SU1698470A1 - Цилиндропоршнева группа поршневой машины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и представл ет собой цилиндропорш- невую группу, например, двигател  внутреннего сгорани , компрессора или холодильной машины и может примен тьс  в различных отрасл х промышленности - автомобилестроении , тракторостроении и т.д. Изобретение позвол ет уменьшить потери мощности на трение. Поршень цилиндро- поршневой группы состоит из головки 1 поршн , снабженной уплотнительными кольцами 2, и юбки поршн  3, снабженной продольными канавками 4 с элементами качени  5 (шарики, ролики) в них. Поршень размещен в гильзе 6 цилиндра и кинематически св зан с помощью поршневого пальца 7 и шатуна 8 с кривошипом 9. Ширина канавок должна соответствовать диаметру шариков или ширине роликов с учетом их свободного без заеданий качени  в канавках . 3 з.п. ф-лы, 6 ил. & Ё Os Ю 00 N VI О

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и представл ет собой цилиндропорш- невую группу (ЦПГ), например, двигател  внутреннего сгорани  (ДВС), компрессора или холодильной машины и может примен тьс  в автомобилестроении, тракторостроении и т.д., с целью снижени  потерь на трение между поршнем и гильзой (втулкой) цилиндра, в частности ДВС.

За базовый образец прин т типовой поршень шатунно-кривошипного механизма , состо щий из головки, юбки, поршневого пальца и поршневых колец. Типовой шатунно-кривошипный механизм включает в себ  кривошип, шатун и поршень. При вращении кривошипа поршень совершает в гильзе цилиндра возвратно-поступательные перемещени  от нижней мертвой точки (ЭНМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), а от нее к НМТ и т.д. При этом между поршнем и гильзой цилиндра возникает трение, величина которого зависит от боковой составл ющей силы (давлени ), действующей на поршень, и вида трени . Потери на трение составл ют 0,1-0,2 мощности, воспринимаемой шатунно-кривошипным механизмом.

Имеютс  различные технические решени , направленные на уменьшение этих потерь .

Так, в аналоге между поршнем и гильзой цилиндра формируют устойчивую газовую подушку дл  обеспечени  газовой смазки поршн  на всех тактах цикла. Это сильно усложн ет конструкцию поршн  и делает его работу менее надежной, так как требуетс  снабдить поршень аккумулирующей полостью, обратным клапаном, металлической упругой оболочкой, жестко закрепленной в его теле своими концами, направл ющими кольцами и системой газораспределени  и изгибй упругой оболочки.

Другим направлением  вл етс  уменьшение боковой силы, действующей на поршень .

Этот поршень шатунно-кривошипного механизма имеет сбоку дополнительную камеру сгорани . При рабочем ходе в дополнительной камере сгорани  по вл етс  встречна  уравновешивающа  сила, направленна  против силы, прижимающей поршень к гильзе цилиндра. Поэтому в таких конструкци х износ поршней и потери на трение несколькЬ уменьшаютс . Ухудшаютс  тепловые услови  работы поршн  него надежность из-за утечек критических скоростей , вихревых движений и возникает потребность во втором р де уплотнительных колец, работающих в режиме сухого трени .

Повысить надежность поршн  можно, если его выполнить качающимс . Данный

аналог имеет поршень из нескольких сферических шайб из стали или упругой пластмассы . При вращении кривошипа шайбы перемещаютс  по отношению к неподвижной сферической шайбе - головке поршн  и относительно друг друга. От этого снижаетс  износ и потери, св занные с утечкой рабочего тела.

Однако усложнение конструкции порш0 н  не уменьшает потерь от боковой силы, действующей на поршень при вращении кривошипа, а только распредел ет их на большую поверхность гильзы цилиндра и элементы уплотнени ,

5 Прототип содержит поршень с минимум двум  р дами элементов качени  между ним и гильзой цилиндра. Элементы качени  могут быть выполнены эластичными.При таком выполнении поршень упруго выведен в

0 центр гильзы цилиндра. Касание им стенок гильзы цилиндра исключаетс , что обеспечивает равномерный зазор и исключает износпоршн .При возвратно-поступательном перемещении

5 поршн  от НМТ и ВМТ элементы качени  отслеживают профиль зеркала гильзы цилиндра , создава  услови  дл  безударной работы поршн  с зеркала гильзы цилиндра. При этом сила трени , обусловленна  боко0 вым давлением поршн  на гильзу цилиндра, уменьшаетс  на пор док, что при прочих равных услови х увеличивает полезную мощность двигател  и его технико-экономические показатели.

5 Недостатком прототипа  вл етс  сложность конструкции,

Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

0 поршень шатунно-кривошипного механизма , содержащий элементы качени  между ним и гильзой цилиндра, расположенные по обе стороны от оси качени  шатуна в зоне максимального контакта поршн  с гильзой

5 цилиндра, имеет на своей поверхности продольные канавки с телами качени  в них в виде шарика или ролика, причем длина продольных канавок равна длине половины хода поршн  плюс диаметр тела качени  и

0 расположены канавки с перекрытием друг друга на половину своей длины.

Продольные канавки на поверхности поршн  с телами качени  в них позвол ют легко выполнить их технологически, напри5 мер фрезерованием, их можно выполнить в любом типовом (серийно выпускаемом) поршне; это упрощает конструкцию поршн  по сравнению с прототипом; сохран ютс  все эксплуатационные преимущества прототипа , т.е уменьшаютс  потери на трение,

меньше износ поршней. При этом возникают дополнительные преимущества, т.е. возможность использовать типовые тела качени  (шарики, ролики) диаметром от дес тых долей миллиметра до нескольких миллиметров и даже сантиметров, имеетс  возможность использовать тела качени  из эластичных материалов (пластмассы, резины ), создаетс  гарантированный минимальный зазор между поршнем и гильзой цилиндра дл  газовой или масл ной смазки и т.п.

Выполнение продольных канавок длиной , равной половине длины хода поршн , плюс диаметр тела качени , расположенного в канавке, диктуетс  соображени ми безударного качени  шариков, роликов по канавке, а не скольжени  их, что можно, если длина канавок будет меньше или больше указанной.

Расположение продольных канавок с перекрытием друг друга на половину своей длины позвол ет уменьшить длиновые размеры поршн  до длины, обеспечивающей гарантированное движение поршн  от НМТ к ВМТ без заклинивани  его в гильзе цилиндра .

На фиг.1 схематически изображен поршень шатунно-кривошипного механизма (ЦПГ) с нижним расположением элементов качени  в продольных канавах, цикл запуска двигател  внутреннего сгорани , поршень в НМТ; на фиг.2 - произвольное расположение элементов качени  в продольных канавках поршн , цикл запуска двигател  внутреннего сгорани , поршень движетс  к ВМТ ; на фиг. 3 - произвольное расположение элементов качени  в продольных канавках поршн , поршень в ВМТ, рабочий цикл; на фиг.4 - поршень движетс  в НМТ, элементы качени  движутс  вниз и занимают среднее положение на длине продольных канавок, рабочий цикл; на фиг.5 - поршень в НМС, элементы качени  занимают положение вверху продольных канавок, рабочий цикл; на фиг.б - поршень движетс  к ВМТ, элементы качени  перекатываютс  на середину длины канавок, рабочий цикл.

Далее циклы повтор ютс  по схеме фиг.3-4-5-6-3-2. Дл  публикации рекомендуетс  фиг.4, так как она наиболее полно отражает работу поршн  шатунно-кривошипного механизма и воспри тие максимальных боковых сил элементами качени .

Поршень шатунно-кривошипного механизма состоит из головки поршн  1, снабженной уплотнительными кольцами 2 и юбки поршн  3, снабженной продольными канавками 4 с элементами качени  (шарики, ролики) 5 в них. Поршень размещен в гильзе

цилиндра 6 и кинематически св зан с помощью поршневого пальца 7 и шатуна 8 с кривошипом 9. Размер шариков или роликов принципиального значени  не имеет и 5 может быть от нескольких дес тков долей миллиметра до нескольких сантиметров. Ширина канавок должна соответствовать диаметру шариков или ширине роликов с учетом их свободного без заеданий качени 

0 в канавках.

Длина канавок должна быть равной половине длины хода поршн  плюс диаметр тела качени . Рекомендуетс , чтобы канавки перекрывали друг друга на половину

5 своей длины и располагались по обе стороны от оси качени  шатуна в зоне действи  максимальных боковых сил.

Работа поршн  шатунно-кривошипного механизма в принципе не зависит от функ0 ционального его назначени  (двигатель внутреннего сгорани  или поршневой компрессор , или устройство дл  дозированной подачи жидкости и т.д.) и осуществл етс  следующим образом. При вращении криво5 шипа 9 вокруг своей оси поршень осуществл етвозвратно-поступательное перемещение в гильзе цилиндра б от НМТ к ВМТ и т.д. При этом тела качени  будут (при запуске двигател  скользить в поз., изобра0 жены на фиг. 1 и 2) перекатыватьс  по канав- кам 4 по схеме, приведенной на фйг.3-4-5-6-3, воспринима  боковые силы и исключа  контакт головки 1 и юбки 3 поршн  с гильзой цилиндра 6. Последн   скоро5 сть перемещени  тел качени  будет в два раза меньше, т.е. 1,5-2,5 м/с и в мертвых точках равн тьс  нулю. Это исключает большие инерционные силы и. следовательно, проскальзывание шариков, роликов (без ка0 ) относительно поршн  или гильзы цилиндров , что повышает работоспособность устройства.

Технико-экономическа  эффективность изобретени  заключаетс  в уменьшении по5 терь мощности на трение за счет замены трени  скольжени  на трени  качени , в лучшем охлаждении и смазке поршн  за счет гарантированного зазора между гильзой цилиндра и поршнем, возможности быстрого

0 применени  изобретени  в промышленности .

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Цилиндропоршнева  группа поршневой машины, содержаща  кривошипно-шэ5 тунный механизм с поршнем и цилиндр, причем на боковой поверхности поршн  вдоль его оси выполнены выточки, а между поршнем и стенкой цилиндра в выточках по обе стороны от оси качени  шатуна в зоне максимального контакта поршн  со стенкой

   цилиндра расположены элементы качени , причем длина выточек равна сумме половины длины хода поршн  и диаметра тела качени , которое выполнено из эластичного материала, отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности, выточки выполнены в виде продольных канавок пр моугольного сечени , расположенных в два параллельных р да, причем первый р д продольных канавок выполнен ближе к дни0

   щу поршн , а второй - ближе к нижнему торцу поршн .
2. 2.Группа по п.1,отличающа с  тем, что канавки обоих р дов перекрываютс  на половину своей длины.
3. 3.Группа по пп.1 и 2, отличающа - с   тем, что тела качени  выполнены в виде шариков.
4. 4.Группа по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а  - с   тем, что тела качени  выполнены в виде роликов.

   Фиг.1

   Фм.г

   о г

   00

   О)

   ее

   ЈSii3S

   Г

   Itt

   Vxsxw

   3

   гч;

   Ј

   О

   $

   $

   Фиг 6