Поршень из алюминиевого сплава для двигателя внутреннего сгорания

СОКЭЗ СОБГ ГСКИХСОЦИАЛиСтичЕСкихРЕСПУБЛИК ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН( Щ О (Со ГОсул АР ст ц Р нны Й кОмите ГПО ИЗОБРЕ ГЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СГР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВ(71) Белорусский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРФ 1295020, кл. Р 02 Р 3/00, 1985,(54) ПОРШЕНЬ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГОСПЛАВА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ57) Изобре 1 ение относится к двигателесгроению к позволяет повысить долговечность поршня в зоне расположения Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может быть использовано при проектировании поршней двигателей внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение надежности соединения вставки с поршнем и снижение расхода высоколегированных материалов для изготовления вставок.,На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция поршня с упрочняющей вставкой; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1,В головке поршня 1 расположена порошковая вставка 2, состоящая из четырех отдельных сегментов 3, Зазоры 4 между торцами сегментов заполнены алюминиевым сплавом. Во вставке 2 выполняется канавка 5 под верхнее компрессионное кольцо,3 ЛЯПОВ А си 5 Г 02 Е 3/08, В 23 Р 15/10 верхнего компрессионного кольца. Пор. шень оснащается упрочняющей порошко. еой вставкой, состоящей из отдельных сегментов. Наличие зазора между их 1 орцамк заполненными алюминиевым сплавом, снижает термические напряжения, возникающие при работе двигателя из-за различия коэффициентов теплового расширения материалов поршня и вставки, что предотвращает нарушение связи между нчм Предлагаемая конструкция поршня позво. лит применять для изготовления вставок по. рошковый материал без введения в е;о сос.ав дефицитных легкрующих элементов к повысить долгоееяность поршней дизельных днкгателей 1 з п,ф-лы, 2 ил, 1 табл,Наличие зазоров между сегментами, заполняемых алюминиевым сплавом, снижает термические напряжения, всзникающие в поршне при работе двигателя вследствие различия коэффициентов теплового расширения материалов поршня и вставки, что предотвращает нарушение связи между ними, Такая конструкция вставки позволяет применять для ее изготовления материалы с меньшим коэффициентом теплового расширения, чем у алюминиевого сплава, а это сокращает и даже исключает из состава материала вставок такие дефицитные элементы, как никель, хром и др.Определение необходимого числа сегментов упрочняющей вставки (и) осуществляют иэ предположения равенства линейного расширения суммарной длинысегментов, изготовленных из низколегированного материала, и суммарной длины промежутков между ними из материала поршня (алюминиевого сплава), заполняющего зазоры между торцами сегментов, При этом линейное расширение материала сегментов и алюминиевого сплава определяют по периметру поршня. Тогда уравнение теплового баланса имеет вид:а 1 иЛ = аг ( л О - иЛ 1, (1) где а 1 и аг - коэффициенты линейного расширения материалов поршня и сегментов, 1/0 С;- длина промежутка между торцами двух соседних сегментов, мм;и- суммарная длина промежутков, заполненных алюминиевым сплавом, мм;( лО - и ) - суммарная длина сегментов, изготовленных из низколегированного материала, мм,О - диаметр поршня, мм;Ь 1 - разность между температурой поршня в процессе его работы и температурой окружающей среды, С,Решив уравнение (1) относительно и, получаем, что число сегментов вставки определяется из выраженияаг д Ои -аг +а 1ЛОбозначив отношение - = К, получаем а 1 +аггде К - коэффициент, учитывающий расстояние между торцами двух соседних сегментов, 1/мм,Значение коэффициента Кустанавливается экспериментально.Известно, что давление газов при рабочем ходедля высокооборотных дизелей независимоот диаметров цилиндров примерно одниково, Это обстоятельство позволяет считать,что и длина промежутков между торцамисоседних сегментов вставки с изменениемдиаметра поршня является также одинаковой. Исходя из этого, были проведены эксперименты по определению необходимойдлины промежутков между торцами сегментов вставки поршня только для дизельногодвигателя О - 240 с диаметром цилиндра 110мм.Сегменты вставки изготавливают методом порошковой металлургии из низколегированного материала ЖГДЗ, включающегопорошки,: графит 1, медь 3, железо остальное.Результаты испытаний приведены втаблице, 10 15 20 25 30 35 40 45 п=К О,ага 1 +аггде К - коэффициент, учитывающий длину промежутков между торцами соседних сегментов К = 0,12-0,30, 1/мм;О - диаметр поршня;а 1 и аг - коэффициенты теплового расширения материалов поршня и вставки соответственно.2, Поршень по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве материала вставки испол ьзован порошковый материал,50 55 Из таблицы следует, что если длина промежутков между сегментами менее 10 мм, наблюдается нарушение связей между сегметами и поршнем уже во время проведения механической обработки канавки в отливке поршня,При длине промежутков более 30 мм и имеет место повышенный износ канавок в зоне промежутков, что объсняется значительными нагрузками, воспринимаемыми неупрочненными участками канавки.При длине промежутков между торцами сегментов 10 - 25 мм дефектов поршня не наблюдается.Таким образом, оптимальными значениями длин промежутков между торцами сегментов вставки, обеспечивающих ненадежную работу поршня двигателя Д, являются 10 - 25 мм, тогда К =- 0,12 - 0,3, 1/мм.Применение поршней с порошковыми вставками предлагаемой конструкции позсолит повысить долговечность серийных поршней при одновременном снижении себестоимости по сравнению с поршнями со вставками, изготовленными из аустенитного чугуна и других высоколегированных материалов,Поршни предлагаемой конструкции могут быть использованы в высокооборотных дизельных двигателях тракторов, автомобилей, дорожных и сельскохозяйственных машин.Формула изобретения 1, Поршень из алюминиевого сплава для двигателей внутреннего сгорания, содержащий головку с канавками под уплотняющие кольца и составную упрочняющую вставку под верхнее кольцо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, вставка выполнена из низколегированного материала на основе железа и по меньшей мере из трех сегментов, равномерно расположенных по окружности и в соответствии с соотношениемристика н аз 1698 , Тираж 366 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Ю2 Составитель В, Лоба ов актор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик, связейериалами сегментамтов нет нный изи в зон