Поршень двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению 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 пззом 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 F 02 F 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Вь"ЫЙ6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11".1." Ч" .":9-1 Б.

Я! 1 рДЯ(: (56) Заявка ФРГ М 3126482, кл. F 02 F 3/02, опублик. 1983. (21) 4698281/06 (22) 04.04,89 (46) 30.10,91. Бюл, М 40 (71) Тульский политехнический институт (72) А.В.Калганов и И,Е.Агуреев (53) 621.432 — 242(088.8) (54) ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к двигателестроению.

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 иэ 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 работае следующим образом.

При работе двигателя давление газов в цилиндре воспринимается головкой 1 и через палец передается шатуну. При этом ма„,!Ы,, 1687830 А1 (57) Изобретение относится к двигателестроению 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 пазом 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, териал 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 силы давления газов на головку поршня, что значительно уменьшает ее деформацию и позволяет уменьшить зазор между юбкой и цилиндром двигателя.

Конструкция головки исключает воэможность 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, 1687830 а активная площадь поперечного сечения

1О юбки

Хо= (O,5)а+ В), YO = !цп — йб, где радиус окружности определяется по завиСимОСти 15 соп.А, гд8 Н = О,5dn+ Йб;

cos а = соз (P — у ):= сos (/3 — (9Π—,6 ) ) =

= з!г) 2р =2 з!прсс,)р =-2 (с!рсм2,в =2 )9Д

1С!2ф+ 1

So(y) = Ку + Ь, Р(у) =е

4О где амакся () верхности юбки находят из равенства

55 О)ма . Р ,2 "II + A

1(ф= — )-х (j=e а) откуда

33 г С. х(у)= - IIkg

4- 1г

I п У )

5(у) уменьшает угар масла, шумы двигателя, увеличивает межремонтный пробег. Благодаря тому, что юе поверхности кобки тела вращения, удешевляется технология ремонта поршня, Координаты центра направляющей окружности цилиндрических поверхностей в плоскости XY находятся Ilo зависимОстям и - 0,5 (В2 — 0,5 (!в )б ) ), 05), +Вб)2

2В2 )а + )б (2) а внутренняя поверхность юбки выполнена в виде поверхности вращения с убывающей по мере удаления От головки толщиной стенок по зависимости

"макс I с макс а х((у)» (лр л(р 2 >а 1 LOSER qyрмаксР) Гб ) 1

Зависимости (1! Находятся из геометрических равенств, а формул-I (2) получена из уравнения

Н сов а

Н

В2 — О5 (!в — б ) Таким образом, подставляя формулы для

tg P, сов Р и Н в уравнение для R, получают зависимость (2). Уравнение (3) для внутренней поверхности юбки поршня Определяется из условия равнопрочности всех поперечных сечений юбхи при действии инерционных нагрузок в процессе работы двигBTGllR. СоответствуI JLLI88 pBGTAI MBBIQщее напряжение, действующее в произвольном поперечном сечении юбки У, равно где инерционная нагрузка Ъ (ф= ..„р-(—,-Jx (()d(ja

= ..„ -(!((3 -"(в) )ч

„„,„, р. J Р(I)S(а () ( где поправка So учитывает снижение несущей способности юбки вследствие нагрева.

Тогда условие равнопрочности юбки имеет вид откуда получают линейное интегральное уравнение Вольтерра 2-го рода относительно неизвестной функции Р(у), полагая, что напряжения с равны допускаемым (0)I)

N()

Пусть S< — линейная функция у

К и Ь вЂ” постоянные коэффициенты, и тогда решение Р(у) можно представить в виде гд8 А, В и С вЂ” постоянные величины.

Подставляя решение Р(у) и зависимость

Зр(у) в исходное интегральное уравнение, легко находят связь между А, В, С и К, Ь

К=ВОВС; 8 = В+ —;

А в, у

Зависимость для кривой внутренней по1687830

Хо = + (0,5!в + R), У0 =!цп Иб

Если у = О, то х(0) = Ок /2, тогда из зависимости х(у) находят коэффициент Ь г г

b =-л().

Окончательно уравнение для внутренней поверхности юбки поршня принимает вид где коэффициент К характеризует интенсивность изменения толщины юбки.

Формула изобретения

Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с пазом для верхней головки шатуна, юбку с канавками 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 где радиус окружности определяется по зависимости в = - — — - - - — + о,5 (нг -- а,5 { l, — ll-, ) ), (5„„+ я„)2

2Б2 }в + }6 а внутреннлл поверхность юбки внпалне -}a

5 ввидеповерхностивращенил;,уб ва цей по мере удаления ст головки тал}}}иной стенки па зависимости, где Rl, — радиус закругления выступов бабы15 шек.

|ь — ширина шатунного паза;

IB — минимал,Hoc расстояние междх Gnковыми поверхнастлми вь}ступав;

1цв — расстояние QT нижнего среза }абкп

20 до оси отверстия для поршневого пальца; д„, — диаметр отверстия для поршневого пальца;

Вг — длина образующей цил индрпческой поверхности атверстил длл паршHеаага пальца с более нагруженной стороны:

D наружный диаметр }абки поршня, 0}с — внутренний диаметр юбки паршнл на нижнем срезе; а}}в};в — максимальное продольное ускорение паршнл при рабате двигателя в}}у.*-реннего сгорания;

p — плотность материала юбки; (0Y) — допускаемое напряжение растлжения материала }обки; е — основание натуральных логарифмов;

К вЂ” коэффициент, характеризующий HI}тенсивность изменения толщины юбки, 1687830 ф т >

Составитель A,Ãëàäêèx

Редактор Л.Павлова Техред M.×îðãåíòàë Корректор A.Îcàóëåíêî

Заказ 3689 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 191