Поршень двигателя внутреннего сгорания

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11) 5)5 Е 3 ИС ЕИ сследовательных и Н.Г,М СССР983.ВНУТРЕН к двигателестть надежность содержиткорГОСУДАРСТВЕН 1 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение относитсяроению и позволяет повысисоставного поршня. Поршень ЕТЕНИЯ - : пус 1 и головку 2 с хвостовиком 6, которые стянуты гайкой 7. Для уменьшения прогиба головки 2 от силы затяжки между корпусом 1 и гайкой 7 расположен круглый стакан 10, который имеет на боковой цилиндрической поверхности прорези. Для выравнивания контактных давлений на кольцевых контактных поверхностях А сочленения головки 1 и корпуса 2 угол Р наклона поверхности, принадлежащей головке 2, в свободном состоянии, т,е. когда гайка 7 не затянута, превышает угол наклона контактирующей поверхности, принадлежащей корпусу 1, на величину Лф,5 - 3. 1 з,п. ф-лы, 1 ил.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 машйнах с составными поршнями.Известен поршень, который содержит отъемную головку с центрально располо-. 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 вхвостовике, 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 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 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 1020 25303540 45 разующим поверхностей сопряжения и к ослаблению стыка и снижению надежности поршня в целом,Цель изобретения - повышение надежности составных охлаждаемых поршней - достигается тем, что в известном составномпоршне, содержащем головку с центральным хвостовиком, имеющем наружную реэьбовую нарезку, корпус. в котором выполнено 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 хвостовика на головке, размещенного в центральном отверстии корпуса, и стяжной гайки, при этом вершина образующей конической поверхности сопряжения головки икорпуса расположена в точке пересечения плоскости упора стяжной гайки с.вертикальной осью симметрии поршня; между стяжной, гайкой и корпусом установлен прижимной упругий элемент, выполненный в виде опрокинутого стакана с центральным отверстием в днище для прохода центрального хвостовика головки и наружной фланцевой отбуртовкой открытого торца стакана, при этом внутренняя кольцевая поверхность днища стакана служит упором стяжной гайки, а нижний торец центрального отверстия корпуса служит упором для наружной фланцевой отбуртовки открытого торца стакана, Кроме того, угол наклона сопрягаемой кольцевой конусной поверхности головки в свободном состоянии больше 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 прорезиразличной формы.На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого поршня,Поршень включает корпус 1, выполненный из легкого металла, например алюминиевого сплава, имеет центральное отверстие с верхним и нижним торцами, головку 2 изжаропрочного материала, например стали с теплоизолирующим покрытием 3 и полости охлаждения 4 и 5. В средней части головки5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 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 1 внутренняя кольцевая поверхностьднища 11 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 О, 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, обусловленные 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 ЧН 21/21, 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 хвостови ком 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 голавке 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 поверхностиЗаказ 4146 Тираж Подписное ВНИИПИ государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 прижимного упругого элемента (стакана) выполнены прорези.Формула изобретения1, Поршень двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку с центральным 5 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 кор пус сопряженй между собой по кольцевой конической поверхности и связаны посредством центрального хвостовика на головке, размещенного в центральном отверстии корпуса, и стяжной гайки, причем вершина 15 образующей конической поверхности сопряжения головки и корпуса расположена в точке пересечения плоскости упора стяжной гайки с осью симметрии поршня, о т л ичающийсятем,что,сцельюповышения 20 надежности. между стяжной гайкой и корпусом 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 выстуйа корпуса является упорной поверхностью для наружной фланцевой отбуртовки стакана, причем угол ф наклона сопрягаемой кольцевой конической поверхности головки в свободном состоянии больше угла наклона кольцевой конической поверхности корпуса на Ьф- "0,5-3.2.Поршеньпоп.1,отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности стакана выполнены прорези.