САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ШАТУН

Название	САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ШАТУН
Разработчик (Авторы)	Люленков Владимир Иванович, Гудимова Людмила Николаевна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2595099
Дата регистрации	20.08.2016
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет"
Область применения (класс МПК)	F16C 7/02 (2006.01), F16H 21/00 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в строительной, металлургической, горно-рудной промышленностях для повышения надежности и долговечности машин, имеющих в своем составе кривошипно-ползунные механизмы, работающие с большими нагрузками.

Известен шатун, содержащий верхнюю головку, стержень и нижнюю головку [1, с. 31], [2, с. 532], [3, с. 70, фиг. 28, фиг. 30].

Отмеченный тип шатуна не имеет возможности самоустанавливаться, требует монтажа эксцентрикового вала в корпусах с расточками под подшипники с одной установки. В случае расположения эксцентрикового вала в подшипниках, помещенных в отдельных корпусах, шатун нуждается в высокой точности монтажа эксцентрикового вала и оси, расположенной в верхней головке шатуна. Механизм собирается с натягом и подвержен износу даже без нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шатун [4, с. 70, рис. 2.27], включающий в свой состав нижнюю головку с цилиндрическим подшипником скольжения, стержень и верхнюю головку с шаровой опорой.

Данный шатун самоустанавливается за счет поворота шаровой опоры верхней головки и осевого скольжения подшипника нижней головки по валу эксцентрика. Самоустановка за счет скольжения может устраниться в случае недостаточной смазки, недостаточной длины подшипника или чрезмерной длины шатуна, когда создается самоторможение и защемление вала в подшипнике.

Подшипник при самоустановке работает с неравномерной нагрузкой по его длине, подвержен ускоренному износу в перегруженных частях и требует постоянного надзора.

Задачей изобретения является создание самоустанавливающегося шатуна с надежным процессом самоустановки, с высоким коэффициентом полезного действия, могущего работать с большими нагрузками (до 200 т.с.) при использовании в его конструкции серийных подшипников качения.

Поставленная задача достигается тем, что в известном самоустанавливающемся шатуне [4, с. 70, рис. 2.27], включающем верхнюю и нижнюю головки, стержень, в обеих головках предлагаемого шатуна внутри установлены шарнирные подшипники [5, с. 155], [6, с. 102], наружные кольца которых помещены в цилиндрические расточки головок, во внутренних кольцах шарнирных подшипников размещены до трех подшипников качения, зафиксированных в осевом направлении внутренними концентричными кольцами [5, с. 229], возможность поворота наружных колец шарнирных подшипников в головках шатуна устранена ввернутыми в головки стопорными болтами, а между наружным и внутренним кольцами шарнирного подшипника нижней головки шатуна по оси, перпендикулярной оси стержня, установлены по диаметру колец шарнирного подшипника осевые болты с возможностью поворота внутреннего кольца шарнирного подшипника относительно оси болтов.

На фиг. 1 - предлагаемый самоустанавливающийся шатун; на фиг. 2 - разрез шатуна по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 1.

Самоустанавливающийся шатун содержит верхнюю головку 1 (фиг. 1 и 2), крышку 2 верхней головки 1; наружное кольцо 3 шарнирного подшипника верхней головки 1; внутреннее кольцо 4 шарнирного подшипника верхней головки 1; концентрические кольца 5 верхней головки 1; подшипники качения 6 верхней головки 1; стопорный болт 7 верхней головки 1; стержень 8; нижнюю головку 9; наружное кольцо 10 шарнирного подшипника нижней головки 9; внутреннее кольцо 11 шарнирного подшипника нижней головки 9; концентрические кольца 12 нижней головки 9; подшипники качения 13 нижней головки 9; шатунные болты 14 (фиг. 1 и фиг. 3) нижней головки 9; стопорный болт 15 нижней головки 9; осевые болты 16 (фиг. 3) нижней головки 9.

Верхняя головка 1 установлена на оси 17 (фиг. 2) ползуна, а нижняя головка 9 установлена на кривошипе 18 (фиг. 2 и 3), таким образом, шатун входит в состав кривошипно-ползунного механизма.

Предлагаемый шатун работает следующим образом. При движении шатун передает нагрузку, направленную вдоль оси ос (фиг. 1 и 2) стержня 8. Величина допускаемой нагрузки определяется установленными в головках 1 и 9 подшипниками 6 и 13. Использование трех подшипников качения, вместо обычно одного самоустанавливающегося, позволяет довести нагрузку до 200 т.с., применив серийные подшипники, например, серии 92000.

КПД подшипников качения 6 и 13 в каждой головке шатуна составляет 99% или на весь шатун η=0,98, что выше КПД шатуна-аналога.

Конструкция шатуна не только существенно увеличивает нагрузочную способность кривошипно-ползунного механизма в целом, но и создает механизм без избыточных связей. Плоский кривошипно-ползунный механизм (m=3) состоит из трех подвижных звеньев (n=3) и четырех кинематических пар пятого класса (р₅). По формуле [7] Колчина Н.И. число избыточных связей в нем .

Нижняя головка шатуна, соединенная с кривошипом, в предлагаемой конструкции, имеет две подвижности, т.е. представляет кинематическую пару четвертого класса (р₄), а верхняя головка шатуна, которая соединена с ползуном, имеет три возможных движения и относится к паре третьего класса (p₃), это дает возможность без натягов собрать звенья между собой в данном механизме. По [7] , а учитывая, что подвижность механизма W=1, получаем . При отсутствии избыточных связей q механизм является самоустанавливающимся.

Таким образом достигается поставленная задача.

Формула изобретения

Самоустанавливающийся шатун, включающий верхнюю и нижнюю головки, стержень, отличающийся тем, что в обеих головках шатуна внутри установлены шарнирные подшипники, наружные кольца которых размещены в цилиндрических расточках головок, во внутренних кольцах установлено до трех подшипников качения, зафиксированных в осевом направлении внутренними концентричными кольцами, в головках установлены стопорные болты, предотвращающие возможность поворота наружных колец шарнирных подшипников, а между наружным и внутренним кольцами шарнирного подшипника нижней головки шатуна по оси, перпендикулярной оси стержня, установлены по диаметру колец шарнирного подшипника осевые болты с возможностью поворота внутреннего кольца шарнирного подшипника относительно оси этих болтов.

Изобретение "САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ШАТУН" (Люленков Владимир Иванович, Гудимова Людмила Николаевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога