Уплотнительное устройство поршня

 

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней машин и механизмов. Сущность изобретения: устройство включает в себя два концентрично расположенных в канавке поршня, кольца и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин. Рабочее поршневое кольцо имеет на внутренней цилиндрической поверхности периодически выполненные пазы с наклонными поверхностями, куда свободно входят клинообразные выступы дополнительного кольца. Между поверхностями и выступов и пазов, находящихся в радиальной плоскости, располагаются цилиндрические пружины, в результате воздействия которых поршневое кольцо, взаимодействуя с дополнительным кольцом по наклонным поверхностям и пазов и выступов, отодвигается от дополнительного кольца и прижимается к зеркалу цилиндра, создавая уплотняющий эффект устройства. 3 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения поршней машин и механизмов.

Известно поршневое кольцо, содержащее радиальный расширитель, выполненный в виде спиральной пружины и разделенной на группы витков, оси которых расположены по радиусам к оси поршня. Пружинные группы имеют разное количество витков и разный угловой шаг с целью обеспечения надлежащей эпюры давления поршневого кольца на стенку цилиндра [1].

Недостатком такого расширителя является низкая надежность его в работе, так как поршневое кольцо и расширитель могут смещаться относительно друг друга. Известно, что эпюра давления кольца на стенку цилиндра соотносительна замку кольца, в зоне которого давление имеет максимальное значения. Для обеспечения необходимой эпюры давления за счет дополнительных устройств, например витков пружины, необходимо, чтобы эти витки пружины были определенным образом расположены относительно замка, а сама пружина закреплена. Другим недостатком такого радиального расширителя является сложность изготовления пружины, группы витков которой должны обеспечивать строго определенное усилие.

наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является уплотнительное устройство поршня содержащее на дне канавки поршня периодически расположенные по окружности клинообразные выступы, на внутренней поверхности кольца - соответствующие им пазы, причем, выступы и пазы выполнены с плоскими боковыми поверхностями, одна из которых расположена в радиальной плоскости, другая наклонная - под углом к ней, при этом выступы размещены в пазах с контактом по наклонным поверхностям, ширина пазов выполнена больше ширины выступов, а пружины расширителя установлены между боковыми поверхностями выступов и пазов [2].

Недостатками этого изобретения являются: 1. Низкая надежность работы уплотнительного устройства из-за неподвижности кольца в поршневой канавке, которая способствует закоксовыванию его абразивными частицами износа и продуктами окисления масла.

2. Большая дороговизна, сложность изготовления и эксплуатации уплотняющего устройства из-за необходимости выполнения выступов в канавке поршня, которые создают вынужденную конструктивную взаимозависимость между поршневым кольцом и поршнем.

3. Теряется универсальность применения уплотняющего устройства - нельзя использовать кольца с пазами и обычные поршни, у которых поршневые канавки выполнены без выступов, а поршни с выступами в канавке невозможно применять вместе с обычными кольцами, гладкими с цилиндрической внутренней стороны.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции уплотнительного устройства, в частности поршня, и повышение надежности работы.

Технический результат достигается тем, что в уплотнительном устройстве поршня, содержащем установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо с периодически выполненными по окружности внутренней цилиндрической поверхности пазами, у которых одна боковая плоская поверхность расположена в радиальной плоскости, другая - под углом к ней, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, каждая из которых помещена в гнездо соответствующего паза в канавку поршня установлено концентрично с поршневым кольцом, в его заколечное пространство с контактом по всей окружности дна канавки, дополнительное разрезное кольцо с клинообразными выступами входящими во внутрь пазов поршневого кольца, ширина которых больше ширины клинообразных выступов, при этом выступы дополнительного разрезного кольца имеют плоские боковые поверхности параллельные плоским боковым поверхностям пазов поршневого кольца и контактируют с пазами поршневого кольца по наклонным плоским поверхностям, а спиральные пружины расширителя расположены между боковыми поверхностями клинообразных выступов дополнительного разрезного кольца и пазов поршневого кольца.

предлагаемое уплотнительное устройство поршня подвижно в поршневой канавке, что снижает вероятность закокосовывания и тем самым повышает надежность работы и увеличивает срок службы, при этом оно более универсально и может быть использовано в обычных поршневых канавках без выступов.

Наличие в предлагаемом уплотнительном устройстве изобретения доказывается присутствием концентрично с поршневым кольцом, в его заколечном пространстве, дополнительного разрезного кольца с периодически выполненными по всей наружной цилиндрической поверхности клинообразными выступами, которое создает в поршневой канавке подвижность уплотняющего относительно поршня.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что уплотнительное устройство поршня, сохраняя все положительные качества прототипа, приобретает дополнительные свойства такие как подвижность в поршневой канавке и возможность использования его вместе с обычными поршнями, у которых поршневые канавки выполнены без выступов.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, разрез части поршня в сборе с уплотнительным устройством; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 (в качестве обстановки показан вместе с уплотнительным устройством цилиндр двигателя).

Уплотнительное устройство содержит поршень 1, в канавке 2 которого установлены рабочее поршневое разрезное кольцо 3 с фигурными пазами 4, выполненными периодически на внутренней цилиндрической поверхности 5, и разрезное дополнительное кольцо 6 с клинообразными выступами 7 (фиг. 1 и 2).

Дополнительное кольцо 6 3становлено в заколечное пространство 8 рабочего кольца 3 концентрично с последним так, что внутренняя цилиндрическая поверхность 9 дополнительного кольца 6 по всей окружности контактирует с дном 10 поршневой канавки 2(фиг. 1, фиг. 3), а клинообразные выступы 7, выполненные периодически по окружности наружной цилиндрической поверхности 11, свободно входят в пазы 4 поршневого кольца 3, так как ширина пазов 4 выполнена больше ширины выступов 7(фиг. 2).

Клинообразные выступы 7 имеют боковые плоские поверхности 12, расположенные в радиальных плоскостях и боковые плоские поверхности 13, лежащие в плоскостях наклонно расположенных к радиальным (фиг. 2). Пазы 4 рабочего кольца 3 также имеют плоские поверхности 14 и 15, которые параллельны соответственно плоским боковым поверхностям 12 и 13 выступов 7(фиг. 2). В пазах 4 выполнены гнезда 16 для установки упругого расширителя, выполненного из спиральных пружин сжатия 17 (фиг. 2, 3).

Выступы 7 дополнительного кольца 6 размещены а пазах 4 рабочего поршневого кольца 3 так, что боковые радиальные поверхности 12 выступов 7 и боковые радиальные поверхности 14 пазов 4 обращены одна к другой, а боковые наклонные поверхности 13 выступов 7 контактируют с боковыми наклонными поверхностями 15 пазов 4(фиг. 2). Пружины 17 помещены в гнездах 16 пазов 4 поршневого кольца 3 и полагаются между боковыми радиальными поверхностями 12 выступов 7 и боковыми радиальными поверхностями 14 пазов 4. Поршень 1 размещен в цилиндре 18 (фиг. 2, 3).

Уплотнительное устройство поршня работает следующим образом.

Пружины сжатия 17 расположенные между боковыми радиальными поверхностями 14 и 12 на поршневом кольце 3 и дополнительном кольце 6 воздействуют одновременно на оба эти кольца 3 и 6 в тангенциальном направлении. При этом поршневое кольцо 3 и дополнительное кольцо 6 поворачиваются вокруг продольной оси поршня 1 в противоположные стороны относительно друг друга. Угловое смещение колец 3 и 6 относительно друг друга преобразуется в поступательное перемещение дополнительного кольца 6 по радиусу к дну канавки поршня 10 и в противоположное поступательное перемещение по радиусу к зеркалу цилиндра 18 всех участков рабочего кольца 3 в процессе движения выступов 7 дополнительного кольца 3 по наклонным поверхностям 15 пазов 4, образующим клинья совместно с наклонными поверхностями 13 выступов 7 (фиг. 2). Усилие пружины 17 направлено по касательной к окружности поршня 1 и одновременно приложено как к рабочему кольцу 3 - сила Q, так и к дополнительному кольцу 6 - сила Q'. Сила Q раскладывается по правилу параллелограмма сил и создает на наклонных поверхностях клиньев 13 и 15 силу R для поршневого кольца 3, направленную по радиусу к зеркалу цилиндра 18, а сила Q'создание усилие R' для дополнительного кольца 6, направленное по радиусу к дну канавки поршня 10 (фиг. 2). Дополнительное кольцо 6 прижимается внутренней цилиндрической поверхностью 9 к дну канавки поршня 10, а все участки поршневого кольца 3 отодвигаясь от дополнительного кольца 6, прижимаются к зеркалу цилиндра 18, создавая уплотняющийся эффект устройства.

предлагаемая конструкция уплотнительного устройства поршня позволит не только улучшить уплотнение поршня в цилиндре, но и благодаря своей подвижности в поршневой канавке снизит вероятность закоксовывания колец и повысить надежность работы, что в конечном итоге увеличит срок службы. При этом, такая конструкция проще и дешевле в изготовлении и в эксплуатации, так как может быть использована в обычных поршневых канавках без выступов.

Формула изобретения

Уплотнительное устройство поршня, содержащее установленные в канавке поршня разрезное поршневое кольцо с периодически выполненными по окружности внутренней цилиндрической поверхности пазами, у которых одна боковая плоская поверхность расположена в радиальной плоскости, другая под углом к ней, и расширитель, выполненный в виде набора спиральных пружин, каждая из которых помещена в гнездо соответствующего паза, отличающееся тем, что в канавку поршня установлено концентрично с поршневым кольцом, в его заколечное пространство с контактом по всей окружности дна канавки дополнительное разрезное кольцо с клинообразными выступами, входящими вовнутрь пазов поршневого кольца, ширина которых больше ширины клинообразных выступов, при этом выступы дополнительного разрезного кольца имеют плоские боковые поверхности, параллельные плоским боковым поверхностям пазов поршневого кольца, и контактируют с пазами поршневого кольца по наклонным плоским поверхностям, а спиральные пружины расширителя расположены между боковыми поверхностями клинообразных выступов дополнительного разрезного кольца и пазов поршневого кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3