Поршень гидравлического цилиндра, изготовленный из листового металла

 

Поршень предназначен для гидравлического цилиндра тормозов автомобиля. Поршень выполнен в виде полого изделия с открытым торцом, наружная стенка которого выполнена цилиндрической и снабжена канавкой, а часть внутренней поверхности, прилегающая к открытому торцу и перекрывающая вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, выполнена в виде цилиндра, а толщина стенки поршня на уровне открытого торца превышает толщину стенки, прилегающей ко дну, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку к осевым напряжениям сжатия, не меньшей, чем в области, прилегающей ко дну, при этом толщина стенки поршня между внутренней цилиндрической поверхностью и дном монотонно уменьшается. Технический результат - повышение надежности и упрощение конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к конструкциям поршней, используемых в гидравлических цилиндрах, в частности в цилиндрах гидравлического тормоза автомобиля.

Конструкции поршней гидравлических цилиндров должны удовлетворять нескольким достаточно противоречащим друг другу условиям: они должны быть легкими, чтобы обладать малой инерционностью, прочными настолько, чтобы даже при значительных нагрузках на дно поршня отсутствовала деформация его стенок в радиальном направлении. Невыполнение последнего условия может привести к потере его функциональных качеств. Также необходимо выполнение еще одного условия - толщина стенок поршня должна быть достаточной для передачи гидравлического усилия, действующего на дно поршня.

Обычно поршень имеет цилиндрическую форму с одним открытым торцом и с канавкой для закрепления в ней защитной манжеты. Область расположения канавки - одна из наиболее критичных к деформациям, поэтому предлагаются различные решения для упрочнения этой области. Известен поршень, описанный в заявке WO 9112445, изготовленный вытяжкой. Формовка поршня осуществлена таким образом, что толщина его в критической области канавки не меньше толщины стенки в остальной части поршня. В известном решении этих областей две: область расположения канавки и внутренняя область расположения пружины. Требования к прочности в этих областях определяют толщину боковых стенок.

Известно решение - патент RU 2163987, которое позволяет выполнять стенки поршня, сформированного вытяжкой, прочными, но небольшой толщины. Поршень выполнен в виде полого изделия с открытым торцом. Его наружная стенка выполнена цилиндрической и снабжена канавкой для закрепления в ней защитной манжеты. Внутреннее пространство сформировано совокупностью поверхностей, одна из которых, прилегающая к открытому торцу и перекрывающая вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, выполнена цилиндрической. Толщина стенки поршня на уровне открытого торца превышает толщину стенки, прилегающей ко дну, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку к осевым напряжениям сжатия, не меньшей, чем в области, прилегающей ко дну. Известный поршень обладает рядом достоинств, таких как легкость при устойчивости к деформациям и обеспечение необходимой толщиной стенки открытого торца для обеспечения требуемого взаимодействия с поверхностью, на которое передается усилие. К недостаткам следует отнести то, что технология изготовления такого поршня сложна - сложно выполнить две внутренние цилиндрические поверхности разного диаметра с одинаковым наружным, причем при условии, что поверхность с меньшим диаметром находится со стороны открытого торца. Каждая из этих поверхностей формуется значительным количеством отдельных операций.

Задачей, решаемой изобретением, является создание прочного поршня, обладающего малым весом, но с толщиной стенок, образующих открытый торец, достаточной для взаимодействия с поверхностью, на которое передается усилие, например тормозной колодки, но позволяющего использовать простую технологию изготовления.

В соответствии с формулой изобретения поставленная задача решена за счет того, что, как и известный, предлагаемый поршень гидравлического цилиндра, изготовленный из листового металла, имеет форму полого изделия с открытым торцом, наружная стенка которого выполнена цилиндрической и снабжена канавкой. Часть внутренней поверхности, прилегающая к торцу и перекрывающая вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, выполнена в виде замкнутого цилиндра, а толщина стенки поршня на уровне открытого торца превышает толщину стенки, прилегающей ко дну, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку к осевым напряжениям сжатия, не меньшей, чем в области, прилегающей ко дну. Но в отличие от известного в предлагаемом поршне толщина стенки между внутренней цилиндрической поверхностью и дном монотонно уменьшается.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 представлен вид поршня в разрезе; фиг.2, 3 иллюстрируют технологию изготовления поршня.

Предлагаемый поршень выполнен в виде полого изделия, имеет внешнюю цилиндрическую стенку 1, в которой выполнена канавка 2, а часть 3 внутренней поверхности, прилегающая к открытому торцу 4 и перекрывающая вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки 2, выполнена цилиндрической. Толщина стенки (а) на уровне расположения канавки меньше толщины (b) стенки на уровне открытого торца 4, а толщина стенки (b) поршня на уровне открытого торца превышает толщину (с) стенки 5, прилегающей ко дну 6, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку к осевым напряжениям сжатия, не меньшей, чем в области, прилегающей ко дну. Толщина стенки между внутренней цилиндрической поверхностью 3 и дном 6 монотонно уменьшается.

В конструкции поршня гидравлического цилиндра толщины (а) и (b) стенки поршня 2 выбраны такими, при которых эта область будет устойчива к рабочим осевым нагрузкам, не увеличивая при этом величину (с) сверх значения, обеспечивающего устойчивость не только к рабочим осевым нагрузкам, но и к радиальной деформации. Переход от большей толщины (b) к меньшей толщине (с) происходит монотонно. Например, поршень дискового тормоза, выдерживающий давление в 160 бар, имеет следующие параметры: а=1,9 мм, b=3,0 мм, с=3,9 мм. При высоте поршня 50,5 мм, высоте внутренней цилиндрической зоны, равной 16 мм, монотонное изменение толщины стенок происходит на отрезке 31 мм.

Описанная выше конструкция может быть изготовлена при использовании достаточно простой технологии, которая заключается в следующем. На первом этапе производят вырубку плоской заготовки из листа металла. Затем проводят одну или более операций вытяжки (фиг.2, слева показано исходное состояние операции, а справа - ее результат) с помощью пуансона 7 и матрицы 8 и получают заготовку с требуемой калиброванной толщиной (b). Ее величина определяется зазором между матрицей и пуансоном. На следующем этапе проводят операцию формовки (фиг. 3) с использованием пуансона 9 и матрицы 10, результатом которой является оформление профиля дна и боковой наружной поверхности области поршня, прилегающей ко дну. (На фиг.3 слева показано исходное положение операции формовки, а справа - ее завершение). Канавка 2 выполняется инструментальным путем.

Описание конструкции поршня и способа его изготовления показывают, что поршень обладает требуемыми характеристиками для обеспечения его работы, при этом он получен с использованием простой технологии.

Формула изобретения

Поршень гидравлического цилиндра, изготовленный из листового металла в виде полого изделия с открытым торцом, наружная стенка которого выполнена цилиндрической и снабжена канавкой, а часть внутренней поверхности, прилегающая к открытому торцу и перекрывающая вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, выполнена в виде цилиндра, а толщина стенки поршня на уровне открытого торца превышает толщину стенки, прилегающей ко дну, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку к осевым напряжениям сжатия, не меньшей, чем в области, прилегающей ко дну, отличающийся тем, что толщина стенки поршня между внутренней цилиндрической поверхностью и дном монотонно уменьшается.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3