Шатунные шейки — ua.MotoFocus.eu

Author: Pедакція, https://ua.motofocus.eu/ 29 Серпня 2013, 0:00

29.08.2013. Создание эффективного и прочного подшипника — это не только вопрос оптимальной конструкции вкладышей подшипника. Шатунные шейки также играют значительную роль, т.к. любое отклонение от допустимой геометрии может вызвать повреждение подшипника.

Осевая погрешность профиля
Осевая погрешность профиля шатунных шеек может представлять собой коническое, выпуклое или вогнутое отклонение (Рисунок 15). Степени допустимого отклонения формы определяются заданными предельными значениями и зависят от диаметра и толщины шатунной шейки. В Таблице 1 приведен пример с шейкой диаметром 50 мм.

Радиальная погрешность профиля
Радиальная погрешность профиля возникает в тех местах, где во время изготовления есть вибрации между инструментом и шатунной шейкой. На Рисунке 16 приведены примеры возможных радиальных погрешностей профиля. Степени допустимого отклонения формы зависят от типа отклонения, а также минимальной толщины масляной пленки. Минимальная толщина пленки масла зависит от нагрузки на подшипник.

[Рис. 15]

Создают такие погрешности формы шейки коленчатого вала в осевом направлении, как коническое, выпуклое или вогнутое отклонение от идеальной цилиндрической формы. Практически все шейки коленчатых валов имеют отклонения от идеальной цилиндрической формы. Решающее значение имеет разница между самым большим (a) и самым маленьким (b) диаметрами. Примеры предельно допустимых погрешностей формы приведены в Таблице 1.

[Рис. 16]
Типичные отклонения формы шеек коленчатого вала от идеальной круглой формы в радиальном направлении. На иллюстрации показаны отклонения от 1-го по 6-ой порядок. Такие погрешности формы возникают в том случае, если между шлифовальным кругом и проворачивающимся коленчатым валом создаются гармонические колебания.

Шероховатость поверхности
Вместе с осевыми и радиальными погрешностями формы еще одни важным свойством шатунной шейки является качество обработанной поверхности. Высокое качество обработанной поверхности минимизирует износ шейки и вкладыша. В Таблице 2 приведен ряд рекомендаций в отношении параметров Ra и Rz шероховатости поверхности.

Коленчатые валы из ЧШГ
В настоящее время коленчатые валы изготавливают либо из стали, либо из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ). ЧШГ содержит включения графита (так называемые «вкрапления» графита), повышающие эластичность материала. При производстве шеек из ЧШГ необходимо учитывать одну специфическую характеристику.

При перешлифовке шейки из чугуна с шаровидным графитом происходит разрезание «вкраплений» графита, а «размазывание» материала во время процесса резки вызывает формирование «крышек», закрывающих «вкрапления» графита. Поэтому даже если поверхность внешне выглядит гладкой, во время работы двигателя напряжения на «крышках» могут вызвать их разрушение, что приведет к повреждению подшипника (см. Рисунки 17 и 18). Формирования «крышек» следует избегать во что бы то ни стало. Для этого существуют два способа. Первый способ заключается в минимизации формирования «крышек» за счет использования полос из кубического нитрида бора (КНБ ). Второй способ — это газовое азотирование и полировка после шлифовки вала. «Крышки», подвергшиеся газовому азотированию, более хрупкие и во время полировки легче отламываются. Необходимо отметить, что шлифовка и полировка должны выполняться в противоположных направлениях, при этом полировка должна осуществляться в направлении вращения двигателя.

[Рис. 17] Пов ерхность «крышек» вкраплений графита на коленчатом вале
Схематическое увеличенное изображение шейки коленчатого вала, выполненного из чугуна с шаровидным графитом, в поперечном разрезе. Заштрихованные области представляют собой включения графита в матрицу чугуна. При перешлифовке шейки коленчатого вала включения графита разрезаются. Режущий инструмент «размазывает» сталь по включениям таким образом, что они частично или полностью закрываются «крышкой». Такие «крышки» могут быть опасны для двигателя. Циклическая нагрузка на подшипник может вызвать вибрацию или повреждение «крышек». Разрушение «крышек» может привести к повреждению подшипника частицами загрязнения.

[Рис. 18]
Увеличенное в 300 раз изображение шейки коленчатого вала, выполненного из чугуна с шаровидным графитом, в поперечном разрезе. На нем хорошо видны «крышки», показанные на Рисунке 17.

По материалам компании Federal-Mogul

Коленчатый вал

Коленчатый вал – один из наиболее ответственных и дорогостоящих конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент. Коленчатый вал воспринимает периодические переменные нагрузки от сил давления газов, а также сил инерции движущихся и вращающихся масс.

Коленчатый вал двигателя, как правило, цельный конструктивный элемент, поэтому правильно его называть деталью. Вал изготавливается из стали с помощью ковки или чугуна путем литья. На дизельных и турбированных двигателях устанавливаются более прочные стальные коленчатые валы.

Схема коленчатого вала

Конструктивно коленчатый вал объединяет несколько коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. Коренных шеек, как правило, на одну больше, а вал с такой компоновкой называется полноопорным. Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные шейки. Продолжением щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является противовес. Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым обеспечивают плавную работу двигателя.

Шатунная шейка, расположенная между двумя щеками, называется коленом. Колена располагаются в зависимости от числа, расположения и порядка работы цилиндров, тактности двигателя. Положение колен должно обеспечивать уравновешенность двигателя, равномерность воспламенения, минимальные крутильные колебания и изгибающие моменты.

Шатунная шейка служит опорной поверхностью для конкретного шатуна. Коленчатый вал V-образного двигателя выполняется с удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется два шатуна левого и правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей спаренные шатунные шейки сдвинуты относительно друг друга на угол 18°, что обеспечивает равномерность воспламенения (технология носит название Split-pin).

Наиболее нагруженным в конструкции коленчатого вала является место перехода от шейки (коренной, шатунной) к щеке. Для снижения концентрации напряжений переход от шейки к щеке выполняется с радиусом закругления (галтелью). Галтели в совокупности увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с углублением в щеку или шейку.

Вращение коленчатого вала в опорах, а шатунов в шатунных шейках обеспечивается подшипниками скольжения. В качестве подшипников применяются разъемные тонкостенные вкладыши, которые изготавливаются из стальной ленты с нанесенным антифрикционным слоем. Проворачиванию вкладышей вокруг шейки препятствует выступ, которым они фиксируются в опоре. Для предотвращения осевых перемещений коленчатого вала используется упорный подшипник скольжения, который устанавливается на средней или крайней коренной шейке.

Схема системы смазки

Коренные и шатунные шейки включены в систему смазки двигателя. Они смазываются под давлением. К каждой опоре коренной шейки обеспечивается индивидуальный подвод масла от общей магистрали. Далее масло по каналам в щеках подается к шатунным шейкам.

Отбор мощности с коленчатого вала производится с заднего конца (хвостовика), к которому крепится маховик. На переднем конце (носке) коленчатого вала располагаются посадочные места, на которых крепятся шестерня (звездочка) привода распределительного вала, шкив привода вспомогательных агрегатов, а также в ряде конструкций – гаситель крутильных колебаний. По конструкции это два диска и соединяющий их упругий материал (резина, силиконовая жидкость, пружина), который поглощает вибрации вала за счет внутреннего трения.

Соединительные стержни — диаметр шатунной шейки 2,200 дюйма (дюймы)

Результаты 1–25 из 232

$602,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 2 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

99″> $389,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 26 декабря 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$824,00

Ориентировочная дата отгрузки в США: 19 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24. 10.2022

481,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 28 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$532,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 22 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24. 10.2022

$329,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 2 декабря 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$323,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 2 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24. 10.2022

$512,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 6 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$335,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 6 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24. 10.2022

$424,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: Четверг 27.10.2022 Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

1649,43 доллара США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 7 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: 25 ноября 2022 г.

1719,42 доллара США

Ориентировочная дата отгрузки в США: Завтра Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

1510,19 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: Завтра Расчетная дата международной отправки: 10 ноября 2022 г.

$575,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 23 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: 9 января 2023 г.

$702,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 2 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: 3 января 2023 г.

$570,00

Ориентировочная дата отгрузки в США: 30 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$631,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 8 декабря 2022 г. Расчетная дата международной отправки: 27 декабря 2022 г.

400,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 9 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

481,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 6 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$646,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 6 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: 9 января 2023 г.

$573,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 6 января 2023 г. Расчетная дата международной отправки: 9 января 2023 г.

319,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 7 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

255,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 1 декабря 2022 г. Расчетная дата международной отправки: Понедельник 24.10.2022

$824,00

Ориентировочная дата отгрузки в США: 21 ноября 2022 г. Расчетная дата международной отправки: 29 ноября 2022 г. если заказать сегодня

1510,19 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: Пятница 28. 10.2022 Расчетная дата международной отправки: 14 ноября 2022 г. если заказать сегодня

Патент США на шатунные шейки и подшипник крестовины коленчатого вала в двигателе. Патент (Патент № 7,900,454, выдан 8 марта 2011 г.) № 11/489,335, поданной 19 июля 2006 г., которая является продолжением заявки на патент США Ser. № 11/225,422, поданной 13 сентября 2005 г. и в настоящее время выданной патентной заявке США № 11/225422. № 7,080,512 B2, и в котором заявлено преимущество предварительной заявки на патент Сер. 60/609,725, поданной 14 сентября 2004 г.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

поршни, шатуны и кривошипный диск для приводного вращения коленчатого вала в двигателе.

2. Обсуждение предшествующего уровня техники

Как правило, двигатели с поршневым приводом получают больший крутящий момент и мощность за счет более длинного хода поршня, более длинного плеча кривошипа и использования большего количества цилиндров, каждый из которых имеет соответствующий возвратно-поступательный поршень и шатун. Однако более длинный ход поршня и плечо кривошипа требуют большего размера двигателя, что увеличивает вес двигателя и занимает больше места. Кроме того, использование более длинного хода снижает КПД двигателя и создает дополнительную нагрузку на шатуны в местах их соединения как с поршнями, так и с кулачком кривошипа.

Соответственно, остается потребность в улучшенном узле шатуна и кривошипного диска, который обеспечивает оптимальный рабочий ход поршней в компактном двигателе, обеспечивая при этом более высокий КПД двигателя и сниженное трение. Существует дополнительная потребность в улучшенной конструкции шатуна и кривошипного диска, которая рассчитана на более высокие нагрузки в месте соединения шатунов с поршнями и кривошипным диском.

ЦЕЛИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Принимая во внимание вышеизложенное, основной целью настоящего изобретения является создание шатунно-кривошипного диска в двигателе, который является компактным и работает с высокой эффективностью.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание узла шатуна и кривошипного диска, который обеспечивает более высокую выдерживаемую нагрузку и распределение как в соединении шатунов с поршнями, так и в соединении шатунов с кривошипным диском. .

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение соединения шатунов с поршнями и крестовиной подшипника (т.е. кривошипного диска) с двойной опорой в двигателе, чтобы обеспечить большее распределение и поглощение нагрузки при меньшем трении.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание узла шатунно-крестовинного подшипника (т. е. кривошипного диска) в двигателе, в котором шатуны расположены вертикально во время рабочего хода каждого поршня, чтобы тем самым передать полную усилие рабочего хода на кривошипный диск и коленчатый вал.

Эти и другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на сборку шатунов, поршней и подшипника крестовины (т. двигатель. Шатуны двигателя рассчитаны на более высокие нагрузки, чем те, с которыми сталкиваются двигатели внутреннего сгорания сопоставимой мощности. Чтобы выдерживать такие нагрузки, шатуны снабжены двойным набором подшипников, как на поршневом пальце, так и на шейке, где шатуны соединяются с подшипником крестовины на коленчатом валу. Силы нагрузки, действующие на эти подшипники, распределяются по большей площади опоры без ущерба для пространства, которое потребовалось бы для одного комплекта более широких подшипников.

Шатуны приводятся в движение подшипником крестовины (т. е. кривошипным диском). Эти стержни установлены через равные промежутки по периферии этого круглого подшипника крестовины. Нижние двойные подшипники, соединяющие поршневые шатуны с подшипником крестовины, предназначены для ограничения углового отклонения шатунов, так что зазор сохраняется между всеми шестью шатунами в течение одного полного оборота двигателя. Центр подшипника крестовины соединен с одной шейкой коленчатого вала, которая смещена относительно центральной оси коленчатого вала. В то время как нижние концы шатунов вращаются по кругу вокруг подшипника крестовины, смещение шатунной шейки, на которой движется подшипник крестовины, создает геометрию, которая заставляет результирующее вращение этих шатунов описывать эллиптическую траекторию. Эта уникальная геометрия дает два преимущества в работе двигателя. Во-первых, во время рабочего хода каждого поршня его шатун выровнен по вертикали с движением ведущего поршня, тем самым передавая всю силу хода. Во-вторых, смещение между шатунами и подшипником крестовины, смещение между подшипником крестовины и шейкой кривошипа и смещение шейки кривошипа относительно самого коленчатого вала в совокупности образуют плечо рычага, которое усиливает усилие каждого отдельного рабочего хода. без увеличения пути перемещения поршня.

Расположение шатунов и ограничение углового отклонения каждого шатуна относительно подшипника крестовины позволяет подшипнику крестовины оставаться на одной оси X, Y без кругового вращения. Это предотвратит разрушение подшипника крестовины, что может привести к заклиниванию шатунов. Поддерживая подшипник крестовины на одной и той же оси X, Y, поскольку он движется по орбитальной траектории относительно центральной оси коленчатого вала, также позволяет устанавливать прямо противоположные поршневые шатуны с идеальным балансом хода поршня и синхронизации, так что все поршни и шатуны проходят одинаковое расстояние при каждом ходе.

Для более полного понимания сути настоящего изобретения следует обратиться к следующему подробному описанию, взятому вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

РИС. 1 представляет собой вид сверху в частичном поперечном сечении, показывающий расположение поршней и цилиндров, окружающих коленчатый вал и шейку коленчатого вала, к которой прикреплен подшипник крестовины, и при этом поршни каждого цилиндра соединены с приводом с подшипником крестовины посредством соединения. стержни;

РИС. 2 представляет собой отдельный вид сверху подшипника крестовины, закрепленного на шейке коленчатого вала, показанного частично в сборе с 3 шатунами, соединенными с подшипником крестовины с помощью поршневых пальцев;

РИС. 3 — подшипник крестовины, вид в перспективе;

РИС. 4 представляет собой изолированный, частично разобранный вид в перспективе подшипника крестовины, показывающий соединение шатунов с поршнями и подшипником крестовины с помощью подшипниковых колец и поршневых пальцев; и

РИС. 5 представляет собой диаграмму рабочего хода.

Одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым деталям на нескольких видах чертежей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ

Как видно на фиг. 1, двигатель 10 имеет цилиндры 12 , расположенные радиально, причем каждый цилиндр включает поршень 14 , совершающий возвратно-поступательное движение. Кулачок перемещает толкатели (не показаны) для управления открытием клапанов впрыска пара (не показаны). При более высоких оборотах двигателя клапаны впрыска пара полностью открываются для впрыска пара в цилиндры 9.0007 12 , заставляя поршни 14 толкаться радиально внутрь. Подшипник крестовины 40 соосно закреплен на шейке 60 коленчатого вала 50 и содержит множество круглых полостей 41 , расположенных через равные промежутки вокруг центральной оси подшипника крестовины 40 по общему радиусу. от центральной оси подшипника крестовины. Каждая из круглых полостей 41 имеет открытую горловину 48 на внешней окружной периферии подшипника крестовины. Движение поршней 14 заставляет шатуны 30 перемещаться радиально внутрь для перемещения подшипника крестовины 40 по орбитальной траектории относительно оси вращения коленчатого вала 50 , в то время как подшипник крестовины 40 остается на тех же X, Y оси без вращения. Это действие служит для принудительного вращения коленчатого вала 50 без какого-либо вращения или скручивания подшипника крестовины 40 от его фиксированной оси X, Y, тем самым предотвращая заклинивание шатунов 9.0007 30 при сохранении идеального баланса хода поршня и синхронизации, чтобы все поршни 14 и шатуны 30 проходили одинаковое расстояние при каждом ходе. Противоположные концы шатунов имеют круглую форму, образующую звенья 32 шатуна с внутренней круглой поверхностью 34 и внешней поверхностью 38 . Один конец каждого шатуна 30 шарнирно соединяется с поршнем 14 с поршневым пальцем 42 . Кольцо подшипника 36 помещается между поршневым пальцем 42 и внутренней круговой поверхностью 34 звена 32 . Кроме того, между наружной поверхностью 38 звена 32 и поршнем 14 размещается башмачный подшипник 37 , обеспечивающий двусторонний подшипник в соединении шатуна 30 с поршнем 14. . Как показано на фиг. 2, каждый шатун 30 соединяется с подшипником крестовины 40 . В частности, внутренняя круглая поверхность 34 звена шатуна 32 оснащена кольцом подшипника 36 для зацепления с поршневым пальцем 42 , прикрепленным к подшипнику крестовины 40 в круглой полости 41 . . В предпочтительном варианте осуществления подшипник крестовины 40 сформирован из материала подшипника, который окружает внешнюю поверхность 38 звена 32 шатуна, тем самым образуя подшипник с двойной опорой, воспринимающий нагрузку от поршня.

Шатуны 30 приводятся в движение этим подшипником крестовины 40 и устанавливаются через равные промежутки по периферии этого круглого подшипника (т. е. подшипника крестовины 40 ). В частности, поршневые штифты 42 расположены на одинаковом расстоянии (т. е. радиусе) от центральной оси подшипника крестовины 40 внутри круглых полостей и с равными интервалами около 360° вокруг центральной оси. Ссылаясь на фиг. 2, нижние части двухопорных подшипников, соединяющих поршневые шатуны 30 к подшипнику крестовины 40 предназначены для ограничения углового отклонения шатунов 30 таким образом, чтобы зазор между всеми шестью шатунами 30 сохранялся во время одного полного оборота коленчатого вала 50 . В частности, каждый поршневой палец 42 на подшипнике крестовины 40 окружен кольцевым каналом 46 для приема круглого стержня 32 . Каждый канал сообщается с открытым ртом 48 на внешней периферии подшипника крестовины 40 . Эта горловина 48 каждой круглой полости 41 ограничивает расстояние углового отклонения шатуна 30 .

Центр 44 подшипника крестовины 40 соединен с одной шейкой коленчатого вала 60 , которая смещена относительно центральной оси коленчатого вала 50 . При этом нижние концы шатунов вращаются по кругу вокруг крестовины подшипника 9.0007 40 , смещение шатунной шейки, по которой движется подшипник крестовины, создает геометрию, которая заставляет результирующее вращение этих шатунов перемещаться по эллиптической траектории в пространстве 70 , окруженном цилиндрами 12 . Эта уникальная геометрия дает два преимущества в работе двигателя. Во-первых, во время рабочего хода каждого поршня 14 его шатун 30 выровнен по вертикали с движением ведущего поршня, тем самым передавая всю силу хода. Во-вторых, смещение между шатунами 30 и подшипник крестовины 40 , смещение между подшипником крестовины 40 и шейкой коленчатого вала 60 , а также смещение шейки 60 коленчатого вала относительно самой коленчатого вала 50 , объединяются для создания плечо рычага, которое увеличивает усилие каждого отдельного рабочего хода без увеличения расстояния, на которое перемещается поршень 14 .