Поршень двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК F02F3/00 

Изобретение относится к двигателест- роению.

Цель изобретения - снижение материалоемкости и увеличение работоспособно- сти.

На фиг. 1 показан поршень, разрез вдоль оси поршневого пальца; на фиг.2 - то же. разрез поперек оси поршневого пальца.

Поршень содержит головку 1 с отверстием под поршневой палец, на котором установлен шатун, и соединенную с головкой юбку 2 с канавками для компрессионных и маслосъемных колец 3. При этом головка выполнена из легкого сплава или из жаропрочного сплава на титановой основе. Юбка изготовлена из ферросплава или металлокерамики.

Ось отверстий под поршневой палец проходит через приведенный центр масс поршня.

Поршень двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя давление газов в цилиндре воспринимается головкой 1 и через палец передается шатуну. При этом материал головки работает в более благоприятных условиях - чистое сжатие.

Юбка 2 уплотняет поршень в цилиндре двигателя и направляет его движение, при этом в юбке отсутствуют напряжения от си лы давления газов на головку поршня, что значительно уменьшает ее деформацию и позволяет уменьшить зазор между юбкой и цилиндром двигателя.

Конструкция головки исключает возможность прогара. Предлагаемая конфигурация выступа с пазом для установки шатуна обеспечивает весьма благоприятное распределение нагрузок в совокупности с высокой прочностью. Предлагаемое убывание толщины юбки по мере удаления от головки поршня позволяет получить легкую, прочную конструкцию, благодаря отсутствию внутренних ребер нет концентраторов напряжений, чем достигается высокая надежность. Уменьшением веса поршня достигаются высокая жесткость и прочность конструкции. Меньший по сравнению с традиционным зазором цилиндр-поршень облегчает условия работы поршневых колец,

(/

С

о

XI

00

со

о

уменьшает угар масла, шумы двигателя, увеличивает межремонтный пробег. Благодаряр.,Лчв 1 I г I тому, что взе поверхности юбки тела враще- J ч- ния, удешевляется технология ремонта пор- , ({ ff-« U))) - шня. 5 ч

Координаты центра направляющей ок-....с ИТЫТ,

ружности цилиндрических поверхностей врт-Ш -х т

плоскости XY находятся по зависимостям 2

а активная площадь поперечного сечения Хо ±(0,5IB + R),Ю юбки

0) Y° lun R6 3(у)я(-|-)(у)5о

где радиус окружности определяется по за- пр ( у ) - So ,

висимости15

где поправка 30 учитывает снижение несу (asdn + Re)2 чщей способности юбки вследствие нагрева.

R ооТПТГ-ис +о, -0,5(1В ).Тогда условие равнопоочности юбки

2В7Г1-|И 4-|6 ° 51В2 о.5 16).Тогда условие равнопрочности юбки

О имеет вид

9П

а внутренняя поверхность юбки выполнена иг ,. . ,

в виде поверхности вращения с убывающей ма«с Р Tl 7

по мере удаления от головки толщинойG „ tconst

стенок по зависимости« Р(ч (

,. откуда получают линейное интегральное

х( 0 r iv |eT 5 Y-t.уравнение Вольтерра 2-го рода относител ь но неизвестной функции Р(у), полагая, что

Зависимости (1) находятся из геометри- напряжения Оу равны допускаемым Оу ческих равенств, а формула (2) получена из

уравнения30 р(,.- of ). f 1

. Htf Г

cos о.

Пусть So - линейная функция у

где Н 0,5dn + R&;

cosa cos(-y)coS(/5-(90°-))35So(y)Ky + b,

sin 2/3 2 sin/ cos/3 2 tg/3 cos2/3 к и Ь - постоянные коэффициенты, и тогда

2 tgPрешение Р(у) можно представить в виде

tg2 + 140Р(у) ,

где

где А, В и С - постоянные величины.

НПодставляя решение Р(у) и зависимость

19Р В - 6 5 f I в исходное интегральное уравнение,

45 легко находят связь между А, В, С и К, b

Таким образом, подставляя формулы для

т.дД cos/J и Н в уравнение для R, получаютК тгВС; ед В + -; зависимость (2). Уравнение (3) для внутрен-я ней поверхности юбки поршня определяется из условия равнопрочности всех 0 Q - а акс/з поперечных сечений юбхи при действии #у инерционных нагрузок в процессе работы

двигателя. Соответствующее растягиваю-Зависимость для кривой внутренней пощее напряжение, действующее в произ- верхности юбки находят из равенства

вольном поперечном сечении юбки Y, равно 5 моче Р

р,( ™ -в,.

Оу- s(y) ,откуда .,

где инерционная нагрузка(Ы- -(KC + b) .

Если у 0, то х(0) Ою/2 тогда из зависимо сти х(у) находят коэффициент b

„-(

Dib

)

Окончательно уравнение для внутренней поверхности юбки поршня принимает вид

4iJfi lVT ci cT;i

R

(СЕН,, РГ Y MI ч и п

(, f I

2И2 I i

а внутренняя riOMf (1хио ujh и -и ч м в виде поверхности врчщения I м ч1ощгч1 по мере уда лени гт олг вки 1илщи f гн н ки по зависимости

Изобретение относится к двигателест- роению и позволяет снизить материалоемкость поршня двигателя внутреннего сгорания и увеличить работоспособность. Головка поршня выполнена из жаропрочного легкого сплава и имеет в нижней части проушины со скругленной вершиной, с пз- зом для установки шатуна и отверстиями под поршневой палец. Юбка поршня выполнена из ферросплава или металлокерамики, толщина стенок юбки уменьшается по мере удаления от головки поршня. 2 ил.

(еХ

где коэффициент К характеризует интенсивность изменения толщины юбки Формула изобретения Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с пазом для верх ней головки шатуна, юбку с канавкями для компрессионных и маслосъемных колец, причем в головке выполнены отверстия под поршневой палец а нижняя часть головки выполнена с бобышками в виде проушин отличающийся тем, что с целью снижения материалоемкости и увеличения работоспособности, бобышки выполнены монотонно убывающей толщины в направлении к нижнему срезу юбки а координаты центра окружности описывающей в плоскости, параллельной оси поршневого пальца наружную поверхность бобышек, находятся по зависимостям

Хо Yo

± (О 5IB + R),

1цп R6

где радиус окружности определяется по зависимости

.П Ч

где pa;aiv- зчкру1 ЛРНИЯ i /нов hob, i

шек

1б - иирмнэ i rid т

ID - МШ ИМТЛ,.( м i р,,)

косыми повер и( гнiynf.

1цп pdCCTO44 l 01 М I ll I

до осп отверстия д nufijH- nro d и я

dp, диаметрmnepLu- ш ч , и, i ,i,tr пальца

В - ДЛИНа 1LI Ц.(

ско 1 поверхногт - oi TI г г °

to пальца с боле | i и л i D наружный ,4 V стр и гюри i ч

Ою ВНу (ПСИН 1 H Oi i lr 6l I и г

на нижгнсм срj e

Эм.. L П. 11ЧЯ i г НПО И

рение nopiijh i p i MI j реннего сгорания

р- ПЛОТНОСТ1 Иг ПИ I , i

Оу допугк-1Р Г ьчпря у жения материала -оПки

е основание Нгтгурэльн 1

К- КОЭффИЦР ОН Mil Т II ,11

тенсивность изменения олщиь -F

Фиг. /