ШАТУН ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно к двигателестроению, в частности используется в кривошипно-шатунных механизмах двигателей внутреннего сгорания.
Известна конструкция шатуна двигателя внутреннего сгорания, которая содержит поршневую и кривошипную головки, соединенные стержнем. Конструкция шатуна выполнена из отдельных частей. Части шатуна изготавливаются деформационной обработкой, затем обрабатываются механически и свариваются диффузионной сваркой, образуя целостную конструкцию шатуна.
5
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что зоны сварки частей шатуна и множество участков с резкими переходами сечений, заложенных в конструкцию детали, являются концентраторами напряжений, что отрицательно отразится на его прочности. Такая сборная конструкция шатуна с применением сварки не обеспечит необходимой надежности в условиях нагружения шатуна динамическими знакопеременными сжимающими и растягивающими, а так же изгибающими нагрузками (см. патент на изобретение US №5370093, с приоритетом от 21.07.1993, Int.Cl. F02B 13/00, МПК F16C 7/00; F16C 7/02).
Известна конструкция стального шатуна, полученного с применением прецизионного литья по выплавляемым моделям. Шатун содержит поршневую и кривошипную головки, соединенные стержнем полого исполнения, имеющим поперечное сечения в форме круга.
5
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что круглое сечение стержня применяется в шатунах, в которых напряжения от продольного изгиба являются слабо выраженными. Применение литейной технологии с присущими ей недостатками, особенно пористостью отливок, для сложнонагруженной детали, которой является шатун, неприемлемо. Метод литья по выплавляемым моделям является трудоемким и не согласуется с массовым производством шатунов (см. патент на изобретение US №5140869, с приоритетом от 24.06.1991, Int.Cl. G05G 1/00, МПК B22D 25/02; F16C 7/02).
Наиболее близкой конструкцией к заявленной полезной модели по совокупности признаков является конструкция стального кованого шатуна, состоящего из стержня двутаврового сечения, верхней и разъемной головок. Крышка нижней головки шатуна крепится двумя болтами с самоконтрящимися гайками. Поршневой палец, шарнирно соединяющий поршень с верхней головкой шатуна, запрессован в верхнюю головку шатуна с натягом 0,010-0,042 мм. (см. Г.К. Мирзоев, В.А. Вершигора, А.П. Игнатов и др. «Автомобили ВА3-2108, ВА3-2109» - М.: Машиностроение, 1989. - 92 с; стр.24, 25).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что поршневой палец запрессован в верхнюю головку шатуна с натягом («защемленный» тип пальца), недостатком такого соединения является неравномерный износ наружной поверхности поршневого пальца; отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих подачу масла для смазки и охлаждения деталей цилиндропоршневой группы.
Сущность полезной модели заключается в создании шатуна оптимальной конструкции по прочности, жесткости и массе, позволяющей уменьшить потери на трение в сопряжении «поршневая головка шатуна - палец поршневой - поршень», обеспечить охлаждение поршня маслом с целью уменьшения его температурных деформаций, а так же применить поршневой палец «плавающего» типа для обеспечения равномерного износа наружной поверхности пальца.
Технический результат - снижение потерь на трение, увеличение ресурса цилиндропоршневой группы, возможность применения шатуна на высокофорсированных двигателях.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в шатуне двигателя внутреннего сгорания, изготовленном из стали путем ковки, содержащем стержень двутаврового сечения, поршневую головку, кривошипную головку и крышку, которая крепится к кривошипной головке двумя болтами и гайками, особенностью является то, что конструкция шатуна содержит следующие признаки, отличные от признаков ближайшего прототипа:
- внутри стержня вдоль оси по центру выполнено сквозное отверстие диаметром D3 равным 4 мм … 7 мм, через которое масло подается к сопряженным поверхностям сборочного узла «поршневая головка шатуна - палец поршневой - поршень», с целью уменьшения износа рабочих поверхностей и снижения потерь на трение;
- для достижения оптимального соотношения прочности, жесткости и массы шатуна, а так же с целью выполнения в стержне продольного сквозного отверстие, стержень с шириной b1 равной 19 мм … 21 мм имеет двутавровое сечение, при этом ширина полки b2 и толщина стенки b3 двутаврового сечения имеют соответственно размерные пределы равные 14 мм … 21 мм и 8,7 мм … 12,7 мм;
- для установки поршневого пальца «плавающего» типа и увеличения износостойкости сопряженных поверхностей пары «поршневая головка шатуна - палец поршневой» в отверстие поршневой головки запрессована втулка, после окончательной обработки имеющая отверстие под палец диаметром D1 равным 22 мм, при этом втулка может быть выполнена из цветного металла, в частности из бронзы, или из стали с нанесенным на рабочую поверхность слоем цветного металла;
- внутри отверстия под палец выполнена поперечная проточка диаметром D4 равным 25 мм … 27 мм и шириной b4 равной 3 мм … 5 мм, пересекающаяся с осью сквозного отверстия стержня, при этом с наружной стороны поршневой головки имеется прилив со сквозным отверстием диаметром D5 равным 2,5 мм … 4,5 мм, выходящим в проточку, что позволяет обеспечить подачу масла от сквозного отверстия стержня на поршень для его охлаждения;
- для установки подшипника скольжения в кривошипной головке в сборе с крышкой посредством обработки выполнено отверстие диаметром D2 равным 60 мм, ось которого расположена на расстоянии L1 равном 157 мм … 159 мм, от оси отверстия под палец;
- с целью фиксации подшипника скольжения от проворачивания и осевого смещения внутри отверстия под подшипник скольжения выполнены две канавки, расположенные с одной стороны относительно плоскости, проходящей через ось отверстия под палец и ось отверстия под подшипник скольжения, и с противоположных сторон относительно плоскости разъема кривошипной головки с крышкой и смещенные в противоположные стороны относительно плоскости, перпендикулярной оси отверстия под подшипник скольжения и проходящей через ось сквозного отверстия стержня, на расстояние L3 равном 5 мм … 6,5 мм;
- в кривошипной головке и крышке выполнены два отверстия диаметром D6 равным 9 мм … 11,5 мм на расстоянии между осями отверстий L2 равном 72 мм … 74 мм под болты крепления крышки к кривошипной головке;
- с наружной стороны крышки между отверстиями под болты и с наружной стороны поршневой головки имеются приливы, предназначенные для подгонки шатуна по массе посредством удаления металла;
- правильность ориентации крышки относительно кривошипной головки при сборке обеспечивается расположением с одной стороны шатуна выступающего платика, находящегося на поверхности кривошипной головки в зоне перехода в стержень между отверстиями под болты и уступа прилива крышки.
Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:
На фиг.1 - показан общий вид конструкции шатуна;
На фиг.2 - показан разрез Б-Б на фиг.1;
На фиг.3 - показан разрез В-В на фиг.2.
Шатун двигателя внутреннего сгорания содержит:
поршневую головку 1 с отверстием 5, в которое для установки поршневого пальца (не показан) запрессована втулка 7, имеющая после окончательной обработки отверстие под палец 6 диаметром D1, внутри которого имеется поперечная проточка 8 диаметром D4 и шириной b4, пересекающаяся с осью сквозного отверстия стержня 12, с наружной стороны поршневой головки 1 имеется прилив 9 со сквозным отверстием 10 диаметром D5, выходящим в поперечную проточку 8; кривошипную головку 2 и крышку 3, в которых выполнены два отверстия под болты 15 диаметром D6 на расстоянии L2 между осями отверстий под болты 15; крышка 3 крепится к кривошипной головке 2 с помощью двух болтов 13 и двух гаек 14, в кривошипной головке 2 в сборе с крышкой 3 имеется отверстие под подшипник скольжения (не показан) 11 диаметром D2, ось которого расположена на расстоянии L1 от оси отверстия под палец 6, внутри отверстия под подшипник скольжения 11 выполнены две канавки 16; на поверхности кривошипной головки 2 между отверстиями под болты 15 в зоне перехода в стержень 4 имеется выступающий платик 20, с наружной стороны крышки 3 между отверстиями под болты 15 имеется прилив 17, на котором выполнен уступ 21; стержень 4 с шириной b1 имеет двутавровое сечение с двумя полками 18 шириной b2 и стенкой 19 толщиной b3, внутри стержня 4 вдоль оси по центру имеется сквозное отверстие 12 диаметром D3; плоскость 24, проходящая через ось сквозного отверстия стержня 12 и перпендикулярная оси отверстия под подшипник скольжения 11; расстояние L3 от плоскости 24 до канавок 16; плоскость 22, проходящая через ось отверстия под палец 6 и ось отверстия под подшипник скольжения 11; плоскость разъема 23 кривошипной головки 2 с крышкой 3.
Шатун двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
В отверстие поршневой головки 5 для установки поршневого пальца (не показан), запрессована втулка 7, которая может быть выполнена из цветного металла, в частности из бронзы, или из стали с нанесенным на рабочую поверхность слоем цветного металла и имеющая после окончательной обработки отверстие под палец 6 диаметром D1 равным 22 мм. Крышка 3 крепится к кривошипной головке 2 с помощью двух болтов 13 и двух гаек 14 через отверстия под болты 15 диаметром D6 равным 9 мм … 11,5 мм, при этом расстоянии между осями отверстий L2 равно 72 мм … 74 мм. Правильность ориентации крышки 3 относительно кривошипной головки 2 при сборке обеспечивается расположением с одной стороны шатуна выступающего платика 20, находящегося на поверхности кривошипной головки 2 между отверстиями под болты 15 в зоне перехода в стержень 4 и уступа 21 прилива крышки 17. В кривошипной головке 2 в сборе с крышкой 3 имеется отверстие под подшипник скольжения 11 диаметром D2 равным 60 мм, ось которого расположена на расстоянии L1 равном 157 мм … 159 мм от оси отверстия под палец 6, при этом для исключения проворачивания и осевого смещения подшипник скольжения (не показан) фиксируется выступами в канавках 16. Стержень 4 с шириной b1 равной 19 мм … 21 мм, соединяющий поршневую головку 1 и кривошипную головку 2, имеет двутавровое сечение с двумя полками 18 шириной b2 равной 14 мм … 21 мм и стенкой 19 толщиной b3 равной 8,7 мм … 12,7 мм. Внутри стержня, вдоль оси по центру, имеется сквозное отверстие 12 диаметром D3 равным 4 мм … 7 мм, через которое масло от шейки коленчатого вала (не показана) поступает в отверстие под палец 6, далее через поперечную проточку 8 с диаметром D4 равным 25 мм … 27 мм и шириной b4 равной 3 мм … 5 мм и сквозное отверстие прилива 10 диаметром D5 равным 2,5 мм … 4,5 мм струя масла подается на поршень с целью его охлаждения. Подгонка шатуна по общей массе и массе головок обеспечивается посредством удаления металла с прилива поршневой головки 9 и прилива крышки 17.
Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что по сравнению с принятыми за аналог конструкциями, выполненный шатун ДВС описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков имеет оптимальную конструкцию по прочности, жесткости и массе, а так же позволяет уменьшить потери на трение в сопряжении «поршневая головка шатуна - палец поршневой - поршень», увеличить ресурс и работоспособность элементов цилиндропоршневой группы, а так же применить поршневой палец «плавающего» типа.