Уплотнительное устройство поршня

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов. Устройство включает два концентрично расположенных в канавке поршня, кольца и расширитель в виде набора спиральных пружин. Рабочее поршневое кольцо имеет на внутренней цилиндрической поверхности периодически выполненные клинообразные выступы, которые свободно входят в пазы дополнительного кольца. Между поверхностями пазов и клинообразных выступов помещены цилиндрические пружины. Под воздействием пружин поршневое кольцо по наклонным поверхностям выступов и пазов отодвигается от дополнительного кольца и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотнительный эффект устройства. Пазы выполнены на внешней цилиндрической поверхности дополнительного кольца, а клинообразные выступы - на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца. Изобретение повышает надежность работы уплотнительного устройства поршня. 3 ил.

 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов.

Известно уплотнительное устройство поршня, содержащее на дне канавки поршня периодически расположенные по окружности клинообразные выступы, на внутренней поверхности кольца - соответствующие им пазы, причем выступы и пазы выполнены с плоскими боковыми поверхностями, одна из которых расположена в радиальной плоскости, другая наклонная - под углом к ней, при этом выступы размещены в пазах с контактом по наклонным поверхностям, ширина пазов выполнена больше ширины выступов, а спиральные пружины расширителя установлены между боковыми поверхностями выступов и пазов, находящихся в радиальной плоскости (а.с. SU №1665132, МКИ F16J 9/06 - аналог). В результате воздействия спиральных пружин расширителя поршневое кольцо, взаимодействуя с клинообразными выступами поршневой канавки по наклонным поверхностям пазов и выступов, отодвигается от поршня и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотняющий эффект устройства.

Недостатками этого изобретения являются следующие.

1. Сложность изготовления и эксплуатации уплотняющего устройства из-за необходимости выполнения пазов в поршневом кольце и выступов в канавке поршня, которые создают вынужденную конструктивную взаимозависимость между поршневым кольцом и поршнем.

2. Теряется универсальность применения уплотняющего устройства - нельзя использовать кольца с пазами и обычные поршни, у которых поршневые канавки выполнены без выступов, а поршни с выступами в канавке невозможно применять вместе с обычными кольцами, гладкими с цилиндрической внутренней стороны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является уплотнительное устройство поршня, содержащее установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо с периодически выполненными по окружности внутренней цилиндрической поверхности пазами, у которых одна боковая плоская поверхность расположена в радиальной плоскости, другая - под углом к ней, расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, каждая из которых помещена в гнездо соответствующего паза, и установлено концентрично с поршневым кольцом в его заколечное пространство с контактом по всей окружности дна канавки дополнительное разрезное кольцо с клинообразными выступами, входящими вовнутрь пазов поршневого кольца, ширина которых больше ширины клинообразных выступов, при этом выступы дополнительного разрезного кольца имеют плоские боковые поверхности, параллельные плоским боковым поверхностям пазов поршневого кольца, и контактируют с пазами поршневого кольца по наклонным плоским поверхностям, а спиральные пружины расширителя расположены между боковыми поверхностями клинообразных выступов дополнительного разрезного кольца и пазов поршневого кольца (патент RU №2103573, МКИ F16J 9/06 - прототип).

В результате одновременного воздействия сжатых спиральных пружин расширителя в тангенциальном направлении к окружностям поршневого и дополнительного колец на радиальные поверхности клинообразных выступов дополнительного кольца и пазов поршневого кольца последний, взаимодействуя своими наклонными поверхностями пазов с наклонными поверхностями выступов дополнительного кольца, отодвигается от дополнительного кольца и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотняющий эффект устройства.

Такое уплотнительное устройство поршня устраняет некоторые недостатки аналога. Конструкция прототипа несколько проще и более универсальна. Отсутствие конических выступов в поршневой канавке позволяет использовать поршни с обычными кольцами, гладкими с цилиндрической внутренней стороны, а само уплотнительное устройство поршня можно использовать в обычных канавках серийных поршневых двигателей.

Однако прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца по всей ее окружности периодически выполнены пазы, которые уменьшают площадь поперечного сечения поршневого кольца. В этих сечениях в процессе работы двигателя будут наблюдаться повышенные напряжения, ослабляющие прочность поршневого кольца. Кроме этого сами пазы поршневого кольца являются сосредоточением повышенных местных напряжений, которые возникают в местах резкого изменения формы и размеров поперечного сечения. Такое явление называется концентрацией напряжений (Кинасошвилли Р.С. Сопротивление материалов. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы. 1960, с.50). Местные повышенные напряжения в местах расположения пазов также снижают прочность поршневого кольца и могут привести к его разрушению. И главное, следует отметить то, что поршневое кольцо воспринимает практически все нагрузки, возникающие в процессе работы двигателя. В то же время дополнительное кольцо прототипа, располагаясь в заколечном пространстве и плотно контактируя своей внутренней цилиндрической поверхностью с окружной поверхностью дна поршневой канавки, находится в более благоприятных условиях. Именно поршневое кольцо скользит с высокой скоростью по зеркалу цилиндра двигателя при значительной нагрузке переменных сил давления газов, сил трения, сил инерции в условиях высокой температуры и неудовлетворительной смазки. Под действием всех этих факторов в поршневом кольце возникают значительные переменные напряжения, которые воспринимаются поршневым кольцом по всей своей окружности, в том числе в тех местах, где выполнены пазы. Такая конструкция уплотнительного устройства поршня, когда пазы для установки спиральных пружин расширителя выполнены по окружности внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца, ненадежная и недолговечная.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы уплотнительного устройства поршня и увеличение срока службы.

Задача достигается в уплотнительном устройстве поршня, содержащем установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо, дополнительное разрезное кольцо, расположенное в заколечном пространстве концентрично с поршневым кольцом и контактирующее своей внутренней цилиндрической окружной поверхностью с цилиндрической поверхностью дна поршневой канавки, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, периодически расположенных по окружности между поршневым и дополнительным кольцами, контактирующими между собой по наклонным плоским боковым поверхностям пазов и клинообразных выступов, причем клинообразные выступы свободно входят в пазы, ширина которых больше клинообразных выступов, а спиральные пружины расширителя располагаются в пазах между боковыми поверхностями пазов и клинообразных выступов, плоскости которых расположены в радиальном направлении, где согласно изобретению пазы выполнены на внешней цилиндрической окружной поверхности дополнительного разрезного кольца, а клинообразные выступы выполнены на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца.

Предлагаемое уплотнительное устройство поршня будет более надежно в работе и долговечнее по той причине, что пазы для установки спиральных пружин расширителя устранены на поршневом кольце и выполнены на менее загруженном внешними силовыми факторами дополнительном кольце. Тем самым площадь поперечного сечения поршневого кольца в местах ранее располагавшихся пазов возрастет, а напряжения в процессе работы двигателя уменьшатся. Исчезнут также причины, вызывающие концентрацию местных напряжений.

Наличие в предлагаемом уплотнительном устройстве поршня изобретения доказывается тем, что пазы для установки спиральных пружин расширителя выполнены на внешней цилиндрической окружной поверхности дополнительного разрезного кольца, а клинообразные выступы выполнены на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что уплотнительное устройство поршня, сохраняя все положительные качества прототипа, приобретает дополнительные свойства, такие как высокая надежность работы и долговечность.

Уплотнительное устройство поршня поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, разрез части поршня в сборе с уплотнительным устройством; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2 (в качестве обстановки показан цилиндр двигателя вместе с уплотнительным устройством).

Уплотнительное устройство поршня содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлены рабочее поршневое разрезное кольцо 3 с клинообразными выступами 4, выполненными периодически на его внутренней цилиндрической поверхности 5, и разрезное дополнительное кольцо 6 с пазами 7 (фиг.1 и 2).

Дополнительное кольцо 6 установлено в заколечное пространство 8 рабочего поршневого кольца 3 концентрично с последним так, что внутренняя цилиндрическая поверхность 9 дополнительного кольца 6 по всей окружности контактирует с дном 10 поршневой канавки 2 (фиг.1, фиг.3), а в фигурные пазы 7, которые выполнены периодически по окружности внешней цилиндрической поверхности 11 дополнительного кольца 6, свободно входят в клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3, так как ширина пазов 7 выполнена больше ширины клинообразных выступов 4 (фиг.2).

Клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3 имеют боковые плоские поверхности 12, расположенные в радиальных плоскостях, и боковые плоские поверхности 13, лежащие в плоскостях, расположенных наклонно к радиальным (фиг.2). Пазы 7 дополнительного кольца 6 также имеют плоские поверхности 14 и 15, которые параллельны соответственно плоским боковым поверхностям 12 и 13 клинообразных выступов 4 (фиг.2).

В гнезда 16 пазов 7 дополнительного кольца 6 помещены спиральные пружины 17, которые располагаются между боковыми радиальными плоскими поверхностями 12 выступов 4 и боковыми радиальными плоскими поверхностями 14 пазов 7. Клинообразные выступы 4 поршневого кольца 3 размещаются в пазах 7 дополнительного кольца 6 так, что боковые наклонные плоские поверхности 13 клинообразных выступов 4 контактируют с боковыми наклонными плоскими поверхностями 15 пазов 7 (фиг.2). Поршень 1 размещен в цилиндре двигателя 18, а поршневое кольцо 3 всей своей внешней окружностью 19 контактирует с зеркалом цилиндра 20.

Уплотнительное устройство поршня работает следующим образом. В процессе перемещения поршня 1 рабочее поршневое кольцо 3 и цилиндр двигателя 18 подвергаются действию переменных сил давления газов. И поршневое кольцо 3, и цилиндр двигателя деформируются. При этом теряется контакт на некоторых участках внешней окружности 19 рабочего поршневого кольца 3 с зеркалом цилиндра 20. Будет наблюдаться прорыв газов, Однако в этот момент спиральные пружины сжатия 17 расширителя, расположенные между боковыми радиальными поверхностями 14 и 12 пазов 7 дополнительного кольца 6 и клинообразных выступов 4 поршневого кольца 3 соответственно, воздействуют одновременно и на поршневое кольцо 3 и на дополнительное кольцо 6 в тангенциальном направлении - вектор (фиг.2). В результате взаимодействия рабочего поршневого кольца 3 с дополнительным кольцом 6 по наклонным плоским поверхностям 13 клинообразных выступов 4 и наклонным плоским поверхностям 15 пазов 7 поршневое кольцо 3 отодвигается от дополнительного кольца 6 по его наклонной плоскости 15 по направлению вектора . При этом рабочее поршневое кольцо 3 прижимается к зеркалу цилиндра 20 в радиальном направлении (вектор ) с определенной силой по всей своей внешней окружности 19, создавая тем самым уплотняющий эффект предлагаемого устройства.

Предлагаемое уплотнительное устройство поршня обладает повышенной прочностью рабочего поршневого кольца 3, так как отсутствие пазов 7 на его внутренней цилиндрической поверхности 5 увеличило площадь поперечного сечения и устранило концентраторы напряжений. Повысилась надежность работы уплотнительного устройства поршня и его долговечность.

Уплотнительное устройство поршня, содержащее установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо, дополнительное разрезное кольцо, расположенное в заколечном пространстве концентрично с поршневым кольцом и контактирующее своей внутренней цилиндрической окружной поверхностью с цилиндрической поверхностью дна поршневой канавки, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, периодически расположенных по окружности между поршневым и дополнительным кольцами, контактирующими между собой по наклонным плоским боковым поверхностям пазов и клинообразных выступов, причем клинообразные выступы свободно входят в пазы, ширина которых больше клинообразных выступов, а спиральные пружины расширителя располагаются в пазах между боковыми поверхностями пазов и клинообразных выступов, плоскости которых расположены в радиальном направлении, отличающееся тем, что пазы выполнены на внешней цилиндрической окружной поверхности дополнительного разрезного кольца, а клинообразные выступы выполнены на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в двигателях внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве маслосъемных устройств, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров.

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и других поршневых машин. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для уплотнения пары поршень-цилиндр, преимущественно в поршневых ДВС. .

Изобретение относится к поршневым системам. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в качестве поршневого кольца в ДВС, компрессорах и других поршневых устройствах. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве уплотнения пары поршень-цилиндр двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения и применяется в качестве маслосъемных устройств, устанавливаемых на поршнях двигателей внутреннего сгорания или компрессоров

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям тронковых поршневых машин, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), поршневым компрессорам и насосам

Изобретение относится к машиностроению

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов. Устройство включает два концентрично расположенных в канавке 2 поршня 1, кольца 3 и 6 и расширитель в виде набора спиральных пружин 17. Поршневое кольцо 3 взаимодействует наклонными плоскостями 13 клинообразных выступов 4 с наклонными плоскостями 15 впадин 7 дополнительного кольца 6 в левой полуокружности 18 уплотнительного устройства так, что равнодействующие силы F направлены по часовой стрелке, а в правой полуокружности 21 равнодействующие силы F направлены против часовой стрелки. В процессе работы двигателя равнодействующие силы F уравновешивают друг друга и уплотнительное устройство поршня не проворачивается в поршневой канавке 2. Радиальные составляющие силы R прижимают кончики 23 поршневого кольца 3 к зеркалу цилиндра 26. Это улучшит приработку колец к зеркалу цилиндра 26 и повысит герметичность цилиндра 24. Новым является то, что наклоны взаимодействующих между собой боковых плоских поверхностей 13 и 15, выполненных в левой полуокружности 18, направлены по часовой стрелке, а наклоны взаимодействующих боковых плоских поверхностей 13 и 15, выполненных в правой полуокружности 21, направлены против часовой стрелки. Одна пара узлов I выполнена в районе замков колец так, что радиальные составляющие силы R проходят через кончики колец 23 под углом 10 градусов к поперечной оси 22. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы уплотнительного устройства поршня и увеличение срока службы. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению. В поршневой канавке (7) установлены верхнее скребковое кольцо (3) и нижнее скребковое кольцо (6), между которыми расположено расширительное кольцо (4) с радиальными пазами (5), сообщающими полость, расположенную между стенкой цилиндра (1) и поверхностью внешнего диаметра кольца (4) с придонной полостью поршневой канавки (7), причем общий угол наклона торцов скребковых колец (3) и (б) и расширительного кольца (4) не менее 10°. Изобретение обеспечивает повышение мощности и ресурса двигателя внутреннего сгорания, уменьшение расхода топлива и масла, улучшение экологических характеристик двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Техническая задача - упрощение конструкции поршневого кольца с вспомогательной упругостью. Поршневое кольцо 1 получает дополнительное радиальное давление от отдельных предварительно сжатых цилиндрических пружин 6, установленных в соответствующих цилиндрических отверстиях 7, выполненных в поршне 3 по его радиальным осям 8 периодически. Торцы 11 цилиндрических пружин 6 со стороны внутренней окружной поверхности 9 поршня 3 подпираются самопружинящим плоским разрезным съемным запорным кольцом 12. Противоположные торцы 14 сжатых цилиндрических пружин 6 упираются в торцы 15 цилиндрических штоков 16. Противоположные торцы 17 цилиндрических штоков 16 через дугообразные полосы 18 контактируют с внутренней окружной поверхностью 19 поршневого кольца 1, создавая дополнительное радиальное давление на поверхность цилиндра двигателя 5. Новым является то, что цилиндрические отверстия 7, в которых располагаются цилиндрические пружины 6, выполнены по радиусу поршня 3, по его окружности одного диаметра и сквозными. Уменьшается количество цилиндрических отверстий 7 в поршне в два раза и соответственно уменьшается в два раза количество цилиндрических пружин 6. Технология изготовления поршня и радиального расширителя упрощается. 3 ил.

Изобретение относится к составному поршневому кольцу. Составное поршневое кольцо содержит одну выполненную, по меньшей мере, в виде единого элемента опору пружины, снабженную замковой областью, а также один выполненный, по меньшей мере, в виде единого элемента пружинный элемент, который установлен в канавке, предусмотренной в области внутренней окружной поверхности опоры пружины. Толщина (а) стенки опоры пружины как в области обращенных к замку концов опоры пружины, так и в ее задней области, по существу одинакова, а между задней областью и соответствующим замковым концом предусмотрен, по меньшей мере, один карман, проходящий по окружной области (β) величиной, по меньшей мере, 60° и образованный посредством локального уменьшения толщины стенки опоры пружины. Изобретение обеспечивает выравнивание распределения радиального давления по всей окружности поршневого кольца. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к маслосъемному поршневому кольцу, содержащему тело кольца, два радиальных наружных рабочих пояска на теле кольца, которые по отношению к направлению движения поршня расположены один за другим и разнесены друг от друга с помощью наружного углубления. Каждый рабочий поясок снабжен маслосъемными кромками, и на каждой маслосъемной кромке выполнено защитное покрытие износа. Изобретение повышает долговечность маслосъемного поршневого кольца. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к винтовой нажимной стальной пружине для поршневого кольца, выполненной с износостойким покрытием, которая может быть использована как компонент маслосъемного кольца в поршне двигателя внутреннего сгорания. Износостойкое покрытие содержит слои из CrN и металлсодержащие DLC-слои из а-С:Н:Ме, где Me - вольфрам, хром, титан, германий или кремний, причем количество слоев составляет от 10 до 200, а слои из CrN и слои из а-С:Н:Ме имеют толщину от 30 до 100 нм. Обеспечивается винтовая нажимная пружина с улучшенными фрикционными свойствами, износостойкостью и прирабатываемостью по меньшей мере одного компонента маслосъемного поршневого кольца, состоящего из двух частей. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве компрессионного поршневого кольца для двигателей внутреннего сгорания или компрессоров. Составное поршневое кольцо для двигателя внутреннего сгорания и компрессоров состоит из пластинчатых колец толщиной 1 мм. Между пластинчатыми кольцами расположен пружинный расширитель, выполненный цельноизогнутым прямоугольного сечения из металлической ленты. Между пластинчатыми кольцами на наружной поверхности пружинного расширителя дополнительно устанавливается пружинный вкладыш в виде винтовой цилиндрической пружины квадратного сечения со скругленными кромками, выполненной из проволоки толщиной 1,5 мм. Пружинный расширитель 1 выполнен в виде гофрированной стальной ленты, ширина которой равна расстоянию между пластинчатыми кольцами. Изобретение повышает надежность устройства. 5 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней и механизмов

Наверх