ШАТУН

Решение относится к механике, к узлам и деталям машин, в частности, к деталям кривошипных механизмов, именно к шатунам и, прежде всего, к конструкции шатунов постоянной длины.
Широко известны шатуны двигателей внутреннего сгорания, (см., например, книгу Automobiltechisches Handbuch под ред. R. Bussien, стр. 705 - 753, Berlin, 1931; ОСТ 24.040.53-80. Дизели и газовые двигатели. Шатуны. Общие технические условия.) В данных случаях приведены многочисленные двигатели с разнообразными шатунами, а также самые общие технические условия, которые часто не могут удовлетворить потребностям проектируемых двигателей. Тем не менее, этим условиям предшествовала многолетняя практика проектирования, создания и изготовления шатунов.
Еще в шатуне по US 1981609 основное внимание было обращено на форму выполнения стержня, при этом в стержне предусмотрена полость, выполнить которую довольно сложно. Сложна и специфична как конструкция полости для подачи смазки от большой головки к малой в шатуне газового двигателя по US 2232170, так и форма выполнения шатуна. Весьма трудоемко выполнить полость шатуна по US 3149503, вряд ли можно признать простым выполнение шатуна по DE 1210263 так же как и шатунов по UK 1331079, тем более что каждый из упомянутых шатунов выполнен не симметричным.
В шатунах по US 1995835 и 1988830 выбрано двутавровое сечение стержня и большой головки, при этом продольная стенка размещена перпендикулярно осям головок. Двутавровое сечение шатуна по US 2876050 распространяется вплоть до посадочного отверстия большой головки. В зоне посадочного отверстия шатуна по US 3338113 выполнены дополнительные пазухи двутаврового сечения. Эти шатуны изготовлены методом горячей обработки металла, что отвечает требованиям массового производства, но их использование в быстроходных и форсированных двигателях весьма проблематично.
F 16 С 7/00 02
ШАТУН
крепление разрезной части большой головки к стержню (US 2343055 и RU 2159875), а также установка подшипников в головках (WO 9604485). Достаточно давно обратили внимания на устройства крепления разрезной части большой головки (US 2407928, DE 1267476 и UK 994250), одним из вариантов (US 2311434 и 2371614) было использование четырех крепежных элементов, при этом в последнем случае величину затяжки крепежа определяли индикатором. Тонкие прокладки по US 2473307 предусмотрены для компенсации износа подшипника большой головки. Бурты в зоне стыка разрезной большой головки предусмотрены в шатуне по US 2890598, а в шатунах по US 2846897 и DE 1251590 - проставки.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала важным фактором может стать материал, из которого изготовлен шатун, в частности, согласно JP 61-257445 использован титановый сплав. Торсионы шатуна по SU 846834 выполнены из титанового сплава. В свою очередь, при изготовлении деталей кривошипно-шатунного механизма из титанового сплава важно подобрать твердости сопряженных деталей, как это выполнено в шатунной группе двигателя по JP 63-19414. Разнообразен состав титановых сплавов (см., например, SU 511369, 522248, 524848, 526672, 533050, 549492, 555161, 556191, 559981 и 581159, RU 2055927, 2117065, 2150528, 2156825, 2172359 и 2175992, а также WO 9633292).
Одним из путей улучшения свойств шатунов является их снабжение армирующими волокнами (DE 3708760). Воспринимающий сжимающие усилия стержень (ЕР 283974) снабжают рядом параллельных волокон, расположенных у ее периферической поверхности, а также проходящей вдоль его лентой, воспринимающей растягивающие усилия. Петля-восьмерка из однонаправленного углеродного волокна предусмотрена в шатуне по SU 1707327. Расширены технологические возможности и повышена надежность шатуна по SU 1656205 высокофорсированного дизеля путем дифференцированного упрочнения шатуна, в частности такое упрочнение имеет полый шатун по ЕР 411763. О плавности переходных радиусов и оптимальном прохождении силового потока между головками шатуна и отдельными поясами сообщено в ЕР 4114488 и FR 2676101.
Во многих случаях решают проблемы подгонки шатуна по массе, как это имеет место в шатуне по SU 1682657, ее минимизации, как в шатуне по DE 4433252, а также размещения центра тяжести штока по US 5630340 и взаимных отношений размеров шатуна по UK 2295217. Для исключения дополнительных рабочих операций, предотвращающих разрушение шатуна, в кованном из стали шатуне по DE 4311108
предусмотрен щелевой зазор; в шатуне по JP 2816926 - углубления и выступы; а в шатуне по ЕР 945632 - сварка.
Важно также выполнение формы элементов шатуна, в частности стержня: закрытый профиль выполнен в шатуне по WO 9928638, сложнее выглядит профиль по FR 1318708, прост профиль стержня шатуна по JP 2881832, но прочность этого стержня вызывает сомнения.
Несмотря на разнообразие конструкций шатунов, форм выполнения основных элементов шатуна и устройств крепления этих элементов, а также способов их изготовления, на сегодня нет шатуна в полной мере удовлетворяющего своему назначению, особенно для быстроходных форсированных двигателей.
Известен шатун, содержащий выполненный с продольными углублениями и верхней головкой стержень с прикрепленной к нему резьбовыми элементами крышкой (см., например, US 3062596).
В этом шатуне продольные углубления выполнены симметричными относительно стенки стержня, размещенной перпендикулярно осям головок. Из-за сравнительно сложной формы наружных стенок стержня и расположенных параллельно им внутренних стенок, изготовление основного элемента шатуна требует дополнительных затрат. В равной степени сложно выполнить места сопряжений внутренних стенок со стенками головок, а также выдержать симметричное удаление стенок от плоскости, проходящей через оси головок.
Даже при большой точности изготовления трудно выдержать равномерное распределение масс в теле шатуна, поэтому для его уравновешивания, предусмотрены дополнительные выступы в зонах головок.
Дня центрирования крышки в стержень шатуна запрессованы втулки. Однако это либо препятствует установке болта в стержень, либо при эксплуатации приводит к повреждению резьбового соединения, при этом выход резьбы на поверхность стержня является концентратором напряжений, а это может привести к скорому выходу шатуна из строя.
Задача - повышение эксплуатационных свойств шатуна при упрощении конструкции и снижении затрат в производстве.
Повышение эксплуатационных свойств шатуна при упрощении конструкции и снижении затрат в производстве обеспечено путем рационального выполнения формы шатуна и оптимального изготовления.
Для этого в шатуне, содержащем выполненный с продольными углублениями и верхней головкой стержень с прикрепленной к нему резьбовыми элементами крышкой, углубления выполнены выборкой металла, при этом дно продольного углубления расположено у стенки, ориентированной симметрично относительно плоскости, проходящей через оси головок.
Выполнение углублений выборкой металла, дно которых расположено у стенки, ориентированной симметрично относительно плоскости, проходящей через оси головок, в шатуне, содержащем выполненный с продольными углублениями и верхней головкой стержень с прикрепленной к нему резьбовыми элементами крышкой, позволит повысить его эксплуатационные свойства при упрощении конструкции и снижении затрат в производстве, поскольку шатун выполнен симметричным с полками, имеющими большой момент инерции и по существу без концентраторов напряжений, то есть шатун выполнен рационально и оптимально.
Ширина углубления одинакова по существу от близлежащих границ отверстий в головках, а это тем более способствует симметричному выполнению шатуна и достижению упомянутой цели.
Поверхность углубления, по крайней мере, частично, выполнена цилиндрической, а это просто в производстве и опять-таки, способствует его симметрии.
Глубина углубления пропорционально изменяется по существу от близлежащих границ отверстий в головках, а это способствует увеличению момента инерции сечения шатуна, что существенно повышает его эксплуатационные свойства.
Размер полок углубления одинаков по существу от близлежащих границ отверстий в головках, что несложно выполнить при механической обработке, а это снижает затраты в производстве.
В крышке под крепеж выполнено отверстие, максимальный размер которого по существу совпадает с шириной углубления, а это способствует достижению одинаковых напряжений, как в теле шатуна, так и в крышке.
В крышке и стержне установлены втулки, оси которых расположены в плоскости, проходящей перпендикулярно осям головок, а это позволяет сцентрировать крышку относительно стержня, что способствует эффективной работе шатуна в целом.
на фиг.З - вид на шатун;
на фиг.4 - сечение стержня;
на фиг.З - сечение крышки;
На фиг.6 - внешний вид шатуна.
Шатун содержит стержень 1 (фиг.1) с верхней головкой 2. Стержень 1 выполнен с продольными углублениями 3. К стержню 1 прикреплена резьбовыми элементами 4 крышка 5. Шатун выполняют из заготовки 6 (фиг.2), полученной методом горячей обработки металла.
Углубления 3 выполнены в заготовке 6 выборкой металла. Дно 7 продольного углубления 3 расположено у стенки 8. Стенка 8 ориентирована симметрично относительно плоскости 9, проходящей через оси 10 и 11 (фиг.З) головок 2 и 12 соответственно.
Выполнение углублений 3 выборкой металла, дно 7 которого расположено у стенки 8, ориентированной симметрично относительно плоскости 9, проходящей через оси 10 и 11 головок 2 и 12 в шатуне, содержащем выполненный с продольными углублениями 3 и верхней головкой 2 стержень 1 с прикрепленной к нему резьбовыми элементами 4 крышкой 5, позволит повысить его эксплуатационные свойства при упрощении конструкции и снижении затрат в производстве, поскольку шатун выполнен симметричным с полками, имеющими большой момент инерции и по существу без концентраторов напряжений, то есть шатун выполнен рационально и оптимально.
Ширина 13 (фиг.4) углубления 3 одинакова по существу от близлежащих границ отверстий 14 и 15 в головках 2 к 12 соответственно, а это тем более способствует симметричному выполнению шатуна и решению упомянутой задачи.
Поверхность углубления 3 в зоне дна 7 выполнена по радиусу 16. Тем самым, она частично выполнена цилиндрической, а это просто в производстве и опять-таки, способствует симметрии.
Глубина углубления 3 изменяется от верхней головки 2 к головке 12, где она минимальна. Достигнуто это выборкой металла по радиусу 17. Поскольку изменение происходит с увеличением ширины стержня 1, то углубление 3 изменяется пропорционально по существу от близлежащих границ отверстий 14 и 15 в головках 2 и 12, соответственно, а это способствует увеличению момента инерции сечения стержня 1, что существенно повышает эксплуатационные свойства шатуна.
Размер 18 полок углубления 3 одинаков по существу от близлежащих границ отверстий 14 и 15 в головках 2 и 12, что несложно выполнить при механической обработке, а это снижает затраты в производстве.
В крышке 5 выполнено отверстие 19 (фиг.5). Максимальный размер 20 отверстия 19 по существу совпадает с шириной 13 углубления 3, а это способствует достижению одинаковых напряжений, как в теле стержня 1, так и в крышке 5.
В крышке 5 установлены втулки 21. Оси 22 втулок 21 расположены в плоскости 23, проходящей перпендикулярно осям 10 и 11 головок 2 и 12, а это позволяет сцентрировать крышку 5 относительно стержня 1, что способствует эффективной работе шатуна в целом.
1.Шатун, содержащий выполненный с продольными углублениями и верхней головкой стержень с прикрепленной к нему резьбовыми элементами крышкой, отличающийся тем, что углубления выполнены выборкой металла, при этом дно продольного углубления расположено у стенки, ориентированной симметрично относительно плоскости, проходящей через оси головок.
2.Шатун, по п.1, отличающийся тем, что ширина углубления одинакова по существу от близлежащих границ отверстий в головках.
3.Шатун, по п.п.1 и 2, отличающийся тем, что поверхность углубления, по крайней мере частично, выполнена цилиндрической.
4.Шатун, по п.п.1-3, отличающийся тем, что глубина углубления изменяется по существу от близлежащих границ отверстий в головках.
5.Шатун, по п.п.1 -4, отличающийся тем, что размер полки углубления одинаков по существу от близлежащих границ отверстий в головках.
6.Шатун, по п.п.2-5, отличающийся тем, что в крышке выполнено отверстие, максимальный размер которого по существу совпадает с шириной углубления.
7.Шатун, по п.п.1-6, отличающийся тем, что в крышке установлены втулки, оси которых расположены в плоскости, проходящей перпендикулярно осям головок.
ФОРМУЛА
го Ко