ШАТУННО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА Российский патент 1998 года по МПК F02F3/00 F16J1/16 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, а именно к шатунно-поршневым группам двигателей внутреннего сгорания.

Уже известна шатунно-поршневая группа, содержащая поршень с головкой, юбкой и опорным элементом, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, причем шатун установлен на центральном цилиндрическом поясе пальца, а концы пальца установлены в отверстиях опорного элемента, притянутого к головке при помощи резьбовых элементов [1].

Недостатками аналога являются его относительно высокие массогабаритные показатели.

Известна шатунно-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая установленный в цилиндре поршень с головкой, юбкой и опорным элементом, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, причем шатун установлен на центральном цилиндрическом поясе пальца, на поверхности опорного элемента, со стороны, противоположной головке, выполнены выемки с открытой цилиндрической поверхностью, концы поршневого пальца расположены в выемкам сопряжены с их поверхностью и притянуты к головке при помощи резьбовых элементов [2].

Недостатками технического решения, принятого в качестве прототипа, являются высокие массо-габаритные показатели и малая надежность.

Цель изобретения - улучшение массо-габаритных показателей и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что шатунная группа снабжена крепежными пластинами с выполненными в них отверстиями, концы поршневого пальца выполнены в виде соосных с центральным поясом цилиндрических сегментов с плоскими поверхностями, параллельными продольной оси пальца, пластины расположены со стороны плоских поверхностей концов пальца с возможностью контактирования с ними, а резьбовые элементы расположены в отверстиях крепежных пластин симметрично относительно оси пальца.

Цель достигается также тем, что опорный элемент может быть выполнен в виде каретки с вильчатыми опорами и элементами качения, расположенными в плоскости качания шатуна по обе стороны от поршневого пальца, причем в юбке поршня выполнены вырезы, а элементы качения установлены в вырезах юбки на осях в вильчатых опорах с возможностью контактирования со стенками цилиндра.

Цель достигается также тем, что с одной стороны пальца может быть установлена по меньшей мере одна пара элементов качения.

Цель достигается также тем, что оси пары элементов качения могут быть расположены параллельно.

Цель достигается также тем, что расстояние между осями вращения пары элементов качения может быть выполнено меньше их диаметра.

Цель достигается также тем, что в паре элементов качения один из них может быть выполнен с радиальной кольцевой проточкой, а другой расположен в последней.

Цель достигается также тем, что она может быть снабжена закладными гайками, в головке выполнены радиальные выемки, в которых размещены гайки, а резьбовые элементы ввернуты в последние.

Цель достигается также тем, что радиальные выемки могут быть выполнены в виде внутренней кольцевой расточки, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси пальца, а гайки - в виде кольцевых сегментов.

Цель достигается также тем, что часть кольцевой поверхности большего диаметра гаек может быть расположена в кольцевой расточке, а другая их часть сопряжена с поверхностью опорного элемента и прижата к ней при помощи резьбовых элементов.

Цель достигается также тем, что в головке может быть выполнена центрирующая цилиндрическая расточка с диаметром, меньшим диаметра кольцевой расточки) а на каретке со стороны головки выполнен центрирующий поясок, сопряженный с цилиндрической поверхностью центрирующей расточки головки.

Цель достигается также тем, что в головке со стороны опорного элемента могут быть выполнены глухие отверстия, в которых размещены концы резьбовых элементов, выступающие за поверхность закладных гаек.

Цель достигается также тем, что центральный цилиндрический пояс пальца может быть выполнен с диаметром, превышающим диаметр цилиндрических сегментов.

На фиг. 1 представлена описываемая шатунно-поршневая группа; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, разрез Б-Б через резьбовые элементы; на фиг. 4 представлен вариант по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 5 - то же, вид сбоку на фиг. 4; на фиг. 6 - представлен вариант выполнения пары элементов качения по п. б формулы.

Описываемая шатунно-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержит установленный в цилиндре 1 поршень 2 с головкой 3, юбкой 4 и опорным элементом 5, связанный с шатуном 6 при помощи поршневого пальца 7, крепежные пластины 8 с выполненными в них отверстиями 9, и резьбовые элементы 10. Шатун 6 установлен на центральном цилиндрическом поясе 11 пальца 7, на поверхности опорного элемента 5 со стороны, противоположной головке 3, выполнены выемки 12 с открытой цилиндрической поверхностью, концы 13 поршневого пальца 7 выполнены в виде соосных с центральным поясом 11 цилиндрических сегментов с плоскими поверхностями, параллельными продольной оси пальца 7, расположены в выемках 12 и сопряжены с их поверхностью. Пластины 8 расположены со стороны плоских поверхностей концов 13 пальца 7 с возможностью контактирования с ними, резьбовые элементы 10 расположены в отверстиях 9 симметрично, относительно оси пальца 7, а концы 13 притянуты к головке 3 при помощи резьбовых элементов 10.

Опорный элемент 5 может быть выполнен в виде каретки с вильчатыми опорами 14 и элементами качения 15, расположенными в плоскости качания шатуна 6 по обе стороны от поршневого пальца 7, причем в юбке 4 поршня 5 выполнены вырезы 16, а элементы качения 15, установлены в вырезах 16 юбки 4 на осях 17 в вильчатых опорах 14 с возможностью контактирования со стенками цилиндра 1.

С одной стороны пальца 7 может быть установлена, по меньшей мере одна пара элементов качения 15. Оси 17 пары элементов качения 15 могут быть расположены параллельно. Расстояние между осями вращения пары элементов качения 15 может быть выполнено меньше их диаметра. В паре элементов качения 15 один из них может быть выполнен с радиальной кольцевой проточкой 18, а другой элемент расположен в последней. Она может быть снабжена закладными гайками, выполненными в виде кольцевых сегментов 19, а в головке 3 выполнены радиальные выемки в виде внутренней кольцевой расточки 20, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси пальца 7. Часть кольцевой поверхности большего диаметра сегментов 19 может быть расположена в кольцевой расточке 20, а другая их часть сопряжена с поверхностью опорного элемента 5 и прижата к ней при помощи резьбовых элементов 10. В головке 3 соосно с ней может быть выполнена центрирующая цилиндрическая расточка 21 с диаметром, меньшим диаметра кольцевой расточки 20, а на опорном элементе 5 со выполнен центрирующий поясок 22, сопряженный с цилиндрической поверхностью центрирующей расточки 21. В головке 3 со стороны опорного элемента 5 могут быть выполнены глухие отверстия 23, в которых размещены концы резьбовых элементов 10, выступающие за поверхность кольцевых сегментов 19. Центральный цилиндрический пояс 11 пальца 7 может быть выполнен с диаметром, превышающим диаметр цилиндрических сегментов его концов 13.

Описываемая шатунно-поршневая группа работает следующим образом. Работа расширения газов в цилиндре 1 двигателя внутреннего сгорания передается через готовку 3, кольцевые сегменты 19 закладных гаек, опорный элемент 5, палец 7, шатун 6 и далее к выходному валу (на чертеже не показан).

В двухтактных двигателях на палец 7 и шатун 6 действует только односторонняя сжимающая нагрузка со стороны головки 3 поршня 2. Поэтому выполнение концов 13 пальца 7 в виде цилиндрических сегментов, работающих на срез в районе центрального пояса 11 и поджатых относительно небольшими пластинами 8 позволяет уменьшить габариты и массу поршневой группы. Выполнение центрального пояса 11 максимально возможного диаметра позволяет уменьшить ширину шатуна 6 и значительно улучшить условия работы пальца 7 за счет, практически, исключения действия на него изгибающих нагрузок. Увеличение же диаметра концов 13 пальца 7 позволяет при той же нагрузочной их способности уменьшить их высоту, что имеет значение для двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой.

Наличие в поршне 2 элементов качения 15, контактирующих со стенками цилиндра 1, на порядок снижает силы трения в цилиндро-поршневой паре, а, значит, дает возможность уменьшить длину шатуна 6 и приблизить поршень 2 к валу (на чертеже не показан), что позволяет уменьшить как массо-габаритные показатели, так и вредный объем в кривошипной камере (на чертеже не показана).

Кроме того, наличие элементов качения 15 позволяет резко снизить опрокидывающий момент от силы трения в цилиндро-поршневой паре, а значит - уменьшить высоту юбки 4 поршня 2. Уменьшение расстояния между осями вращения элементов 15 (фиг. 6) позволяет при той же высоте поршня 2 увеличить диаметр элементов 15 и улучшить условия их работы.

Выполнение крепления опорного элемента 5 и пальца 7 при помощи кольцевых гаек-сегментов 19 позволяет устранить дополнительные местные напряжения от затяжки резьбовых элементов 10 в термически напруженной головке 3 и исключить проблемы, связанные с герметизацией отверстий под резьбовые элементы. В двухтактном двигателе из-за одностороннего действия нагрузок данный узел может быть выполнен очень компактным и легким.

Таким образом, в предложенной шатунно-поршневой группе возможно обеспечить минимальную высоту поршня 2, а также минимальное расстояние от него до вала (не показан) за счет уменьшения длины шатуна 6, высоты юбки 4 поршня 2 и высоты опорного элемента 5 с креплением к нему пальца 7. В совокупности это позволяет значительно уменьшить массу всей группы и радиальные габариты самого двигателя.

Данное решение позволяет также использовать различные материалы для изготовления головки и опорного элемента, повысить удобство при сборке пальца с шатуном и опорным элементом, особенно при наличии между ними игольчатого подшипника, а также исключить выполнение поперечных отверстий в юбке (касается в большей степени варианта без элементов качения) дм прохода пальца при сборке.

Следует отметить, что использование предложенного технического решения в двухтактном двигателе с кривошипно-камерной продувкой, в котором отсутствуют клапаны газораспределения, в большинстве случаев увеличивающие радиальные габариты двигателей, позволит значительно уменьшить удельную массу двигателя как за счет снижения материалоемкости, так и за счет улучшения газодинамических процессов из-за уменьшения вредного объема в кривошипной камере.

Источники информации:
1. Патент Великобритании N 1043021, кл. F 16 J 1/16, опубл. 1965.

2. Патент Великобритании N 2163520, кл. F 16 J 1/16, опубл. 1986.

Использование: изобретение относится к области машиностроения, а именно к шатунно-поршневым группам, преимущественно, двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: шатунно-поршневая группа содержит цилиндр 1, поршень 2 с головкой 3, юбкой 4 и опорным элементом 5, связанный с шатуном 6 при помощи пальца 7. Шатун 6 установлен на центральном цилиндрическом поясе 11 пальца 7. Концы 13 пальца 7 выполнены в виде соосных с его центральным поясом 11 цилиндрических сегментов с плоскими поверхностями, параллельными продольной оси пальца 7. К плоским поверхностям концов 13 прилегают крепежные пластины 8 с отверстиями 9, в которых расположены резьбовые элементы 10, с помощью которых концы 13 притянуты к цилиндрическим выемкам 12 опорного элемента 5 и, вместе с ним - к головке 3. Опорный элемент 5 может быть выполнен в виде каретки с вильчатыми опорами 14 и элементами качения 15, расположенными в плоскости качания шатуна 6 по обе стороны от поршневого пальца 7. Крепление опорного элемента 5 с пальцем 7 к головке 3 может быть выполнено в виде расположенных во внутренней кольцевой расточке 20 закладных гаек, выполненных в виде кольцевых сегментов 19, в которые ввернуты резьбовые элементы 10. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Шатунно-поршневая группа двигателя внутреннего сгорания, содержащая установленный в цилиндре поршень с головкой, юбкой и опорным элементом, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, причем шатун установлен на центральном цилиндрическом поясе пальца, на поверхности опорного элемента, со стороны, противоположной головке, выполнены выемки с открытой цилиндрической поверхностью, концы поршневого пальца расположены в выемках, сопряжены с их поверхностью и притянуты к головке при помощи резьбовых элементов, отличающаяся тем, что она снабжена крепежными пластинами с выполненными в них отверстиями, концы поршневого пальца выполнены в виде соосных с центральным поясом цилиндрических сегментов с плоскими поверхностями, параллельными продольной оси пальца, пластины расположены со стороны плоских поверхностей концов пальца с возможностью контактирования с ними, а разьбовые элементы расположены в отверстиях крепежных пластин симметрично относительно оси пальца. 2. Группа по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен в виде каретки с вильчатыми опорами и элементами качения, расположенными в плоскости качения шатуна по обе стороны от поршневого пальца, причем в юбке поршня выполнены вырезы, а элементы качения установлены в вырезах юбки на осях в вильчатых опорах с возможностью контактирования со стенками цилиндра. 3. Группа по п.2, отличающаяся тем, что с одной стороны пальца установлена по меньшей мере одна пара элементов качения. 4. Группа по п.3, отличающаяся тем, что оси пары элементов качения расположены параллельно. 5. Группа по п.4, отличающаяся тем, что расстояние между осями вращения пары элементов качения выполнено меньше их диаметра. 6. Группа по п.5, отличающаяся тем, что в паре элементов качения один из них выполнен с радиальной кольцевой проточкой, а другой расположен в последней. 7. Группа по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена закладными гайками, в головке выполнены радиальные выемки, в которых размещены гайки, а резьбовые элементы ввернуты в последние. 8. Группа по п.7, отличающаяся тем, что радиальные выемки выполнены в виде внутренней кольцевой расточки, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси пальца, а гайки в виде кольцевых сегментов. 9. Группа по п. 8, отличающаяся тем, что часть кольцевой поверхности большего диаметра гаек расположена в кольцевой расточке, а другая их часть сопряжена с поверхностью опорного элемента и прижата к ней при помощи резьбовых элементов. 10. Группа по п.8, отличающаяся тем, что в головке соосно с ней выполнена центрирующая цилиндрическая расточка с диаметром, меньшим диаметра кольцевой расточки, а на опорном элементе выполнен центрирующий поясок, сопряженный с цилиндрической поверхностью центрирующей расточки. 11. Группа по п.8, отличающаяся тем, что в головке со стороны опорного элемента выполнены глухие отверстия, в которых размещены концы резьбовых элементов, выступающие за поверхность закладных гаек. 12. Группа по п.2, отличающаяся тем, что центральный цилиндрический пояс пальца выполнен с диаметром, превышающим диаметр цилиндрических сегментов.