Уплотнение газового стыка между цилиндром и крышкой цилиндра двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в конструкциях уплотнений газового стыка между цилиндром и крышкой цилиндра ДВС. Изобретение позволяет обеспечить возможности значительного изменения зазора при работе между уплотняемыми поверхностями без ухудшения его работоспособности и возможности уплотнения грубо обработанных поверхностей. Уплотнение содержит упругое уплотнительное кольцо, прилегающее к крышке цилиндра, причем сечение кольца представляет собой прямоугольник с обращенной к цилиндру фаской, размер которой определен таким образом, чтобы площадь плоского участка, прилегающего к уплотняемому участку цилиндра, обеспечивала его пластическое деформирование при затяжке болтов крепления крышки цилиндров, в интервале от 20 до 50% от величины окончательного монтажного усилия, а поверхность верхней части кольца выполнена в виде участка тора. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и может быть использовано в конструкциях уплотнений газового стыка между цилиндром и крышкой цилиндра ДВС.
Широко известны варианты уплотнения газового стыка между гильзой цилиндра и крышкой цилиндра, осуществленные преимущественно металлическим кольцом, предусматривающим начальную пластическую деформацию в период монтажной затяжки стыка, и упругую деформацию уплотнительного кольца в период воздействия пульсирующих газовых сил. Уплотнение обеспечивается в случае достаточной точности изготовления деталей крышки цилиндров и гильзы цилиндра, а также рабочих упругих деформаций системы, не превышающих упругой деформации кольца. Величина упругой деформации кольца, которая определяется его сжатием по высоте от усилий монтажной затяжки, зависит от жесткости материала кольца и его осевого размера (см. а.с. СССР №1799081 от 10.09.90 г., кл. F 02 F 11/00).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится то, что в устройствах увеличение зазора между цилиндром и крышкой цилиндра от воздействия рабочих усилий и температурных напряжений компенсируется величиной упругого сжатия уплотнительного кольца, которое для металлов невелико.
Известно уплотнение, использующее для уплотнения изменяющегося в процессе работы газового стыка радиальное расположение кольца клиновидного сечения, а также пластическую деформацию уплотняемых кромок в момент монтажной затяжки. Такое решение позволяет значительно расширить возможный диапазон рабочих перемещений величины уплотняемого зазора (см. патент Швейцарии №368968 от 06.04.59 г., кл.F 02 F 1/00).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что данное техническое решение имеет сложную форму поверхности уплотняемого стыка, а также значительное радиальное перемещение уплотнительного кольца под воздействием газовых сил.
Сущность изобретения - обеспечение возможности значительного изменения зазора при работе между уплотняемыми поверхностями без ухудшения его работоспособности.
Технический результат - обеспечение надежного уплотнения стыка при больших относительных деформациях крышки цилиндра и цилиндра и компенсация значительных погрешностей в их изготовлении.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем упругое уплотнительное кольцо, прилегающее к крышке цилиндра, особенностью является то, что сечение кольца представляет собой прямоугольник с обращенной к цилиндру фаской, размер которой определен таким образом, чтобы площадь плоского участка, прилегающего к уплотняемому участку цилиндра, обеспечивала его пластическое деформирование при затяжке болтов крепления крышки цилиндров, в интервале от 20 до 50% от величины окончательного монтажного усилия, а поверхность верхней части кольца выполнена в виде участка тора.
На чертеже представлено: на фиг.1 - общий вид уплотнительного соединения в рабочем состоянии; на фиг.2 - сечение уплотнительного кольца в статическом состоянии.
Уплотнение газового стыка между цилиндром и крышкой цилиндра включает: цилиндр 1; крышку цилиндра 2; уплотнительное кольцо 3, сечение которого представляет собой прямоугольник с фаской 4. Размер фаски 4, обращенной к цилиндру, определяется таким образом, чтобы площадь плоского участка 5, прилегающего к уплотняемому участку цилиндра, обеспечивала его пластическое деформирование при затяжке болтов крепления крышки цилиндров в интервале от 20 до 50% от величины окончательного монтажного усилия. Фаска 4 может быть не прямолинейной, а криволинейной. Величина и форма фаски определяет осевое усилие при пластической деформации нижней части кольца, которая необходима для обеспечения герметичности стыка при заданной точности и шероховатости уплотняемых поверхностей, а также радиальное положение осевой равнодействующей контактных напряжений. Поверхность уплотнительного кольца 6, соприкасающаяся с крышкой цилиндра, выполнена таким образом, чтобы осевые равнодействующие контактных напряжений, от воздействия цилиндра и крышки цилиндра, были смещены на величину, необходимую для возникновения момента, закручивающего сечение кольца и вызывающего упругие осевые перемещения, значительно превышающие упругие осевые перемещения в результате простого сжатия кольца такого же сечения. Сечение кольца назначается из условия обеспечения его упругого закручивания на требуемую величину при обеспечении необходимого усилия для смятия уплотнительной кромки, соприкасающейся с уплотняемой поверхностью цилиндра. Поверхность, соприкасающаяся с крышкой цилиндра, закругляется радиусом R, достаточным для предотвращения смятия материала крышки цилиндра от воздействия монтажных и рабочих нагрузок.
Работа уплотнительного кольца осуществляется следующим образом. При создании монтажного усилия, стягивающего крышку цилиндра 2 с цилиндром 1, уплотнительное кольцо 3 сжимается, при этом реактивные силы со стороны крышки цилиндра RГЦ и со стороны цилиндра RЦ, действующие на кольцо, создают момент скручивания кольца 3. С увеличением силы происходит упругая деформация кольца 3, удерживаемого силой трения покоя. Как только величина контактных напряжений превысит предел упругости материала кольца и в контакте уплотнительного кольца 3 с цилиндром 1 появляется смятие, сминаемая кромка начинает смещаться наружу, кольцо 3 закручивается. При этом в процессе смятия и перемещения кольцо 3 адаптируется к микро- и макронеровностям уплотняемой поверхности цилиндра 1, обеспечивая постоянное контактное напряжение, равное пределу текучести материала кольца. В сопряжении кольца 3 с крышкой цилиндра 2 происходит перекатывание верхней части сечения кольца. Во избежание пластической деформации материала крышки 2 поверхность верхней части кольца 3 выполнена в виде участка тора с достаточно большим радиусом R. При деформации сечения кольца 3, его верхняя часть перекатывается по уплотняемой поверхности крышки цилиндра 2 без смятия последней, при этом осевая высота кольца 3 уменьшается на значительную величину. По мере уменьшения зазора в результате дальнейшего подтягивания крышки цилиндра 2 происходит дальнейшее закручивание сечения кольца 3, вплоть до расчетной величины монтажного зазора.
Преимущество изобретения состоит в том, что возникающее при работе двигателя внутреннего сгорания от воздействия тепловых и силовых факторов перемещение крышки цилиндра относительно цилиндра, компенсируется большим запасом упругой деформации уплотнительного кольца, обеспечивает достаточный запас контактного усилия для плотного прижатия уплотняющих кромок и надежного уплотнения газового стыка.
Формула изобретения
Уплотнение газового стыка между цилиндром и крышкой цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее упругое уплотнительное кольцо, прилегающее к крышке цилиндра, отличающееся тем, что сечение кольца представляет собой прямоугольник с обращенной к цилиндру фаской, размер которой определен таким образом, чтобы площадь плоского участка, прилегающего к уплотняемому участку цилиндра, обеспечивала его пластическое деформирование при затяжке болтов крепления крышки цилиндров, в интервале от 20 до 50% от величины окончательного монтажного усилия, а поверхность верхней части кольца выполнена в виде участка тора.
РИСУНКИ
