Шатун двигуна внутрішнього згорання

Реферат: Винахід належить до машинобудування. Шатун двигуна внутрішнього згорання містить стрижень з поршневою та кривошипною головками, що складається з двох половинок, нерухомо зв'язаних між собою. Як поршнева та кривошипна головки встановлені кулькові підшипники, які закріплені за кромки зовнішньої обойми між половинками стрижня шатуна, виконаними в них дугоподібними проточками. На торцях стрижня шатуна виконані посадочні поверхні у формі дуги кола радіусом, відповідним радіусу зовнішньої обойми підшипника і завдовжки не менше третини довжини кола останньої. Технічним результатом є підвищення надійності за рахунок поліпшення умов змащування зони тертя. UA 100915 C2 (12) UA 100915 C2 UA 100915 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі машинобудування стосовно конструкції деталей кривошипношатунного механізму, стосується конструкції шатуна і може бути використаний переважно в двотактних двигунах внутрішнього згорання. У конструкції двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ), зокрема двотактного, які є найбільш прийнятними при створенні малогабаритної і полегшеної сучасної техніки, змащення поверхонь, що труться, здійснюється взагалі нескладним способом - шляхом додавання змащувального мастила до палива або подачею мастила в повітряний потік на впусканні в двигун. У подібному випадку змащувальне мастило в невеликій кількості осідає на поверхнях, що труться, забезпечуючи при цьому недостатнє - "напівсухе" тертя в робочій зоні, що неприйнятно для сучасних форсованих двигунів. Також, при існуючому способі змащення мастило згорає спільно з паливом, що є основною причиною підвищеного рівня токсичності відпрацьованих газів двотактних двигунів, що не дозволяє виконати вимоги діючих екологічних норм. У відомих конструкціях двотактних ДВЗ [1] для поліпшення умов роботи поршневого пальця в поршневу головку шатуна встановлюють голчатий підшипник, що декілька подовжує термін служби подібного з'єднання, але не вирішує проблему, оскільки унаслідок відсутності надійного змащення підшипник перегрівається і розсипається. Також, унаслідок відсутності надійного змащення, має низьку працездатність і складений роликовий підшипник в кривошипній голівці шатуна, отриманий шляхом встановлення роликів між кривошипним пальцем колінчатого валу і розточуванням головки шатуна. В процесі роботи має місце відшарування металу на робочих поверхнях подібного складеного підшипника, що викликає поломку двигуна. При використанні легких матеріалів для виготовлення шатунів в кривошипну головку запресовують сталеве кільце, що служить зовнішньою обоймою підшипника, по якому перекочуються ролики. Але подібна конструкція шатуна ненадійна, тому що встановлений попередній натяг кільця в головці шатуна швидко втрачається унаслідок деформацій від навантажень сприйманих шатуном і вставне кільце випадає з кривошипної головки. Недолік конструкції: - швидкий знос рухомих з'єднань шатуна унаслідок відсутності надійного змащення. За прототип прийнятий шатун поршневого ДВЗ [2], який містить поршневу головку, стрижень, кривошипну головку, з якою за допомогою сполучних елементів нерухомо сполучена кришка шатуна, при цьому сполучні елементи виконані у вигляді інтегрального ниткоподібного елемента, який обвиває кривошипну головку і кришку шатуна, в яких виконані канавки для розміщення витків сполучного елемента, при цьому поршнева головка, стрижень і кривошипна головка виконані з двох половинок і нерухомо зв'язані між собою. Недолік прототипу: - низька надійність роботи рухомих з'єднань шатуна унаслідок недостатнього змащення. Задача винаходу - підвищення надійності роботи рухомих з'єднань шатуна шляхом поліпшення змащення зони тертя. Поставлена задача вирішується у такий спосіб - у відомому шатуні ДВЗ, що містить стрижень з поршневою та кривошипною головками, виконаний з двох половинок, кожна з яких включає вказані елементи і нерухомо зв'язані між собою, згідно з винаходом, як поршнева та кривошипна головки шатуна встановлені кулькові підшипники, які закріплені за кромки зовнішньої обойми між половинками стрижня шатуна, при цьому торці стрижня шатуна виконані у формі дуги кола радіусом, відповідним радіусу зовнішньої обойми підшипника і довжиною дуги не менше третини довжини кола зовнішньої обойми, причому використовують кулькові підшипники закритого типу з постійною змазкою. Функціональне призначення сукупності ознак, що заявляються, забезпечує використання в конструкції шатуна двотактного двигуна як поршневої та кривошипної головок серійних закритих кулькових підшипників з постійною змазкою, що збільшує працездатність та довговічність роботи шарнірних з'єднань шатуна, дозволяє відмовитися від додавання змащувального мастила до палива та забезпечить виконання двотактними двигунами з іскровим запаленням діючих норм на рівень викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами. Конструкція даного розбірного шатуна із закріпленням серійних підшипників між половинками стрижня працездатна в двотактному двигуні, оскільки в даному двигуні відсутні робочі режими, на яких діють сили, спрямовані на розрив шатуна і порушення силового зв'язку підшипників з стрижнем, а діють тільки сили, що стискують стрижень шатуна та притискують підшипники до нього - на робочому ході поршня до НМТ - це сила тиску газів, що розширюються, на ході до ВМТ - сила інерції поршня та опір стискуваного повітря. Ця ж умова дія тільки стискуючої сили, - дозволяє застосовувати для виготовлення шатуна двотактного двигуна легкі алюмінієві матеріали, що значно знижує інерційні навантаження на деталі та істотно полегшує конструкцію двигуна. 1 UA 100915 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 представлений загальний вид шатуна, що заявляється; На фіг. 2 - розріз стрижня шатуна по площині симетрії, що проходить перпендикулярно осям поршневої та кривошипної головок. Стрижень 1 шатуна складається з двох симетричних половинок 2, 3 (див. фіг. 2), отриманих шляхом перетину стрижня 1 площиною, перпендикулярною осям кіл поршневої і кривошипної головок шатуна, за які встановлені серійні закриті кулькові підшипники 4, 5, наповнені постійною тугоплавкою змазкою, не вимагаючою заміни і поповнення в період експлуатації. Утримання підшипників 4, 5 між половинками 2, 3 стрижня 1 шатуна забезпечується за кромки 6, 7 (див. фіг. 2) зовнішніх обойм підшипників 4, 5. Надійність утримання підшипників 4, 5 за кромки 6, 7 зовнішніх обойм при з'єднанні половинок 2, 3 стрижня 1 шатуна забезпечується проточками 8, 9 (див. фіг. 2), виконаними в половинках 2, 3 стрижня 1 шатуна, дугоподібна форма яких є елементом жорсткості даної конструкції кріплення підшипників 4, 5 до стрижня 1 шатуна, здатна витримати короткочасні навантаження, що відривають підшипники 4, 5 від стрижня 1 шатуна, що діють в період запуску двигуна. При з'єднанні половинок 2, 3 стрижня 1 шатуна на його торцях з обох сторін утворюються посадочні поверхні 10, 11 (див. фіг. 2) підшипників 4, 5 дугоподібної форми, довжина дуги яких складає не менше третини довжини кола зовнішніх обойм підшипників 4, 5. Розбірна конструкція стрижня 1 шатуна забезпечує надійне утримання підшипників 4, 5 за кромки 6, 7 зовнішньої обойми, які виступають над сальниковим ущільненням 12, 13 (див. фіг. 2). З'єднання половинок 2, 3 стрижня 1 шатуна і надійне утримання підшипників 4, 5 між ними забезпечують болтовим кріпленням 14, 15. В процесі збірки двигуна у внутрішню обойму підшипника 4 встановлюють поршневий палець, що забезпечує рухоме з'єднання шатуна з поршнем, а у внутрішню обойму підшипника 5 встановлюють кривошипний палець для забезпечення рухомого з'єднання шатуна з колінчатим валом. Шатун працює в такий спосіб. В процесі роботи стрижень 1 шатуна двотактного двигуна, що складається з двох симетричних половинок 2, 3, нерухомо сполучених між собою болтовим кріпленням 14, 15, сприймає, передає та перетворює лінійне зусилля від тиску газів, що діють на поршень в циліндрі двигуна, в обертальний рух колінчатого валу. Передача та перетворення одного виду руху в іншій з мінімальними втратами забезпечується шляхом використання в шарнірних з'єднаннях шатуна з поршневим пальцем і кривошипним пальцем колінчатого валу серійних кулькових підшипників 4, 5 з постійною змазкою, котрі забезпечують високу несучу спроможність рухомих з'єднань. Міцне утримання підшипників 4, 5 між половинками 2, 3 стрижня 1 шатуна за кромки 6, 7 зовнішніх обойм, виступаючих над сальниковим ущільненням 12, 13 забезпечують за допомогою дугоподібних проточок 8, 9, виконаних в половинках 2, 3 стрижня 1 шатуна. За кромки 6, 7 зовнішніх обойм забезпечується тільки утримання підшипників 4, 5 на стрижні 1 шатуна, а основне робоче зусилля передається по дугоподібних посадочних поверхнях 10, 11 що утворюються на торцях стрижня 1 шатуна при з'єднанні половинок 2, 3 стрижня 1, що контактують із зовнішніми обоймами підшипників 4, 5, при цьому довжина дуги контакту посадочних поверхонь 10, 11 стрижня 1 шатуна з зовнішніми обоймами підшипників 4, 5 складає не менше третини довжини кола зовнішніх обойм підшипників 4,5 і забезпечує достатню площу опорної поверхні підшипників 4, 5 для передачі робочого зусилля газів, що розширюються. Зменшення маси шатуна та інерційних навантажень на кривошипно-шатуновий механізм двигуна забезпечується за рахунок використання для виготовлення стрижня 1 шатуна легких матеріалів. Використання запропонованого винаходу дозволить підвищити надійність роботи рухомих з'єднань шатуна з поршнем і колінчатим валом, збільшить термін служби двотактних двигунів. Також, у поєднанні з лубрикаторною змазкою робочої зони поршневих кілець в циліндрі, дозволить відмовитися від змащення двотактних двигунів з іскровим запаленням шляхом додавання мастила до палива і знизити, таким чином, витрати мастила "на чад" (виділення блакитного їдкого диму з випускної системи), що забезпечить виконання даним типом двигунів діючих норм на токсичність відпрацьованих газів, і на основі двотактного циклу розробити могутній, економічний, полегшений двигун для сучасної техніки. Джерела інформації: 1. Бекман В.В. Гоночные мотоциклы. Л:. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 4-е изд. перераб. и доп. 1983, - С. 152, 153 2. Патент Украины №74520. Шатун поршневого двигателя внутреннего сгорания, опубл. 15.12.2005. бюл. №12 (прототип). 60 2 UA 100915 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Шатун двигуна внутрішнього згорання, який містить стрижень з поршневою та кривошипною головками, що складається з двох половинок, нерухомо зв'язаних між собою, який відрізняється тим, що як поршнева та кривошипна головки встановлені кулькові підшипники, які закріплені за кромки зовнішньої обойми між половинками стрижня шатуна, виконаними в них дугоподібними проточками, при цьому на торцях стрижня шатуна виконані посадочні поверхні у формі дуги кола радіусом, відповідним радіусу зовнішньої обойми підшипника і завдовжки не менше третини довжини кола останньої. 2. Шатун за п. 1, який відрізняється тим, що кулькові підшипники виконані закритого типу з постійною змазкою. 3 UA 100915 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4