ПОРШЕНЬ Российский патент 1995 года по МПК F16J1/08 

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано во всех видах механизмов и устройств, имеющих поршни с канавками под поршневые (уплотнительные) кольца.

Известен поршень с канавками и выемками между ними.

Это техническое решение имеет недостаток, заключающийся в низкой долговечности и большой материалоемкости.

Низкая долговечность связана с быстрым износом боковых рабочих поверхностей канавок из-за большой жесткости перемычек. В этом случае поршень выбраковывается или ремонтируется путем наплавки этих поверхностей с последующей проточкой до первоначальных размеров. Чтобы увеличить эксплуатационный период поршня, эти поверхности после проточки дополнительно упрочняются как нанесением на них более прочного слоя металла, так и поверхностным пластическим деформированием при помощи обкатки роликом с определенным усилием прижатия ролика к упрочняемой поверхности.

Эти дополнительные мероприятия повышают предел выносливости (долговечности) указанных поверхностей поршня в 1,05-1,4 раза, однако кардинально вопрос повышения долговечности поршня не решают поршень подобным ремонтом подвергается несколько раз за весь период своей службы.

Большая материалоемкость связана с широкими перемычками и большей толщиной боковой стенки поршня в зонах выемок.

Задачей изобретения является повышение долговечности и снижение материалоемкости за счет пониженной переменной жесткости боковых стенок канавок путем уменьшения их толщины.

Это достигается тем, что кольцевые выемки выполнены глубиной 0,1-1,0 глубины кольцевых канавок, а стенки кольцевых выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим или по двум криволинейным образующим, при этом толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины (острые кромки) со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выемок.

На фиг.1 изображен поршень, разрез; на фиг.2 то же, с вариантом исполнения кольцевых выемок.

На поршне 1 выполнено несколько канавок 2 под поршневое кольцо глубиной l и кольцевые выемки 3, расположенные с одной стороны канавок 2 со стороны опорной поверхности 4 или с двух сторон канавок 2. Первая конструкция применяется в случаях необходимости сохранения боковых участков 5 поршня под его направляющие поверхности. Кольцевые выемки 3 выполнены глубиной t, равной 0,1-1,0 глубины l. Нижний предел глубины выемки 0,1 глубины канавки обусловлен тем, что уменьшение глубины выемки за этот предел не обеспечивает существенного эффекта.

Верхний предел глубины выемки 1,0 глубины канавки обусловлен тем, что увеличение глубины выемки за этот предел нарушает равнопрочность стенки поршня в сторону ее ослабления. Стенки кольцевых выемок 3 могут быть выполнены криволинейными 6 и прямолинейными 7 или двумя криволинейными 8,9. Благодаря выемкам 3 боковые стенки канавок 2 имеют пониженную переменную жесткость, а их переменная толщина h начинается от предельно допустимой малой величины со стороны внешней боковой поверхности поршня (острые кромки) и монотонно увеличивается в направлении к оси поршня до номинально расчетной у дна выемок.

Предельно допустимая малая толщина стенки образуется пересечением под острым углом α <90^о рабочей поверхности 4 боковой стенки канавки 2 с криволинейной поверхностью 10.

Поршневое кольцо под циклическим воздействием давления рабочей среды (газ, воздух, жидкость) также циклически упруго сужается и расширяется, совершая определенную работу трения о рабочую поверхность боковой стенки канавки, к которой ее прижимает рабочая среда. Эта работа и является основной причиной выработки (износ) как рабочей поверхности кольца, так и рабочей поверхности боковой стенки канавки.

В случае выполнения боковой стенки упруго податливой, т.е. пониженной переменной жесткости, как это предусматривается изобретением, эта работа уменьшается в 1,5-3 раза за счет частичного ее перехода на упругий изгиб боковой стенки канавки, имеющей пониженную переменную жесткость и обладающей повышенной демпфирующей способностью.

Отсюда следует, что с уменьшением работы трения увеличивается долговечность работы поршня на эту же величину, т.е. в 1,5-3 раза, а масса его одновременно уменьшается на 3-10% за счет выполнения кольцевых выемок рядом с канавками под поршневые кольца.

Использование: в механизмах и устройствах, имеющих поршни с канавками под поршневые (уплотнительные) кольца. Сущность изобретения: кольцевые выемки, размещенные между кольцевыми канавками, выполнены глубиной 0,1 -1,0 глубины канавок. Стенки выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим или по двум криволинейным образующим. Толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выемок. 2 ил.

ПОРШЕНЬ, содержащий на боковой поверхности кольцевые канавки и кольцевые выемки между ними, отличающийся тем, что кольцевые выемки выполнены глубиной 0,1 ^oC 1,0 глубины кольцевых канавок, а стенки кольцевых выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим или по двум криволинейным образующим, при этом толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выемок.