CN1031885A - 往复式活塞组及连杆的装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于往复式活塞组及连杆的装置。它 解决了环口和热变形及环的跳动引起的泄漏，并使活 塞与缸套的装配间隙减小，改善了活塞组与缸套之间 的润滑，提高了往复式活塞组及连杆装置的性能。其 结构特征是以一道多根环组合一起为主构成的环组， 与活塞配合，而且活塞与连杆的连接为活球式与轴孔 式复合的连接装置。

Description

本发明是一种往复式活塞组及连杆的装置。

原有的往复式活塞组及连杆的连接，由活塞销式或半球形的连接，但由于结构的重量大，不能适应高速及强化内燃机的要求。活塞环的道数多，密封效果差，摩擦力大、机械效率低，且使用耐久性差。

本发明的目的是为提供一种新型的组合式活塞组及连杆的装置，以提高活塞组工作的可靠性和持久性。为高速强化内燃机设计提供了可靠的条件。并可提高机械效率，节约能源。

本发明是这样实现的：

1、连杆的结构形状

连杆的小头端为一定壁厚的凹半球形（或少半球形），此半球的外半球面的顶端与连杆身连接，并且连杆身的轴线通过此凹半球的中心点，在连杆身左、右侧方向的凹半球的外球面上，连接着一定壁厚的半圆柱体（或少半圆柱体），此半圆柱体的轴线通过凹半球面的中心点，并与连杆身轴线垂直。在此半圆柱体内圆与凹半球形的外半球面之间。可设几个径向的筋板。此半圆柱体的外圆，可直接镀复层耐磨处理，或配置外耐磨瓦片。配置外耐磨瓦片时，可在半圆柱体的外圆上，钻一径向的盲孔，以便与外耐磨瓦片内圆面上设置的凸柱体配合装置。连杆身的截面及大头端可为各种形式。如果是油冷式的活塞组。顺沿连杆轴线，可钻一输油孔，并在连杆大端进油孔处装置单向阀。

2、承架的结构形状。

每个活塞组上有两个承架，它们在活塞体内腔的装置中相互对称，但两个承架的结构形状是相同的。

承架的结构形状是下部的中间为两个横梁形，一个横梁象弓形，一个为水平直线形。两横梁的端部合为一体，象一个三角架。弓形梁的中间为一半圆形孔（或少半圆形孔）。半圆形孔表面可直接镀复层耐磨处理，或配置内耐磨瓦片。配置内耐磨瓦片时，可在半圆孔内径向钻一个盲孔，以便配置的内耐磨瓦片外圆面上设制的凸柱体，与此盲孔配合，固定内耐磨瓦片。横梁两端的外圆是弧形，并延继出两个凸耳。凸耳的形状为，轴向一定宽度、径向变截面而成一定壁厚的形状。横梁两端的圆弧形及延续出的凸耳的外圆。与活塞裙的内圆相配合。为了使承架的重量减轻，可在每一个凸耳的端处轴向尺寸的中间处，开一个一定深的小槽。横梁的两端及凸耳接近外圆处的后端面为一平面。横梁两端的一定位置处分别延续出方向向上并径向向轴线方向伸出一定长度的矩形柱体，并与承架上部的径向一定壁厚、轴向一定宽度、一定弧长的少半圆柱体连接。此少半圆柱体的内圆轴向为一定锥度形，以便适应活塞芯摆动时与活塞芯外圆面的接触并均匀地传递活塞的侧向压力。与此少半球圆柱体的外圆接连。向径向方向延继出一个（或几个，根据需要确定数量）轴向一定厚度的扇形筋板。扇形筋板的外圆为一定直径的圆弧形，其扇形筋板外圆处的轴向尺寸可适当大些，以与活塞裙内圆的环形凸条配合，扇形筋板上设些孔，这不仅可减轻承架的重量，而且有利于润滑油的轴向泄漏，承架的结构形状可见图20、图21、图22、图23所示。

3、活塞芯的形状

活塞芯的中部为一定壁厚的中空的圆柱体，其圆柱体的一端为一定壁厚的凸半球状，如果是油冷式的活塞组，则其半球的顶部，还设有输油孔，并在其半球的内腔油孔的周围延续地制出轴向一定长度一定壁厚的小圆柱体。如果是振荡冷却式的，此小圆柱体内孔的直径，应适当大些，以便输油管的插入。中空圆柱体的另一端为一定直径的一定弧长而成的一定壁厚无顶的凹半球形。在此一定壁厚无顶端的凹半球形上接近内圆处，钻一轴向的小孔。活塞芯中空圆柱体前部的内圆面和外圆面，与无顶的凹半球形的外球面之间，可设些三角形的筋板，以加强无顶的凹半球形的刚度和强度。活塞芯中空圆柱体与其凸半球的交接处，可制若干个径向的小孔。活塞芯凸半球的外表面，可直接镀复层耐磨处理，或配置一定壁厚的半球形的耐磨套。

4、四种活塞环组的构件形状及配合情况

（1）、组合无口独道油、气密封环组。

在活塞头部与活塞裙的接缝处所开的一个阶梯形的环槽里，装有后环片、前环片、若干个外轴向环片（或外轴向弹片）、内衬环和若干个内轴向环片（或内轴向弹片）。它们的装配结构见图1中所示。后环片为搭口环，后环片的前侧面接触着前环片，前环片与后环片的张口相距为180°。在环槽前后侧面的轴向，分别布置一个销钉，分别固定前环片和后环片的张口。前环片为距形倒角环为好，外轴向环片装置在活塞环槽前侧面所制的槽中。外轴向环片的后侧面与前环片的前侧面相接触。以加强前环片和后环片之间的密封，并防止两环片的轴向变形。后环片内圆置有内衬环，内衬环的外圆与后环片的内圆相接触。内衬环张口与后环片张口相距180°。可在环槽的前侧面或底圆面设置销钉固定内衬环口。内轴向环片装置在活塞环槽前侧面所设的槽中，内轴向环片的后侧面与内衬环的前侧面相接触，以防止内衬环的轴向跳动。为了有利于前环片和后环片之间的密封，可在后环片的前侧面外圆边处制出若干个凹槽和相对的凸条，见图6、图7、图8、图9所示。径向的凸条与前侧面的平面相平，起密封作用。凹槽可贮存些润滑油，为了减少前环片与后环片之间的摩擦力，在前环片后侧面接近内圆的位置处制一圆弧形的环形凹槽，并在内圆边处制若干个径向的通气槽。使环槽内的气体与圆弧形的凹槽相通。见图10、图11所示，为了减少内衬环与环槽后侧面之间的摩擦力，在内衬环的后侧面的一定位置处，可制成与前环片后侧面相同的环形凹槽和径向的通气槽。

如果是二冲程的内燃机，前环片、后环片的张口端处，应切削加工成“K”型环的形式。

（2）、组合无口独道油气密封环与气环配合的迷宫密封环组。

在活塞头部与活塞裙的接缝处所开的一个阶梯形环槽的前部活塞顶的外圆处，再开若干个（一个或二个，根据需要确定数量）气环槽，此所开的每一个气环槽内，都装有一个气环，另在活塞顶与活塞裙的接缝处所开的一个阶梯形环槽内仍然装置有：后环片、前环片、若干个外轴向环片（或外轴向弹片）内衬环和若干个内轴向环片（或内轴向弹片）。这些构件的形状及配合，仍与（1）中所述的组合无口独道油气密封环组相同。

（3）、独道油气密封环组

在活塞头部与活塞裙的接缝处所开的一个阶梯形环槽（也可以是矩形环槽，根据环的轴向尺寸确定）里，装有搭口环、内衬环和若干个内轴向环片（或内轴向弹片），它们的装配情况见图12中所示。后环片为搭口环，搭口环的内圆接触为内衬环，内衬环的外圆与搭口环的内圆相配合，两环张口相距180°。在环槽的前侧面分别设置两个销钉，分别固定搭口环和内衬环的张口。若干个内轴向环片装置在环槽前侧面所设的槽中。内轴向环片的后侧面与内衬环的前侧面相接触，以防止内衬环的轴向跳动。

（4）、独道油气密封环组与气环配合的迷宫密封环组

在活塞头部与活塞裙的接缝处所开的一个阶梯形环槽（或矩形环槽）的前部，活塞顶的外圆处，再开若干个（一个或二个，根据需要确定数量）气环槽，此所开的气环槽内，都装有一根气环，另在活塞头部与活塞裙接缝处所开的一个阶梯形环槽（或矩形环槽）内，仍装置着搭口环内衬环和若干个内轴向环片（或内轴向弹片）。这些构件的形状及配合仍与（3）中所述的独道油气密封环组相同。

5、活塞体

活塞体为圆筒形。圆筒形可为组合式（活塞头部与裙组合）和整体式的。

（1）、活塞头部与裙组合式的结构形式及装配。见图1中所示，活塞裙为顶端开一缩小了的圆口的筒形，其前端面为一平面，在端面接近内圆处开有装置密封圈的圆环形小沟。活塞裙接近前端处的外圆设一环形油槽，油槽内布有若干个径向的泄油孔。活塞裙前端部的后侧面与活塞裙内腔的前部，可制出若干个三角形的筋板，以加强活塞裙前端面的刚度和强度。活塞裙内腔设有几个环形的凸条，以与承架的外圆面相接触，每两个环形凸条之间可制些轴向的筋板，最后一个环形凸条的后面是螺纹，如果是二冲程内燃机，则不制螺纹，而在最后一个环形凸条上，制一环形槽，以便弹性挡圈置入，见图16中所示。活塞裙最后端处制一向活塞轴线方向凸出的小凸耳，小凸耳中间钻一小孔，以便与紧定丝联接，但如果使用弹性挡圈的活塞组，活塞裙的后端就不设置小凸耳了。

活塞的头部为一外圆阶梯形的筒形，活塞头部外圆的活塞环槽，因配合的活塞环组的不同而有差别，见图1、图12、图15、图18、图19中所示。活塞头部后端处外圆制有螺纹，并且开一键槽，此键槽与活塞裙上开的键槽相吻合。在螺纹的前边，沿圆周布有若干个径向小孔，此每一个小孔与活塞裙前端处所设的泄油孔对应吻合，在活塞头部与活塞裙前端面所开的圆环形小沟吻合处，开一圆环形小沟，根据需要，在活塞头部第一第二阶梯形的后侧面（从外圆向活塞轴线方向数起），分别制有若干个装置外轴向环片（或外轴向弹片）、内轴向环片（或内轴向弹片）的小槽，并在这两个阶梯形的后侧面上的适当位置处，钻有小盲孔，以装置销钉固定环口。活塞头部内腔分为与顶块组合式的和整体式的。见图1、图12、图17、图18中所示。

为了使活塞头部与活塞裙接缝处所开的阶梯形的环槽耐磨损，可在此环槽前后侧面镀复层耐磨处理，也可在活塞头部与活塞裙接缝处装置耐磨圈，见图19中所示。

（2）、活塞裙与活塞顶为整体式的。此种活塞头部外圆的环槽内，装置着现在常用的气环和油环。活塞顶内腔及活塞裙内壁仍可与组合式的活塞顶内腔及活塞裙内壁的形状相同。

二、其它零部件

除上述主要构件外，还有下述的一些零部件和辅助件。

1、连接件：多角螺母。

2、密封件、辅助件和冷却油输送件：密封圈、密封块、弹簧、输油管。

3、定位件：轴向凸舌外纹螺母、弹性挡圈、键、定位丝、内外舌垫片。

4、耐磨套，瓦片：连杆半球耐磨套，活塞芯半球耐磨套、无顶半球外耐磨套、无顶半球内耐磨套、外耐磨瓦片、内耐磨瓦片。

5、调整间隙件：垫圈、蝶形弹簧。

三、活塞组及连杆的装置

上述的这些构件和零部件，可以装配成多种结构形式的活塞组及连杆的装置。图1、图12、图15、图16、图17、图18、图19为几种典型的活塞组及连杆的装置图。

本发明与原有的活塞组及连杆的结构相比，有以下主要优点：

1、可消除环口及各种不利的热变形造成的泄漏，并消除了环的轴向跳动因起的泄漏，防止和减少了环的径向跳动，消除了泄漏燃气烧毁润滑油膜引起的拉缸。

2、由于活塞环与缸套和环槽及各环面之间的贴合面积小，因而机械的摩擦损失小。

3、由于活塞体及活塞环组绕轴线可发生转动，改善了活塞组与缸套的润滑。

4、减少了活塞与缸套的配合间隙。

5、为高强化内燃机的设计提供了良好的条件。

图1为组合式整体筋板活塞头的活塞组及连杆的装置图;

图2为图1的A-A的剖视图;

图3为图1的K向局部剖视图;

图4为后环片的全剖视图;

图5为图4的俯视图;

图6为图5的 (Ⅰ)/(2∶1) 放大图;

图7为图6的C-C剖面图;

图8为图6的B-B剖面图;

图9为图6的A-A剖面的展开图;

图10为内衬环的俯视图;

图11为图10的B-B剖视图;

图12为组合式活塞独道油气密封环及连杆的装置图;

图13为图12的A-A剖视图;

图14为图12的F向局部剖视图;

图15为组合式活塞独道油气密封环和气环配合的迷宫密封环及连杆的装置图;

图16为组合式弹性挡圈活塞和组合无口独道油气密封环及连杆的装置图;

图17为组合式整体活塞头组合无口独道油气密封环和气环配合的迷宫密封环及连杆的装置图;

图18为组合式筋板顶块活塞头的活塞组及连杆的装置图;

图19为组合式整体筋板活塞头耐磨圈环槽的活塞组及连杆的装置图;

图20为承架的主视图;

图21为图20的A-A剖视图;

图22为图20的左视图;

图23为图20的后视图;

图24为整体筋板活塞头的俯视图;

图25为图24的E-E剖视图;

图26为整体式活塞及连杆的装置图;

图27为图26的A-A剖视图;

图28为连杆半球耐磨套的全剖视图;

图29为图28的俯视图;

图30为无顶半球外耐磨套的全剖视图;

图31为图30的俯视图;

图32为内轴向环片的主视图;

图33为图32的俯视图;

图34为外轴向环片的主视图;

图35为图34的俯视图;

图36为内轴向弹片的全剖视图;

图37为图36的俯视图;

图38为外轴向弹片的全剖视图;

图39为图38的俯视图。

图1的组合式整体筋板活塞头的活塞组及连杆装置，为本发明的一种良好的实施例。

图1为组合式整体筋板活塞头的活塞组及连杆的装置图。该发明的结构为：在活塞裙〔4〕与整体筋板活塞头〔11〕的接缝处所开的一个阶梯形的环槽里，装有内衬环〔9〕、内轴向环片〔10〕、后环片〔14〕、前环片〔13〕、外轴向环片〔12〕、整体筋板活塞头〔11〕及活塞裙〔4〕与密封圈〔8〕、键〔7〕、内外舌垫片〔6〕、多角螺母〔5〕接触和连接构成活塞体。在整体筋板活塞头〔11〕的活塞顶内腔的后端及活塞裙〔4〕的内腔里，配置着无顶半球外耐磨套〔15〕、活塞芯〔16〕、连杆半球耐磨套〔2〕、连杆〔1〕、外耐磨瓦片〔17〕、内耐磨瓦片〔20〕、两个承架〔3〕、垫圈〔18〕、轴向凸舌外纹螺母〔19〕、定位丝〔25〕。它们共同构成了组合式整体筋板活塞头的活塞组及连杆的装置。在后环片〔14〕（如图4、5所示）的前侧面的外圆边处制有凸条和相反的凹槽，见图6所示。图6为图5的 (Ⅰ)/(2∶1) 放大图，图7为图6的C-C剖面图，图8为图6的B-B剖面图。图9为图6的A-A剖面的展开图。内衬环〔9〕（如图10、图11所示，图11为图10的B-B剖视图）的后侧面接近内圆的位置处制有一圆弧形的环形凹槽。内衬环〔9〕的前侧面与若干个内轴向环片〔10〕（如图32、图33所示，图33为图32的俯视图）的后侧面相接触，内轴向环片〔10〕装置在环槽前侧面所设的小槽内。前环片〔13〕的后侧面接近内圆的位置处也制有一圆弧形的环形凹槽。前环片〔13〕的后侧面与后环片〔14〕的前侧面相接触。两环张口相距约180°。并被环槽前后侧面所设的销钉固定环口，前环片〔13〕的前侧面与若干个外轴向环片〔12〕（如图34、35所示，图35为图34的俯视图）的后侧面相接触，外轴向环片〔12〕装置在活塞环槽前侧面所设的小槽内，后环片〔14〕的内圆与内衬环〔9〕的外圆相接触，两环张口相距约180°。可在环槽的前侧面设销钉固定内衬环〔9〕的环口，整体筋板活塞头〔11〕（见图24、图25所示，图25为图24的E-E剖视图）后端外圆的螺纹连接着多角螺母〔5〕，并夹压紧内外舌垫片〔7〕和活塞裙〔4〕前端的端面。多角螺母〔5〕的前端面接触着内外舌垫片〔6〕的后端面，内外舌垫片〔6〕的内舌插在整体筋板活塞头〔11〕后端外圆所开的键槽中，内外舌垫片〔6〕的外舌弯折约90°，以固定多角螺母〔5〕的松退。内外舌垫片〔6〕的前端面与活塞裙〔4〕前端的端面的后侧面相接触，密封圈〔8〕装置在活塞裙〔4〕与整体筋板活塞头〔11〕的阶梯面的后侧面所设的圆环形小沟中，为了防止整体筋板活塞头〔11〕与活塞裙〔4〕相互发生转动，将键置在活塞裙〔4〕前端面内圆及整体筋板活塞头〔11〕后端外圆所开的键槽中，在整体筋板活塞头〔11〕的活塞顶内腔的后端配置着无顶半球外耐磨套〔15〕活塞芯〔16〕前端无顶凹半球的凹半球面，与无顶半球外耐磨套〔15〕接触着。活塞芯〔16〕的后端凸半球面，接触着连杆半球耐磨套〔2〕（见图28图29所示，图29为图28的俯视图）的凹半球面。连杆半球耐磨套〔2〕的外半球面与连杆〔1〕前端的凹半球面相配置接触，连杆〔1〕前端凹半球形的外半球面上的左、右两侧所制的两个半圆柱体的外圆上，分别配置着外耐磨瓦片〔17〕，外耐磨瓦片〔17〕的外圆面，与内耐磨瓦片〔20〕的内圆面相接触，内耐磨瓦片〔20〕的外圆面与承架〔3〕横梁上所制的半圆形孔相配置接触，承架〔3〕的外圆与活塞裙〔4〕的内圆相接触，承架〔3〕上部的少半圆柱体的内圆面与活塞芯〔16〕的外圆面相接触。承架〔3〕的后端面与垫圈〔18〕的前端面相接触。轴向凸舌外纹螺母〔19〕的前端面与垫圈〔18〕的后端面相接触、轴向凸舌外纹螺母〔19〕外圆的螺纹与活塞裙〔4〕后端的内圆所制的螺纹连接。定位丝〔25〕穿在活塞裙〔4〕后端小凸耳的孔中，并还穿在轴向凸舌外纹螺母〔19〕的凸舌孔中，并将定位丝〔25〕的两头端拧紧、联接。

Claims (5)

1、活塞组绕轴线转动，并特别是形成无泄漏口的往复式密封的活塞组及连杆的装置。该装置有一个连杆[1]，连杆[1]小头端成一定壁厚的凹半球形(少半球形)，与活塞芯[16]后端的凸半球为活球连接，活塞芯[16]前端无顶凹半球形与活塞顶内腔或顶块[26]后端所成的中空的凸半球状，也为活球连接。连杆[1]小头端的凹半球形状的外半球面上所制的一定壁厚的半圆柱体与承架[3]横梁中部的半圆孔为轴孔式联接。承架[3]横梁端及延续出的凸耳的外圆和扇形筋板的外圆与活塞裙内腔的环形凸条的内圆，为轴孔式的联接。承架[3]横梁端及延续出的凸耳接近外圆的后端面与轴向凸舌外纹螺母[19](或弹性挡圈[21])为端面连接，轴向凸舌外纹螺母[19](或弹性挡圈[21])的外圆，与活塞裙内腔后端的螺纹或环形凸条上制的环形槽连接，使承架[3]轴向定位。承架[3]上部的一定壁厚的少半圆柱体，与活塞芯[16]外圆的接触为轴孔式的联接。圆筒形的活塞体，可为组合式和整体式，组合式的活塞头部与多角螺母[5]及活塞裙前端的连接，为螺拴式的连接及夹压，或活塞头部与活塞裙为螺纹连接。定位销止动，组合式活塞的不同头部所开的环槽可分别装置四种新型活塞环组。整体式活塞头部的环槽里装置着气环[22]和油环[23]。若为油冷活塞，则顺沿连杆[1]轴线布一输油孔，并在连杆大端进油孔处装置单向阀。

该装置的特征为。

A、所述的圆筒形活塞体及活塞环可绕轴线自由性转动。

B、所述的承架[3]，支承着活塞芯[16]，并传递活塞体与活塞芯[16]之间的侧向压力，并且还传递连杆[1]拉动活塞组向后移动的力。

C、在活塞头部与活塞裙部接缝所开的阶梯形环槽表面，可直接镀复层耐磨处理，或配置耐磨圈。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是在活塞头部与活塞裙接缝处所开的阶梯形环槽里，装置着前环片〔13〕、后环片〔14〕内衬环〔9〕若干个内轴向环片〔10〕、若干个外轴向环片〔12〕。内衬环〔9〕的外圆与后环片〔14〕的内圆相接触，两环的张口为约180°并被环槽侧面上所布的销钉固定。内轴向环片〔10〕后侧面与内衬环〔9〕的前侧面相接触。后环片〔14〕的前侧面与前环片〔13〕的后侧面相接触。两环的张口相距约180°，并被环槽侧面上所设的销钉固定。外轴向环片〔12〕的后侧面与前环片〔13〕的前侧面相接触。

3、由权利要求1所述的装置，其特征是在活塞头部与活塞裙接缝处所开的一个阶梯形环槽及所装的组合无口独道油气密封环的前部，活塞头部外圆，再开若干个气环槽，每个气环槽内装一根气环〔22〕构成组合无口独道油气密封环与气环配合的迷宫密封环的密封装置。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征是在活塞头部与活塞裙的接缝处所开一个阶梯形的环槽里（或矩形环槽里）装置搭口环〔24〕内衬环〔9〕和内轴向环片〔10〕，内衬环〔9〕的外圆与搭口环〔24〕的内圆相接触，两环张口相距约180°，并被环槽侧面所布的销钉固定环口。内轴向环〔10〕的后侧面与内衬环〔9〕的前侧面接触。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征是在活塞头部与活塞接缝处所开的一个阶梯形的环槽（或矩形环槽）及所装的独道油气密封环的前部，活塞头部外圆，再开若干个气环槽，每个气环槽内装一个气环〔22〕，构成独道油气密封环与气环配合的迷宫密封环的密封装置。

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