КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ СО СМЕЩЕННОЙ ШАТУННОЙ ШЕЙКОЙ
CRANK MECHANISM WITH OFFSET CRANK NECK

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (тепловых машинах). Предлагаемое устройство применимо в автомобильном, водном и воздушном транспорте.
Известен дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм, содержащий кривошип и ползун с направляющей осью, не проходящей через ось вращения кривошипа, шарнирно соединенные с шатуном (Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев и др. - М.: Высш. шк., 2007. - 400 с.).
Недостатком известного дезаксиального кривошипно-шатунного (КШМ) механизма является низкий КПД (эффективность) передачи сил на вращательное движение кривошипа по причине не выполнения механизма с определенными параметрами, в пределах которых выявлены ранее не известные для него положительные признаки.
Наиболее близким по конструкции аналогом к заявленному относится устройство «Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания», описанное в патенте (RU 2230207 МПК F02B 75/32 от 27.01.2004), содержащее, коленчатый вал с шатунной шейкой, шатун, поршень, эксцентрик, малую и большую шестерни, причем шатунная шейка коленчатого вала соединена с шатуном посредством эксцентрика, а эксцентрик снабжен малой шестерней, выполненной с ним заодно, и имеет с ней общую ось вращения, при этом эксцентрик с малой шестерней расположены на оси шатунной шейки коленчатого вала таким образом, что малая шестерня эксцентрика входит в постоянное зацепление с большой шестерней, неподвижно установленной в блоке двигателя и имеющей радиус вдвое больше, чем радиус малой шестерни, отличающийся тем, что радиус эксцентрика относится к радиусу коленчатого вала в соотношении 1:5.
Однако данный кривошипно-шатунный механизм при работе не позволяет обеспечить высокую надежность двигателя и ресурс КШМ, потому что обладает сложным механизмом.
Техническим результатом данного изобретения является повышение ресурса КШМ, вращающего момента на валу двигателя и упрощение конструкции механизма.
Это достигается тем, что кривошипно-шатунный механизм выполнен со смещением оси кривошипной головки от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°.
Предлагаемое смещение позволяет в верхней мертвой точке получить вращающий момент коленчатого вала за счет разложения сил в шатунной шейке коленчатого вала, образующих вращающий момент относительно оси коленчатого вала.
На чертеже схематически изображен общий вид устройства кривошипно-шатунного механизма со смещенной шатунной шейкой. Устройство содержит: рабочий цилиндр 1, шарнирно связанные между собой поршень 2 с поршневым пальцем 4, шатун 7 и кривошип коленчатого вал 5, в котором ось кривошипной головки 6 жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня 3 и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°, обеспечивающий силовое воздействие на ось кривошипа в мертвых точках.
Работа предложенного кривошипно-шатунного механизма со смещенной шатунной шейкой четырехтактного ДВС осуществляется следующим образом.
s
Известно, что кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала. Во время рабочего хода на поршень воздействует суммарная сила P от сил давления газов и инерциальных сил, которая на оси поршневого пальца разлагается на две составляющие: силу N действующую перпендикулярно оси цилиндра, и силу S действующую по оси шатуна.
s
1
1
1
кр
В верхней мертвой точке шатун становится в вертикальное положение, при этом вдоль оси шатуна действует только сила P, которая на шатунной шейке будет разлагаться по прямой, соединяющей шатунную шейку с кривошипом T и перпендикулярную ей силу К, действующую по радиусу. Сила Т, действуя по касательной, образует с радиусом кривошипа вращающий момент М.
Таким образом, в положении поршня в верхней мертвой точке образуется вращающий момент, в то же время действие суммарной силы по оси поршня не вызывает бокового износа, который наблюдается в дезаксиальных двигателях со смещенным поршневым пальцем. Отсюда и износ поршня будет равномерным и, соответственно, больше его ресурс.
Кроме того, по сравнению с прототипом устройство КШМ проще: имеется смещенная шатунная шейка и нет никаких дополнительных деталей, усложняющих конструкцию.