Поршень для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК F02F3/00 F16J1/08 

2.Поршень по п. 1 ,, отличающийся тем, что длина дна углубления выбрана в соответствии с соотношением

1/2 J m 1 L,

где m - длина дна углубления;

2 - длина клинообразного участка углубления;

L - длина углубления вдоль рабочей ловерхности юбки.

3.Поршень но пп. 1 и 2, отличающийся тем, что глубина уг1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестро- ению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повьппение надежности путем снижения потерь на трение.

На фиг. показан доршень, на ю.б- ке которого выполнены клинообразные углубления в виде параллелепипеда с доньш ком; на фиг. 2 - то же, в виде эллипса (овала) с донгликом на фиг.З углубление с доньш1ком в центре, вид в плане трения; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - углубление с донышком с конусными стенками в продольной ПЛОСКОСТИ; на фиг. 7 - В-В на фиг. 6; на фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 6; на фиг. 9 - углубление в виде овала с донышком, вид в плане трения, с конусными стенками в продольной плоскости; на фиг. 10 - сечение Д-Д на фиг. 9; на фиг. 11 -. сечение Е-Е на фиг. 9, на фиг. 12 - эпюра давления и процесс образования масляной пленки в паре трения; на фиг. 13 - процесс образования профиля конусного участка углубления; на фиг. 14:- процесс образования углубления.

Поршень содержит головку 1 и юбку 2, на рабочей поверхности которой выполнены клинообразные углубления 3, причем углубления во взаимно пер29403

лубления выбрана в соответствии с соотношенршм

R hiD-D,где h - глубина углубления; D и D. - наибольший и наименьший диаметры юбки поршня в плоскости оси поршневого пальца и в плоскости, перпендикулярной оси пальца; R - шероховатость поверхности

юбки«

4, Поршень по пп. 1-3, отличающийся тем, что углубления расположены по винтовой линии.

пендикулярных плоскостях выполнены равномерно сужающимися внутрь поршня и снабжены дном 4, плоскость которого эквццистантна рабочей поверхнос- ти юбки 2., а клинообразные участки 5 углублений расположены вдоль об- раз.ующей юбки и выполнены по трохоиде; общая площадь углубления составляет 20-85% площади рабочей поверхности юбки.

Длина L дна углубления выбрана, исходя из соотношения

15

I r-m-l L,

где Е - длина клинообразного участка

5 углубления 3.

Данное условие необходимо для получения гарантированного гидродинамического эффекта при движении поршня от коленвала к головке, при этом клинообразные углубления должны иметь запас смазки в объеме, не меньшим объема клинообразной щели, например в продольном направлении трения, образованной трущимися поверхностями цилиндра и клинообразной поверхностью углубления (фиг. 12).

Кроме того, глубина h углублений

также выбирается в соответствии с соотношением

R h&D-D, ,

35

где R - шероховатость поверхности юбки

D и Dj, - наибольший и наименьший ди- аметры юбки в плоскости оси поршневого пальца и в плоскости, перпендикулярной оси пальца.

Помимо этого, углубления предла- гается выполнять по винтовой линии с учетом наклона последней на угол

л tg

Ь lSi

где с - величина перемычки между

рядами углублений; S - высота (длина) юбки поршня b - величина подъема винтовой

линии;

g - ширина клинообразного углубления .

Данные признаки устраняют продолные канавки на рабочей поверхности цилиндра, образованные за счет разных опорных площадей рядов углублений и перемычек между ними.

Выполнение клинообразных %участ- ков 5 по трохоиде выбрано для устранения облитерации (зараш ивания) с расчетом, чтобы поверхность клинообразной поверхности имела кривизну (вогнутость), близкую к прямой, и величина кривизны не превышала бы величины появления облитерированно- го слоя и уменьшения ее до минимума. Кроме того, профиль трохоиды выбран потому, что ее кривизна имеет переменное значение, радиус которой по мере удаления ее от вершины уменьшается (фиг. 13), что уменьшает участок заращающего слоя, и, помимо зтого, ее кривизна в основном больше кривизны производящего ее круга, что дает возмо йюсть при известном диаметре инструмента получить большую кривизну клинообразной щели. Угол J клинообразности, исходя из создания наибольшего гидродинамического клина, должен быть меньше. Соответственно кривизна вогнутой клинообразной поверхности должна быть близка к прямой. Следовательно прогиб m (фиг. 13 и 14) одинаков, а длина вогнутой клинообразной поверхности увеличилась и соответственно уменьшился угол клинообразности.

На фиг. 14 пунктирной линией показана кривизна, подобная кривизне круга радиуса г, а сплошной линией подобная кривизне трохоиды радиуса г, .

2294034

При глубине клинообразного углубления мкм и пределе облитерации высотой 5 мкм, если выполнить клинообразную поверхность прямой,то 5 длина облитерированного слоя будет равна половине клинообразного углубления. Если клинообразную поверхность выполнить кривизной радиуса г, подобной кривизне круга, то to длина облитерированного слоя уменьшится еще приблизительно на половину и будет равна Если выполнить вогнутость клинообразного углубления по трохоиде, то длина облитерирован- f5 ного слоя уменьшится и достигнет величины 2 при постоянном прогибе hj с разницей в том, что наибольший прогиб переместится с середины клинообразного углубления ближе к его вер- 20 шине. При движении поршня в цилиндре от головки к коленвалу получается гарантированный гидродинамический эффект от клинообразных углублений, увеличивается приток смазки в клине- 25 образные углубления за счет уменьшения сопротивления потоку смазки при перекладках поршня, когда он прижимается к цилиндру, то одной поверхностью юбки, то другой путем выпол- 30 нения клинообразности по всему периметру углубления.

Как видно из эпюры давлений (фиг. 12), положительная часть давления значительно больше отрицатель- ,, ной. Это получается за счет того,

что дно углубления эквидистантно трущейся поверхности юбки. С другой стороны, отрицательное давление уменьшается за счет облегчения перекаты- д вания смазки из углублений путем выполнения участков углублений конусными в направлении, перпендикулярном направлению трения.

Другой особенностью является то, , что при перекладках поршня в ВМТ,ког- да действуют наибольшие нагрузки и поршень совершает колебательное движение, углубления с клинообразностью по всему периметру с глубиной , являясь как бы гидравлическими демпферами, уменьшают колебание поршня и силы трения между цилиндром.

Такой эффект возникает за счет того, что смазка при резком прижатии юбки к цилиндру мгновенно из клинообразного углубления вытечь не может, а при вытекании по периметру углубления создает распорное гидродинамическое давление и не дает поверхности трения юбки поршня пр.ижиматься, к цилиндру. Указанный эффект дает воз- можность уменьшить поверхность трения юбки поршня до 85%.

Предлагаемая конструкция подходит к волнистой поверхности, которая создает наиболее благоприятные условия трения - скольжения в присутствии смазки. Кроме того, размеры и форма углублений в предлагаемом порш- не таковы, что смазки хватает для создания микрогидродинамических клиньев, которые уменьшают потери на трение и износ трущихся поверхностей.

/

фт.5

Фаг. 5

(ригЛ

-4

Фиг.И

Фиг.гг

TfOJfouAi ItfSflUHe . моя

Редактор И.Дербак

Составитель В.Лобанов Техред В.Кадар

Заказ 2431/31 Тираж 523ГТодписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг lit

Корректор Л.Патай