RU2015387C1

RU2015387C1 - Piston for piston machine

Info

Publication number: RU2015387C1
Application number: SU884356710A
Authority: RU
Inventors: Фредерик Мельшиор Жан
Original assignee: Фредерик Мельшиор Жан
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: space, which is restricted within inner space 7 by partially spherical head 5 of rod 6, is filled with viscose or pasty or plastically deformed liquid 13 which is practically incompressible at working temperature and pressure of piston 1. Diameter of cylindric bearing surface 8, which restricts the inner space from the side, slightly exceeds diameter of the partially spherical head of rod 6 so that working clearance between the bearing surface 8 and head 5 is small enough for preventing any by-passing of liquid 13 out of the space at working temperature and pressure of the pistons. EFFECT: improved design. 20 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к поршням, предназначенным для скольжения в цилиндрах двигателей внутреннего или внешнего сгорания и компрессоров. The invention relates to pistons designed to slide in the cylinders of internal or external combustion engines and compressors.

Известны поршни, в которых два сферических элемента поршня и шатуна, выполненных из металла, перемещаются в контакте друг с другом [1]. Pistons are known in which two spherical elements of a piston and a connecting rod made of metal are moved in contact with each other [1].

Целью изобретения является обеспечение шарнирного сочленения поршня и шатуна, способного выдерживать значительные нагрузки, действующие на поршень, создаваемые максимальным давлением, которое периодически устанавливается в камере переменного объема, ограничиваемой поршнем внутри своего цилиндра. The aim of the invention is the provision of articulation of the piston and connecting rod, capable of withstanding significant loads acting on the piston, created by the maximum pressure, which is periodically installed in the chamber of variable volume, limited by the piston inside its cylinder.

Предлагаемый поршень отличается тем (первый вариант), что он имеет внутреннюю открытую полость с противоположной стороны поперечной поверхности и ограничен с баков, по крайней мере частично, цилиндрической опорной поверхностью вращения, а также тем, что пространство, ограниченное внутри этой полости поршня частично сферической головкой шатуна, наполнено вязкой или пастообразной, или пластически деформируемой жидкостью, которая при рабочих температурах и давлениях поршня является практически несжимаемой, и тем, что диаметр упомянутой цилиндрической поверхности немного превышает диаметр частично сферической головки шатуна с тем, чтобы рабочий зазор между указанной опорной цилиндрической поверхностью и частично сферической головкой был бы достаточно малым, чтобы препятствовать миграции указанной жидкости вне пространства с рабочими температурой и давлением поршня. The proposed piston differs in that (the first option) in that it has an internal open cavity on the opposite side of the transverse surface and is limited from the tanks, at least in part, by a cylindrical supporting surface of revolution, and also in that the space limited inside this piston cavity by a partially spherical head the connecting rod is filled with a viscous or pasty, or plastically deformable fluid, which is practically incompressible at operating temperatures and piston pressures, and that the diameter of said ilindricheskoy surface slightly exceeds the diameter of the partly spherical head of the connecting rod so that the operational clearance between said cylindrical bearing surface and a partially spherical head would be small enough to prevent migration of said fluid out of the space with the working temperature and pressure piston.

Предпочтительно, чтобы образующие упомянутой цилиндрической опорной поверхности были параллельны образующим цилиндрической юбки поршня, причем опорная цилиндрическая поверхность обычно коаксиальна с юбкой. Preferably, the generators of said cylindrical supporting surface are parallel to those of the cylindrical piston skirt, wherein the supporting cylindrical surface is usually coaxial with the skirt.

Для предотвращения потерь упомянутой жидкости между частичной сферической головкой шатуна и жидкостью вставляется металлический вкладыш путем прижатия к упомянутой цилиндрической опорной поверхности, причем сборка осуществляется таким образом, что участок вкладыша, прижатый к цилиндрической опорной поверхности, может перемещаться параллельно оси этой цилиндрической опорной поверхности под воздействием усилий, превышающих заданный предел. To prevent the loss of said fluid between the partial spherical head of the connecting rod and the fluid, a metal insert is inserted by pressing against the cylindrical supporting surface, and assembly is carried out in such a way that the portion of the insert pressed against the cylindrical supporting surface can move parallel to the axis of this cylindrical supporting surface under the influence of forces exceeding the specified limit.

По второму варианту изобретения поршень отличается тем, что он имеет внутри юбки с внешней цилиндрической поверхностью открытую полость с противоположной стороны упомянутой поперечной поверхности, которая ограничена с боковой стороны по крайней мере частично опорной цилиндрической поверхностью вращения, предпочтительно коаксиально с поршнем. According to a second embodiment of the invention, the piston is characterized in that it has an open cavity inside the skirt with an external cylindrical surface on the opposite side of said transverse surface, which is bounded on the side by at least partially supporting the cylindrical surface of revolution, preferably coaxially with the piston.

Кроме того, в упомянутой полости размещается тонкий металлический вкладыш уплотнения, имеющий цилиндрическую форму в нижней части, которая прижимается к опорной цилиндрической поверхности вращения поршня, и строго полусферическую форму в своей верхней части, на которой покоится головка шатуна. In addition, a thin metal seal insert is placed in said cavity, having a cylindrical shape in the lower part, which is pressed against the supporting cylindrical surface of the piston rotation, and a strictly hemispherical shape in its upper part, on which the connecting rod head rests.

Металлический вкладыш внешней поверхностью своей полусферической части ограничивает внутри полости поршня пространство, заполняемое вязкой или пастообразной, или пластически деформируемой жидкостью, являющейся практически несживаемой при рабочих температурах и давлениях поршня, а внешний диаметр частично сферической головки шатуна немного превышает диаметр опорной цилиндрической поверхности поршня так, чтобы цилиндрический участок вкладыша был прижат указанным образом и чтобы при рабочих температурах и давлениях поршня были предотвращены любые миграции указанной жидкости вне упомянутого пространства. The metal liner on the outer surface of its hemispherical part limits the space inside the piston cavity filled with a viscous or pasty, or plastically deformable fluid, which is practically incompressible at working temperatures and piston pressures, and the outer diameter of the partially spherical connecting rod head slightly exceeds the diameter of the supporting cylindrical surface of the piston so that The cylindrical section of the liner was pressed in the indicated manner and so that at operating temperatures and piston pressures any migration of said fluid outside said space is prevented.

Предпочтительно, чтобы указанная жидкость состояла из фторированного полимера и более конкретно из РТГЕ (политетрафторэтилена) или ТЕФЛОНА. Preferably, said liquid consists of a fluorinated polymer and more specifically of PTFE (polytetrafluoroethylene) or TEFLON.

Согласно изобретению предпочтительно, чтобы металлический вкладыш был выполнен из бронзы, в частности из бериллиевой бронзы или другого металла, или сплава, имеющего хороший коэффициент трения в смазке и повышенный предел пластичности, а его толщина должна обычно составлять 1-3% от диаметра частично сферической головки шатуна. According to the invention, it is preferable that the metal insert be made of bronze, in particular of beryllium bronze or another metal, or an alloy having a good friction coefficient in the lubricant and an increased plastic limit, and its thickness should usually be 1-3% of the diameter of the partially spherical head connecting rod.

В случае второго варианта изобретения вкладыш выполняется таким образом, чтобы его полусферическая часть закреплялась на сферической части шатуна, вдоль линии или слоя замкнутого кругового контакта, расположенных (или ограниченных в плоскости в верхней части) в плоскости, проходящей над центром головки шатуна и предпочтительно перпендикулярно оси поршня. Однонаправленные средства поступления смазочного масла под давлением, сообщаясь ниже по течению посредством антивозвратного клапана с масляным каналом, выполненным в шатуне, соединяются с пространством над контактной линией или слоем, ограниченным поверхностью частично сферической головки и внутренней поверхностью полусферического участка металлического вкладыша, причем давление смазочного масла ниже, антивозвратного клапана выше (по крайней мере, во время части рабочего цикла двигателя) давления, действующего в упомянутом зазоре. Пространство, расположенное под упомянутыми контактными линией или полосой между частично сферической головкой и вкладышем, сообщается с зоной низкого давления, которое ниже максимального давления, действующего в упомянутом зазоре. In the case of the second embodiment of the invention, the liner is designed so that its hemispherical part is fixed on the spherical part of the connecting rod, along a line or layer of closed circular contact, located (or limited in a plane in the upper part) in a plane extending above the center of the connecting rod head and preferably perpendicular to the axis piston. Unidirectional means of supplying lubricating oil under pressure, communicating downstream by means of an anti-return valve with an oil channel made in the connecting rod, are connected to the space above the contact line or layer bounded by the surface of the partially spherical head and the inner surface of the hemispherical portion of the metal liner, and the pressure of the lubricating oil is lower , the anti-return valve is higher (at least during part of the duty cycle of the engine) of the pressure acting in said clearance. The space located under the said contact line or strip between the partially spherical head and the liner communicates with the low pressure zone, which is lower than the maximum pressure acting in the said gap.

Это позволяет подсоединить металлический вкладыш к средствам, питающим смазочным маслом под давлением поверхность частично сферической головки шатуна, которая должна свободно поворачиваться по отношению к внутренней поверхности указанного вкладыша. This allows you to connect the metal liner to the means supplying lubricating oil under pressure to the surface of the partially spherical connecting rod head, which should rotate freely relative to the inner surface of the specified liner.

На фиг. 1 дано осевое сечение сборки поршня в соответствии с первым вариантом; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - детали, формирующие шарнирное соединение поршня и шатуна перед их сборкой; на фиг. 4-7 - сравнительные схемы, показывающие некоторые преимущества изобретения; на фиг. 8 - осевое полуосевое сечение сборки поршня в соответствии со вторым вариантом; на фиг. 9 - осевое сечение сборки шатуна в соответствии с третьим вариантом реализации изобретения и соответствующего шатуна; на фиг. 10 - осевое сечение сборки поршня в соответствии с четвертым вариантом реализации изобретения и соответствующего шатуна; на фиг. 11 и 12 - средства смазки; на фиг. 13 и 14 - первый вариант реализации по фиг. 12 осевым сечением и видом сверху, соответственно, головки шатуна; на фиг. 15 - второй вариант реализации по фиг. 12. In FIG. 1 shows an axial section of a piston assembly in accordance with a first embodiment; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1; in FIG. 3 - parts forming the articulation of the piston and connecting rod before assembly; in FIG. 4-7 are comparative diagrams showing some of the advantages of the invention; in FIG. 8 is an axial semi-axial section of a piston assembly in accordance with a second embodiment; in FIG. 9 is an axial section of a connecting rod assembly in accordance with a third embodiment of the invention and the corresponding connecting rod; in FIG. 10 is an axial section of a piston assembly in accordance with a fourth embodiment of the invention and the corresponding connecting rod; in FIG. 11 and 12 - lubricants; in FIG. 13 and 14, a first embodiment of FIG. 12 is an axial section and a top view, respectively, of the connecting rod head; in FIG. 15 is a second embodiment of FIG. 12.

Поршень 1 в соответствии с первым вариантом реализации изобретения (фиг. 1 и 2) предназначен для скольжения в цилиндре 2, в котором рабочий газ удерживается поперечной поверхностью 10 поршня. The piston 1 in accordance with the first embodiment of the invention (FIGS. 1 and 2) is designed to slide in the cylinder 2, in which the working gas is held by the transverse surface 10 of the piston.

Внутри юбки, которая с внешней стороны является цилиндрической 3, поршень 1 имеет частично сферическую опорную поверхность 4, предназначенную для приема частично сферической головки 5 шатуна 6. Inside the skirt, which is cylindrical 3 from the outside, the piston 1 has a partially spherical bearing surface 4, designed to receive a partially spherical head 5 of the connecting rod 6.

Поршень имеет внутреннюю полость 7 (см. фиг. 3), ограниченную по крайней мере частично цилиндрической опорной поверхностью 8 вращения, которая предпочтительно коаксиальна с юбкой 3 (общая ось обозначена Х-Х) и диаметр D которой немного превышает диаметр d головки 5. Полость 7 открыта вниз по фиг. 1, т.е. в противоположном направлении по отношению к поперечной поверхности 10. The piston has an internal cavity 7 (see Fig. 3), bounded at least partially by a cylindrical supporting surface 8 of rotation, which is preferably coaxial with the skirt 3 (the common axis is designated XX) and whose diameter D is slightly larger than the diameter d of the head 5. The cavity 7 is open downward in FIG. 1, i.e. in the opposite direction with respect to the transverse surface 10.

В верхней части (по фиг. 1 и 3) опорная поверхность 4 образована одной 9а из поверхностей приблизительно полусферической формы тонкого металлического вкладыша 9, который удерживается прижатием к цилиндрической опорной поверхности 8. Пространство 12, ограниченное внутри полости 7 другой 9в поверхностью вкладыша, заполняется жидкостью 13, вязкой или пастообразной, или пластически деформируемой и практически несжимаемой при рабочих температурах и давлениях поршня. In the upper part (in FIGS. 1 and 3), the supporting surface 4 is formed by one 9a of approximately hemispherical surfaces of a thin metal insert 9, which is held pressed against the cylindrical supporting surface 8. The space 12 bounded inside the cavity 7 by another 9c of the insert surface is filled with liquid 13, viscous or pasty, or plastically deformable and practically incompressible at operating temperatures and piston pressures.

Если диаметр D цилиндрической опорной поверхности 8 мал (фиг. 4), происходит контакт металл по металлу между головкой 5 и краем опорной цилиндрической поверхности 8 и гидростатическое давление в жидкости или веществе 13 отсутствует. If the diameter D of the cylindrical supporting surface 8 is small (Fig. 4), metal-to-metal contact occurs between the head 5 and the edge of the supporting cylindrical surface 8 and there is no hydrostatic pressure in the liquid or substance 13.

Если диаметр цилиндрической опорной поверхности 8 велик (фиг. 5), произойдет боковая утечка вещества. If the diameter of the cylindrical supporting surface 8 is large (Fig. 5), there will be lateral leakage of the substance.

Если входной диаметр полости 7 корректен, а боковая опорная поверхность 8 ее не является цилиндрической (фиг. 6 ), компенсация зазора отсутствует, что может происходить вследствие износа либо дифференциальной деформации (упругой или неупругой), либо дифференциального расширения и вдоль него происходят боковые утечки. If the input diameter of the cavity 7 is correct, and its lateral supporting surface 8 is not cylindrical (Fig. 6), there is no gap compensation, which can occur due to wear or differential deformation (elastic or inelastic) or differential expansion and side leaks occur along it.

Если полость 7 выполнена в соответствии с изобретением (фиг. 7), обеспечивается автоматическая компенсация зазоров. По предпочтительному варианту реализации металлический вкладыш 9 выполнен из бронзы, в частности из бериллиевой бронзы, причем предусмотрены каналы 14 и 15 для подачи под давлением смазочного масла между внешней поверхностью головки 5 и поверхностью 9а вкладыша, пересекающие шатун 7 и головку 5 соответственно
Частично сферическая головка 5 (фиг. 2) или вкладыш 9 (фиг. 3) на своей поверхности 9а снабжены выточками или канавками для колец 16.If the cavity 7 is made in accordance with the invention (Fig. 7), automatic compensation of the gaps is provided. According to a preferred embodiment, the metal liner 9 is made of bronze, in particular of beryllium bronze, and channels 14 and 15 are provided for supplying lubricating oil under pressure between the outer surface of the head 5 and the liner surface 9a crossing the connecting rod 7 and head 5, respectively
A partially spherical head 5 (FIG. 2) or insert 9 (FIG. 3) is provided with recesses or grooves for rings 16 on its surface 9a.

Так получают поршень, в котором вводят в опорную поверхность 4 головку 5 шатуна 6, причем она удерживается там, по крайней мере на поршне для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, например жестким кольцом 17, которое поджимается вверх (см. фиг. 1) упругим кольцом 18, опирающимся своей внешней стороной на поршень 1. На поршне для двухтактного двигателя внутреннего сгорания имеются средства удержания в виде колец 17-18, причем усилия, действующие на поршень, направлены в одном направлении в ходе рабочего цикла двигателя. Thus, a piston is obtained in which the head 5 of the connecting rod 6 is inserted into the supporting surface 4, and it is held there at least on the piston for a four-stroke internal combustion engine, for example, with a rigid ring 17, which is pushed up (see Fig. 1) by an elastic ring 18 , leaning its outer side on the piston 1. On the piston for a two-stroke internal combustion engine there are retention means in the form of rings 17-18, and the forces acting on the piston are directed in the same direction during the engine's operating cycle.

В процессе работы усилие, действующее на верхнюю поверхность поршня 1 посредством давления рабочего газа, равномерно распределяется на головке 5 посредством подушки, выполненной из вещества 13. During operation, the force acting on the upper surface of the piston 1 by means of the pressure of the working gas is evenly distributed on the head 5 by means of a pillow made of substance 13.

Металлический вкладыш 9 может быть прижат к опорной цилиндрической поверхности 8 поршня при условии, что этот вкладыш может перемещаться параллельно оси Х-Х этой опорной цилиндрической поверхности под воздействием усилий, превышающих заданный предел. The metal liner 9 can be pressed against the supporting cylindrical surface 8 of the piston, provided that this liner can move parallel to the axis X-X of this supporting cylindrical surface under the influence of forces exceeding a predetermined limit.

Вкладыш, полусферический участок которого удлинен цилиндрической юбкой 11, находящейся в контакте с цилиндрической опорной поверхностью 8 поршня, установлен в поршне путем зажатия между головкой 5 и цилиндрической опорной поверхностью 8 поршня, причем это зажатие обусловлено соответствующим выбором толщины (в покое) и/или внешнего диаметра вкладыша 9 и разницы между диаметрами D и d. Эта толщина составляет 1-3% от диаметра d головки 5. An insert, the hemispherical portion of which is elongated by a cylindrical skirt 11 in contact with the piston cylindrical bearing surface 8, is mounted in the piston by clamping between the cylinder head 5 and the piston cylindrical bearing surface 8, this clamping being due to the appropriate choice of thickness (at rest) and / or external the liner diameter 9 and the difference between the diameters D and d. This thickness is 1-3% of the diameter d of the head 5.

Полусферический участок вкладыша 9 (см. фиг. 8) продолжается сильно расширяющейся юбкой 20, которая блокируется между нижней частью 3 поршня 1 и кольцом 22, закрепленным к нижней части юбки винтами. Для обеспечения перемещения вкладыша 9 параллельно оси Х-Х нижняя часть юбки 3 поршня 1 снабжена скругленной поверхностью 21 и размеры вкладыша и в частности его юбки 21 определены с учетом объема жидкости или вещества 13, таким образом, чтобы существовал зазор 23 между скругленной поверхностью 21 и участком 9с вкладыша 9, расположенного напротив. Причем этот зазор позволяет участку 9с деформироваться без воздействия на него растягивающих усилий в процессе осевого перемещения вкладыша по отношению к опорной цилиндрической поверхности 8 поршня 1 (фиг. 1), но снабженным выходными отверстиями 26 для смазывающего масла, поступающего в камеру 25 по каналам 14 и 15а. Реализуемая таким образом циркуляция масла обеспечивает, с одной стороны, интенсивное охлаждение головки шатуна 5 и в случае необходимости поршня 1, а, с другой стороны, обслуживание нанесением пленки смазывающего масла на головку шатуна 5. The hemispherical section of the liner 9 (see Fig. 8) continues with a greatly expanding skirt 20, which is blocked between the lower part 3 of the piston 1 and the ring 22, fixed to the bottom of the skirt with screws. To ensure the movement of the liner 9 parallel to the axis X-X, the lower part of the skirt 3 of the piston 1 is provided with a rounded surface 21 and the dimensions of the liner and in particular its skirt 21 are determined taking into account the volume of liquid or substance 13, so that there is a gap 23 between the rounded surface 21 and section 9c of the liner 9, located opposite. Moreover, this gap allows the section 9c to deform without tensile forces acting on it during axial movement of the liner relative to the supporting cylindrical surface 8 of the piston 1 (Fig. 1), but equipped with outlet openings 26 for lubricating oil entering the chamber 25 through channels 14 and 15a. The oil circulation realized in this way provides, on the one hand, intensive cooling of the connecting rod head 5 and, if necessary, the piston 1, and, on the other hand, servicing by applying a film of lubricating oil to the connecting rod head 5.

Высота цилиндрической опорной поверхности 8 должна быть большой с тем, чтобы можно было поглотить относительный осевой ход головки 5 шатуна 6 по отношению к поршню 1. Этот ход учитывает дифференциальное тепловое расширение (обусловлено различием коэффициентов расширения и/или сжимаемость вещества 13 и/или допуски изготовления, и/или явления износа. The height of the cylindrical supporting surface 8 must be large so that the relative axial stroke of the head 5 of the connecting rod 6 with respect to the piston 1 can be absorbed. This stroke takes into account differential thermal expansion (due to the difference in expansion coefficients and / or compressibility of the substance 13 and / or manufacturing tolerances , and / or wear phenomena.

В некоторых случаях, для устранения недостатков РТГЕ желательно заменить его жидкостью с высокой вязкостью, такой как силиконовые масла, используемые в вязких демпферах, предпочтительно в комбинации с вкладышем 9, который в процессе работы подвергается циклическим деформациям. Именно такой вариант показан на фиг. 10, где пространство 12 заполнено через нижний участок (в положении заполнения) в целях избежания пузырьков воздуха маслом 13 с высокой вязкостью с помощью отверстия 27, которое затем закрывают пробкой или винтом 28 игольчатого типа. In some cases, to eliminate the disadvantages of RTGE, it is desirable to replace it with a high-viscosity liquid, such as silicone oils used in viscous dampers, preferably in combination with a liner 9, which undergoes cyclic deformations during operation. It is such an embodiment that is shown in FIG. 10, where the space 12 is filled through the lower portion (in the filling position) in order to avoid air bubbles with high viscosity oil 13 through an opening 27, which is then closed with a needle-type screw or screw 28.

В ходе такого заполнения воздух покидает верхнюю часть (в положении заполнения) пространства 12 через сливное отверстие 31, которое затем закрывается пробкой или винтом 32 игольчатого типа. Пространство 12 заканчивается на небольшом расстоянии под экваториальной плоскостью Р скруглением 29 (а не острой гранью). Необходимо довести гидростатическое давление подушки, состоящей из вязкой жидкости 13, до экваториальной плоскости Р, обеспечивая толщину этой подушки вплоть до этой плоскости Р. During this filling, air leaves the upper part (in the filling position) of the space 12 through the drain hole 31, which is then closed by a plug or needle-type screw 32. Space 12 ends at a small distance below the equatorial plane P with a fillet 29 (and not a sharp edge). It is necessary to bring the hydrostatic pressure of the pillow, consisting of a viscous fluid 13, to the equatorial plane P, providing the thickness of this pillow up to this plane P.

Кольцевое уплотнение 30 размещено в выточке, выполненной в поршне 1 так, чтобы она выходила на цилиндрической опорной поверхности 8 под скруглением 29, но как можно ближе к экваториальной плоскости Р с тем, чтобы предотвратить отклонение гидростатическим давлением вкладыша 9 от цилиндрической опорной поверхности 8 и не создавать таким образом утечки вязкой жидкости 13. Тем не менее, необходимо, чтобы пространство 12 имело сравнительную малую толщину (порядка 2 мм), например, для того, чтобы можно было пренебречь влиянием сжимаемости масла с высокой вязкостью. The annular seal 30 is placed in a recess made in the piston 1 so that it exits on the cylindrical supporting surface 8 under the fillet 29, but as close as possible to the equatorial plane P in order to prevent the hydrostatic pressure from deflecting the liner 9 from the cylindrical supporting surface 8 and not create leakages of viscous fluid 13 in this way. Nevertheless, it is necessary that the space 12 has a comparatively small thickness (of the order of 2 mm), for example, in order to neglect the effect of high compressibility of the oil second viscosity.

В соответствии с изобретением (см. фиг. 11) для организации таких средств вкладыш 9 выполняется таким образом, чтобы его полусферический участок 9а, 9b располагался частично на сферической головке 5 шатуна 6 вдоль круглой замкнутой линии контакта 33, расположенной в плоскости Q, проходящей над центром С головки шатуна 5 и перпендикулярно оси Х-Х поршня 1. In accordance with the invention (see Fig. 11), for organizing such means, the insert 9 is made so that its hemispherical section 9a, 9b is partially located on the spherical head 5 of the connecting rod 6 along a circular closed contact line 33 located in the Q plane passing over center C of the connecting rod head 5 and perpendicular to the axis X-X of the piston 1.

По одному варианту вкладыш 9 может располагаться на головке 5 вдоль кругловой полосы 34, ограниченной в своей верхней части линией 33 и/или плоскостью Q. Однонаправленные средства поступления масла под давлением сообщаются в верхней части с помощью антивозвратного клапана 35 с каналом 14, выполненным в шатуне 6, и примыкают к промежутку 36, ограниченному участками головки шатуна 5 и вкладыша 9, которые располагаются над упомянутой линией контакта 33 (или полосой контакта 34). In one embodiment, the liner 9 may be located on the head 5 along a circular strip 34 bounded in its upper part by a line 33 and / or a Q plane. Unidirectional means of oil supply under pressure are communicated in the upper part by means of an anti-return valve 35 with a channel 14 made in the connecting rod 6, and are adjacent to the gap 36 limited by portions of the connecting rod head 5 and liner 9, which are located above said contact line 33 (or contact strip 34).

Комплекс выполнен таким образом, чтобы давление смазывающего масла перед антивозвратным клапаном 35 было выше на части цикла сжатия-расширения рабочего газа давления, действующего в промежутке 36. Пространство 37 между головкой шатуна 5 и вкладышем 9 под линией или полосой контакта 33 или 34 сообщается с зоной стока 38 низкого давления, т.е. более низкого давления, чем то, которое действует при максимальном уровне в промежутке 36. В случае, когда кольцо 17 а, аналогичное кольцу на фиг. 9 предусмотрено для удержания головки 5 внутри поршня 1, это кольцо 17а должно пересекаться или обходиться, по крайней мере, одним отверстием или каналом 26 для постоянного сообщения зоны 37 с зоной слива 38. Действительно, если пространство 37 было бы герметично, смазочное масло застаивалось бы в промежутке 36. The complex is designed so that the pressure of the lubricating oil in front of the anti-return valve 35 is higher on the part of the compression-expansion cycle of the working gas pressure acting in the gap 36. The space 37 between the connecting rod head 5 and the liner 9 under the line or contact strip 33 or 34 communicates with the zone low pressure drain 38, i.e. lower pressure than that which operates at a maximum level in the gap 36. In the case where the ring 17 a, similar to the ring in FIG. 9 is provided to hold the head 5 inside the piston 1, this ring 17a must intersect or bypass with at least one hole or channel 26 for permanent communication of the zone 37 with the drain zone 38. Indeed, if the space 37 were tight, the lubricating oil would stagnate in the span of 36.

Промежуток 36 выполнен в виде пространства между вкладышем 9 и головкой шатуна 5, расположенного над их линией или полосой контакта 33, 34 и в виде сети канавок 39, выполненных на одной из поверхностей, обращенных одна к другой, вкладыша 9 и головки шатуна 5, и сообщающихся с выходом однонаправленных средств поступления смазочного масла, т.е. с выходом антивозвратного клапана 35. The gap 36 is made in the form of a space between the liner 9 and the connecting rod head 5 located above their line or contact strip 33, 34 and in the form of a network of grooves 39 made on one of the surfaces facing one another, the liner 9 and the connecting rod head 5, and communicating with the release of unidirectional means of receipt of lubricating oil, i.e. with anti-return valve output 35.

Желательно, чтобы ширина канавок 39 приблизительно равнялась толщине вкладыша 9. Обычно канавки являются меридианальными, проходящими через свое пересечение и выходящими на упомянутые линию или полосу контакта 33, 34. It is desirable that the width of the grooves 39 is approximately equal to the thickness of the liner 9. Typically, the grooves are meridian, passing through its intersection and extending onto said contact line or strip 33, 34.

Выход однонаправленных средств поступления масла для смазки под давлением располагается на пересечении поверхности частично сферической головки шатуна 5 и оси Х-Х поршня 1, каким бы ни было угловое взаимное положение шатуна 6 и поршня 1, а канавки 39 проходят через это пересечение и выходят на линию контакта 33 или на верхнюю границу полосы контакта 34. The output of unidirectional means of oil supply for lubrication under pressure is located at the intersection of the surface of the partially spherical head of the connecting rod 5 and the axis X-X of the piston 1, regardless of the angular relative position of the connecting rod 6 and piston 1, and the grooves 39 pass through this intersection and enter the line contact 33 or to the upper boundary of the contact strip 34.

Кроме меpидианальных канавок 39 на головке 5 в меридианальной плоскости, перпендикулярной оси Х-Х поршня 1, над линией или полосой контакта 33, 34 или у верхней границы этой полосы контакта 34 располагается другая канавка 47. По крайней мере, еще одна канавка 41 располагается на головке 5 в плоскости, перпендикулярной оси Х-Х поршня 1, под линией или полосой контакта 33, 34, или у нижней границы этой полосы контакта 34. Под этой полосой контакта 34 в меридианальных плоскостях могут еще быть расположены канавки 42. В варианте эти канавки 39, 40 и 41 могут быть расположены на внутренней поверхности 9в вкладыша 9. In addition to the meridian grooves 39, on the head 5 in the meridian plane perpendicular to the axis Х-Х of the piston 1, another groove 47 is located above the line or contact strip 33, 34 or at the upper boundary of this contact strip 34. At least one more groove 41 is located on the head 5 in a plane perpendicular to the axis X-X of the piston 1, under the line or contact strip 33, 34, or at the lower boundary of this contact strip 34. Under this contact strip 34, grooves 42 may still be located in the meridian planes. In an embodiment, these grooves 39, 40 and 41 can be races laid on the inner surface 9 in the liner 9.

Толщине вкладыша 9 жесткости составляющего материала придают достаточно малые значения с тем, чтобы верхний участок 9а, 9в квазиполусферы вкладыша 9 вследствие упругой деформации плотно прилегал к внешней сфере головки шатуна 5, когда результирующая усилий, действующих на поршень, максимальна, таким образом, чтобы вытолкнуть масло, заключенное в промежутке 36 через указанную линию контакта или полосу контакта 33, 34, образуя гидростатическую пленку, к зоне слива 38, и достаточно большие, чтобы вкладыш 9 вновь принял первоначальную форму, когда результирующая сил, приложенных к поршню, минимальна, таким образом, чтобы снизить давление, действующее в промежутке 36 до значения меньшего, чем давление подаваемого давления через антивозвратный клапан 35 с помощью средств однонаправленного действия подачи масла. The thickness of the liner 9 of rigidity of the constituent material is given sufficiently small values so that the upper portion 9a, 9b of the quasi-hemisphere of the liner 9, due to elastic deformation, fits snugly against the outer sphere of the connecting rod head 5 when the resulting forces acting on the piston are maximal, so that the oil is pushed out enclosed in the gap 36 through the specified contact line or contact strip 33, 34, forming a hydrostatic film, to the drain area 38, and large enough so that the liner 9 again takes its original shape when p the resultant force applied to the piston is minimal, so as to reduce the pressure acting in the gap 36 to a value lower than the pressure of the applied pressure through the anti-return valve 35 using unidirectional oil supply.

В процессе возвратно-поступательного движения поршня квазиполусферический участок вкладыша играет, таким образом, роль мембраны мембранного насоса, причем такт всасывания этого насоса обусловлен расширением промежутка 36, а такт выталкивания - сужением вследствие упругой деформации вкладыша 9. In the process of reciprocating movement of the piston, the quasi-hemispherical section of the liner thus plays the role of the membrane of the membrane pump, the suction stroke of this pump being caused by the widening of the gap 36, and the pushing cycle by narrowing due to the elastic deformation of the liner 9.

В этом случае можно сформировать вкладыш 9 следующим образом:
В случае вкладыша квазиполусферической формы, закрепленного в его верхней части, вкладыш 9 может быть сформирован штамповкой в матрице, придающей ему требуемую форму, причем головка шатуна 5 может быть тогда идеально сферичной (за исключением, очевидно, своей нижней части, которой она связывается с шатуном 6).In this case, you can form the liner 9 as follows:
In the case of a quasi-hemispherical liner fixed in its upper part, the liner 9 can be formed by stamping in a matrix giving it the desired shape, and the connecting rod head 5 can then be perfectly spherical (with the exception, obviously, of its lower part, which it binds to the connecting rod 6).

Недостатком этого решения является то, что промежуток 36 неподвижен относительно поршня 1 и требует канавок для подпитки этого промежутка от входа масла, который неподвижен относительно шатуна 6. The disadvantage of this solution is that the gap 36 is fixed relative to the piston 1 and requires grooves to feed this gap from the oil inlet, which is fixed relative to the connecting rod 6.

В случае, когда полусферический вкладыш закреплен в своей верхней части, головка шатуна 5 может быть обработана так, чтобы высвободить промежуток 36 вокруг выхода масла. Такая обработка, например, на станке с числовым управлением, может выполняться путем обтачивания детали вращения. Тогда можно обойтись без канавок, указанных в предыдущем параграфе. In the case where the hemispherical liner is fixed in its upper part, the head of the connecting rod 5 can be machined so as to free up the gap 36 around the oil outlet. Such processing, for example, on a numerically controlled machine, can be performed by turning the rotation part. Then you can do without the grooves indicated in the previous paragraph.

По второму решению, которое показано на фиг. 12-15, однонаправленные средства подачи масла под давлением представляют собой поршневый насос, встроенный в корпус шатуна 6 и головки шатуна 5, который всасывает масло через всасывающий клапан 43 и выталкивает его через упомянутый антивозвратный клапан 35. According to the second solution, which is shown in FIG. 12-15, the unidirectional pressurized oil supply means is a piston pump integrated in the connecting rod 6 and connecting rod 5 body, which draws oil through the suction valve 43 and pushes it through the anti-return valve 35.

В соответствии с преимущественной конструкцией, указанный насос состоит из полости 44 переменного объема, расположенной между всасывающим клапаном 43 и антивозвратным клапаном 35, и ограничен корпусом шатуна 6, верхняя часть 45 которого выполнена так, чтобы сформировать поршень, скользящий в осевом направлении в расточке 46, выполненной в головке 5 шатуна. Между корпусом шатуна 6 и головкой 5 шатуна вставлена пружина. According to an advantageous construction, said pump consists of a variable-volume cavity 44 located between the suction valve 43 and the anti-return valve 35, and is limited by the connecting rod body 6, the upper part 45 of which is configured to form an axially sliding piston in the bore 46, made in the head 5 of the connecting rod. A spring is inserted between the connecting rod housing 6 and the connecting rod head 5.

Ход сжатия указанной пружины достаточно велик, чтобы обеспечить маслу, заключенному в указанную полость 44 между двумя клапанами 35, 43 превышение давления над давлением масла в упомянутом промежутке 36 во время по крайней мере части цикла сжатия - расширения рабочего газа, причем длина пружины достаточно велика с тем, чтобы ее относительное сжатие не превысило бы пределов упругой деформации и усталостной деформации материала пружины, а жесткость достаточно мала с тем, чтобы пружина могла сжаться до обеспечения контакта опорных поверхностей головки шатуна 5 и корпуса 6, тогда как результирующая сил, приложенных в поршню 1, является максимальной, и достаточно велика, чтобы пружина могла растянуться, когда результирующая сил, приложенных к поршню, минимальна. The compression course of the specified spring is large enough to ensure that the oil enclosed in the specified cavity 44 between the two valves 35, 43 exceeds the pressure over the oil pressure in the said gap 36 during at least part of the compression cycle - expansion of the working gas, and the length of the spring is sufficiently long with so that its relative compression does not exceed the limits of elastic deformation and fatigue deformation of the spring material, and the stiffness is sufficiently small so that the spring can be compressed until contact of the supporting surfaces the head of the connecting rod 5 and the housing 6, while the resulting force applied to the piston 1 is maximum and large enough so that the spring can stretch when the resulting force applied to the piston is minimal.

Обслуживаемая пружина может быть просто спиральной пружиной 47 (фиг. 14). Механические средства ограничивают ход головки 5 шатуна в направлении своего удаления по отношению к шатуну 6. The maintenance spring may simply be a coil spring 47 (FIG. 14). Mechanical means limit the stroke of the connecting rod head 5 in the direction of its removal with respect to the connecting rod 6.

Упомянутая пружина (см. фиг. 13-15) выполнена в виде металлического стержня, желательно из титана. Mentioned spring (see Fig. 13-15) is made in the form of a metal rod, preferably from titanium.

По варианту реализации (фиг. 13) металлический стержень 48 имеет трубчатую форму и окружает концевой участок 45 корпуса шатуна 6. Этот участок 45 имеет цилиндрическую форму, зауженную по отношению к прилегающей части корпуса шатуна 6 так, чтобы сформировать кольцевой заплечик 49, на который опираются осевые концы трубчатого стержня 48. According to the embodiment (Fig. 13), the metal rod 48 has a tubular shape and surrounds the end portion 45 of the connecting rod housing 6. This portion 45 has a cylindrical shape, narrowed with respect to the adjacent portion of the connecting rod housing 6 so as to form an annular shoulder 49 on which axial ends of the tubular rod 48.

По варианту фиг. 5 металлический стержень 50 имеет сплошную форму, если не считать продольного канала 51, который пересекает его и является продолжением канала 14 шатуна 15. In the embodiment of FIG. 5, the metal rod 50 has a continuous shape, with the exception of the longitudinal channel 51, which crosses it and is a continuation of the channel 14 of the connecting rod 15.

Относительное сжатие стержня 48 и 50 составляет порядка 0,25%, а его прямое сечение предпочтительно около 3% от сечения поршня. The relative compression of the rod 48 and 50 is of the order of 0.25%, and its direct section is preferably about 3% of the piston section.

Металлический стержень 46 или 50 может работать как пружина, если его прямое сечение достаточно мало с точки зрения действующего на него напряжения сжатия, но достаточно велико, чтобы оставаться в области упругого сжатия металла, из которого он выполнен. Преимуществом металлического стержня по отношению к пружине 47 (фиг. 12) является его сниженный габарит и уменьшение вредных мертвых пространств. A metal rod 46 or 50 can act as a spring if its straight section is sufficiently small from the point of view of the compressive stress acting on it, but large enough to remain in the region of elastic compression of the metal from which it is made. The advantage of the metal rod in relation to the spring 47 (Fig. 12) is its reduced size and reduction of harmful dead spaces.

Claims

1. PISTON PISTON MACHINE, comprising a head with a combustion chamber in the bottom and a cylindrical skirt with an internal spherical bearing surface articulated in the upper spherical bearing surface of the connecting rod head, and a supply channel is made in the connecting rod shaft, characterized in that between the articulated surface of the connecting rod upper head and an inner supporting surface of the skirt, a cavity is formed, open in the direction from the bottom, bounded on the sides by a cylindrical supporting surface of revolution and filled with an incompressible asticheski deformable medium, and the diameter rotating cylindrical bearing surface larger than the diameter of the spherical upper crosshead.

2. The piston according to claim 1, characterized in that the generatrix of the cylindrical supporting surface of revolution is parallel and coaxial to the generatrix of the piston skirt.

3. The piston according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that between the upper spherical head of the connecting rod and an incompressible plastically deformable medium there is a metal liner in contact with its outer surface with a cylindrical supporting surface of revolution, with the possibility of moving the liner relative to the cylindrical supporting surface of rotation parallel to the axis of the piston.

4. A piston of a piston machine comprising a head with a combustion chamber in the bottom and a skirt with an internal spherical bearing surface articulated with an upper spherical bearing surface of the connecting rod head, characterized in that the skirt is cylindrical in shape and between the articulated surface of the connecting rod upper head and the internal bearing surface a skirt is formed a cavity open in the direction from the bottom, bounded on the sides by a cylindrical supporting surface of revolution, and forming a cylindrical supporting surface in The joint is coaxial forming the piston skirt, and in the cavity open in the direction from the bottom there is a metal insert with a cylindrical surface in its lower part and in contact with its outer surface with a cylindrical supporting surface of rotation, and the inner surface with the upper spherical head of the connecting rod, and between the outer the surface of the metal liner and the inner spherical supporting surface of the piston is a simple, plastically deformable medium, and in the cavity open in the direction from the days a metal insert with a cylindrical surface in its lower part and in contact with its outer surface with a cylindrical supporting surface of rotation and the inner surface with the upper spherical head of the connecting rod, and an incompressible plastic deformable medium is located between the outer surface of the metal insert and the inner spherical supporting surface of the piston. and the diameter of the cylindrical supporting surface of rotation is larger than the diameter of the upper spherical head of the connecting rod.

5. The piston according to claim 4, characterized in that the metal insert is made of beryllium bronze.

6. The piston according to paragraphs. 4 and 5, characterized in that the lubricating grooves are made on the upper spherical head of the connecting rod.

7. The piston according to paragraphs. 4 to 6, characterized in that on the curved spherical surface of the metal liner lubrication grooves are made.

8. The piston according to paragraphs. 4 to 7, characterized in that a fixing ring is installed on the lower end of the piston skirt, and the metal insert is flanged in the lower part, and the flanging is fixed between the lower end of the piston skirt and the fixing ring, with a gap between the inner edge of the piston skirt and the edge of the metal the liner formed by a bend between the flange and the spherical part of the liner.

9. The piston according to claims 4 to 8, characterized in that the thickness of the metal liner is 1 to 3% of the diameter of the upper spherical head of the connecting rod.

10. The piston according to paragraphs. 4 to 9, characterized in that polytetrafluoroethylene is used as an incompressible plastically deformable medium.

11. The piston according to paragraphs. 4 to 9, characterized in that oil is used as an incompressible plastically deformable medium.

12. The piston according to paragraphs. 4 to 11, characterized in that the diameter of the piston is not less than two times the diameter of the upper spherical head of the connecting rod.

13. The piston according to paragraphs. 4 - 12, characterized in that in the upper part of the upper spherical head of the connecting rod there is a discharge valve connected to the inlet channel of the connecting rod rod on one side and with a cavity between the metal insert and the upper spherical head of the connecting rod, and a cavity between the upper spherical head of the connecting rod and the fixing ring and the sub-piston space is connected by means of a channel in the fixing ring.

14. The piston according to paragraphs. 4 - 13, characterized in that on the upper spherical head of the connecting rod there are made uniformly arranged oil receiving grooves located meridially and in planes perpendicular to the axis of symmetry of the piston, the grooves intersecting and the meridional grooves connected to the connecting channel of the connecting rod rod through the discharge valve.

15. The piston according to paragraphs. 4 to 14, characterized in that the valve is located at the intersection of the axis of symmetry of the piston and the generatrix of the upper spherical head of the connecting rod and is connected to the meridional oil receiving grooves, and the other end of the meridional grooves are connected to the oil receiving groove located in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the piston, when the connecting rod is located relative to the piston coaxially, above the strip or contact line of the upper spherical head of the connecting rod and the metal liner.

16. The piston according to paragraphs. 4 - 15, characterized in that the meridional and located in the plane perpendicular to the axis of symmetry of the piston, oil receiving grooves made in the lower part of the upper spherical head of the connecting rod, are located below the strip or contact line of the upper spherical head of the connecting rod and the metal liner.

17. The piston according to paragraphs. 4 to 16, characterized in that it contains a piston oil pump with a suction valve.

18. The piston according to paragraphs. 4 to 17, characterized in that the piston oil pump is made in the form of a movable connection between the rod and the upper spherical head of the connecting rod, the latter having a groove in which the upper part of the connecting rod rod is placed, forming a cavity of variable volume with a spring between the upper end of the connecting rod rod and the end groove of the upper spherical head of the connecting rod.

19. The piston according to paragraphs. 4 to 18, characterized in that the rod rod is connected to the upper spherical head of the rod through a metal rod.

20. The piston according to paragraphs. 4 - 17, 19, characterized in that titanium is used as the material of the metal rod.

21. The piston according to paragraphs. 4 - 17, 19 and 20, characterized in that the cross-sectional area of the metal rod is 3% of the cross-sectional area of the piston.