Составной поршень для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1989 года по МПК F02F3/02 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к составньм поршням форсированных двигателей.

Цель изобретения - повьшгение надежности поршня путем обеспечения необходимого усилия прижатия накладки к корпусу за счет увеличения в пределах упругой деформации удельных давлений.

На чертеже показан поршень, общий вид.

Составной поршень содержит корпус 1 (фиг. 1) и сопряженную с ним деталь 2, представляющую в общем случае жаропрочную накладку на днище поршня, выполненную зацело с коль- цедержателем. На всех сопрягаемых поверхностей корпуса 1 и детали 2 в данном случае могут быть вьщелены

четыре пары: А, Б, В и Г, прямолинейные образующие которьпс пересекаются в общей точке О, лежащей, в частности, на оси поршня.

Высота кольцедержателя в кольцевом цилиндрическом сечении, расположенном на расстояни г, от оси порш- ня, равна h;. Радиус г; - высота треуголь- ника ОДЕ с углом Cf при вершине О и основанием ДЕ h;.

В результате повьшения температуры кольцедержателя в зоне поверхностей А и Б на Л Т градусов рассматриваемое сечение детали 2 перемещается в радиальном направлении на величину дг; , а его высота изменяется на ЛЬ-. Отрезок Д Е пока- , зывает новое положение зтого сечения.

4 Од

N to

4 О

Радиус Г;,., г| + л Г; являетс расстоянием этого сечения от оси по .шня и высотой нового треугольника ОД Е с углом ср при вершине О и основанием Д Е h,-, h , + дЬ; .

С учетом сказанного

г,ч, г; + Лг; г; + r;.ot-&T г; (1 +ot- йТ);

h;+, h; + ЛЬ; h; + h; .oi-ЬТ - h;(l +л- &T),

где об - коэффициент линейного расширения материала детали 2. Вне зависимости от нагрева ЛТ и коэффициента отношение радиуса к высоте сечения есть величина постоянная с учетом (1 + pt- ЛТ) 7 0:

г;( &т)

Ь;(+ йТ)

-Ь const, п;

(1)

из разнородных материалов и нагреваются при работе до различных температур, а угол верхней конической поверхности бурта, охватьшающего боковую стенку корпуса поршня, меньше угла нижней конической поверхности этого же бурта, относителыю оси симметрии поршня.

Размер детали 2 в сечении ДЕ равен

h;. Размер канавки в корпусе I в этом же сечении (в свободном состояини) равен h к; h; -fi;, где Л; - величина натя- 1га в сечении i. Очевидно величина

удельных давлений на поверхностях А и Б в этом сечении пропорциональна &-,/h; (в пределах упругой деформации).

При нагреве сечение ДЕ перемеш;а- ется в положение Д Е и его размер

изменяется до h j hj(l + et M).

Из условия подобия треугольников размер канавки в корпусе 1 в сечении Д Е определяется зависимостью

В рассматриваемьпс треугольниках ОДЕ и ОД Е углы при вершине

qr q..(2)

Уравнение (2) является условием постоянства при нагреве угла между прямолинейными образующими, пересе- кающимися на оси поршня, двух поверхностей детали 2. Это условие справедливо вне зависимости от физических свойств материала и степени нагрева..

Образующие поверхностей А и Б пересекаются не на оси поршня, а в точке О , лежащей между осью поршня и внутренней поверхностью сопрягаемой детали.

При нагреве такого поршня вследствие большего коэффициента линейного расширения материала корпуса 1 на сопрягаемых поверхностях возникает дополнительный натяг.

Описанное полностью справедливо для канавки корпуса 1 , образованной поверхностями А и Б, а также для- произвольных сечений ИК корпуса I и ЛМ детали 2 и корпуса 1 , причем в каждом случае при произвольном повышении температуры ЛТ.

Таким образом, угол между прямолинейными образующими каждых двух пар сопрягаемых поверхнос-тей, пере- секающимися в общей точке, лежащей на оси порщия, не изменяется в процессе нагрева, в том числе, если корпус и сопрягаемая деталь выполне

25

«; + ,

к

h ..liUilHlo

h,; (1 H-oi-uT)

или h,;,, (h., -&;)( -t-ot-ЛТ).

Натяг в сечении i+1 равен разности размеров детали 2 и канавки в корту- се 1:

Д;+, h,

- h

Величина удельных давлений в сечении i+1 пропорциональна отношению

и равна

&:(H-ed-bT) &i hi(l + ) h;

(3)

Следовательно, величина удельных давлений на паре сопрягаемых поверхностей А и Б не изменяется в процессе нагрева.

Приведенное доказательство справедливо для каждой из двух пар поверхностей Б и В, В и Г.

Таким образом, величина удельных давлений на каждой паре сопрягаемых поверхностей не изменяется в процессе нагрева, если прямолинейные образующие этих поверхностей пересекаются в общей точке, лежащей на оси порщня..

Увеличение натяга при нагреве достигается, если точка пересечения

прямолинейных обраэукщих смещена от оси цилиндра в сторону внутренней поверхности сопрягаемой детали (точка О, фиг. 1), Очевидно, что величина дополнительного натяга пропорциональна расстоянию между точкой О и осью поршня. Предельное положение точки О определяется физическими свойствами материалов поршня и

кольцедержателя, но выходит за пределы, диусом поршня.

Формула изобретения

Составной поршень для двигателя внутреннего сгорания,содержащий корпус и сопрягаемую с ним накладку, выполненные из разнородных материалов, причем накладка сопряжена с корпусом поршня посредством двух буртов, первого н второго, причем первый бурт расположен ближе к оси .симметрии поршня под углом к последней так,что образующие KOHH -iecKKx поверхностей этого бурта, сопряженных с корпусом поршня, пересекаются с осью симметрии поршня со стороны нижней ее части, а второй охватьгоает боковую стенку корпуса поршня, от л и - ч ающийс я тем, что, с целью повьш1ения надежности поршня путем обеспечения необходимого усилия прижатия накладки к корпусу за счет

увеличения в пределах упругой деформации удельных давлений по меньшей мере на двух парах сопрягаемьж поверхностей обоих буртов, образующие этих поверхностей пересекаются в

точке, расстояние от которой до оси поршня меньше радиуса последнего.