Шатунно-поршневая группа



Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа
Шатунно-поршневая группа

 


Владельцы патента RU 2411407:

Захаров Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к узлам поршневых машин, преимущественно, двигателей внутреннего сгорания. Шатунно-поршневая группа содержит установленный в цилиндре поршень с головкой и вставкой, поршневой палец и шатун с верхней и нижней головками и стержнем. Вставка выполнена в виде полого коробчатого ребра жесткости, передающего от шатуна реактивную нагрузку на корпус посредством контактных поверхностей. В полости короба размещены верхняя головка и часть стержня шатуна, а отверстие под поршневой палец выполнено в боковых стенках короба вставки. Головка связана со вставкой посредством шарнира с возможностью самоустановки головки по поверхности цилиндра за счет ее перемещения относительно вставки во всех направлениях, по меньшей мере, в плоскости, пересекающей продольную ось цилиндра. При этом корпус снабжен ответными контактными поверхностями, взаимодействующими с контактными поверхностями вставки, и ответные контактные поверхности расположены на отдельных опорных элементах, закрепленных на корпусе. Технический результат: повышение КПД, надежности и ресурса с обеспечением высоких удельных массо-габаритных параметров машин, использующих описываемый узел. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к узлам поршневых машин, преимущественно, двигателей внутреннего сгорания.

Известна шатунно-поршневая группа, содержащая установленный в цилиндре поршень с головкой и вставкой, поршневой палец и шатун с верхней и нижней головками и стержнем (см. авторское свидетельство СССР 220675, опуб. 28.06.1968).

Недостатками известной шатунно-поршневой группы являются низкий КПД, малые надежность и ресурс из-за невозможности самоустановки головки поршня по поверхности цилиндра во всех направлениях, а также из-за деформирования поверхности цилиндра и ее перегрева от трения при передаче на корпус реактивной нагрузки от шатуна.

Техническим результатом являются повышение КПД, надежности и ресурса с обеспечением высоких удельных массо-габаритных параметров машин, использующих описываемый узел.

Поставленная задача достигается тем, что в шатунно-поршневой группе, содержащей поршень, по меньшей мере, с головкой и вставкой, поршневой палец и шатун с верхней и нижней головками и стержнем, причем поршень установлен в цилиндре, закрепленном на корпусе двигателя, а вставка выполнена в виде полого коробчатого ребра жесткости, передающего от шатуна реактивную нагрузку на корпус посредством контактных поверхностей, в полости короба размещены верхняя головка и часть стержня шатуна, отверстие под поршневой палец выполнено в боковых стенках короба вставки, головка связана со вставкой посредством шарнира с возможностью самоустановки головки по поверхности цилиндра за счет ее перемещения относительно вставки во всех направлениях, по меньшей мере, в плоскости, пересекающей продольную ось цилиндра, при этом корпус снабжен ответными контактными поверхностями, взаимодействующими с контактными поверхностями вставки, и ответные контактные поверхности расположены на отдельных опорных элементах, закрепленных на корпусе.

Поставленная задача достигается также тем, что между контактными поверхностями корпуса и вставки могут быть расположены катки, снабженные синхронизирующими шестернями, при этом каждая контактная поверхность снабжена зубчатыми рейками, зацепленными с соответствующими синхронизирующими шестернями катков.

Поставленная задача достигается также тем, что опорные элементы могут быть снабжены механизмом регулирования пространственного их положения.

Поставленная задача достигается также тем, что палец может быть выполнен в виде центрального цилиндрического тела с расположенными на двух его торцевых сторонах выступами, имеющими форму сегментов, цилиндрическая наружная поверхность которых является продолжением центрального цилиндрического тела, при этом наружная поверхность средней части центрального цилиндрического тела взаимодействует с верхней головкой шатуна посредством элементов качения, крайние его цилиндрические поверхности контактируют с внутренней поверхностью отверстий в боковых стенках короба вставки, а цилиндрические поверхности сегментных выступов контактируют с поверхностью вставки, передающей усилие через палец шатуну.

Поставленная задача достигается также тем, что поршень может быть снабжен юбкой.

Поставленная задача достигается также тем, что юбка может быть выполнена в виде стакана с буртиком, расположенного вокруг вставки, либо юбка выполнена заодно с головкой в виде стакана, расположенного вокруг вставки.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг.1 показан двухтактный двигатель с описываемой шатунно-поршневой группой при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ).

На фиг.2 - то же, при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ).

На фиг.3 показан трехмерный вид шатунно-поршневой группы в сборе.

На фиг.4 - то же, вид с разнесенными элементами.

На фиг.5 показан поршневой палец.

Двигатель с описываемой шатунно-поршневой группой содержит корпус 1, закрепленный на нем цилиндр 2, в котором размещен поршень 3, имеющий головку 4 и вставку 5, выполненную в виде полого коробчатого ребра жесткости. В отверстиях 6 вставки 5 установлен поршневой палец 7, взаимодействующий посредством элементов качения 8 с верхней головкой 9 шатуна 10, имеющего стержень 11 и нижнюю головку 12. Головка 4 поршня 3 связана со вставкой 5 посредством шарнира 13, выполненного, например, в виде байонетного соединения, с радиальным зазором между кольцевыми выступами 14 и 15 соответственно головки 4 и вставки 5. Радиальный зазор позволяет перемещаться головке 4 относительно вставки 5 во всех направлениях только в поперечной плоскости, ограничивая при этом их относительное перемещение вдоль направления движения поршня 3.

Вставка 5 снабжена контактными поверхностями 16 с зубчатыми рейками 17, а ответные контактные поверхности 18 снабжены зубчатыми рейками 19 и установлены на отдельных опорных элементах 20, закрепленных на корпусе 1. Между контактными поверхностями 16 и 18 расположены катки 21 с синхронизирующими шестернями 22, зацепленными с рейками 17 и 19. Возможен и непосредственный контакт поверхностей 16 и 18 с их относительным скольжением при перемещении поршня 3.

Опорные элементы 20 снабжены механизмом 23 регулирования пространственного их положения. Механизм 23 содержит резьбовые элементы (болты) 24, контактирующие своими торцами с опорными элементами 20 и отжимающие их от корпуса 1, прижимая контактные поверхности 18 к каткам 21 и контактным поверхностям 16 вставки 5. Для предотвращения выпадения опорных элементов 20 в полость корпуса 1 при сборке машины, а также для создания надежного контакта с опорными торцевыми поверхностями болтов 24 при ее работе, осуществляют натяг опорных элементов 20 в сторону корпуса 1 к болтам 24 при помощи резьбового соединения 25. Для снятия напряжений в резьбовых соединениях и в месте контакта болтов 24 с опорными элементами 20 между торцами болтов 24 и опорными элементами 20 устанавливают подпятники 26 со сферическими поверхностями.

Поршневой палец 7 может быть выполнен в виде центрального цилиндрического тела 27 с расположенными на двух его торцевых сторонах выступами 28, имеющими форму сегментов, цилиндрическая наружная поверхность которых является продолжением центрального цилиндрического тела 27. Наружная поверхность средней части центрального цилиндрического тела 27 взаимодействует с верхней головкой 9 шатуна посредством элементов качения 8. Крайние цилиндрические поверхности 32 центрального цилиндрического тела 27 контактируют с внутренней поверхностью отверстий 6 в боковых стенках короба вставки 5. Цилиндрические поверхности сегментных выступов 28 контактируют с поверхностью вставки 5, передающей усилие через палец 7 шатуну 10.

Поршень 3, кроме головки 4 и вставки 5, может содержать юбку 29, выполненную в виде стакана с буртиком 30. Либо юбка 29 может быть выполнена заодно с головкой 4. Так как в описываемом изобретении юбка 29 не участвует в передаче реактивной нагрузки, то она может быть выполнена тонкостенной и может служить в качестве удлинения направляющей поверхности головки 4 для повышения надежности ее самоустановки. В двухтактных двигателях с щелевой продувкой юбка 29 может выполнять функции золотникового органа для перекрытия выпускных окон при положении поршня 3 в районе ВМТ.

Поршневая машина с описываемой шатунно-поршневой группой работает следующим образом.

Возвратно-поступательные движения поршня 3 преобразуются при помощи шатуна 10 и кривошипа 31 во вращение коленчатого вала, либо, наоборот, вращение вала 2 преобразуется в движение поршня 3. В любом механизме преобразования движения при его работе возникает реактивная сила, воспринимаемая корпусом. В поршневой машине реактивная сила, как правило, воспринимается рабочей поверхностью цилиндра непосредственно от тела поршня. При таком непосредственном контакте возникают деформации как поверхности цилиндра, так и тела поршня, что ухудшает надежность уплотнения рабочей полости и приводит к ускоренному износу контактирующих поверхностей из-за их перегрева как от прорыва газов, так и от трения.

Кроме того, перегрев контактирующих деталей, а также использование трения скольжения, предусматривает наличие гарантированного зазора в сопряжении, что приводит к угловым колебаниям всего поршня вместе с головкой и кольцами. Это также приводит к снижению надежности уплотнения рабочей полости. При этом для обеспечения скольжения требуется гарантированный слой жидкой смазки на всех участках движения и на всех режимах, что является проблематичным вообще для всех возвратно-поступательно движущихся пар. В двигателе внутреннего сгорания появляется дополнительная проблема удержания смазки на перегретой поверхности цилиндра.

Размещение контактных поверхностей 18 вне цилиндра 2 позволяет разгрузить его от действия реактивных сил. Отсутствие боковых нагрузок на поверхность цилиндра 2 с обеспечением равномерности его нагрева по окружности, а также самоустановка головки 4 поршня 3 с уплотнительными кольцами, позволяют повысить надежность уплотнения рабочей полости на протяжении всего рабочего хода поршня 3.

Использование катков 21, катящихся возвратно-поступательно между контактными поверхностями 18 и 16, позволяет значительно снизить механические потери. При этом угловые колебания поршня 3, неточности его установки и относительные деформации (тепловые и механические) корпуса и цилиндра не сказываются на положении его головки 4 из-за наличия шарнира 13.

В двухтактном двигателе поршневой палец 7 испытывает однонаправленную нагрузку. Поэтому со стороны действия этой нагрузки (со стороны камеры сгорания) поверхность пальца 7 выполняется максимально возможной с обеспечением приемлемой его жесткости, а со стороны вала 32 поверхность выполняется минимальной, рассчитанной только на передачу силового воздействия шатуну 10 и удержание пальца 7 во вставке 5. Отрывных инерционных нагрузок в двухтактных двигателях не возникает, поэтому толщина стенок коробчатого ребра вставки 5 может быть относительно небольшой, что дает выигрыш при компоновке двигателя и позволяет уменьшить его размер вдоль оси цилиндра. При такой оптимизации формы пальца 7 уменьшается его масса.

Таким образом, использование описываемой шатунно-поршневой группы позволяет повысить КПД поршневых машин как за счет снижения прямых механических потерь, так и за счет улучшения условий работы цилиндропоршневой пары, повысить надежность и ресурс машин, а также улучшить их удельные массо-габаритные параметры.

1. Шатунно-поршневая группа, содержащая поршень, по меньшей мере, с головкой и вставкой, поршневой палец и шатун с верхней и нижней головками и стержнем, причем поршень установлен в цилиндре, закрепленном на корпусе двигателя, а вставка выполнена в виде полого коробчатого ребра жесткости, передающего от шатуна реактивную нагрузку на корпус посредством контактных поверхностей, в полости короба размещены верхняя головка и часть стержня шатуна, отверстие под поршневой палец выполнено в боковых стенках короба вставки, головка связана со вставкой посредством шарнира с возможностью самоустановки головки по поверхности цилиндра за счет ее перемещения относительно вставки во всех направлениях, по меньшей мере, в плоскости, пересекающей продольную ось цилиндра, при этом корпус снабжен ответными контактными поверхностями, взаимодействующими с контактными поверхностями вставки, и ответные контактные поверхности расположены на отдельных опорных элементах, закрепленных на корпусе.

2. Шатунно-поршневая группа по п.1, отличающаяся тем, что между контактными поверхностями корпуса и вставки расположены катки, снабженные синхронизирующими шестернями, при этом каждая контактная поверхность снабжена зубчатыми рейками, зацепленными с соответствующими синхронизирующими шестернями катков.

3. Шатунно-поршневая группа по п.1, отличающаяся тем, что опорные элементы снабжены механизмом регулирования пространственного их положения.

4. Шатунно-поршневая группа по п.1, отличающаяся тем, что палец выполнен в виде центрального цилиндрического тела с расположенными на двух его торцевых сторонах выступами, имеющими форму сегментов, цилиндрическая наружная поверхность которых является продолжением центрального цилиндрического тела, при этом наружная поверхность средней части центрального цилиндрического тела взаимодействует с верхней головкой шатуна посредством элементов качения, крайние его цилиндрические поверхности контактируют с внутренней поверхностью отверстий в боковых стенках короба вставки, а цилиндрические поверхности сегментных выступов контактируют с поверхностью вставки, передающей усилие через палец шатуну.

5. Шатунно-поршневая группа по п.1, отличающаяся тем, что поршень снабжен юбкой.

6. Шатунно-поршневая группа по п.5, отличающаяся тем, что юбка выполнена в виде стакана с буртиком, расположенного вокруг вставки.

7. Шатунно-поршневая группа по п.5, отличающаяся тем, что юбка выполнена заодно с головкой в виде стакана, расположенного вокруг вставки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к поршневому пальцу и предназначено для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна в двигателе внутреннего сгорания. .

Поршень // 2395699
Изобретение относится к двигателестроению. .

Поршень // 2379563

Изобретение относится к несущей конструкции демпфера в гидроцилиндре. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению и м.б. .

Изобретение относится к двигателестроению и м.б. .

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики и может быть использовано для создания нагрузок при испытаниях рулевых машин, а также для настройки параметров гидравлических усилителей.

Поршень // 2419736
Изобретение относится к поршням для использования в двигателях

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании пространственных четырехзвенных механизмов

Изобретение относится к поршню для тормозной системы с гидравлическим приводом

Изобретение относится к нефтепромысловой технике, в частности к устройствам для изготовления двухсторонних поршней для буровых насосов, используемых в буровых установках при перекачивании абразивосодержащих жидкостей, главным образом при повышенных давлениях и температурах

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, авторемонту и к компрессорному оборудованию, поршневой машине, содержащей цилиндропоршневую группу, включающую поршень с размещенными в его канавках компрессионными кольцами, и имеющей два вкладыша, установленные в выемках на боковой поверхности поршня, а также конструктивные узлы, предназначенные для взаимно смещенной ориентации положения замков колец, вкладыши размещены над вторым компрессионным кольцом, симметрично положению центра его замка, с расстоянием между краями выемок, не превышающим минимально заданный запас. Каждый конструктивный узел для взаимно смещенной ориентации положения замков колец выполнен ограниченно подвижным, в частности в виде ролика, входящего в верхнюю (кольцевую) часть обоймы с масленым зазором и скользящего с масленным зазором между концевыми упорами нижней обоймы, выполненной в виде сегментного желоба, выфрезерованного в теле поршня, углы конусности верхних и нижних проточек в замках компрессионных колец выполнены разными. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных качеств. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к кривошипно-шатунным механизмам. Кривошипно-шатунный механизм ДВС состоит из коленчатого вала, шарнирно соединенного с шатунами, взаимосвязанными своей головкой через шлицы с ответными шлицами, выполненными на поверхности поршневого пальца в его средней части. Шатуны при помощи поршневого пальца связаны с поршнями, подвижно размещенными в блоке цилиндров двигателя. Один конец поршневого пальца также при помощи шлицев соединен с ответными шлицами, нарезанными во втулке, размещенной неподвижно в бобышке поршня. Другой конец поршневого пальца имеет гладкую поверхность и подвижно установлен во втулке, жестко закрепленной в другой бобышке поршня. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности кривошипно-шатунного механизма ДВС. 2 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Способ осевой фиксации шатуна двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что шатун удерживают в осевом направлении по верхней головке шатуна приливами поршня и стопорными элементами в виде пружинных колец. Шатун устанавливают неподвижно относительно поршневого пальца посадкой с натягом, а пружинные кольца устанавливают в канавках приливов поршня. Технический результат заключается в увеличении ресурса работы и снижении механических потерь. 1 ил.

Изобретение относится к поршневому подшипниковому устройству двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит поршень с по меньшей мере верхней частью и нижней частью, жестко скрепленными друг с другом, и шатун (2), имеющий верхний конец (2а) с поршневыми пальцевыми средствами (3), установленными между упомянутыми частями (1a, 1b) поршня и соединенными с возможностью поворота с поршнем. Верхний конец (2а) шатуна (2) выполнен с первой рабочей поверхностью (2а1) подшипника, зацепленной с возможностью поворота с внутренней поверхностью верхней части поршня. Поршневые пальцевые средства (3) имеют вторую и третью рабочие поверхности (3а) подшипника, расположенные с каждой стороны шатуна (2) и на противоположной стороне поршневых пальцевых средств (3) относительно первой рабочей поверхности (2а1) подшипника. Рабочие поверхности (2а1; 3а) имеют по существу форму половины цилиндра, и радиус (R1) кривизны первой рабочей поверхности (2a1) по существу больше, чем радиус (R2) кривизны второй и третьей рабочих поверхностей (3а). Технический результат: обеспечение надежного решения для выдерживания увеличенных давлений цилиндра и скоростей, использующихся в двигателях внутреннего сгорания, особенно больших дизельных двигателях. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Заявляемая группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению, и может быть использована в цилиндрах различного назначения, в частности в цилиндропоршневых узлах поршневых компрессоров. Достигается упрощение конструкции, а также предотвращение самоотвинчивания поршня высокого давления с одновременным прижатием поршня низкого давления к упорному бурту штока. Поршень составной дифференциальный по варианту 1 содержит шток (1) с упорным буртом (2), поршни низкого (3) и высокого (4) давлений. Поршень низкого давления (3) выполнен с осевым отверстием и насажен на шток (1) до упорного бурта (2). Поршень высокого давления (4) выполнен сплошным и закреплен на штоке (1) со стороны насаживания поршня низкого давления (3) при помощи резьбового соединения. При этом поршень высокого давления (4) прижимает поршень низкого давления (3) к упорному бурту (2) штока (1). При этом между поршнями высокого (4) и низкого (3) давлений расположена корончатая шайба (5). Поршень составной дифференциальный по варианту 2 содержит шток (1) с упорным буртом (2), поршни низкого (3) и высокого (4) давлений. Поршень низкого давления (3) выполнен с осевым отверстием и насажен на шток (1) до упорного бурта (2). Поршень высокого давления (4) выполнен полым и закреплен на штоке (1) со стороны насаживания поршня низкого давления (3) при помощи резьбового соединения. При этом поршень высокого давления (4) прижимает поршень низкого давления (3) к упорному бурту (2) штока (1). При этом между поршнями высокого (4) и низкого (3) давлений расположена корончатая шайба (5). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к деталям скольжения двигателя внутреннего сгорания. Деталь содержит основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия. Способ изготовления детали включает подготовку основы, нанесение на основу посредством термического напыления покрытия с открытой контактной поверхностью с обеспечением углубления одной из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия относительно другой или других фаз материала покрытия, при этом обеспечивают углубление фазы материала покрытия с наименьшей прочностью. Обеспечиваются оптимальные трибологические свойства контактных поверхностей. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Наверх