ПОДШИПНИК БОЛЬШОЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА ДВС

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции подшипника качения, применяемого, например, в большой головке шатуна двухтактных бензиновых двигателей с кривошипно-камерной продувкой.
Известны конструкции подшипников, в которых поверхности дорожек качения образованы наружной поверхностью пальца кривошипа, соединенного со щеками коленчатого вала. и поверхностью отверстия большой головки шатуна. В качестве тел качения используют ролики, в основном игольчатые, размещенные в гнездах сепаратора. [1]
Наибольшее распространение получили сепараторы подшипников, состоящих из втулки с калиброванными гнездами тел и торцовыми кольцевыми элементами, фиксирующими перемычками между гнездами [1, 2, 3, 4]. Известны также сепараторы, содержащие втулку с внутренними осевыми канавками, выполненными методом протягивания, в которой гнезда для тел качения образуются путем проточки средней ее части [5, 6]
В обоих вариантах боковые кольцевые элементы, служащие для фиксации перемычек гнезд тел качения подшипника, требуют для своего размещения пространства, зависящего от суммарной ширины этих элементов, в результате либо применяются ролики короче ширины рабочей ступени пальца кривошипа, что приводит к снижению ресурса подшипника, либо увеличивается расстояние между щеками коленчатого вала, что приводит к увеличению объема кривошипной камеры, выполняющей функции продувочного насоса, и ухудшает его производительность, что отрицательно влияет на показатели работы двигателя.
Центрирование сепаратора осуществляют либо по наружному диаметру пальца кривошипа, либо по внутреннему диаметру шатуна. При любых вариантах в литературе отмечаются случаи их негативного влияния на состояние поверхностей дорожек качения подшипника, приводящих к замене коленчатого вала или его капитальному ремонту. Основной причиной износа дорожек качения подшипника считают попадание мелких частиц кварцевой и металлической пыли на трущиеся поверхности сепаратора. Эти твердые частицы вдавливаются в перемычки гнезд сепаратора, которые центробежной силой прижимаются к поверхности дорожек качения и интенсивно их истирают.[1]
В качестве прототипа рассматривался подшипник двигателя ИЖ «Планета», имеющий описанную выше конструкцию и присущие ей недостатки. [1]
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение долговечности подшипника.
Указанный результат достигается тем, что в подшипнике большой головки шатуна двигателя внутреннего сгорания, в котором дорожки качения образованы наружной поверхностью ступенчатого пальца кривошипа, соединенного со щеками коленчатого вала, и поверхностью отверстия большой (кривошипной) головки шатуна, а в качестве тел качения применены ролики, в основном игольчатые, размещенные в гнездах сепаратора, которые контактируют по всей ширине рабочей ступени пальца кривошипа, а кольцевые элементы сепаратора, фиксирующие перемычки между гнездами тел качения, размещены на цилиндрических поверхностях выступов, выполненных соосно пальцу кривошипа на внутренних торцах щек коленчатого вала.
Перенос размещения торцовых кольцевых элементов сепаратора с дорожки качения пальца кривошипа на цилиндрические поверхности выступов щек коленчатого вала позволяет:
- ликвидировать контакт между перемычками гнезд сепаратора и дорожками качения путем применения увеличенных радиальных зазоров, превышающих зазор между центрирующими поверхностями выступов щек коленчатого вала и торцовыми элементами сепаратора, что исключит трение и значительно снизит вероятность ускоренного абразивного изнашивания дорожек качения;
- при сохранении осевых габаритов коленчатого вала - разместить тела качения по всей ширине рабочей ступени пальца кривошипа, что позволит увеличить их длину, как минимум, на 2 мм (минимальная разница длин стандартных роликов),в результате чего в диапазоне наиболее часто применяемых роликов длиной 8-12 мм расчетная долговечность подшипника увеличивается соответственно в 1,8-1,5 раза [7];
- или, при сохранении длины роликов, уменьшить осевые габариты щек на суммарную ширину боковых кольцевых элементов сепаратора, и, соответственно, снизить объем внутрикартерного пространства, что окажет положительное влияние на энергетические параметры работы двигателя.
На фиг. изображена конструкция подшипника большой головки шатуна двигателя внутреннего сгорания.
В подшипник входят: ступенчатый палец кривошипа 1, запрессованный в щеки 2, 3 коленчатого вала, шатун 4, игольчатые ролики 5, размещенные в гнездах сепаратора 6. На внутренних торцовых поверхностях щек имеются цилиндрические выступы 7. При этом их наружные диаметры, центрирующие сепаратор, выполнены несколько большими диаметра рабочей ступени пальца кривошипа, что обеспечивает увеличенный зазор и отсутствие контакта между перемычками гнезд сепаратора и дорожкой качения. Аналогичный зазор в большой головке шатуна обеспечивается выбором наружного диаметра сепаратора.
Учитывая, что подшипник большой головки шатуна является наиболее напряженным узлом двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой, работоспособность которого практически лимитирует их ресурс, предлагаемое техническое решение, позволяющее без особых затрат значительно (в 1,5…1,8 раз) повысить его долговечность, весьма положительно отразится на качестве вышеуказанных двигателей.
Список документов, упомянутых в описании ПМ.
1. Мотоцикл. Конструкция, теория, расчет. С.Ю.Иваницкий, Б.С.Карманов, В.В.Рогожин, А.Т.Волков, М., «Машиностроение», 1971, 408 с. (стр 148, рис 80).
2. Снегоход «Икар». Руководство по эксплуатации 140000010 РЭ.
3. Мотокультиватор «Крот». Руководство по эксплуатации. 150030000 РЭ.
4. Подвесные лодочные моторы «Вихрь М», «Вихрь 30» и «Вихрь 3ОР». Краткое описание, руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию.
5. Лодочный стационарный мотор СМ-557-Л. Описание и инструкция по обслуживанию.
6. Сепаратор подшипника: авт. свид. 319763 СССР: МПК F16с 33/38 Беднягин Л.В., Хиврич И.Б., Суслов Н.Д., Чумаченко В.З., заявитель Владимирский филиал Государственного союзного научно-исследовательского тракторного института; опубл. 02.11.1972, Бюл №33.
7. ГОСТ 18855-82 «Подшипники качения. Расчет динамической грузоподъемности, эквивалентной динамической нагрузки и долговечности.