SU1694960A1 - Поршень двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к двигателест- роению и позвол ет повысить надежность составного поршн . Поршень содержит корпус 1 и головку 2 с хвостовиком 6, которые ст нуты гайкой 7. Дл  уменьшени  прогиба головки 2 от силы зат жки между корпусом 1 и гайкой 7 расположен круглый стакан 10, который имеет на боковой цилиндрической поверхности прорези. Дл  выравнивани  контактных давлений на кольцевых контактных поверхност х А сочленени  голорки 1 и корпуса 2 угол ft наклона поверхности, принадлежащей головке 2, в свободном состо нии , т.е. когда гайка 7 не зат нута, превышает угол наклона контактирующей поверхности, принадлежащей корпусу 1, на величину Л/3-0,5-30. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности дизелестроению, а более конкретно к усовершенствованию составных охлаждаемых поршней двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в компрессорах и других поршневых машинах с составными поршнями.

Известен поршень, который содержит отъемную головку с центрально располог женным хвостовиком, на конце которого имеется резьбовая нарезка, и охлаждаемый корпус с центральным отверстием, имеющим нижний торец, причем головка и корпус, выполненные из материалов с различными коэффициентами термического расширения (КТР), сопряжены между собой по кольцевой конической поверхности и связаны при помощи стального хвостовика и прижимной гайки, наворачиваемой на резьбовую часть хвостовика, расположенного в центральном отверстии корпуса.

Существенным недостатком такого поршня является то, что в процессе работы в головке и корпусе поршня, а также в хвостовике, стягивающем указанные выше детали, вследствие нагрева возникают дополнительные усилия, обусловленные тепловым состоянием сопрягаемых деталей и разностью значений КТР материалов их деталей, что приводит к снижению надежности крепления соединяемых деталей (головки и корпуса).

Известен также поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку и корпус, в котором выполнено центральное отверстие с верхним и нижним торцами, причем головка и корпус сопряжены между собой по кольцевой конической поверхности и связаны при помощи стяжного болта с гайкой, размещенного в центральном отверстии корпуса с упором гайки в нижний торец отверстия корпуса, при этом вершина образующей конической поверхности сопряжения головки и корпуса расположена в точке пересечения плоскости нижнего торца центрального отверстия корпуса с вертикальной осью симметрии поршня.

Существенным недостатком такого поршня является то, что он может быть использован в двигателях с диаметром поршня, не превышающим 140-150 мм, головки которых имеют достаточно высокую конструктивную жесткость. С увеличением диаметра поршня уменьшается жесткость конструкции головки. Поэтому в процессе соединения головки и корпуса охлаждаемого поршня большого диаметра, т.е. при затяжке стяжного болта с гайкой, головка прогибается, что приводит к неравномерному распределению контактных давлений по об разующим поверхностей сопряжения и к ослаблению стыка и снижению надежности поршня в целом.

Цель изобретения - повышение надеж5 ности составных охлаждаемых поршней достигается тем, что в известном составном поршне, содержащем головку с центральным хвостовиком, имеющем наружную резьбовую нарезку, корпус, в котором вы10 полнено центральное отверстие с верхним и нижним торцами полости охлаждения, причем головка и корпус сопряжены между собой по кольцевой конической поверхности и связаны при помощи центрального 15 хвостовика на головке, размещенного в центральном отверстии корпуса, и стяжной гайки, при этом вершина образующей конической поверхности сопряжения головки и корпуса расположена в точке пересечения плоскости упора стяжной гайки с вертикаль20 ной осью симметрии поршня; между стяжной гайкой и корпусом установлен прижимной упругий элемент, выполненный в виде опрокинутого стакана с центральным отверстием в днище для прохода централь25 ного хвостовика головки и наружной фланцевой отбуртовкой открытого торца стакана, при этом внутренняя кольцевая поверхность днища стакана служит упором стяжной гайки, а нижний торец центрально30 го отверстия корпуса служит упором для наружной фланцевой отбуртовки открытого торца стакана. Кроме того, угол наклона сопрягаемой кольцевой конусной поверхности головки в свободном состоянии больше 35 угла наклона кольцевой конусной поверхности корпуса (по отношению к оси симметрии поршня) на 0,5-3° в зависимости от податливости головки, а на наружной цилиндрической части стакана выполнены прорези 40 различной формы.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого поршня.

Поршень включает корпус 1, выполненный из легкого металла, например алюмини45 евого сплава, имеет центральное отверстие с верхним и нижним торцами, головку 2 из жаропрочного материала, например стали с теплоизолирующим покрытием 3 и полости охлаждения 4 и 5. В средней части головки

50., 2 со стороны конусной поверхности А соединения с корпусом 1 имеется утолщенный хвостовик 6, заканчивающийся резьбовой нарезкой с гайкой 7 для крепления головки к корпусу. Корпус 1 и головка 2 могут быть 55 соединены центральным стяжным болтом.

Для увеличения податливости хвостовика 6 он выполняется пустотелым, при этом для сообщения полостей 4 и 5 с полостью хвостовика 6 имеются каналы 8 в корпусе и сливные отверсти 9 на боковой поверхности хвостовика 6. Между гайкой 7 и корпусом 1 расположен прижимной упругий элемент, выполненный в виде опрокинутого стакана 10, в днище 11 которого имеется центральное отверстие для прохода хвостовика 6. Свободный открытый торец стакана выполнен в Виде фланцевой отбуртовки 12, опирающейся в нижний торец центрального отверстия корпуса 1, при этом ось симметрии стакана совпадает с вертикальной осью симметрии поршня, а на внешней цилиндрической части его имеются продольные или поперечные или любой другой формы и направления прорези, повышающие податливость стакана 10 (не показаны). В такой конструкции крепления головки 2 и корпуса

I внутренняя кольцевая поверхность днища

II стакана 10 является верхним упором для гайки 7. Головка 2 поршня сопрягается с корпусом 1 по кольцевой конической поверхности А, причем вершина образующих этого конуса находится в точке 0, т.е. в точке пересечения плоскости, проходящей через внутреннюю поверхность днища 11 стакана 10, т.е. плоскости упора гайки 7, с вертикальной осью симметрии поршня. При этом в свободном состоянии, т.е. когда гайка 7 не затянута, угол наклона сопрягаемой кольцевой конусной поверхности головки 2 больше угла наклона кольцевой конусной поверхности корпуса 1 на величину, равную 0,5-3°, в зависимости от податливости головки.

Предлагаемый поршень работает следующим образом.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания и нагрева поршня происходит тепловое расширение корпуса 1 и головки 2. При этом поршень расширяется как в осевом, так и в радиальном направлениях. В результате осевого расширения при затянутой гайке 7 в сопрягаемых деталях возникают напряжения, по величине пропорциональные разности деформаций корпуса 1 и головки 2 с хвостовиком 6 на днище участка совместной деформации головки 2 и корпуса 1. В результате радиального расширения поршня головка 2 перемещается по конической поверхности в сторону хвостовика 6, уменьшая разность деформаций корпуса 1 и головки 2, вызванную осевым расширением, и напряжений в них. Величина такого перемещения головки зависит от угла наклона конусных поверхностей А. При этом, если осевое перемещение головки от радиального расширения равно разности осевых деформаций корпуса и головки, то в сопрягаемых деталях напряжения, обуслов ленные разностью коэффициентов термического расширения, не возникают.

Под действием усилия прижатия гайки 7 головка 2 прогибается, контактное давление на поверхности А перераспределяется, ослабляясь к периферии и возрастая на внутренней кромке. В предложенной конструкции величина прогиба головки 2 уменьшена за счет увеличения податливости стягивающих деталей путем введения стакана 10.

В свободном состоянии конические поверхности А корпуса 1 и головки 2 соприкасаются своими внешними окружностями (точка а). В результате затягивания гайки 7 головка 2 поршня прогибается, конические поверхности А взаимно прижимаются и происходит выравнивание величины контактных напряжений вдоль образующих.

Расчетные исследования теплового и напряженно-деформированного состояния поршня дизеля ЧН21/21, выполненные на ЭВМ с использованием метода конечных элементов,показали равномерность распределения контактных давлений вдоль образующих опорных конических поверхностей.

Таким образом, в предлагаемом поршне, содержащем головку с центральным пустотелым хвостовиком с наружной резьбовой нарезкой на конце, корпус, в котором выполнено центральное отверстие с нижним и верхним торцами и полости охлаждения, причем головка и корпус сопряжены по кольцевой конической поверхности и связаны при помощи центрального хвостовика на головке, размещенного в центральном отверстии корпуса, и стяжной гайки, при этом вершина образующей конической поверхности сопряжения головки и корпуса расположена в точке пересечения плоскости упора гайки с вертикальной осью симметрии поршня, междя стяжной гайкой и корпусом установлен прижимной упругий элемент, выполненный в виде опрокинутого стакана с центральным отверстием в днище для прохода центрального хвостовика на головке и наружной фланцевой отбуртовкой открытого торца стакана, при этом верхним упором гайки служит внутренняя кольцевая поверхность днища стакана, а нижний торец центрального отверстия корпуса служит упором для наружной фланцевой отбуртовки открытого торца стакана, а угол наклона сопрягаемой конусной поверхности головки в свободном состоянии больше угла наклона конусной поверхности корпуса на 0,5-3° в зависимости от податливости головки. Кроме того, для повышения податливости на наружной цилиндрической поверхности прижимного упругого элемента (стакана) выполнены прорези.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Поршень двигателя внутреннегохгорания, содержащий головку с центральным хвостовиком с наружной резьбовой нарезкой на конце, корпус с центральным отверстием, образованным радиальным выступом с верхним и нижним торцами, и полости охлаждения, причем головка и корпус сопряжены между собой по кольцевой конической поверхности и связаны посредством центрального хвостовика на головке, размещенного в центральном отверстии корпуса, и стяжной гайки, причем вершина образующей конической поверхности сопряжения головки и корпуса расположена в точке пересечения плоскости упора стяжной гайки с осью симметрии поршня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, между стяжной гайкой и корпу сом установлен прижимной упругий элемент, выполненный в виде опрокинутого стакана с центральным отверстием в его днище для размещения центрального хвостовика головки и наружной фланцевой отбуртовкой со стороны, противоположной днищу стакана, причем внутренняя поверхность днища стакана является упорной поверхностью стяжной гайки, а нижний торец радиального выступа корпуса является упорной поверхностью для наружной фланцевой отбуртовки стакана, причем угол β наклона сопрягаемой кольцевой конической поверхности головки в свободном состоянии больше угла наклона кольцевой конической поверхности корпуса на Δθ -= -0,5-3°.
2. 2. Поршень по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на цилиндрической поверхности стакана выполнены прорези.