Поршень для двигателя внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

403 А1 (19) (11) F 02 F 3/00, F 16 J !/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3709250/25-06 (22) 02.!2.83 (46) 07.05.86. Бюл. Ф !7 (72) В.М.Прокофьев (53) 62!.432--242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 179!20, кл. F 16 J I/04, 1964. (54)(57) 1. ПОРШЕНЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий головку и юбку, на рабочей поверхности которой выполнено по меньшей мере одно клинообразное углубление, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности путем снижения потерь на трение, поперечное сечение углубления во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнено равномерно сужающимся внутрь поршня и снабжено дном, плоскость которого эквидистантна рабочей поверхности юбки, причем клинообразные участки углубления, расположенные вдоль образующей юбки, выпопнены по трохоиде, а общая площадь углублений составляет 20-85Х площади рабочей поверхности юбки.

1229403

1/2 I m»-1, 1

1 1

7» m» — L

2 2

2, Поршень по и. 1., о т л и ч аю m, и и с я тем, что длина дна углубления выбрана в соответствии с соотношением где т — длина дна углубления;

7 — длина клинообразного участка углубления;

Ь вЂ” длина углубления вдоль рабочей поверхности юбки.

3. Поршень по пп. и 2, о л ич а ю шийся тем, что глубина yrИзобретение относится к машиностроению, а.именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повьппение надежности путем снижения потерь на трение.

На фиг. 1 показан поршень, на юбке которого выполнены клинообразные углубления в виде параллелепипеда с донышком; на фиг. 2 — то же, в виде эллипса (овала) с доньппком1 на фиг.3углубление с доньппком 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 доньппком 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 вице овала с доньппком, 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 ьзаимно перлубления выбрана в соответствии с соотношением

R cc h «» D-D1, Е" где h — глубина углубления;

D и 1) — наибольший и наименьший ди1 аметры юбки поршня в плоскости оси поршневого пальца и в плбскости, перпендикулярной оси пальца;

R — шероховатость поверхности z юбки.

4. Поршень по пп. 1-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что углубления расположены по винтовой линии. пендикулярных плоскостях выполнены равномерно сужающимися внутрь поршня и снабжены дном 4, плоскость которого эквидистантна рабочей поверхности юбки 2., а клинообразные участки

5 углублений расположены вдоль образующей юбки и выполнены по трохоиде общая площадь углубления составляет 30-857 площади рабочей поверхности юбки.

Длина 1. дна углубления выбрана, исходя из соотношения где 2 — 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 эапа= 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»hй D-0„, к где К вЂ” шероховатость поверхности

35 юбки, 1229403

Ь с ф, =tg

S S с+И

S где с

D D — наибольший и наименьший диаметры юбки в плоскости оси поршневого пальца и в плоскости, перпендикулярной оси пальца.

Помимо этого, углубления предлагается выполнять по винтовой линии с учетом наклона последней на угол величина перемычки между рядами углублений; высота (длина) юбки поршня; величина подъема винтовой линии, g — ширина клинообразного уг1 лубления.

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

Выполнение клинообразных;участков 5 по трохоиде выбрано для устранения облитерации (эаращивания) с расчетом, чтобы поверхность клинообразной поверхности имела кривизну (вогнутость), близкую к прямой, и величина кривизны не превышала бы величины появления облитерированного 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 этого, ее кривизна в основном больше кривизны производящего ее круга, что дает возмо Аость при известном диаметре инструмента получить большую кривизну клинообразной щели. Угол 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 g клинообразности.

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

5

При глубине клинообразного углубления h=lO мкм и пределе облитерации высотой 5 мкм, если вь.полнить клинообразную поверхность прямой,то длина облитерированного У слоя будет равна половине клинообразного углубления. Если клинообразную поверхность выполнить кривизной ради-. уса r, подобной кривизне круга, то длина облитерированного слоя уменьшится еще приблизительно на половину и будет равна 2 . Если выполнить

z вогнутость клинообразного углубления по трохоиде, то длина облитерированного слоя уменьшится и достигнет величины 7 при постоянном прогибе h1 с разницей в том, что наибольший прогиб переместится с середины клинообразного углубления ближе к его вершине. При движении поршня в цилиндре от головки к коленвалу получается гарантированный гидродинамический эффект от клинообразных углублений, увеличивается приток смазки в клинообразные углубления эа счет уменьшения сопротивления потоку смазки при перекладках поршня, когда он прижимается к цилиндру, то одной поверхностью юбки, то другой путем выполнения клинообразности по всему периметру углубления.

Как видно из эпюры давлений (фиг. 12), положительная часть давления значительно больше отрицательной. Это получается за счет того, что дно углубления эквидистантно трущейся поверхности юбки. С другой стороны, отрицательное давление уменьшается за счет облегчения перекатывания 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 h D-D являясь как бы гидравлическими демпферами, уменьшают колебание поршня и силы трения между цилиндром.

Такой эффект возникает эа 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 гидроди1329403 намическое давление и не дает поверхности трения юбки поршня прижиматься к цилиндру. Указанный эффект дает воз-- можность уменьшить поверхность трения юбки поршня до 85%.

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

)229403

1?29403

gus. 14

Составитель В.Лобанов

Редактор И.Дербак Техред В.Кадар Корректор Л.Патай

Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2431/3!

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