Поршень двигуна внутрішнього згоряння

Реферат: Поршень двигуна внутрішнього згоряння містить коронку поршня, юбку поршня, стопорні кільця та поршневий палець. Нерозрізне компресійне кільце з металокерамічного матеріалу встановлено у проточці, яка є роз'ємною, верхній торець та циліндрична частина якої сформовані у коронці поршня, а нижній торець являє собою торець верхньої частини юбки поршня, юбка поршня базується своєю внутрішньою циліндричною поверхнею на зовнішній циліндричній поверхні коронки поршня, в напрямній його частині, і має посадку з натягом, а в осьовому напрямку упирається у торець коронки поршня та фіксується від осьового та радіального переміщення поршневим пальцем. UA 119975 U (54) ПОРШЕНЬ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ UA 119975 U UA 119975 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області машинобудування, зокрема до двигунобудівної галузі і може бути використана при створенні компактних, високофорсованих поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Відома типова конструкція монолітного поршня широкого використання для автомобільних та тракторних двигунів, який по висоті, відносно його діаметрального розміру, складається з жарового пояса до 20 %, ущільнюючого пояса, для розміщення компресійних та маслознімних кілець - 10-15 %, а також напрямного пояса до 70 %, у якому розташовується поршневий палець (на висоті до 80 % від площини днища поршня), та маслоз'ємні кільця (зазвичай для дизельних двигунів) [Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности "Двигатели внутреннего сгорания»/ Д.Н. Вырубов, С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова.-4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. - с. 118, рис. 72]. Проте така конструкція поршня, поряд з позитивними конструкторсько-технологічними якостями, такими, як відпрацювання на технологічність, відносна простота конструкції, багаторічний досвід експлуатації, доскональне вивчення теплових процесів, низька вага і т. і., мають низку істотних недоліків. До недоліків, стосовно існуючих конструкцій поршнів слід віднести, недостатню теплову та механічну стійкість перемичок (перш за все між компресійними кільцями), значну висоту, низьку жорсткість конструкції і т. і. Відома конструкція складеного поршня двигуна внутрішнього згоряння, фірми Caterpillar, який складається з коронки поршня, юбки поршня, поршневих кілець поршневого пальця та стопорних кілець (http://teodolit.tiu.ru/p26328871-nabory-sostavnyh-porshnei.html.). Конструкція складеного поршня має певні переваги перед монолітними, оскільки при його використанні у високофорсованих двигунах, коронку поршня можливо виготовити із жаростійких металів або сплавів, а юбки поршня - з більш дешевого та легкого алюмінієвого чи іншого сплаву. Але така конструкція поршня має і низку недоліків, серед яких, надзвичайно велика вага коронки поршня, що є наслідком значної висоти жарового і ущільнюючого поясів, та зменшена жорсткість та площа вушок коронки поршня під поршневий палець. До недоліків також слід додати і унеможливлення встановлення нерозрізного компресійного кільця, виготовленого, наприклад, з металокерамічного матеріалу, що суттєво зменшує тертя з гільзою блока циліндрів та збільшує ресурс циліндро-поршневої групи. При аналізі існуючих технічних рішень, в даній області техніки не виявлені об'єкти, які мають сукупність ознак і рівень технологічності пропонованої конструкції. Це дозволяє стверджувати, що пропоноване технічне рішення відповідає критерію корисної моделі Новизна. В основу корисної моделі поставлена задача розробити таку конструкцію складеного поршня, в якому зменшена висота жарового та ущільнюючого поясів дозволила б скоротити відстань між віссю симетрії поршневого пальця та днищем коронки поршня, і за рахунок цього зменшити вагу поршня та збільшити його жорсткість, що дасть можливість зменшити навантаження на кривошипно-шатунний механізм, крім того, необхідно розробити конструкцію поршня, в якому було б можливим встановлення нерозрізного компресійного кільця, виконаного, наприклад, з металокерамічного матеріалу, що при встановленні останнього суттєво зменшило б тертя між парою компресійне кільце-гільза блока циліндрів і за рахунок цього підвищило б ресурс циліндро-поршневої групи. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в поршні двигуна внутрішнього згоряння, який містить коронку поршня, юбку поршня, стопорні кільця та поршневий палець, є те, що; 1) нерозрізне компресійне кільце з металокерамічного матеріалу встановлено у проточці, яка є роз'ємною, верхній торець та циліндрична частина якої сформована у коронці поршня, а нижній торець являє собою торець верхньої частини юбки поршня; 2) юбка поршня базується своєю внутрішньою циліндричною поверхнею на зовнішній циліндричній поверхні коронки поршня, в напрямній його частині, і має посадку з натягом, а в осьовому напрямку упирається у торець коронки поршня та фіксується від осьового та радіального переміщення поршневим пальцем. На кресленні показаний переріз поршня двигуна внутрішнього згоряння, загальний вигляд. Поршень має коронку поршня 1, на якій ззовні, на її верхній циліндричній поверхні, міститься жаровий пояс. Ущільнюючий пояс сформовано у вигляді радіальної проточки для нерозрізного компресійного кільця 2, він має висоту зазначеного кільця, з мінімальним припуском, для його вільного обертання відносно осі симетрії поршня, юбку поршня 3, на якому сформована 1 UA 119975 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 щонайменше одна радіальна проточка для маслознімного кільця 6, стопорні кільця 7 та поршневий палець 5, який поєднується з шатуном 4, через бронзову втулку 8. Поршень двигуна внутрішнього згоряння працює наступним чином. Під час стискання робочої суміші (або повітря для дизельних двигунів), зусилля від шатуна 4, через бронзову втулку 8, передається на поршневий палець 5, а далі, двома шляхами, через юбку поршня 3, на коронку поршня 1 та безпосередньо на коронку поршня 1. При цьому нерозрізне компресійне кільце 2, притискається своєю нижньою площиною до верхнього торця юбки поршня 3, тим самим герметизуючи надпоршневий простір, від порожнини картера (на кресленні не показаний). Також герметизація здійснюється і по поверхні тертя між зовнішньою циліндричною поверхнею нерозрізного компресійного кільця 2 та внутрішньою поверхнею гільзи блока циліндра (на кресл. не показана). При цьому між зазначеною гільзою та нерозрізним компресійним кільцем 2, виконаним, наприклад, з металокерамічного матеріалу, повинен бути мінімально допустимий зазор, який унеможливлює заклинювання нерозрізного компресійного кільця 2 у гільзі і розраховується для кожного матеріалу індивідуально. У нижній частині юбки поршня 3 сформована радіальна проточка для розміщення маслознімного кільця 6, яке видаляє зайве масло зі стінок гільзи. Під час робочого ходу процес здійснюється у зворотному напрямку. Для складання поршня, шатун 4 з впресованою бронзовою втулкою 8, юбку поршня 3 та коронку поршня 1, розігрівають і останню встановлюють днищем вниз. У отвір юбки поршня 3 під поршневий палець, встановлюють одне стопорне кільце 7. Встановлюють нерозрізне компресійне кільце 2 у відповідну проточку на коронці поршня 1, після чого, на останній, надівають юбку поршня 3, і співвісно розташовують отвори останньої та отвору у коронці поршня 1 під поршневий палець. Разом з цим, у внутрішню порожнину коронки поршня 1 вводять шатун 4 і забезпечують співвісність усіх трьох зазначених деталей (юбки поршня 3, коронки поршня 1 та шатуна 4, після чого вставляють охолоджений та помащений маслом палець 5 у отвір, і встановлюють друге стопорне кільця 7. Останнім, у радіальну проточку юбки поршня 3 встановлюють маслознімне кільце 6. Після складання та охолодження, шатун 4 повинен легко обертатись та переміщатись тільки відносно поршневого пальця. Під час роботи двигуна, у результаті нагріву, між коронкою поршня 1, юбкою поршня 3 та пальцем 5, утвориться тепловий зазор, який дасть можливість останньому вільно обертатись відносно своєї осі симетрії та пересуватись у межах стопорних кілець 7. Наявність проточки, яка є роз'ємною, верхній торець та циліндрична частина якої сформована у коронці поршня, а нижній торець являє собою торець верхньої частини юбки поршня, дозволяє максимально зменшити висоту ущільнюючого пояса поршня, та встановити нерозрізне компресійне кільце; наявність нерозрізного компресійного кільця виконаного з металокерамічного матеріалу, дозволяє зменшити радіальне навантаження на гільзу блока циліндрів, та підвищити температуру його нагріву, що дозволить відповідно зменшити тертя у зазначеній парі, а також зменшити висоту жарового пояса; наявність посадки з натягом між поверхнею базування внутрішньої циліндричної поверхні юбки поршня на зовнішній циліндричній поверхні коронки поршня, в напрямній його частині, та фіксація від осьового та радіального переміщення поршневим пальцем дозволяє збільшити жорсткість поршня. Таким чином, наявність роз'ємної проточки, у яку встановлено нерозрізне компресійне кільце, виконане з металокерамічного матеріалу, яке упирається нижньою площиною у юбку поршня, яка встановлена з натягом на коронку поршня і фіксується пальцем поршня, забезпечують найменшу відстань між віссю симетрії пальця поршня та днищем поршня, що підвищує жорсткість останнього і сприяє зменшенню його ваги. Отже, застосування у поршні двигуна внутрішнього згоряння конструктивних особливостей корпусу (роз'ємна проточка), і встановлення у неї нерозрізного компресійного кільця, яке упирається у юбку поршня, дозволяє розширити можливості використання поршня, а також створити необхідні умови для підвищення його жорсткості, зменшення ваги та тертя і підвищити ресурс кривошипно-шатунного механізму та циліндро-поршневої групи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Поршень двигуна внутрішнього згоряння, який містить коронку поршня, юбку поршня, стопорні кільця та поршневий палець, який відрізняється тим, що нерозрізне компресійне кільце з металокерамічного матеріалу встановлено у проточці, яка є роз'ємною, верхній торець та циліндрична частина якої сформовані у коронці поршня, а нижній торець являє собою торець верхньої частини юбки поршня, юбка поршня базується своєю внутрішньою циліндричною поверхнею на зовнішній циліндричній поверхні коронки поршня, в напрямній його частині, і має 2 UA 119975 U посадку з натягом, а в осьовому напрямку упирається у торець коронки поршня та фіксується від осьового та радіального переміщення, поршневим пальцем. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3