RU2500909C1

RU2500909C1 - Crank mechanism of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2500909C1
Application number: RU2012114106/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Сливинский; Сергей Юрьевич Радин; Владимир Сергеевич Лихачёв; Марина Александровна Родионова; Светлана Геннадьевна Соколова
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-12-10
Also published as: RU2012114106A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: crank mechanism of an ICE comprises a crank shaft, hingedly connected with connecting rods, interconnected with their head via splints with responsive splints made on the surface of a piston finger in its middle part. Connecting rods with the help of a piston finger are connected with pistons movably placed in the unit of the engine cylinders. One end of the piston finger also with the help of splints is connected with responsive splints cut along the bushing placed as fixed in the piston lug. The other end of the piston finger has a smooth surface and is movably installed in the bushing, rigidly fixed in the other piston lug.

EFFECT: increased operating reliability of a crank mechanism in an ICE.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях двигателей внутреннего сгорания, применяемых на транспорте и в стационарных установках различного назначения.The present invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the construction of internal combustion engines used in transport and in stationary installations for various purposes.

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.Known crank mechanism used in vehicle designs, shown and described, for example, in the book of A.V. Karyagin and G.M. Solovyov "Device, maintenance and traffic rules of the car." Textbook for the training of car drivers, 4th ed., Revised. Military Publishing House of the USSR Ministry of Defense M., 1960, pp. 40-48, fig. 21, fig. 23, fig. 24 and fig. 25. Such a mechanism consists of a crankshaft with a flywheel, on which the connecting rods are pivotally mounted, the latter also pivotally connected by means of piston fingers located in the piston bosses. Significant disadvantages of such a crank mechanism is that during the operation of the engine under load in its kinematic pairs (connecting rod head - piston pin and connecting rod neck - connecting rod), significant dynamic loads arise, which are the result of uneven travel of the crank group due to due to fluctuations in the angular velocity of such a mechanism. This phenomenon adversely affects the reliability of not only the crank mechanism, but the entire engine as a whole.

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.Also known is the crank mechanism used in ICE wheeled tractors, shown and described in the book: T28X4 row crop tractor for cultivating cotton and other high-stem crops. Manual. Ed. ch. Plant Designer V.V. Efros. M .: Publishing. Kolos, 1970, pp. 23-26, Fig. 7. The design of such a crank mechanism is generally similar to that described above and therefore their disadvantages are similar.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и устойчивости движения конструкционных элементов кривошипно-шатунных механизмов ДВС.Therefore, the aim of the invention is to increase the reliability and stability of the structural elements of the crank mechanisms of the internal combustion engine.

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.The goal is achieved by the fact that the piston pins on one of their end sides are provided with slots interacting with the reciprocal bosses of the piston bosses, in their middle part they are also connected with similar splines in the holes of the connecting rod heads, and with opposite ends of the sides, said piston fingers have a smooth outer circular surface movably mated to respective piston boss sleeves having a mating smooth circular surface.

На чертежах фиг.1 показан поршень с частью шатуна кривошипно-шатунного механизма ДВС в разрезе вертикальной плоскостью, а на фиг.2 - его поршневой палец.In the drawings of FIG. 1, a piston is shown with a part of the connecting rod of the ICE crank mechanism in a vertical plane section, and in FIG. 2, its piston pin.

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.The ICE crank mechanism consists of a crankshaft (not shown in the drawing), which is pivotally connected to a connecting rod 1, interconnected by its head 2 through slots 3 with counter slots 4, made on the circular surface of the piston pin 5. Piston pin 5 using other splines 6 is also connected to the mating slots 7, cut into a sleeve 8, which is stationary in the boss 9 of the piston 10. The other end of the piston pin 5 has a smooth circular surface and is movably mounted in the sleeve 11, rigidly fixed in another boss 12 then nya 10. The piston pin 5 is secured against axial displacement in the lugs 9 and 12 locks snap rings 13. The piston 10 is provided with piston rings 14 and is movably arranged in the cylinder 15, the internal combustion engine.

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.The crank mechanism of the internal combustion engine works as follows. Suppose that the piston 10 at some instantaneous time is in an equal state from the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC), then as it is known in this case, the longitudinal axis of the trajectory of its movement will be perpendicular to the transverse axis of the position of the crank neck, those. the angle between them is 90 °. In this case, the longitudinal axis of the connecting rod relative to the vertical axis of symmetry, along which the piston 10 moves, will be inclined to it at a certain angle. With this position of the links of the "crank" and "slider" (see, for example, the book: Applied Mechanics. Textbook for universities. Edited by V.M. Ossetskogo. Publishing House. 2 nd, revised and additional M .: Engineering, 1977, pp. 39-44, Fig. 32 and Fig. 34) of the crank mechanism (in our case, representing the crankshaft, rod and piston) peripheral speed at point 3 (see Fig. 32a of this book) reaches its maximum, and the acceleration is zero (Fig. 34a), but already upon transition to the 4th point it increases sharply, and this significantly affects the dynamic immersion like the crankshaft of the shaft of the connecting rod and piston pin of course. However, in the proposed technical solution, due to the presence of slots 3 and 4, as well as slots 6 and 7 of the piston pin 5, which is made of elastic grades of steel, some elastic angular deformation occurs, which allows a certain degree of damping of the emerging dynamic load on the indicated element base crank mechanism. After reaching the TDC by the piston 10, the instantaneous speed of the piston 10 becomes zero, and the acceleration reaches its maximum, but since the piston pin 5 has elastic properties, then, in this case, working on bending, it will also allow damping those dynamic loads that occur when transition piston 10 TDC. After that, the piston 10 receives translational motion in the opposite direction and its piston pin 5 again receives elastic deformation of frequent torsion, thereby creating smooth conditions for the stroke of the piston 10 similar to that described above. Subsequently, the piston 10 having reached the BDC creates conditions for damping dynamic loads in the same way as the operation of the crank mechanism for the position of the piston in TDC is described. As a result, the described processes can be repeated many times during the operation of the internal combustion engine.

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.The technical and economic advantage of the proposed technical solution in comparison with the known ones is obvious, since it is aimed at increasing the reliability and stability of the movement of the crank group of the ICE.

Claims

ICE crank mechanism, consisting of a crankshaft pivotally connected to connecting rods, the other end of which is also pivotally connected by piston fingers to pistons movably placed in the engine block, characterized in that the piston fingers are provided with splines on one of their end sides interacting with reciprocal slots made in the respective bosses of the piston bosses, in their middle part they are also connected with other splines to similar slots located in the holes of the heads connecting rods, and from the opposite end sides of said piston fingers have a smooth outer circular surface, movably mated with the corresponding bushings of the bosses of the pistons having a reciprocal inner smooth circular surface.