ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА Российский патент 1998 года по МПК F16J9/00 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовало в уплотнительно-смазывающих устройствах поршней.

Известно, что поршневые кольца в механизмах, которыми управляется термодинамический процесс, являются единственным средством обеспечения герметизации объемов и смазки двигателей, компрессоров, насосов: чем выше создающиеся с их помощью компрессионные качества и чем меньше с ними проникновения масла в цилиндры - тем эффективнее и долговечнее работа двигателя с сохранением мощностно-оборотистых характеристик.

Известно поршневое кольцо, содержащее беззазорно установленные в канавке поршня составные кольцевые элементы, контактирующие наклонными поверхностями, при этом один из элементов выполнен трапециевидного сечения.

Недостатком известного поршневого кольца является образование дополнительными стяжными деталями нежелательных центрирований поршней, приводящих при знакопеременных их нагрузочных диаметральных перекладках на стенки цилиндра к увеличению износа контактных поверхностей и разрушению высоким значением инерционных сил упомянутых деталей и самих поршней.

Задачей изобретения является повышение надежности поршневого кольца за счет увеличения общей высоты колец при разности диаметрального износа элементов и герметизации концевых стыков.

Технический результат достигается тем, что в поршневом кольце, содержащем установленные в канавке поршня составные кольцевые элементы, общая высота которых равна высоте канавки и контактирующие между собой наклонными поверхностями, один из которых выполнен трапециевидного сечения, второй кольцевой элемент выполнен в сечении в виде прямоугольного треугольника, установленного острым концом к уплотняемой поверхности цилиндра с возможностью контакта с последней, ширина его выполнена больше ширины элемента трапециевидного сечения, а со стороны дна канавки поршня элементы выполнены равной высоты, при этом элемент трапециевидного сечения выполнен с зигзагообразным замком с цилиндрической средней частью и на его наклонной поверхности выполнены радиальные канавки для прохода масла, а также тем, что наружный конец цилиндрической средней части замка трапециевидного элемента выполнен меньшее ширины, чем внутренний.

На фиг. 1 показано кольцо в канавке поршня в разрезе; на фиг. 2 - элементы кольца в изометрии; на фиг. 3 - разрез кольца, установленного в канавке поршня по радиальной канавке; на фиг. 4 - участок верхней части поршня с показом расположения элементов компрессионного кольца при максимально-допустимом износе (показ кольца дан в поперечном разрезе с отметкой пунктиром поперечных сечений элементов до износа); на фиг. 5 - маслосъемное кольцо с тем же показом износа и первоначального состояния элементов; на фиг. 6 - смещенное положение концов трапециевидного элемента кольца при максимальном износе.

Поршневое кольцо содержит составную по окружным, наклонным внутрь торцевым сторонам парную конструкцию, где на элементе трапециевидного сечения 1 окружной наклон 2 выполнен до середины высоты канавки поршня и поверхности 3, касающейся цилиндра, а встречные полукольцевые вырезы 4 на концах выполнены в плоскости окружных стенок со скруглением 5 внутренних и наружных углов и некоторым смещением к цилиндру. В канавке 6 поршня 7 упомянутый элемент установлен наклонной стороной вниз на наклонную сторону 8 парного элемента треугольного сечения, выполненного в виде клина и касающегося стенки цилиндра 9 острым углом. В контактном по наклонным сторонам смещении упомянутых элементов относительно друг друга им обеспечена параллельность внешних торцевых стенок, контактирующих со стенками канавок поршня. По причине клинообразности ширина нижних элементов треугольного сечения увеличена для длительной работоспособности при интенсивном износе со стороны острого угла. В отличие от компрессионного элемент трапециевидного сечения маслосъемного кольца может быть выполнен с радиальными канавками 10, размещенными на наклонной стороне для прохода масла к стенкам цилиндра, поступающего из щелей 11 в стенках поршня.

Самоуплотнение компрессионных и маслосьемных колец происходит следующим образом.

Притирка и постоянство плотного прилегания обоих элементов колец к зеркалу цилиндра достигается в процессе возвратно-поступательных движений поршня, а при его знакопеременных нагрузках - попеременных касаний противоположных сторон цилиндра с вибрационным контактным износом торцевых поверхностей элементов колец и канавок поршня - образуются зазоры, которые будут создавать возможность интенсивного износа острых углов нижних клинообразных элементов и опережающего их смещения к цилиндру по отношению к трапециевидным элементам 1. За счет наклонных сторон упомянутое опережение будет увеличивать общую высоту колец с сохранением за счет пружинистости материала изготовления постоянства плотного прилегания элементов между собой, стенкой цилиндра и торцевыми сторонами канавок поршня. Известно, что при окружном износе и раздвижении колец увеличивается зазор в их стыке, но в данной конструкции зазоры на концах трапециевидных элементов практически отсутствуют, а это значит, что знакопеременная перекладка поршня на стенки цилиндра будет сопровождаться отсутствием прорыва сжатой рабочей смеси (в компрессорах, дизелях - сжатого воздуха), продуктов сгорания и масла. Постоянство радиальной герметизации заявленной конструкции поршневых колец обеспечивается смещением концов по линии окружного контакта 4 на элементах трапециевидного сечения 1, а эти линии оказываются постоянно прикрытыми горизонтальными контактными поверхностями стенок канавок поршня и наклонными торцевыми стенками 8 нижних клинообразных элементов за счет опережающего движения последних к цилиндру в процессе износа. Что касается открытых зазоров в стыках клинообразных элементов компрессионных и маслосъемных колец, то в описанной герметизации поршневых канавок на протяжении работы до максимально-допустимого износа эти зазоры значения не имеют, если при монтаже поршней стыки этих элементов направлены диаметрально-противоположно стыкам элементов трапециевидного сечения 1.

С изменением температур радиально-осевые смещения элементов колец между собой и стенками канавок поршня будут происходить без ухудшения уплотнительных качеств.

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано в уплотнительно-смазывающих устройствах поршней. Сущность изобретения: поршневое кольцо выполнено составным в виде кольцевых элементов, выполненных трапециевидного и треугольного сечения, контактирующих между собой наклонными поверхностями. Острый конец кольцевого элемента направлен к уплотняемой поверхности цилиндра, с возможностью контакта с последней, ширина его больше ширины элемента трапециевидного сечения. Со стороны дна канавки поршня элементы выполнены равной высоты, при этом элемент трапециевидного сечения выполнен с зигзагообразным замком с цилиндрической средней частью, а на его наклонной поверхности выполнены радиальные канавки для прохода масла. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Поршневые кольца, содержащие установленные в канавке поршня составные кольцевые элементы, общая высота которых равна высоте канавки и контактирующие между собой наклонными поверхностями, один из которых выполнен трапециевидного сечения, отличающиеся тем, что второй кольцевой элемент выполнен в сечении в виде прямоугольного треугольника, установленного острым концом к уплотняемой поверхности цилиндра с возможностью контакта с последней, ширина его выполнена больше ширины элемента трапециевидного сечения, а со стороны дна канавки поршня элементы выполнены равной высоты, при этом элемент трапециевидного сечения выполнен с зигзагообразным замком с цилиндрической средней частью и на его наклонной поверхности выполнены радиальные канавки для прохода масла. 2. Кольца по п.1, отличающиеся тем, что наружный конец цилиндрической средней части замка трапециевидного элемента выполнен меньшей ширины, чем внутренний.