Поршень

Поршень, содержащий на боковой поверхности кольцевые канавки и кольце вые выемки между ними, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что кольцевые выемки выполнены глубиной 0,1-1,0 глубины кольцевых канавок, а стенки кольцевых выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим, или по двум криволинейным образующим (гиперболическая кривая функции у=а 1 (х - в) 2 , при этом толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины (острой кромки) со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выбмок. Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано во всех видах механизмов и устройств, имеющих поршни с канавками под поршневые (уплотнительные) кольца. Известен поршень для двигателя внутреннего сгорания [1], который содержит на боковой поверхности кольцевые канавки и кольцевые выемки между ними, расширяющиеся в направлении наружной боковой поверхности поршня, размещенные между канавками и отделенные от них верхней и нижней перемычками, при этом боковая поверхность кольцевой выемки в поперечном сечении выполнена по лемнискате Бернулли и образует со стенкой цилиндра в верхней части выемки криволинейный кольцевой диффузор с уменьшающимся по его длине локальным уг лом расширения, а узловая точка лемнискаты размещена на верхней перемычке. Общими конструктивными признаками прототипа и заявляемого изобретения является наличие "на боковой поверхности кольцевых канавок и кольцевых выемок между ними". Однако в этой конструкции из-за большой жесткости перемычек, обусловленной их толщиной и конфигурацией, происходит быстрый износ боковых рабочих поверхностей канавок, что снижает долговечность поршня. В этом случае поршень выбраковывается или ремонтируется путем наплавки этих поверхностей с последующей проточкой до первоначальных размеров. Чтобы увеличить эксплуатационный период поршня эти поверхности после проточки дополнительно упрочняются как нанесением на них более прочного о О 27047 слоя металла, так и поверхностным пластическим деформированием при помощи обкатки роликом с определенным усилием прижатия ролика к упрочняемой поверхности. Эти дополнительные мероприятия повышают предел выносливости (долговечности) указанных поверхностей поршня в 1,05-1,4 раза (см.Справочник машиностроителя, т.З. - М.: Машгиз. - 1955. - С. 470. - Табл.27), однако кардинально вопрос повышения долговечности поршня не решают: поршень подобным ремонтам подвергается несколько раз за весь период своей службы. Кроме того, широкие перемычки и большая толщина боковой стенки поршня в зонах выемок не позволяет уменьшить материалоемкость. В основу изобретения поставлена задача повысить долговечность поршня за счет замедления износа боковых рабочих поверхностей и снизить материалоемкость за счет уменьшения толщины боковых стенок канавок. Таким образом, создание поршня, в котором кольцевые выемки выполнены глубиной 0,1 - 1,0 глубины кольцевых канавок, а стенки кольцевых выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим, или по двум криволинейным образующим (гиперболическая кривая функции у=а Л (х-в) 2 ), при этом толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины (острой кромки) со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выемок, позволяет обеспечить уменьшение толщины боковых стенок канавок, замедлить износ боковых рабочих поверхностей, и за счет этого повысить долговечность и снизить материалоемкость поршня. Поставленная задача решается тем, что кольцевые выемки выполнены глубиной 0,1 - 1,0 глубины кольцевых канавок, а стенки кольцевых выемок выполнены по криволинейным и прямолинейным образующим, или по двум криволинейным образующим (гиперболическая кривая функции у==а'1(х-в)'2), при этом толщина криволинейных стенок выполнена от предельно допустимой малой величины (острой кромки) со стороны боковой поверхности поршня до монотонно увеличивающейся в направлении оси поршня номинально расчетной у дна выемок. Нижний предел глубины выемки -0,1 глубины канавки - обусловлен тем, что уменьшение глубины выемки за этот предел не обеспечивает износостойкость рабочих поверхностей канавок. Верхний предел глубины выемки - 1,0 5 глубины канавки - обусловлен тем, что увеличение глубины выемки за этот предел нарушает равнопрочность стенки поршня в сторону ее ослабления. Технический результат заключается в 10 уменьшении жесткости боковой (опорной) стенки канавки, так как уменьшается работа микросмещения от деформации контактирующих поверхностей стенки и коль~ ца, и за счет этого обеспечивается повы15 шейная долговечность поршня в 1,5-3 раза по условию износостойкости рабочих поверхностей канавок. Кроме того, обеспечивается сопутствующий эффект - снижения массы порш20 ня на 3-10% за счет выполнения кольцевых выемок рядом с канавками при уменьшенной толщине перемычек. На фиг. 1 изображен боковой участок продольного разреза в диаметральной 25 плоскости поршня как одностороннего (простого), так и двустороннего (двойного) действия. Направление рабочего движения поршня обозначено двумя противоположными стрелками Р. Эта фигура 30 является основным наглядным пояснением предлагаемого технического решения. На фиг. 3 изображена предлагаемая конструкция. Эта конструкция представляет собой конструкцию, изображенную 35 на фиг. 2, но с добавлением кольцевых выемок 3, расположенных с одной стороны канавки 2 - со стороны ее опорной поверхности S. Эта конструкция применяется в случаях необходимости сохране40 ния боковых участков f поршня под его направляющие поверхности. На фиг. 4 изображен вариант предлагаемой конструкции. Эта конструкция также представляет собой конструкцию, изоб45 раженную на фиг.2, но с добавлением кольцевых выемок 3, расположенных по обе стороны канавки 2. Описание предложенной конструкции и ее работы ведется по фиг.1. 50 На поршне 1, простого или двойного действия, рядом с канавкой 2 под поршневое кольцо, выполнены кольцевые выемки 3 глубиной, равной 0,1-1,0 глубины I канавки, т.е. 55 t=(0,1... 1,0)1. На фиг. 1 изображен верхний предел глубины выемки 3, когда t ^ l . Нижний предел глубины выемки на фигурах не изображен. Указанные выемки 3 образованы кривыми q и прямыми т . 27047 Благодаря этим выемкам боковые стенки 4 имеют пониженную переменную жесткость, а их переменная толщина h начинается от предельно допустимой малой величины со стороны внешней боковой поверхности поршня (острые кромки) и монотонно увеличивается в направлении к оси поршня до номинально расчетной у дна выемки. Предельно допустимая малая толщина стенки образуется пересечением под острым углом ос