Результат интеллектуальной деятельности: КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВС

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях двигателей внутреннего сгорания, применяемых на транспорте и в стационарных установках различного назначения.

Известен кривошипно-шатунный механизм, используемый в конструкциях автомобилей, показанный и описанный, например, в книге А.В.Карягина и Г.М.Соловьева "Устройство, обслуживание и правила движения автомобиля". Учебное пособие для подготовки водителей автомобилей, 4-ое изд., перераб. Военное издательство Минобороны СССР М., 1960 г., стр.40-48, рис.21, рис.23, рис.24 и рис.25. Такой механизм состоит из коленчатого вала с маховиком, на котором шарнирно установлены шатуны, причем последние также шарнирно с помощью поршневых пальцев, расположенных в бобышках поршней, соединены с ними. Существенными недостатками такого кривошипно-шатунного механизма является то, что в процессе работы двигателя под нагрузкой в его кинематических парах (головка шатуна - поршневой палец и шатунная шейка - шатун) возникают значительные по величине динамические нагрузки, являющиеся результатом неравномерности хода кривошипно-шатунной группы из-за колебаний угловой скорости такого механизма. Такое явление отрицательно сказывается на надежности не только кривошипно-шатунного механизма, но и всего двигателя в целом.

Известен также кривошипно-шатунный механизм, используемый в ДВС колесных тракторов, показанный и описанный в книге: Пропашной трактор Т28Х4 для возделывания хлопчатка и других высокостебельный культур. Руководство по эксплуатации. Под ред. гл. конструктора завода В.В.Эфроса. М.: Изд. Колос, 1970 г., стр.23-26, рис.7. Конструкция такого кривошипно-шатунного механизма в целом аналогична выше описанной и поэтому недостатки их подобны.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и устойчивости движения конструкционных элементов кривошипно-шатунных механизмов ДВС.

Проставления цель достигается тем, что поршневые пальцы с одной из их концевых сторон снабжены шлицами, взаимодействующими с ответными выполненными в соответствующих втулках бобышек поршней, в своей средней части они также при помощи других шлицев соединены с подобными расположенными в отверстиях головок шатунов, а с противоположных концевых сторон упомянутые поршневые пальцы имеют гладкую наружную круговую поверхность, подвижно сопряженную с соответствующими втулками бобышек поршней, имеющих ответную гладкую круговую поверхность.

На чертежах фиг.1 показан поршень с частью шатуна кривошипно-шатунного механизма ДВС в разрезе вертикальной плоскостью, а на фиг.2 - его поршневой палец.

Кривошипно-шатунный механизм ДВС состоит из коленчатого вала (на чертеже не показан), который шарнирно соединен с шатуном 1, взаимосвязанным своей головкой 2 через шлицы 3 с ответными шлицами 4, выполненными на круговой поверхности поршневого пальца 5. Поршневой палец 5 при помощи других шлицев 6 также соединен с ответными шлицами 7, нарезанными во втулке 8, размещенной неподвижно в бобышке 9 поршня 10. Другой конец поршневого пальца 5 имеет гладкую круговую поверхность и подвижно установлен во втулке 11, жестко закрепленной в другой бобышке 12 поршня 10. Поршневой палец 5 зафиксирован от осевого перемещения в бобышках 9 и 12 замочными пружинными кольцами 13. Поршень 10 снабжен поршневыми кольцами 14 и подвижно размещен в цилиндре 15 ДВС.

Работает кривошипно-шатунный механизм ДВС следующим образом. Предположим, что поршень 10 в какой-то мгновенный момент времени находится на равном состоянии от верхней мертвой точки (ВМТ) и нижней мертвой точки(НМТ), то как известно в этом случаи продольная ось траектории его движения будет перпендикулярна поперечной оси положения шейки кривошипа, т.е. угол между ними составляет 90°. При этом продольная ось шатуна относительно вертикальной оси симметрии, по которой движется поршень 10, будет наклонена к ней на определенный угол. При таком положении звеньев «кривошипа» и «ползуна» (см., например, книгу: Прикладная механика. Учебное пособие для вузов. Под ред. В.М.Осецкого. Изд-е. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977, стр.39-44, рис.32 и рис.34) кривошипно-шатунного механизма (в нашем случае представляющие коленчатый вал, шток и поршень) окружная скорость в точке 3 (см. рис.32а указанной книги) достигает своего максимума, а ускорение равно нулю (рис.34а), но уже при переходе в 4-ю точку оно резко возрастает, а это существенно сказывается на динамичном погружении как шейки коленчатого вала шатуна, так и конечно поршневого пальца. Однако в предложенном техническом решении за счет наличия шлицев 3 и 4, а также шлицев 6 и 7 поршневого пальца 5, который выполнен из упругих сортов стали, происходит его некоторая упругая угловая деформация, что позволяет в определенной степени демпфировать возникающую динамическую нагрузку на указанную элементную базу кривошипно-шатунного механизма. После достижения поршнем 10 ВМТ мгновенная скорость движения поршня 10 становится равно нулю, а ускорение достигает своего максимума, но так как поршневой палец 5 обладает упругими свойствами, то он, в этом случае работая на изгиб, также позволит демпфировать те динамические нагрузки, которые возникают при переходе поршнем 10 ВМТ. После этого поршень 10 получает поступательное движение в обратную сторону и его поршневой палец 5 вновь получает упругую деформацию частого кручения, создавая тем самым условия плавности хода поршня 10 подобно тому, как это было описано выше. В дальнейшем поршень 10 достигнув НМТ создает условия по демпфированию динамических нагрузок аналогично тому, как описана работа кривошипно-шатунного механизма для положения поршня в ВМТ. В итоге описанные процессы могут повторяться многократно при работе ДВС.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно направлено на повышение надежности и устойчивости движения кривошипно-шатунной группы ДВС.