Уплотнение цилиндропоршневой группы поршневой машины Советский патент 1992 года по МПК F02F5/00 F16J9/04 

00

С

Изобретение относится к области машиностроения. Изобретение позволяет повысить эффективность герметизации и увеличить долговечность цилиндролоршне- вой группы. Уплотнительный узел для цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания содержит размещенный на поршне кольцевой пружинный элемент. На поршне выполнена канавка и два несъемных вращающихся кольца со ступенькой, выполненной по винтовой линии с шагом, равным шагу пружины в сжатом положении, причем расстояние между кольцами равно высоте уплотняющей пружины по любой линии образующей, а уплотнительный элемент снабжен чугунной многовитковой винтовой пружиной, введенной в канавку на поршне путём ввинчивания со стороны верхнего торца поршня до момента полного размещения пружины в проточке с условием упора концов пружины в ступеньки на несъемных кольцах. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции цилиндропоршневой группы поршневой машины.

Известен уплотнительный узел для цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, содержащий кольцевой пружинный элемент, размещенный на поршне . Недостатками такого уплотнения являются прорыв газов через прорезь уплотнительного кольца и через кольцевую канавку между кольцом и поршнем, износ кольца и зеркала цилиндра эллипсоидально.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство уплотнительного узла цилиндропоршневой группы двигателя внешнего сгорания, содержащее размещенный на поршне кольцевой пружинный элемент из антифрикционного материала, выполненный в виде многовитковой винтовой пружины квадратного сечения и установленный в цилиндр с предварительным натягом.

Недостатками известного устройства являются неспособность работы такого уплотнительного узла в двигателях внутреннего сгорания вследствие воздействия на детали агрессивной среды, потеря жесткости системы из-за наличия гайки, регулирующей зазор между витками пружинного уплотнения, уменьшение прочности уплотнения при вибрациях из-за утонения концов пружины. невозможность утонения конца пружины по

vi

о

СА

сг

4S

VI

толщине до нуля, вследст вне чего появляется возможность утечек газа.

Целью изобретения является повышение долговечности цилиндропоршневой группы.

Поставленная цель достигается тем, что в уплотнительном узле уплотнение снабжено двумя неразрезными кольцами, размещенными свободно в вертикальном направлении по обе стороны винтовой пружины с возможностью контакта с верхним и нижним торцами канавки поршня соответственно, торцовые поверхности неразрезных колец, контактирующие с торцами поршневой канавки, выполнены плоскими, а их торцовые поверхности, связанные с концами винтовой пружины, выполнены по винтовой линии с образованием ступеньки, сопряженной с концами крайних витков пружины, причем расстояние между неразрезными кольцами выполнено равным высоте винтовой пружины в сжатом состоянии по любой из ее образующих.

На фиг.1 показана схема установки уплотнения в паре цилиндр-поршень; на фиг.2 - уплотнение и кольца.

Уплотнительный узел состоит из много- витковой чугунной винтовой пружины 1 прямоугольного сечения, установленной на поршень 2 путем ввода конца пружины в проточку 3 на поршне со стороны днища поршня 4 и дальнейшего вращения пружинного элемента в сторону накручивания на поршень до момента полного размещения пружины в проточке и колец 5, в ступеньки которых упираются концы пружины. Установка уплотнительного узла, размещенного на поршне, в цилиндре 6 производится методом предварительного натяга пружины с целью уменьшения диаметра цилиндрической части пружины и беспринудительного ввода поршня в цилиндр.

Неразрезные несъемные кольца 5 выполнены из материала поршня на самом поршне. Процесс изготовления колец состоит в следующем: процесс обработки заготовки до момента получения канавок под уплотнение ведется аналогично существующему технологическому процессу. На предварительно обработанной наружной цилиндрической поверхности заготовки получают винтовую канавку шириной, равной толщине витка уплотнительиой пружины при вращении заготовки на один полный оборот по винтовой линии с шагом, равным шагу уплотнительной пружины в сжатом виде. Затем по обе стороны от винтовой канавки получают кольцевые канавки с последующим вырезанием ступенчатых несъемных колец. Для обеспечения жесткости несъемных колец толщина их определяется опытным или расчетным путем в зависимости от воспринимаемой нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

При движении поршня с уплотнением в цилиндре возникает реактивная, направленная противоположно движению, сила трения между уплотнением и стенкой цилиндра. Так как каждый виток рассматриваемого уплотнения располагается .наклонно к центральной оси перемещения поршня, то сила трения действует к наклонной поверхности по любой линии, образующей уплотнения, и одна из составляющих этой силы направляется по нормали, т.е. перпендикулярно к наклонной поверхности витков, а вторая направляется по наклону витка, создавая принудительное усилие вращения

уплотнения вокруг центральной оси перемещения поршня. И чем больше шаг витка, тем больше вторая составляющая силы трения. Несъемные кольца не препятствуют вращательным перемещениям уплотнения

и постоянно следят за концами многовитко- вого уплотнения, обеспечивая беззазорное стыковое соединение. Многовитковое уплотнение вызывает равномерное прижатие витков к стенкам цилиндра, и вращение уплотнения при перемещении поршня создает равномерный износ цилиндра и уплотнения, сохраняя их концентричность.

Предлагаемый уплотнительный узел по сравнению с известным обеспечивает герметизацию и повышает долговечность цилиндропоршневой группы, выражающихся в уменьшении прорыва рабочего вещества из надпоршневого пространства через уплотнительный узел за счет беззазорного

стыкового соединения концов многовитко- вого уплотнения со ступеньками на несъемных кольцах, а также в концентричном износе поверхностей цилиндра и уплотнения за счет вращательного перемещения уплотнения совместно с несъемными кольцами, во время возвратно-поступательного перемещения поршня под действием силы трения.

Формула изобретения

Уплотнение цилиндропоршневой группы поршневой машины, содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде винтовой пружины по меньшей мере с двумя витками прямоугольного профиля, размещенной в одной канавке поршня, отличающееся тем. что,с целью повышения долговечности, путем обеспечения направленного вращения уплотнения, последнее снабжено двумя недазрезными кольцами.

размещенными свободно в вертикальном направлении по обе стороны винтовой пружины, с возможностью контакта с верхним и нижним торцами канавки поршня соответственно, торцовые поверхности неразрезных колец, контактирующие с торцами поршневой канавки, выполнены плоскими, а их торцовые поверхности, связанные с концами

Фиг. 1

винтовой пружины, выполнены по винтовой линии с образованием сгупеньки, сопряженной с концами крайних витков пружины, причем расстояние между неразрезными кольцами выполнено равным высоте пружины в сжатом состоянии по любой из ее образующих.

Фиг. 2