обраного як прототип, є шатун [патент RU 2159875, кл. F16C7/00 опубл. 27.11.2000], який містить стрижень, поршневу голівку, кривошипну голівку, кришку шатуна та з'єднувальні елементи. З'єднувальні елементи в даному винаході виконані у вигляді Г-подібних болтів та гайок. Гніздо під Г-подібний болт містить отвір під стрижень болта та порожнину для гайки, які виконані в полках шатуна. Порожнина виконана у вигляді основи, бічних стінок, задньої стінки, утворених циліндричною поверхнею. При цьому утворяться виступи, які перешкоджають повороту Г-подібного болта. Недоліком даного винаходу є порівняно велика вага шатуна через наявність полиць у конструкції кришки шатуна і кривошипній голівці шатуна, в яких виконане гніздо для Г-подібного болта та порожнина для гайки. До недоліків також слід віднести порівняно великі габарити шатуна через наявність на кришці шатуна і кривошипній голівці шатуна полиць, в яких розташоване гніздо для Г-подібного болта і порожнина для гайки. Крім того, великі габарити кривошипної голівки шатуна і кришки шатуна приводять до збільшення габаритів картера двигуна; Крім того, шатун такої конструкції має невисоку надійність. Це пов'язане з тим, що як з'єднувальні елементи використовують Г-подібний болт з гайкою, тобто різьбове з'єднання, для якого властива низька надійність при перемінних навантаженнях. Слід також відзначити складність конструкції шатуна. Це пов'язано з тим, що кришка шатуна закріплена на кривошипній голівці шатуна за допомогою Г-подібного болта і гайки, які являють собою різьбове з'єднання. Недоліком даного винаходу також є порівняно висока собівартість виробництва шатуна через високу трудомісткість виготовлення деталей шатуна, що пов'язано з наявністю технологічних операцій по виготовленню полиць і виконанню в них отворів для різьбового з'єднання. В основу вина ходу поставлена задача зниження ваги, зменшення габаритів, підвищення надійності, спрощення конструкції шатуна та зниження собівартості виробництва. Поставлена задача вирішується тим, що шатун поршневого двигуна вн утрішнього згоряння, містить поршневу голівку, стрижень, кривошипну голівку, з якою за допомогою з'єднувальних елементів нерухомо з'єднана кришка шатуна. Відповідно до винаходу, з'єднувальні елементи виконані у вигляді інтегрального нитковидного елементу, що обвиває кривошипну голівку і кришку шатуна, в яких виконані канавки для розташування витків з'єднувального елементу. Мінімальна площа поперечного перерізу з'єднувального елементу становить1мкм 2, а максимальна - 1мм 2. У конкретному варіанті виконання винаходу з'єдн увальні елементи виконані у вигляді металевої стрічки або дроту. В іншому варіанті виконання з'єднувальні елементи виконані у вигляді неметалевого високоміцного нитковидного матеріалу. Як неметалевий високоміцний нитковидний матеріал можливо використання волокна з високомолекулярної сполуки. Також можливе використання як неметалевого високоміцного матеріалу композиційний матеріал на основі неметалевих волокон і полімерної матриці. В одному з можливих варіантів здійснення винаходу поршнева голівка, стрижень і кривошипна голівка виконані з двох штампованих половинок, виготовлених з листового металу, і нерухомо з'єднані між собою. Використання даного винаходу дозволяє знизити вагу шатуна в зібраному стані завдяки тому, що як з'єднувальні елементи використовують інтегральні нитковидні елементи, а на кришці шатуна та кривошипній голівці шатуна виконані канавки для укладання з'єднувальних елементів, що дозволяє уникнути виготовлення на кришці шатуна і кривошипній голівці шатуна полиць , які збільшують вагу конструкції. У винаході, що заявляється, забезпечується зменшення габаритів кривошипної голівки шатуна і кришки шатуна, що пов'язано з тим, що як з'єднувальні елементи використовують інтегральні нитковидні елементи, а для розміщення з'єднувальних елементів на кришці шатуна і кривошипній голівці шатуна виконані канавки, що дозволяє уникнути виготовлення на кришці шатуна і кривошипній голівці шатуна полиць, які збільшують габарити конструкції. Крім того, даний винахід дозволяє збільшити надійність шатуна. Це пов'язане з тим, що як з'єднувальні елементи використані інтегральні нитковидні елементи, для яких характерна більш висока, ніж у різьбових з'єднань, міцність та надійність при перемінних навантаженнях. В даному винаході також забезпечується спрощення конструкції шатуна. Це пов'язане з тим, що кривошипна голівка шатуна з'єднується с кришкою шатуна за допомогою з'єднувальних елементів, виконаних у вигляді інтегрального нитковидного елементу, які характеризуються простою конструкції. Також слід відзначити, що використання винаходу дозволяє знизити собівартість виробництва через зниження трудомісткості виготовлення деталей шатуна, що пов'язано з відсутністю те хнологічних операцій по виготовленню полиць та виконанню в них отворів для різьбового з'єднання. На Фіг.1 зображений шатун поршневого двигуна вн утрішнього згоряння - загальний вигляд; На Фіг.2 - вигляд збоку; На Фіг.3 - голівка з кришкою в зібраному стані. Шатун поршневого двигуна внутрішнього згоряння містить поршневу голівку 1, стрижень 2, кривошипну голівку 3, з якою за допомогою з'єднувальних елементів 4 нерухомо з'єднана кришка шатуна 5. З'єднувальні елементи 4 виконані у вигляді інтегрального нитковидного елементу, що обвиває кривошипну голівку 3 і кришку шатуна 5, в яких виконані канавки 6 для розташування витків з'єднувального елементу 4. Мінімальна площа поперечного перерізу з'єднувального елементу 4 становить 1мкм 2, а максимальна 1мм 2. З'єдн увальні елементи 4 виконані з металевої стрічки або дроту, наприклад сталевого чи алюмінієвого дроту або титанової стрічки. З'єднувальні елементи 4 можуть бути виконані у вигляді неметалевого високоміцного нитковидного матеріалу. Як неметалевий високоміцний нитковидний матеріал використовують волокно з високомолекулярної сполуки, наприклад скловолокно, бороволокно, вуглеволокно. Як неметалевий високоміцний матеріал також може бути використаний композиційний матеріал на основі неметалевих волокон і полімерної матриці, наприклад склопластик, боропластик, вуглепластик. Поршнева голівка 1, стрижень 2 і кривошипна голівка 3 виконані з двох штампованих половинок 7, виготовлених з листового металу, і нерухомо з'єднані між собою. Використання з'єднувальних елементів 4, у вигляді інтегрального нитковидного елементу, з площею поперечного перерізу менш ніж 1мкм 2, недоцільно з економічної точки зору із-за великої вартості виготовлення з'єднувальних елементів. Використання з'єднувальних елементів 4 у вигляді інтегрального нитковидного елементу, з площею поперечного перерізу більш ніж 1мм 2, призвело б до збільшення маси і габаритів шатуна поршневого двигуна внутрішнього згоряння, тоді як характеристики надійності конструкції залишилися б незмінними. При такому діапазоні площі поперечного перерізу досягається найбільш ефективне використання з'єднувальних елементів 4 у вигляді інтегрального нитковидного елементу. Винахід використовують у такий спосіб. Кришку шатуна 5 встановлюють на кривошипну голівку шатуна 3. Потім кришку шатуна 5 нерухомо фіксують на кривошипній голівці шатуна 3 шляхом намотування в канавки 6 з'єднувального елементу 4. Витки з'єднувального елементу 4 намотують у канавці 6 впритул один до одного правильними, не переплутаними рядами, без різких вигинів таким чином, що кожен виток з'єднувального елементу 4 охоплює і стягує кривошипну голівку шатуна 3 і кришку шатуна 5. Таким чином, винахід, що заявляється, дозволяє знизити вагу шатуна, зменшити габарити його кривошипної голівки, спростити конструкцію шатуна, що дозволить зменшити внутрішні розміри картера двигуна та його вагу. Винахід також дозволяє спростити технологію виготовлення, зменшити кількість технологічних операцій при виробництві шатуна і, відповідно, зменшити собівартість виробництва.