РЕДУКТОРНО-ДЕМПФЕРНЫЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
GEARED DAMPER AND CRANK-AND-ROD MECHANISM IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автотракторных поршневых двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Известно устройство кривошипно-шатунного механизма (КШМ), состоящее из коленчатого вала, шатунов, поршневых пальцев, описанная в технической литературе: Расчет автомобильных и тракторных двигателей, А.И.Колчин, В.П.Демидов, М., Высшая школа, 2002, далее - ист. В коленчатом вале различают коренные и шатунные шейки, соединенные с помощью щек между собой. Коренными шейками вал установлен с помощью подшипников в картере ДВС. Шатун посредством поршневого пальца соединен с поршнем, а кривошипной головкой с шатунной шейкой коленчатого вала. Диаметр шатунной шейки коленчатого вала в несколько раз больше диаметра поршневого пальца (стр.273 и 309). Коленчатый вал наиболее сложная деталь ДВС, воспринимающая периодические нагрузки от давления газов, сил инерции и их моментов. Действия сил приводит к возникновению значительных напряжений скручивания, изгиба и растяжения - сжатия, вызывающие напряжения кручения (стр.307). С целью снижения влияния перечисленных проявлений на трансмиссию транспортного средства, в числе прочих решаемых задач, на коленчатый вал установлен маховик. Недостатком конструкции КШМ является: выполнение одновременно двух функций - преобразователя и трансмиссии, большая масса, что создает значительные трудности при его балансировке, наличие многозвенных коленчатых элементов в коленчатом вале, сложная технология изготовления и низкая долговечность.
Задача, на решение которой направлено изобретение, являются упрощение конструкции и технологии изготовления КШМ, уменьшение несбалансированных масс и повышение эффективных показателей ДВС. Задача решается тем, что редукторно-демпферный кривошипно-шатунный механизм, содержащий шатун, поршневой палец, вал, подшипники, маховик, согласно изобретению содержит кривошипные преобразователи по числу цилиндров и трансмиссию. Преобразователь содержит оси, закрепленные в картере двигателя, с установленными на них с возможностью вращения зубчатыми колесами, между парой которых посредством пальца установлен шатун. Трансмиссия выполнена в виде нескольких валов с установленными на них шестернями, введенными в зацепление с повышением числа оборотов (редукцией) с зубчатыми колесами. Валы с шестернями объединяют преобразователи в единый механизм. Понижение числа оборотов вала (обратная редукция) осуществлена на зубчатом колесе, связанном с маховиком. При этом зубчатые колеса содержат зубчатый венец с внутренними опорными выступами и корпус с внешними опорами, например четырехлистник, с возможностью углового смещения относительно друг друга, между которыми установлены подпружиненные амортизационные устройства и буферные приспособления, демпфирующие ударные составляющие момента вращения, и ограничители углового колебания.
Такая конструкция редукторно-демпферного кривошипно-шатунного механизма позволяет за счет распределения крутящего момента между несколькими прямолинейными валами и редукцией числа оборотов многократно уменьшить эффективные сечения деталей кривошипного механизма и трансмиссии. Применение демпферов уменьшает износ деталей механизма, снижает вибрации ДВС и уменьшает влияния кривошипно-шатунных преобразователей друг на друга. Позволяет: повысить унификацию ДВС, проводить стендовую балансировку отдельных преобразователей, настройку амортизаторных устройств и буферных приспособлений. Благодаря этому достигается заявленный изобретением технический результат: упрощение конструкции и технологии изготовления КШМ, уменьшение несбалансированных масс и повышение эффективных показателей ДВС.
Заявителю не известно использование в науке и технике отличительных признаков КШМ с достижением указанного технического результата.
На фиг.1-3 приведен пример выполнения редукторно-демпферного кривошипно-шатунного механизма.
Фиг.1 - продольный разрез кривошипно-шатунного механизма;
Фиг.2 - сечение механизма по А-А;
Фиг.3 - сечение преобразователя по Б-Б;
Изобретение поясняется примером выполнения.
Редукторно-демпферный КШМ (фиг.1-2) содержит закрепленные в картере 1 оси 2, на которых с возможностью вращения установлены зубчатые колеса 3, между парой которых посредством пальца 4 установлен шатун 5, шарнирно связанный с поршневым пальцем 6. Пальцы 4 и 6 взаимозаменяемы и имеют одно эффективное сечение. Стержень шатуна 5 имеет равное эффективное сечение по всей длине, если иного не предусмотрено конструкцией. Трансмиссия состоит из валов 7, установленных в картере с возможностью вращения, с закрепленными на них шестернями 8, которые введены в зацепление с зубчатыми колесами 3, образуют редуктор и кинематически объединяют зубчатые колеса между собой. На конце вала 7 закреплена шестерня 8, которая находятся в зацеплении с зубчатым колесом 3 сблокированным с маховиком 9. Количество применяемых валов 7, их размещение и эффективное сечение, а также передаточное число редуктора определено конструкцией двигателя. Зубчатое колесо 3 (фиг.3) содержит внешнюю и внутреннюю детали, имеющие возможность углового смещения относительно друг друга. Во внешней детали различают зубчатый венец 10 с внутренними опорами 11. Во внутренней детали (в примере - четырехлистник) имеются опорные выступы 12, в одном из которых предусмотрено посадочное место для установки пальца 4 и ограничители углового смещения 13 и 14. Между опорами 11 и 12 установлены подпружиненные амортизирующие устройства 15 и буферные приспособления 16. С маховиком 9 блокируется внутренняя деталь зубчатой шестерни 12.
Редукторно-демпферный КШМ работает следующим образом. На такте сжатия, под действием момента вращения маховика 9 с одной стороны и противодействующего момента от сжимаемого воздуха (топливовоздушной смеси) в надпоршневом объеме, происходит безударная посадка опорных выступов 12 (посредством ограничителей 13) и 11 к моменту воспламенения топливовоздушной смеси. После прохождения поршнем в.м.т. происходит смена знака тангенциальной силы с отрицательного на положительное значение. В результате чего в соприкосновение входят противоположные стороны опорных выступов (посредством ограничителей 14). При этом амортизационное устройство 15 и буферное приспособление 16 обеспечивают их безударную посадку. Под действием повышающегося давления в камере сгорания, поступательное движение поршня через шатун 5 и палец 4, в виде положительной тангенциальной силы, воздействует на зубчатое колесо 4 и приводит его во вращение. При этом происходит передача момента вращения шестерне 8 и валу 7 с редукцией числа оборотов и демпфированием ударных составляющих момента вращения. Воспринятый валом 7 крутящий момент через шестерню и зубчатое колесо 13 передается на маховик 14 с обратной редукцией числа оборотов и демпфированием ударных составляющих момента вращения. Это позволяет получить заявленный технический результат: упрощение конструкции и технологии изготовления КШМ, уменьшение несбалансированных масс и повышение эффективных показателей ДВС.
Изобретение может быть осуществлено в других вариантах исполнения: шестерня 8 может иметь аналогичную зубчатому колесу конструкцию, при этом шестерни, принадлежащие одному кривошипному преобразователю, жестко соединены между собой, например посредством втулки.