Шатунно-поршневая группа
CONNECTING ROD AND PISTON GROUP

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям шатунно-поршневых групп поршневых машин и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, детандерах и т.д.
Известны конструкции шатунно-поршневых групп, содержащих поршень, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, при этом палец соединен с шатуном посредством подшипника с возможностью углового возвратно-поворотного перемещения шатуна вокруг геометрической продольной оси пальца, установленного в цилиндрическом отверстии поршня, во время работы поршневой машины (А.С. Орлин, Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, М., «Машиностроение», 1990).
Недостатками известной конструкции являются возможность передачи рабочей нагрузки частью поверхности пальца от части поверхности поршня, при этом нагрузка шатуну передается оставшейся частью поверхности пальца, незадействованной при передаче нагрузки от поршня, что приводит к увеличению массы подвижной части машины и к увеличению возможности изгиба пальца и снижению ресурса шатунного подшипника.
Известна шатунно-поршневая группа поршневой машины, содержащая поршень, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, при этом палец жестко соединен с шатуном с возможностью его углового возвратно-поворотного перемещения совместно с шатуном вокруг геометрической продольной оси пальца во время работы поршневой машины, причем в поршне выполнена выемка под поршневой палец с незамкнутой поверхностью цилиндрической формы, имеющей радиус, соответствующий радиусу поршневого пальца, и палец установлен в указанной выемке поршня с возможностью контакта своей цилиндрической поверхностью с цилиндрической поверхностью выемки и углового поворота относительно поверхности выемки вокруг ее продольной геометрической оси (US 3564978 A, опуб., 23.02.1971).
Недостатками известной шатунно-поршневой группы являются недостаточная жесткость соединения поршня с шатуном, особенно при знакопеременных нагрузках на поршень (газовые - инерционные), а также невозможность задания предварительной деформации пальцу, направленной навстречу нагрузке, так как при этом невозможна сборка известной группы. Кроме того, невозможно обеспечить изменение зазора в сопряжении пальца с поршнем по мере износа контактирующих поверхностей, что снижает ремонтопригодность всей группы.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности работы, снижение массы возвратно-поступательно движущихся масс поршневой машины, повышение ремонтопригодности группы.
Поставленная задача достигается тем, что шатунно-поршневая группа поршневой машины, содержащая поршень, связанный с шатуном при помощи поршневого пальца, при этом палец жестко соединен с шатуном с возможностью его углового возвратно-поворотного перемещения совместно с шатуном вокруг геометрической продольной оси пальца во время работы поршневой машины, причем в поршне выполнена выемка под поршневой палец с незамкнутой поверхностью цилиндрической формы, имеющей радиус, соответствующий радиусу поршневого пальца, и палец установлен в указанной выемке поршня с возможностью контакта своей цилиндрической поверхностью с цилиндрической поверхностью выемки и углового поворота относительно поверхности выемки вокруг ее продольной геометрической оси, согласно изобретению, дополнительно снабжена двумя дугообразными крышками поршневого пальца с незамкнутой поверхностью цилиндрической формы, соединяемыми с поршнем посредством резьбового соединения и установленными на двух противоположных сторонах пальца относительно шатуна с возможностью замыкания цилиндрической поверхности выемки поршня под поршневой палец в районе расположения крышек пальца, а палец выполнен изогнутым с возможностью выпрямления под действием рабочей нагрузки на поршень, при этом центр дуги продольной геометрической оси пальца расположен на стороне, противоположной шатуну.
Поставленная задача достигается также тем, что поршневой палец может быть выполнен заодно с шатуном.
Поставленная задача достигается также тем, что поршневой палец может быть прикреплен к шатуну при помощи резьбового соединения, а изгиб пальца осуществляют во время затяжки резьбового соединения при креплении пальца к шатуну.
Поставленная задача достигается также тем, что крышки пальца могут быть выполнены с возможностью изменения радиального зазора между цилиндрическими поверхностями пальца и крышки.
Поставленная задача достигается также тем, что тронк поршня может быть выполнен сборным и снабжен сменными направляющими накладками скольжения, прикрепляемыми к противоположным сторонам поршня в плоскости качания шатуна при помощи резьбового соединения с возможностью контакта их поверхностей скольжения с внутренней поверхностью цилиндра, в котором установлен поршень.
Поставленная задача достигается также тем, что направляющие накладки могут быть установлены с возможностью изменения расстояния их поверхностей скольжения относительно тронка.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показана шатунно-поршневая группа в сборе;
На фиг. 2 - поршень и шатун;
На фиг. 3 - поршень разобранный;
На фиг. 4 - шатун заодно с пальцем;
На фиг. 5 - шатун с закрепленным с ним пальцем, разобранные;
Описываемая шатунно-поршневая группа используется в поршневой машине и содержит поршень 1, связанный с шатуном 2 при помощи поршневого пальца 3. Палец 3 жестко соединен с шатуном 2 с возможностью его углового возвратно-поворотного перемещения совместно с шатуном вокруг геометрической продольной оси 4 пальца 3 во время работы поршневой машины. В поршне 1 выполнена выемка 5 с незамкнутой поверхностью цилиндрической формы, имеющей радиус, соответствующий радиусу поршневого пальца 3. Палец 3 установлен в выемке 5 с возможностью контакта своей цилиндрической поверхностью с цилиндрической поверхностью выемки 5 и углового поворота относительно поверхности выемки 5 вокруг ее продольной геометрической оси, которая примерно совпадает с геометрической осью 4 пальца 3 после сборки группы. Две дугообразные крышки 6 поршневого пальца 3 выполнены с незамкнутой поверхностью цилиндрической формы. Крышки 6 соединяются с поршнем 1 посредством резьбового соединения, например, болтов 7. Крышки 6 устанавливаются на двух противоположных сторонах пальца 3 относительно шатуна 2 и после установки замыкают цилиндрическую поверхность выемки 5 в районе их расположения. Палец 3 выполнен изогнутым с возможностью выпрямления под действием рабочей нагрузки на поршень 1, при этом центр дуги продольной геометрической оси 4 пальца 3 расположен на стороне, противоположной шатуну 2.
Поршневой палец 3 может быть выполнен заодно с шатуном 2, либо он может быть прикреплен к шатуну 2 при помощи резьбового соединения 12, а изгиб пальца 3 осуществляют во время затяжки резьбового соединения 12 при креплении пальца 3 к шатуну 2.
Крышки 6 могут быть выполнены с возможностью изменения радиального зазора между цилиндрическими поверхностями пальца 3 и крышки 6, например, путем шлифования плоскостей сопряжения крышек 6 с поверхностью поршня 1.
Тронк 8 поршня 1 может быть выполнен сборным и снабжен сменными направляющими накладками 9 скольжения, прикрепляемыми к противоположным сторонам поршня 1 в плоскости качания шатуна 2 при помощи резьбового соединения 10. Поверхности 11 скольжения контактируют с внутренней поверхностью цилиндра (на чертежах не показан), в котором установлен поршень 1.
Направляющие накладки 9 могут быть установлены с возможностью изменения расстояния их поверхностей 11 скольжения относительно тронка 8, например, путем размещения регулировочных прокладок (на чертежах не показаны) между тронком 8 и накладками 9. Таким образом возможна подгонка требуемого диаметрального зазора между накладками 9 и рабочей поверхностью цилиндра (на чертежах не показан).
Описываемая шатунно-поршневая группа работает следующим образом. Рабочее давление в цилиндре поршневой машины воздействует на днище поршня 1, который перемещается в цилиндре. При этом силовое воздействие рабочей среды передается поршневому пальцу 3 по всей длине цилиндрической образующей поверхности пальца 3. То есть достигается максимально возможное использование длины пальца 3, а значит, минимизируется его масса. При этом отсутствуют условия для возникновения изгиба пальца 3, что позволяет уменьшить его жесткость за счет уменьшения наружного диаметра, а значит, также уменьшить его массу. При этом уменьшение диаметра позволит также снизить окружную скорость в месте контакта поверхности выемки 5 и пальца 3, что расширяет скоростной диапазон работы машины или увеличивает надежность узла.
Палец 3 передает силовое воздействие шатуну 2, который расположен на стороне пальца 3, противоположной выемке 5. При этом отсутствие условий для возникновения изгиба пальца 3 значительно повышает надежность работы поворотного узла скольжения. Предварительный изгиб пальца 3 навстречу действию нагрузки позволяет обеспечить оптимальную форму взаимодействующих поверхностей выемки 5 и пальца 3, продольная геометрическая ось 4 которого выпрямляется под действием нагрузки.
Крышки 6 удерживают палец 3 в выемке 5 и воспринимают инерционные нагрузки, действующие на поршень 1 при обратном его движении, а также часть боковой нагрузки при наклоне шатуна 2.
Направляющие накладки 9 передают боковую нагрузку на рабочую поверхность цилиндра, в котором установлен поршень 1. Выполнение накладок 9 в виде отдельных деталей позволяет выбрать оптимальный материал и технологию выполнения поверхностей скольжения независимо от материала поршня 1. Это позволяет также простыми средствами обеспечить оптимальный зазор в сопряжении поршня 1 и цилиндра, а также изменять указанный зазор при эксплуатации машины без замены деталей всей группы.
Таким образам, использование описываемой шатунно-порпшевой группы позволяет повысить надежность работы поршневой машины, снизить массу возвратно-поступательно движущихся масс поршневой машины и повысить ремонтопригодность группы.