ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, двигателе- и компрессоростроения и может быть использовано для повышения эффективности и надежности работы поршневого уплотнения.
Существуют конструкции поршневых колец, содержащие собственно кольцо и один или несколько слоев покрытия постоянной твердости.
Известно поршневое кольцо, выполненное из стальной ленты или проволоки и имеющее на поверхности, контактирующей со стенкой цилиндра, участки повьш1енной твердости, получаемые посредством электронно-лучевой или лазерной обработки (Патент Великобритании N Е245680, ЖИ В 3 Р 15/06. Эаявл. 27.06.90, опубл. 08.01.92. Поршневое кольцо).
Известно поршневое кольцо, наружная поверхность рсоторого подвергнута термообработке в форме нескольких зон, расположенных на поверхности кольца поочередно с необработанными участками, что способствует лучшему удержанию смазки, внедрению легких частиц - продуктов износа - в более мягкие участки, а также возможности работы кольца в условиях ограниченности смазки (Патент ГДР N 214657, ЖИ F 16 J 9/12. Звявл. 29.03.83, опубл. 17.10.84. Поршневое кольцо).
Основным недостатком таких конструкций поршневых колец является то, что приведенные технические решения не обеспеМПК F 0 F 5/00 F 16 J 9/00
ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО
чивают одинакового износа покрытия по дяине наружной поверхности кольца или самой наружной поверхности поршневого кольца в процессе его работы.
Это приводит к следующему. При работе двигателя в результате воздействия на кольцо газовых и инерционных нагрузок, а также под действием сил радиального давления кольца на стенку цилиндра происходит износ покрытий кольца. Однако, вследствие постоянной и одинаковой твердости покрытий на всей длине поверхности кольца происходит их неодинаковый (с неравной скоростью) износ на разных участках рабочей поверхности кольца, что приводит к возникновению вибраций поршневого кольца в канавке поршня, перекосу его на поршне, к нестаб11льности и снижению надежности работы поршневого уплотнения, к увел15чению пропуска газов поршневым уплотнением, к разрушению масляной пленки между наружной поверхностью кольца и стенкой цилиндра и к увеличению расхода масла на угар.
В основу полезной модели поставлена задача создания такой конструкции поршневого кольца, которая обеспечивала бы эффективную и надежную работу поршневого уплотнения за счет существенного улучшения условий его работы; исключение вибраций поршневого кольца в канавке поршня, перекоса его на поршне; повышение стабильности и надежности работы поршневого уплотнения; ликвидации пропуска газов поршневым уплотнением, разрушения масляной пленки между наружной поверхностью кольца и стенкой ЩЕлиндра; уменьшение расхода масла на угар.
Поставленная задача решается тем, что в поршневом кольце, состоящем из собственноразрезного металлического кольца и нанесенных через связующий слой на его рабочую поверхность
противоиэносного и приработочного покрытий, покрытия имеют различную твердость, причем твердость этих покрытий переменна и изменяется таким образом, что уменьшается на дуге в 110,.Л30 град в обе стороны от концов кольца, максимальна на концах и постоянна на противоположной замку стороне поршневого кольца. Указанные пределы участков изменения твердости покрытий связаны со статистическими данными по характеру локализации и изменения износа рабочих поверхностей поршневых колец в процессе их эксплоатации, причем отклонение указанных величин от приведенных значений ведет к значительному ухудшению параметров работы поршневого уплотнения. Вследствие переменной твердости покрытий на поверхности кольца происходит такое изменение локальных коэффициентов трения по ее длине, что износ покрытий становится равномерным по всей длине этой поверхностиПолезная модель поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение поршневого кольца.
Поршневое кольцо состоит из собственно разрезного металлического кольца 1, имеющего замок , и последовательно нанесенных через связующий слой на его рабочую поверхность 3 противоизносного 4 и приработочного 5 покрытий, имеющих переменную твердость, характер изменения которой соответствует указанным данным.
В процессе работы поршневого уплотнения происходит износ покрытий поверхности кольца (сначала приработочного, а затем и противоизносного), причем наибольший износ покрытий имеет место в районе замка. Однако, вследствие соответствия характера изменения твердости покрытий на поверхности кольца
характеру изменения действующей на нее суммарной удельной нагрузки износ покрытий происходит о одинаковой скоростью и одновременно на всей поверхности кольца, чем исключаются описанные выше негативные последствия, присущие конструктивным решениям поршневых колец с покрытиями одинаковой твердости.
Выбор твердости покрытий на указанных участках и характера ее изменения на данных, участках зависит от состава и структуры покрытия и материалов сопряженных деталей трущейся пары и может быть определен в общем случае по ,ей зависимости;
где k - коэффи1щент пропорциональности твердости покрытия к суммарной удельной нагрузке на денном участке поверхности кольца,
Р - суммарная удельная нагрузка, действующая на данном участке поверхности кольца от газовых и инерционных сил и собственного радиального давления кольца, причем
где Ф - текущий угол, отсчитываемый по длине рабочей поверхности от замка кольца.
Переменная твердость покрытий на поверхности поршневого кольца может быть получена, например, при помощи электронно-лучевой или лазерной обработки источником энергии переН - k  Р,
P-f(9),
М8ННОЙ интенсивности, изменяющейся в соответствии с требуемшл характером изменения твердости получаемого покрытия либо при помощи плазменного напыления материалом изменяемого состава.
Предложенная конструкция поршневого кольца обеспечивает исключение ударных нагрузок и вибраций, перексов и смещений кольца в канавке поршня, прорыва гавов через поршневое уплотнение, стабильность масляной пленки между сопряженными деталями трущейся пары, за счет чего достигается повышение эффективности и надежности работы поршневого уплотнения, а также снижение расхода масла на угар и повышение топливной экономичности установки.
Данная конструщия поршневого кольца может быть испольвована в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах и других установках, требующих применения подобных уплотнений.
- 5