RU2208692C2 - Piston - Google Patents

Piston Download PDF

Info

Publication number
RU2208692C2
RU2208692C2 RU2000116698/06A RU2000116698A RU2208692C2 RU 2208692 C2 RU2208692 C2 RU 2208692C2 RU 2000116698/06 A RU2000116698/06 A RU 2000116698/06A RU 2000116698 A RU2000116698 A RU 2000116698A RU 2208692 C2 RU2208692 C2 RU 2208692C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
upper oil
annular groove
radius
sections
Prior art date
Application number
RU2000116698/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000116698A (en
Inventor
И.Д. Сидорин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Пензенский дизельный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Пензенский дизельный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Пензенский дизельный завод"
Priority to RU2000116698/06A priority Critical patent/RU2208692C2/en
Publication of RU2000116698A publication Critical patent/RU2000116698A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2208692C2 publication Critical patent/RU2208692C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to mean speed four stroke internal combustion engines. Piston is provided with trunk with bosses of piston pin, and ring groove for upper oil control ring with drain holes. Cross sections in loaded zones of trunk in cut along ring groove for upper oil control ring from side of inner space of piston are concave, with radius of concavity equal to 0.6 of radius of ring groove inner surface. EFFECT: increased service life of piston. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к среднеоборотным четырехтактным двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engine building, in particular to medium-speed four-stroke internal combustion engines.

Известна конструкция цельнолитого алюминиевого поршня для среднеоборотных двигателей, например дизелей типа Д50 (6ЧН 31,8/33) 1, 6ЧН 21/21 и др., в которой головка поршня ([1], фиг.1) выполнена толстостенной с плавным переходом от днища 1 к стенкам тронка 2. Тронк поршня имеет две бобышки 3, в которых размещают плавающий палец 4. В кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо 5 просверлены отверстия (6; фиг.2, позиция 1 [1]) для отвода масла, снимаемого с зеркала цилиндровой втулки во внутреннюю полость поршня (дренажные отверстия). Поперечные сечения, в частности, в разрезе по кольцевой канавке в нагруженных зонах тронка (НЗТ), расположенных над бобышками поршневого пальца, которые передают силу от давления газов на днище поршня шатуну, со стороны внутренней полости поршня имеют выпуклую форму ([1] и фиг.2,а). A known construction of a cast aluminum piston for medium-speed engines, for example, diesel engines of the type D50 (6CHN 31.8 / 33) 1, 6CHN 21/21, etc., in which the piston head ([1], figure 1) is thick-walled with a smooth transition from the bottom 1 to the walls of the tronk 2. The piston tronk has two bosses 3, in which the floating pin 4 is placed. In the annular groove under the upper oil scraper ring 5 holes are drilled (6; Fig. 2, position 1 [1]) to drain the oil removed from mirrors of the cylinder sleeve into the internal cavity of the piston (drainage holes). Cross sections, in particular, in the section along the annular groove in the loaded areas of the throne (NRT) located above the bosses of the piston pin, which transmit force from the pressure of the gases on the piston crown to the connecting rod, have a convex shape from the side of the internal cavity of the piston ([1] and FIG. .2, a).

Эта конструкция поршня обладает простотой и надежностью, так как в сравнении с составным поршнем она не требует учета силовой и упругой связей отдельных его частей при работе под нагрузкой, затраты большого времени на доводку и т.д. This design of the piston is simple and reliable, because in comparison with a composite piston it does not require taking into account the force and elastic bonds of its individual parts when working under load, the time required for fine-tuning, etc.

Однако в случае неоптимальной конфигурации сечений в НЗТ цельнолитых поршней и связанным с ней неконструктивным выполнением дренажных отверстий в канавках верхних маслосъемных колец эти поршни могут выходить из строя. Так, в эксплуатации судовых дизелей 6Д50М систематически происходил выход из строя цельнолитых поршней по причине образования усталостных трещин на острых кромках дренажных отверстий [2], которые затем приводили к отрыву головок поршней. However, in the case of a non-optimal configuration of the sections in the NCT of solid cast pistons and the associated non-constructive design of drainage holes in the grooves of the upper oil scraper rings, these pistons may fail. Thus, in the operation of 6D50M marine diesels, solid pistons failed systematically due to the formation of fatigue cracks on the sharp edges of the drainage holes [2], which then led to the separation of the piston heads.

Неоптимальность конфигурации сечений НЗТ существующих конструкций цельнолитых поршней заключается в том, что выпуклая форма поперечных сечений в НЗТ со стороны внутренней полости поршня на длине хорды (l хор.,фиг.3,а и б), равной внутреннему диаметру бобышки dб), не соответствует характеру распределения по длине этой хорды осевых реактивных нагрузок, обусловленных действием на внешнюю поверхность поршневого пальца силы от давления газов на днище поршня. Вместе с этим, выпуклая форма сечений НЗТ со стороны внутренней полости поршня, в частности в разрезе по кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо, испытывающих кроме деформации сжатия деформацию изгиба, обусловленную прогибом поршневого пальца между бобышками и давлением газов в центре днища поршня, приводит к образованию острых кромок дренажных отверстий с одной их стороны ([1] и фиг.2,а, позиции 3, 6, 10 и 13), которые, как доказали результаты статического тензометрирования, из-за резкого увеличения на них концентрации напряжений (фиг.2,б) значительно снижают величину сопротивления усталостному разрушению тронка. The non-optimal configuration of the NRT sections of the existing solid cast piston designs is that the convex cross-sectional shape in the NRT from the side of the piston’s internal cavity along the chord length (l chorus, Fig. 3, a and b) equal to the internal diameter of the boss db) does not correspond the nature of the distribution along the length of this chord of axial reactive loads due to the action of the force on the outer surface of the piston pin from the gas pressure on the piston crown. At the same time, the convex shape of the NCT sections from the side of the piston’s internal cavity, in particular in the section along the annular groove under the upper oil scraper ring, which in addition to compression deformation undergo bending deformation due to the deflection of the piston pin between the bosses and the gas pressure in the center of the piston crown, leads to sharp edges of the drainage holes on one side ([1] and FIG. 2a, positions 3, 6, 10 and 13), which, as the results of static strain gauging proved, due to a sharp increase in stress concentration on them (FIG. .2, b) significantly reduce the resistance to fatigue fracture of the tronk.

Проектирование НЗТ цельнолитых поршней с выпуклой формой их сечений со стороны внутренней полости поршня основывается на предположении, принятом в существующих работах, как, например, в работе [3], что нагрузка на внешней поверхности поршневого пальца распределяется по закону косинусоиды. The design of the NRT of solid-cast pistons with a convex shape of their cross sections from the side of the internal cavity of the piston is based on the assumption accepted in existing works, such as, for example, in [3], that the load on the outer surface of the piston pin is distributed according to the law of the cosine wave.

Однако результаты статического тензометрирования опытного поршня дизеля Д50 без дренажных отверстий при установке тензорезисторов с базой 3 мм на внутренней поверхности тронка вдоль ослабленного кольцевой канавкой выпуклого сечения НЗТ (фиг.3,а) показали (фиг.3,б), что суммарные напряжения (Σσ) сжатия и изгиба изменяются на длине упомянутой выше хорды обратно пропорционально величине его текущей высоты (Sφ, фиг.3,а). Это указывает на то, что осевые реактивные нагрузки распределяются по сечениям НЗТ с постоянной интенсивностью.However, the results of static strain gauging of the experimental piston of a D50 diesel engine without drainage holes when installing strain gauges with a base of 3 mm on the inner surface of the tron along the weakened circular groove of the convex section of the NCT (Fig. 3, a) showed (Fig. 3, b) that the total stress (Σσ ) compression and bending vary along the length of the aforementioned chord inversely proportional to its current height (S φ , Fig. 3, a). This indicates that axial reactive loads are distributed over sections of the NCT with constant intensity.

Причинами этому являются большая горизонтальная овализация поршневого пальца и деформация внутренней поверхности отверстия в бобышке из-за большой разницы величины модулей упругости Юнга материалов пальца и тронка, возникающих от действия во время работы двигателя силы давления газов на днище поршня. Так, например, на дизелях типа Д50 величина горизонтальной овализаиии поршневого пальца при отношении внутреннего его диаметра к наружному, равном 0,72, составляет в бобышке 0,1 мм при радиальном зазоре (0,03-0,05) мм, а модуль упругости Юнга стального поршневого пальца превосходит в 3 раза его величину для алюминиевого тронка. При этом уровни максимальных контактных давлений, действующих в средней части сечений, снижается, а по их концам возрастают, т.е. происходит выравнивание интенсивности давлений по горизонтальному диаметру в бобышке. The reasons for this are the large horizontal ovalization of the piston pin and the deformation of the inner surface of the hole in the boss due to the large difference in the Young's modulus of elasticity of the materials of the finger and tronka arising from the action of the gas pressure force on the piston crown during engine operation. So, for example, on D50 diesel engines, the horizontal ovalization of the piston pin with the ratio of its inner diameter to the outer one equal to 0.72 is 0.1 mm in the boss with a radial clearance of (0.03-0.05) mm, and the elastic modulus Jung's steel piston pin exceeds 3 times its value for an aluminum tron. In this case, the levels of maximum contact pressures acting in the middle part of the sections decrease, and at their ends increase, i.e. the pressure intensity is equalized along the horizontal diameter in the boss.

В этом случае, как видно из фиг.3,б, уровень нормальных суммарных напряжений сжатия и изгиба на сбегающих участках сечений НЗТ (Σσ =33,4 МПа) почти в 2 раза превосходит величину этих напряжений (Σσ =18 МПа) в середине сечений, в частности в сечении, ослабленном кольцевой канавкой под верхнее маслосъемное кольцо, что значительно снижает несущую способность тронка поршня. В связи с этим при проектировании НЗТ рассматриваемых поршней неправомерно принимать их сечения выпуклыми со стороны внутренней полости поршня. In this case, as can be seen from Fig. 3, b, the level of normal total compressive and bending stresses on the runaway sections of the NCT sections (Σσ = 33.4 MPa) is almost 2 times higher than the value of these stresses (Σσ = 18 MPa) in the middle of the sections in particular in a section weakened by an annular groove under the upper oil scraper ring, which significantly reduces the bearing capacity of the piston tronka. In this regard, when designing the NRT of the pistons in question, it is unlawful to take their sections convex from the side of the internal cavity of the piston.

Оптимальной конфигурацией сечений НЗТ цельнолитых поршней являются сечения, имеющие вогнутую форму со стороны внутренней полости поршня (фиг.3,в). При этом, как показали результаты тензометрирования рабочего поршня дизеля 6Д50М, суммарные осевые напряжения сжатия и изгиба имеют равномерное распределение вдоль хорды сечений НЗТ (фиг.3,г), а их максимальный уровень, по сравнению с выпуклым сечением, снижается с 33,4 до 24,5 МПа. The optimal configuration of the sections of the NCT of seamless pistons are sections having a concave shape from the side of the internal cavity of the piston (Fig.3, c). Moreover, as shown by the results of strain gauging of the working piston of a 6D50M diesel engine, the total axial compressive and bending stresses have a uniform distribution along the chord of the NCT sections (Fig. 3, d), and their maximum level, compared with the convex section, decreases from 33.4 to 24.5 MPa.

Что касается величины суммарных напряжений сжатия и изгиба на кромках дренажных отверстий в вогнутом сечении НЗТ в разрезе по кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо (фиг.3, г), то по сравнению с выпуклым сечением она снизилась с 86,6 до 39 МПа (фиг.2,б и фиг.3, г). При этом величина сопротивления усталостному разрушению на кромках дренажных отверстий, с учетов снижения величины коэффициента концентрации напряжений с 2,6 до 1,59, повышается с 20,6 до 44,3 МПа, и коэффициент запаса усталостной прочности в ослабленном сечении (А-А) НЗТ заявленного поршня, приведенного на фиг.1, возрастает, по сравнению с существующим, с 1,06 до 2 [4]. As for the magnitude of the total compressive and bending stresses at the edges of the drainage holes in the concave section of the NCT in the section along the annular groove under the upper oil scraper ring (Fig. 3, d), compared with the convex section, it decreased from 86.6 to 39 MPa (Fig. .2, b and Fig. 3, d). Moreover, the resistance to fatigue failure at the edges of the drainage holes, taking into account the decrease in the stress concentration coefficient from 2.6 to 1.59, increases from 20.6 to 44.3 MPa, and the fatigue safety factor in a weakened section (A-A ) NRT of the claimed piston, shown in figure 1, increases, compared with the existing one, from 1.06 to 2 [4].

Таким образом, сущность изобретения заключается в изменении формы поперечных сечений в нагруженных зонах тронка цельнолитого поршня (в частности, в разрезе по кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо) со стороны внутренней его полости с выпуклой на вогнутую, с радиусом вогнутости, равным 0,6 радиуса внутренней поверхности кольцевой канавки с расположением его центра на оси поршня. За счет этого достигается равномерное распределение реактивных нагрузок, а следовательно, снижение максимального уровня суммарных нормальных напряжений сжатия и изгиба в сечениях НЗТ, обусловленных действием на внешнюю поверхность поршневого пальца силы от давления газов на днище поршня три работе двигателя, а также исключение острых кромок с одной стороны дренажных отверстий в кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо, что значительно увеличивает сопротивление усталостному разрушению тронка поршня. При этом обеспечивается достаточная прочность по выносливости тронка цельнолитого алюминиевого поршня и увеличение срока его службы до капитального ремонта. Thus, the essence of the invention is to change the shape of the cross sections in the loaded zones of the tronka of the solid piston (in particular, in the section along the annular groove under the upper oil scraper ring) from the side of its internal cavity from convex to concave, with a radius of concavity equal to 0.6 radius the inner surface of the annular groove with the location of its center on the axis of the piston. Due to this, a uniform distribution of reactive loads is achieved, and therefore, a decrease in the maximum level of total normal compressive and bending stresses in the NCT sections due to the force exerted on the outer surface of the piston pin by the gas pressure on the piston crown during operation of the engine three, as well as the elimination of sharp edges with one side of the drainage holes in the annular groove under the upper oil scraper ring, which significantly increases the resistance to fatigue destruction of the piston throne. At the same time, a sufficient endurance strength of the tronka of a cast aluminum piston and an increase in its service life before overhaul are ensured.

Осуществление изобретения, т. е. выполнение вогнутой формы поперечных сечений в нагруженных зонах тронка заявленного цельнолитого алюминиевого поршня (фиг.1), производится три использовании его серийной заготовки. The implementation of the invention, i.e., the execution of a concave cross-sectional shape in the loaded areas of the tronka of the claimed solid aluminum piston (Fig. 1), three are used using its serial billet.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРA
1. Дизель 2Д50. Альбом чертежей. Центральное бюро технической информации. Саратов,1966. 160с.
USED LITERATURE
1. Diesel 2D50. Album of drawings. Central Bureau of Technical Information. Saratov, 1966. 160s

2. Сидорин И.Д. Исследование прочности цельнолитых поршней ДВС. Процессы в тепловых двигателях. Сборник научных трудов. М.: Универ. Дружбы пародов им. П.Лумумбы, 1983. 144с. 2. Sidorin I.D. The study of the strength of solid pistons of internal combustion engines. Processes in heat engines. Collection of scientific papers. M .: Univer. Friendship of Parods them. P. Lumumba, 1983. 144p.

3. Ваншейдт В.A, Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей. Л : Судостроение, 1969. 640с. 3. Vansheydt V.A. Design and strength calculations of marine diesel engines. L: Shipbuilding, 1969.640s.

4. Сидорин И. Д. Несущая способность тронка цельнолитых и составных поршней среднеоборотных четырехтактных двигателей //Двигателестроение. 2001. 1. С.5-7. 4. Sidorin I. D. Bearing capacity of the tronka of solid and composite pistons of medium-speed four-stroke engines // Dvigatelestroyeniye. 2001. 1. P.5-7.

Claims (1)

Цельнолитой алюминиевый поршень для среднеоборотных четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, имеющий тронк с бобышками поршневого пальца, кольцевую канавку под верхнее маслосъемное кольцо, причем нагруженные зоны тронка, расположенные над бобышками поршневого пальца предназначены для передачи силы от давления газов на днище поршня шатуну, отличающийся тем, что поперечные сечения в нагруженных зонах тронка в разрезе по кольцевой канавке под верхнее маслосъемное кольцо со стороны внутренней полости поршня имеют вогнутую форму с радиусом вогнутости, равным 0,6 радиуса внутренней поверхности кольцевой канавки. Solid aluminum piston for medium-speed four-stroke internal combustion engines having a tronk with piston pin bosses, an annular groove for the upper oil scraper ring, and the loaded zones of the tronk located above the piston pin bosses are designed to transmit force from gas pressure on the piston crown to the connecting rod, characterized in that the cross sections in the loaded zones of the tronka in the section along the annular groove under the upper oil scraper ring from the side of the internal piston cavity are concave with a radius of concavity equal to 0.6 of the radius of the inner surface of the annular groove.
RU2000116698/06A 2000-06-23 2000-06-23 Piston RU2208692C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000116698/06A RU2208692C2 (en) 2000-06-23 2000-06-23 Piston

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000116698/06A RU2208692C2 (en) 2000-06-23 2000-06-23 Piston

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000116698A RU2000116698A (en) 2002-04-27
RU2208692C2 true RU2208692C2 (en) 2003-07-20

Family

ID=29209023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000116698/06A RU2208692C2 (en) 2000-06-23 2000-06-23 Piston

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2208692C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СИДОРИН И.Д. Исследование прочности цельнолитых поршней ДВС. Сборник научных трудов. - М.: Университет дружбы народов им. П.Лумумбы, 1983, с.97-107. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102068372B1 (en) Engine piston
US3943908A (en) One piece piston connected to a connecting rod for high speed four-stroke cycle internal combustion engines
US20080264376A1 (en) Piston for an internal combustion engine
US4831918A (en) Light alloy pistons with reinforcing inserts for the piston pin bores
JPH0337026B2 (en)
CN201439731U (en) Diesel engine steel-top iron-skirt combination piston
US20040094034A1 (en) Piston for internal combustion engine
EP2730791B1 (en) Crankshaft, bearing assembly and large multi-cylinder two-stroke diesel engine
US6164261A (en) Internal combustion engine piston assembly and method
US7383808B1 (en) Articulated piston skirt
EP0749543B1 (en) Wrist pin for a two-piece piston
RU2208692C2 (en) Piston
US8360026B2 (en) Pin boss and piston provided with it, for an internal combustion engine
US5074264A (en) Light alloy piston for internal combustion engines
US7096756B2 (en) Sintered connecting rod for an internal combustion engine
CN1083933C (en) Internal combustion engine piston
KR20120069659A (en) High-pressure pump
EP3295003B1 (en) A piston for a four-stroke internal combustion engine and a four-stroke internal combustion engine
US20240173782A1 (en) Method for machining an annular groove
US6237558B1 (en) Crankcase for an internal combustion engine
EP0901570B1 (en) A piston for an internal combustion engine, in particular a big marine diesel engine
KR102642310B1 (en) A semi-built crankshaft for large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine
EP2726724B1 (en) Piston with an undercrown support feature
RU2166113C2 (en) Slip unit
KR0125223Y1 (en) A car's connecting load oil outlet

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040624