RU2411407C2 - Шатунно-поршневая группа - Google Patents
Шатунно-поршневая группа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411407C2 RU2411407C2 RU2008140442/06A RU2008140442A RU2411407C2 RU 2411407 C2 RU2411407 C2 RU 2411407C2 RU 2008140442/06 A RU2008140442/06 A RU 2008140442/06A RU 2008140442 A RU2008140442 A RU 2008140442A RU 2411407 C2 RU2411407 C2 RU 2411407C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connecting rod
- piston
- insert
- head
- contact surfaces
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/10—Connection to driving members
- F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
- F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/10—Pistons having surface coverings
- F02F3/12—Pistons having surface coverings on piston heads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J7/00—Piston-rods
Abstract
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.
Description
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.
Claims (7)
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.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008140442/06A RU2411407C2 (ru) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Шатунно-поршневая группа |
US12/998,368 US20110197847A1 (en) | 2008-10-14 | 2009-10-13 | Connecting rod-piston group |
PCT/RU2009/000537 WO2010044702A2 (ru) | 2008-10-14 | 2009-10-13 | Шатунно-поршневая группа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008140442/06A RU2411407C2 (ru) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Шатунно-поршневая группа |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008140442A RU2008140442A (ru) | 2010-04-20 |
RU2411407C2 true RU2411407C2 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=42107090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008140442/06A RU2411407C2 (ru) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | Шатунно-поршневая группа |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110197847A1 (ru) |
RU (1) | RU2411407C2 (ru) |
WO (1) | WO2010044702A2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103629076B (zh) * | 2013-10-12 | 2017-12-15 | 合肥凌达压缩机有限公司 | 一种压缩机活塞销、活塞、活塞组件及其组装方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB386815A (en) * | 1931-03-09 | 1933-01-26 | Pier Giorgio Vanni | Improvements in or relating to pistons |
DE578090C (de) * | 1931-03-10 | 1933-06-09 | Pier Giorgio Vanni | Kolben fuer Brennkraftmaschinen |
US2860016A (en) * | 1956-06-01 | 1958-11-11 | Carrier Corp | Lubrication means |
US3908623A (en) * | 1974-08-23 | 1975-09-30 | Edward M Mcwhorter | Advanced reciprocating engine system |
US6131544A (en) * | 1997-06-11 | 2000-10-17 | Zakharov; Evgeny Nikolaevich | Connecting-rod and piston assembly |
EP0892198A1 (de) * | 1997-07-18 | 1999-01-20 | Werner Achermann | Koaxiale Kolbenführung |
FR2786530B1 (fr) * | 1998-11-26 | 2001-01-19 | Vianney Rabhi | Dispositif de transmission mecanique pour moteur a cylindree variable |
FR2827634B1 (fr) * | 2001-07-18 | 2003-10-03 | Vianney Rabhi | Perfectionnements apportes aux dispositifs de transmission mecanique pour moteur a cylindree variable |
WO2006081560A1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-03 | Vrb, Llc | V-roller bearing and engine |
-
2008
- 2008-10-14 RU RU2008140442/06A patent/RU2411407C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-10-13 WO PCT/RU2009/000537 patent/WO2010044702A2/ru active Application Filing
- 2009-10-13 US US12/998,368 patent/US20110197847A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008140442A (ru) | 2010-04-20 |
US20110197847A1 (en) | 2011-08-18 |
WO2010044702A2 (ru) | 2010-04-22 |
WO2010044702A3 (ru) | 2010-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5912360B2 (ja) | ロッキングジョイントアセンブリ | |
US8881695B2 (en) | Variable compression ratio internal combustion engine | |
US7357104B2 (en) | Internal combustion engine piston crank mechanism | |
US7647911B2 (en) | Small end con rod guidance piston | |
JP2005069270A (ja) | 内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構 | |
CN100538055C (zh) | 具有不对称销孔槽布置的活塞 | |
US7451737B2 (en) | Powertrain of an internal combustion engine with piston and connecting rod | |
RU2411407C2 (ru) | Шатунно-поршневая группа | |
GB2107822A (en) | Roller bearing for reciprocating machine | |
RU2508481C2 (ru) | Поршневое подшипниковое устройство | |
WO2011097016A2 (en) | Single-crankshaft, opposed-piston engine constructions | |
CN103696869B (zh) | 滚动摩擦组合式活塞 | |
US3396819A (en) | Lubrication of connecting rod big-end bearings | |
RU2387853C1 (ru) | Поршневая машина | |
EP1412617B1 (en) | Improvements relating to axial motors | |
RU2378514C1 (ru) | Кривошипно-кулисная поршневая машина | |
JP2019148207A (ja) | 可変圧縮比機構 | |
JP6485174B2 (ja) | 内燃機関 | |
US8770089B2 (en) | Crankshaft-link piston machine | |
JP2004536991A5 (ru) | ||
RU2381373C1 (ru) | Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания | |
CN109469547B (zh) | 一种气缸同轴布置的水平对置发动机 | |
US20150114218A1 (en) | Piston with active structure | |
KR20120028563A (ko) | 엔진의 피스톤 장치 | |
RU2405953C1 (ru) | Ромбический кривошипно-планетарный поршневой механизм |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201015 |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL 27-2021 |