Сущность изобретения: поршень 1 выполнен в виде полого тонкостенного стакана. На торце поршня последовательно установлен плоскопараллельный набор равной высоты клиновидных сегментов 7 с вырезами 8 и эксцентриковых шайб 9 с осевыми отверстиями, сопряженных с внутренними цилиндрическими поверхностями клиновидных сегментов 7. Пары сегментов 7 развернуты относительно друг друга на величину, превышающую зазор между сегментами 7. Пары сегментов 7 и шайбы 9 замкнуты сверху плоским фланцем 10 с цилиндрическим хвостовиком 11, проходящим через отверстия в шайбах и торце поршня. Пружины 14 и 15 предназначены для поджима сегментов 7 и фланца 10. На юбке поршня выполнены по два выреза 4, в которых установлены цилиндрические клиновидные сегменты 5 с противоположным направлением клиновидности в плоскости действия боковых сил. Между сегментами 5 установлены пружины 6. 2 з. п ф-лы, 3 ил.
1. УПЛОТНЕНИЕ ПОРШНЯ преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее уплотнительные элементы, отличающееся тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде последовательно установленного на торце поршня плоскопараллельного набора равной высоты пар клиновидных сегментов с вырезами и эксцентриковых шайб с осевыми отверстиями, сопряженных своей наружной цилиндрической поверхностью с внутренней цилиндрической поверхностью клиновидных сегментов, пары сегментов развернуты одна относительно другой на величину, превышающую величину зазора между сегментами, и плоского фланца с цилиндрическим хвостовиком, проходящим через осевые отверстия эксцентриковых шайб и торца поршня. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что на внутренней торцевой поверхности фланца и внешней торцевой поверхности поршня выполнены кольцевые канавки, в которых размещены стержневые пружины, загнутые концы которых заведены в вырезы одноименных пар клиновидных сегментов, а на внутренней торцевой поверхности поршня установлена пружина, заведенная в вырезы хвостовика фланца для прижима клиновидных сегментов и эксцентриковых шайб к торцу поршня. 3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что в юбке поршня в плоскости действия боковых сил поршня симметрично оси поршня выполнено по два плоских клиновидных выреза, в которых установлены подпружиненные цилиндрические клиновидные сегменты с противоположным направлением клиновидности в плоскости действия боковых сил поршня.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), гидропневмомашинах (насосах, компрессорах и т.д.). Известны устройства уплотнения поршня, выполненные в виде поршневых колец для ДВС. В них поршневые кольца обеспечивают уплотнения зазора и обеспечивают равномерный износ кольца, как в устройстве, принятом в качестве прототипа. Однако эти устройства уплотнения обладают недостатком, заключающимся в том, что поршневые кольца выполняют только функции уплотнения, а опора поршня на цилиндр происходит поверхностью поршня. Вследствие износа поршень теряет форму, что приводит к его вибрациям, акустическим шумам при перекладке поршня, усложняет технологию изготовления (поршень должен быть эллиптической формы в торцовом сечении и бочкообразным в осевом). Целью изобретения является улучшение качества уплотнения поршня, уменьшение акустической шумности при работе поршня, самокомпенсация в процессе износа формы элементов поршня, контактирующих с цилиндром и, следовательно, упрощение технологии изготовления поршня (простой цилиндр, без эллипса и бочки). Цель достигается тем, что уплотнительные элементы выполнены в виде последовательного плоскопараллельного набора равной высоты пар клиновидных сегментов с вырезами и эксцентриковых шайб с осевыми отверстиями, развернутых по углу относительно друг друга на величину, большую угла зазора между клиновидными сегментами, и плоского фланца с цилиндрическим хвостовиком, введенным в осевые отверстия эксцентриковых шайб и поршня. На внутренней торцовой поверхности фланца и внешней торцовой поверхности поршня могут быть выполнены кольцевые канавки, в которых размещены стержневые пружины, загнутые концы которых заведены в вырезы одноименных пар клиновидных сегментов, а на внутренней поверхности поршня установлена пружина, заведенная в вырезы хвостовика фланца и поджимающая элементы уплотнения к торцовой поверхности поршня. Одновременно в цилиндрической части юбки поршня, в плоскости действия боковых сил поршня, симметрично оси поршня могут быть выполнено по два плоских клиновидных выреза, в которые установлены подпружиненные клиновидные сегменты с противоположным направлением клиновидности. Изобретение имеет существенные преимущества. В нем элементы уплотнения пары клиновидных сегментов, сопряженных своими цилиндрическими поверхностями с эксцентриковой шайбой и цилиндром совместно с парами клиновидных сегментов с противоположно направленными направлениями клиновидности, обеспечивают одновременно с уплотнением и механическое взаимодействие трущихся элементов поршня и цилиндра с самокомпенсацией формы этих элементов в процессе их износа как при прямом, так и обратном ходе поршня. Это исключает перекладку поршня, уменьшает шумы поршня, упрощает технологию его изготовления и улучшает качество уплотнения. Это приводит к более надежной, экономичной и менее шумной работе объемной машины. На фиг. 1 представлен осевой разрез в плоскости действия боковых сил поршня с устройством уплотнения; на фиг. 2 и 3 сечения А-А и Б-Б на фиг. 1 соответственно. Устройство содержит цилиндрический поршень 1, выполненный в виде полого тонкостенного стакана с отверстием под установку штокового пальца. В поршне 1 выполнено осевое отверстие 2, на торцовой плоскости наружной поверхности кольцевая канавка 3, а на юбке поршня симметрично выполнены по два с каждой стороны выреза 4, образующие рабочие плоскости для цилиндрических клиновидных сегментов 5 с противоположным направлением клиновидности в плоскости действия боковых сил. Между сегментами 5 установлены плоские пружины 6. На торцовую верхнюю поверхность поршня последовательно установлен плоскопараллельный набор равной высоты пар клиновидных сегментов 7 с вырезами 8 и эксцентриковых шайб 9 с осевыми отверстиями, сопряженных с внутренними цилиндрическими поверхностями клиновидных сегментов 7. Пары сегментов 7 развернуты по углу относительно друг друга на угол, больший угла зазора между клиновидными сегментами 7 (на фиг. 1 угол 90о). Пары сегментов 7 и шайбы 9 замкнуты сверху плоским фланцем 10 с цилиндрическим хвостовиком 11, сопряженным с осевыми отверстиями шайб 9. На внутренней торцовой поверхности фланца 10 выполнена кольцевая канавка 12, а на хвостовике 11 вырезы 13. В канавках 3 и 12 размещена стержневая пружина 14 с загнутыми концами, которые введены в вырезы 8 сегментов 7, а в вырезах 13 хвостовика 11 размещена плоская пружина 15. Пружины 14 и 15 предназначены для поджима сегментов 7 и фланца 10. Поршень работает следующим образом. Поршень 1 не соприкасается со стенками цилиндра. Контакт происходит клиновидными сегментами 7, поджатыми к цилиндру пружиной 14, действующей в торцовой плоскости, и клиновидными сегментами 5, поджатыми пружиной 6. Сегменты 5 работают на "заклинивание" поочередно, одна пара (верхняя) работает при движении поршня 1 вниз, а вторая пара сегментов 5 (нижняя) работает при движении поршня вверх. Поскольку фрикционное взаимодействие происходит с самокомпенсацией формы соприкасающихся поверхностей, в частности сегментов 5 и 9, выполненных обычно из менее твердого материала (например, чугуна), чем материал цилиндра (стальная гильза), то обеспечивается и надежное уплотнение поршня, и его возвратно-поступательное движение без перекладки, с постоянным контактом с цилиндром.
