ШАТУН ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F16C7/04 

Изобретение относится к области двигателестроения и направлено на снижение вибрации и шума двигателя путем совершенствования конструкции шатуна.

Известен шатун двигателя внутреннего сгорания [1], содержащий поршневую и кривошипную головки, связанные между собой посредством разрезного, состоящего из двух частей стержня. Указанные части стержня жестко связаны одним концом с головками посредством крепежных элементов, между другими концами установлен упругий элемент, выполненный в виде аккумулятора энергии с возможностью телескопического перемещения относительно друг друга. Такой шатун ненадежен в эксплуатации и рассчитан на небольшие нагрузки.

Известен также шатун [2] с вибродемпфирующим элементом, который выполнен в виде бруска из композиционного материала (в стержне шатуна). Существенным недостатком известного шатуна является недостаточная эффективность по обеспечению снижения вибрации и шума двигателя.

Это обосновано тем, что стержневая форма упругого элемента способна обеспечить снижение вибрации и шума только засчет демпфирующих свойств композиционного материала.

Известен также шатун двигателя внутреннего сгорания [3], который снабжен вильчатыми наконечниками, каждый из которых выполнен с двумя парами проушин, одна из которых имеет соосные отверстия под крепежные элементы и жестко связана с соответствующей частью стержня, другая - соосные отверстия под соединительный палец и соединена с упругим элементом, при этом последний выполнен в виде цилиндрической втулки из пружинной стали, размещенного в ней сменного пакета цилиндрических пластинчатых пружин разной толщины.

Существенным недостатком этого шатуна является массивность стержня и сложность, поскольку стальной упругий элемент с крепежными стальными деталями, а узел в целом состоит из не менее шести деталей.

Изобретение направлено на усовершенствование известных шатунов двигателей внутреннего сгорания. Это достигается тем, что вибродемпфирующий элемент выполнен цилиндрическо-вильчатой формы.

Цилиндрическая форма средней части вибродемпфирующего элемента шатуна обеспечивает существенное снижение вибрации и шума двигателя. Ось цилиндра вибродемпфирующего элемента параллельна осям поршневой и кривошипной головок шатуна.

Обеспечение существенного снижения уровней вибрации и шума достигается за счет упругой деформации кольцевой части вибродемпфирующего элемента в плоскости качания шатуна при сложном его движении. При этом упругая деформация цилиндра происходит при любом положении кривошипно-шатунного механизма во всех тактах работы двигателя внутреннего сгорания.

Следовательно, цилиндр виброизолирующего элемента допускает в плоскости сложного-качательного движения шатуна упругие деформации в любом направлении (сжатие, растяжение, сдвиг, кручение и т.д.).

Учитывая эти особенности и демпфирующее свойство композиционного материала, от применения предложенного шатуна достигается сверхсуммарный эффект снижения вибрации и шума двигателя, а следовательно повышение его надежности и долговечности.

Таким образом, технический результат изобретения - высокая эффективность снижения вибрации и шума двигателя и повышение его надежности и долговечности.

На фиг.1 представлена конструктивная схема предложенного шатуна в сборе; на фиг.2 - вибродемпфирующий цилиндрическо-вильчатый элемент.

Шатун включает в себя поршневую 1 и кривошипную 2 головки, цилиндрическо-вильчатый вибродемпфирующий элемент, например, из композиционного материала, состоящий из трех частей 3, 4, 5 и крепежных средств 6. Вильчатые части 3 и 4 жестко связаны соответственно с головками 1 и 2 шатуна. Между вильчатыми частями 3 и 4 расположен цилиндр 5. Ось цилиндра 5 параллельна осям подшипников верхней (поршневой) 1 и нижней (кривошипной) 2 головок шатуна.

Указанное расположение позволяет обеспечить упругую деформацию шатуна только в плоскости сложного-качательного движения шатуна, т.е. в плоскости действия нормальной силы при перекладках поршня во время работы двигателя.

Работа шатуна заключается в следующем. При работе двигателя сила давления газов на поршень воспринимается вибродемпфирующим элементом, т.е. цилиндрической частью 5. Помимо общего демпфирования цилиндрическо-вильчатого элемента, обусловленного свойством, например, композиционных материалов, прогибается цилиндр (кольцо) 5, что приводит к незначительному расчетному сокращению общей длины шатуна, снижению максимального давления сгорания в цилиндре и к смягчению ударов в подшипниках кривошипно-шатунного механизма, уменьшению вибрации и шума, а также динамических нагрузок. В процессе возвратно-поступательного движения поршня шатун двигателя совершает качательные движения, при которых ось поршневой головки 1 отклоняется на определенный угол в ту или иную сторону в зависимости от величины и направления действия нормальной силы, вызывающей перекладку, происходит излом общей оси стержня шатуна в центре цилиндра 5. При этом цилиндр 5 упруго деформируется, смягчая таким образом удары поршня о втулку цилиндра.

Таким образом, использование предложенного шатуна позволяет повысить эффективность, надежность и долговечность двигателя внутреннего сгорания путем снижения вибрации деталей кривошипно-шатунного механизма, а также шумности.

Кроме того, предложенный шатун может быть использован в компрессорах, насосах и других машинах с кривошипно-шатунным механизмом.

Источники информации

1. Заявка ФРГ №3339360, кл. F 16 С 7/04, 1985 г. Шатун.

2. 3аявка Японии №63-13044, кл. F 16 C 7/02, 1988 г. Шатун.

3. А.с. СССР №1767246, кл. F 16 С 7/02, 1992 г. Шатун двигателя внутреннего сгорания (прототип).

Изобретение относится к области двигателестроения и направлено на снижение вибрации и шума двигателя путем совершенствования конструкции шатуна. Шатун содержит два полу стержня, один из которых связан с поршневой, а второй - с кривошипной головкой, и вибродемпфирующий элемент, закрепленный к свободным концам полустержней. Между головками шатуна в средней части стержня предусмотрен вибродемпфирующий элемент цилиндрическо-вильчатой формы. Шатун может быть использован в любых машинах с кривошипно-шатунным механизмом. Техническим результатом является достижение высокой эффективности снижения вибрации и шума двигателя и повышение его надежности. 2 ил.

Шатун двигателя внутреннего сгорания, соединяющий поршневую и кривошипную головки, содержащий два полустержня, один из которых связан с поршневой, а второй - с кривошипной головкой, вибродемпфирующий элемент, закрепленный к свободным концам полустержней, отличающийся тем, что вибродемпфирующий элемент выполнен цилиндрическо-вильчатой формы, а ось цилиндра вибродемпфирующего элемента параллельна осям поршневой и кривошипной головок шатуна.