ПОРШЕНЬ

Полезная модель относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению и перспективна для применения в поршневых машинах: компрессорах, свободнопоршневых генераторах газа, двигателях внутреннего сгорания.
Известен цилиндр с поршнем, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения и имеющий зазор поперек направлению движения, причем торец поршня ограничивает в цилиндре камеру сжатия, при этом поршень имеет диаметр, уменьшающийся в направлении торца. Посредством формы поршня, сужающейся в направлении торца, часть газа, сжатого в камере сжатия посредством движения поршня, вводится в зазор между поршнем и стенкой цилиндра, и течение газа, утекающего из камеры сжатия между поршнем и стенкой цилиндра, создает эффект газового подшипника (см. патент РФ №2432497, МПК F04B 39/00, 2011 г.).
Недостатком данного изобретения является, то, что смазочный слой создается в зазоре между поршнем и цилиндром за счет потока газа вследствие разных давлений на торцах поршня и скорости движения поршня. Несущая способность такого смазочного слоя незначительна. Возможно исчезновение зазора между поршнем и цилиндром в каком-либо месте, прижатие поршня к цилиндру, возникновение сухого трения, приводящее к быстрому износу пары трения.
Известен также поршень, установленный в полости цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, кромки которого обращены с рабочим зазором к стенкам поршня, который содержит закрытую камеру снабженную каналами подвода в нее смазочного материала и выпуска последнего наружу (см. патент РФ №2503842, МПК F02F 3/22, F01P 3/10, 2014 г.).
Недостатком прототипа является необходимость подвода извне (из источника расположенного вне полости цилиндра) в закрытую камеру смазочного материала (масла), что при условии постоянного возвратно-поступательного перемещения поршня усложняет конструкцию цилиндро-поршневой группы и двигателя в целом и ведет к повышению расхода смазочного материала. При этом выпуск масла реально решает задачу охлаждения - отвода тепла и не ориентирован на снижение трения и износа деталей цилиндро-поршневой группы (поршня и цилиндра в их рабочем зазоре).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является упрощение конструкции цилиндро-поршневой группы и снижение трения и износа деталей цилиндро-поршневой группы.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в простоте конструкции, рабочий зазор поршня с цилиндром создает газовый смазочный слой, что позволяет отказаться от масляного смазочного материала и ведет к отказу от системы жидкостной смазки между поршнем и втулкой цилиндра, уменьшаются потери на трение.
Поставленная задача решается тем, что поршень, установленный в полости цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, кромки которого обращены с рабочим зазором к стенкам поршня, который содержит закрытую камеру снабженную каналами подвода в нее смазочного материала и выпуска последнего наружу, отличающийся тем, что каналы подвода и выпуска смазочного материала, сообщены с рабочим объемом цилиндра, а их приемные отверстия выполнены на торцовых поверхностях поршня и снабжены приемными невозвратными клапанами, кроме того, закрытая камера поршня сообщена с рабочим зазором каналами выпуска, выполненными в стенках кромок поршня, размещенными, предпочтительно, равномерно по периметру рабочего зазора поршня. Кроме того, рабочий зазор выполнен симметричным, с переменной толщиной, с увеличением от середины кромки к ее краям, при этом каналы выпуска размещены в два ряда.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков отличительной части формулы полезной модели позволяет упростить конструкцию, рабочий зазор поршня с цилиндром создает газовый смазочный слой, что позволяет отказаться от масляного смазочного материала и ведет к отказу от системы жидкостной смазки между поршнем и втулкой цилиндра, уменьшаются потери на трение.
На чертеже показаны поршень 1, цилиндр 2, закрытая камера 3, рабочий зазор 4, приемные отверстия 5, невозвратные клапаны 6, каналы 7 выпуска и камера сжатия 8.
Поршень 1 выполнен в виде тела, сечение которого соответствует сечению полости цилиндра 2 и содержит закрытую камеру 3 снабженную каналами подвода в нее смазочного материала и выпуска последнего в рабочий зазор 4 между поршнем 1 и цилиндром 2. Поршень 1 установлен в полости цилиндра 2 с возможностью возвратно-поступательного движения. Кромки цилиндра 2 обращены с рабочим зазором 4 к стенкам поршня 1. Каналы подвода смазочного материала, сообщены с рабочим объемом цилиндра 2, а их приемные отверстия 5 выполнены на торцовых поверхностях поршня 1 и снабжены приемными невозвратными клапанами 6. Кроме того закрытая камера 3 поршня 1 сообщена с рабочим зазором 4, каналами 7 выпуска, выполненными в стенках кромок поршня 1, размещенными равномерно по периметру рабочего зазора 4 поршня. При этом рабочий зазор 4 выполнен симметричным, с переменной толщиной, с увеличением от середины кромки к ее краям, а каналы 7 выпуска размещены в два ряда.
Работа поршня осуществляется следующим образом. Часть сжатого воздуха, образованная в камере сжатия 8 за счет повышенного давления будет уходить на создание смазочного слоя, проходя кромку поршня 1, а другая часть воздуха заполняет закрытую камеру 3, проходя через приемные отверстия 5 подвода в полость закрытой камеры 3 поршня 1, которое запирается невозвратным клапаном 6. Воздух, проходя через каналы 7 выпуска в поршне 1 в рабочий зазор 4, выполняет роль уплотнения и смазочного слоя. Закрытая камера 3 внутри поршня 1 выполняет роль ресивера сжатого воздуха, с невозвратным клапаном 6.