RU191924U1 - PISTON FINGER - Google Patents

Abstract

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна в двигателе внутреннего сгорания. Поршневой палец выполнен из термически обработанной углеродистой стали и содержит наружную цилиндрическую поверхность 1, внутреннюю цилиндрическую поверхность 2, образующие между собой стенку, и два кольцевых плоских торца 3. Стенка поршневого пальца состоит из сердцевины 4 и закаленного слоя 5, расположенного на наружной цилиндрической поверхности 1. На торцах 3 расположен закаленный слой 6 на длине не менее половины толщины стенки. Во внутренней цилиндрической поверхности 2 поршневого пальца с двух ее сторон размещены цилиндры 7, имеющие центральное отверстие 8 и прямые рифления треугольного профиля 9, расположенные на ее наружном диаметре. Цилиндры 7 выполнены из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости, имеющие по всему своему объему микроструктуру в виде отпущенного мартенсита с твердостью 55…63 HRC.Повышение усталостной долговечности, одновременное снижение массы, а также увеличение общей статической прочности поршневого пальца обеспечивается за счет размещения с двух сторон в его внутренней цилиндрической поверхности 2 цилиндров 7.Повышение надежности работы при эксплуатации поршневого пальца обеспечивается за счет выполнения цилиндров 7 с центральным отверстием 8, также за счет выполнения цилиндров 7 с прямыми рифлениями треугольного профиля 9 высотой 0,7-1,1 мм на своем наружном диаметре.Снижение себестоимости изготовления поршневого пальца обеспечивается за счет выполнения цилиндров 7 из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости, имеющих по всему своему объему микроструктуру в виде отпущенного мартенсита с твердостью 55…63 HRC, а также за счет того, что цилиндры 7 имеют центральное отверстие 8, которое позволяет их демонтировать без деформации из изношенных поршневых пальцев и потом повторно использовать эти цилиндры 7 в новых поршневых пальцах.The piston pin is designed to swivel the piston with the upper connecting rod head in an internal combustion engine. The piston pin is made of heat-treated carbon steel and contains an outer cylindrical surface 1, an inner cylindrical surface 2 forming a wall between itself, and two annular flat ends 3. The wall of the piston pin consists of a core 4 and a hardened layer 5 located on the outer cylindrical surface 1 At the ends 3, a hardened layer 6 is located at a length of not less than half the wall thickness. In the inner cylindrical surface 2 of the piston pin, cylinders 7 are placed on both sides thereof having a central hole 8 and straight corrugations of a triangular profile 9 located on its outer diameter. Cylinders 7 are made of heat-treated carbon steel of low hardenability, having a microstructure throughout the volume in the form of tempered martensite with a hardness of 55 ... 63 HRC. An increase in fatigue life, a simultaneous decrease in mass, and also an increase in the total static strength of the piston pin are ensured by placement from two sides in its inner cylindrical surface of 2 cylinders 7. Improving the reliability during operation of the piston pin is ensured by the implementation of the cylinders 7 with a central hole 8, also due to the implementation of cylinders 7 with straight corrugations of a triangular profile 9 with a height of 0.7-1.1 mm on its outer diameter. Reducing the cost of manufacturing a piston pin is achieved by making cylinders 7 from heat-treated carbon steel of low hardenability having a microstructure throughout their volume in the form of tempered martensite with a hardness of 55 ... 63 HRC, and also due to the fact that the cylinders 7 have a central hole 8, which allows them to be dismantled without deformation from worn piston fingers and then reuse these cylinders 7 in new piston fingers.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к двигателестроению автомобильного, автотракторного, судостроительного и тепловозостроительного производства и может быть использовано в конструкциях шатунно-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the automotive industry of automotive, automotive, shipbuilding and diesel locomotive manufacturing and can be used in the construction of the connecting rod-piston group of internal combustion engines.

Известен поршневой палец, содержащий стенку, образованную наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, которые с двух сторон ограничены кольцевыми плоскими торцами, причем стенка состоит из сердцевины и закаленного слоя, расположенного на ее наружной цилиндрической поверхности, а также закаленного слоя, расположенного на обоих торцах на длине не менее половины толщины стенки, кроме того палец выполнен из термически обработанной углеродистой стали (см. патент РФ на изобретение №2410590, МПК F16J 1/16, 23.12.2009 г.).Known piston pin containing a wall formed by the outer and inner cylindrical surfaces, which are bounded on two sides by annular flat ends, the wall consisting of a core and a hardened layer located on its outer cylindrical surface, as well as a hardened layer located on both ends along the length at least half the wall thickness, in addition, the finger is made of heat-treated carbon steel (see RF patent for the invention No. 2410590, IPC F16J 1/16, 12/23/2009).

Однако известный поршневой палец, при своем использовании, имеет следующие недостатки:However, the known piston pin, when used, has the following disadvantages:

- обладает недостаточной усталостной долговечностью, так как в месте стыковки краев внутренней цилиндрической поверхности стенки с плоскими кольцевыми торцами есть острая кромка, являющаяся концентратором напряжения, на которой зарождаются усталостные микротрещины, что приводит к постепенному продольному разрушению поршневого пальца и выходу двигателя из строя;- has insufficient fatigue life, since at the junction of the edges of the inner cylindrical wall surface with flat annular ends there is a sharp edge, which is a stress concentrator on which fatigue microcracks arise, which leads to a gradual longitudinal destruction of the piston pin and engine failure;

- обладает недостаточной надежностью и недостаточной общей статической прочностью, т.к. твердость внутренней цилиндрической поверхности стенки после термообработки может быть в интервале 30…50 HRC, что приводит при значительных знакопеременных или пульсирующих нагрузках, возникающих во время эксплуатации, к появлению овальности поршневого пальца, в результате которой возможно его заклинивание в бобышках поршня;- has insufficient reliability and insufficient overall static strength, because the hardness of the inner cylindrical wall surface after heat treatment can be in the range of 30 ... 50 HRC, which, with significant alternating or pulsating loads arising during operation, leads to the appearance of an ovality of the piston pin, which can cause it to stick in the piston bosses;

- имеет большую массу, в связи с чем при работе шатунно-поршневой группы возникают повышенные силы инерции, которые приводят к снижению долговечности и надежности работы шатунно-поршневой группы двигателя;- has a large mass, in connection with which during operation of the connecting rod-piston group there are increased inertia forces, which lead to a decrease in the durability and reliability of the connecting rod-piston group of the engine;

- имеет высокую себестоимость из-за относительно большой трудоемкости изготовления.- has a high cost due to the relatively high complexity of manufacturing.

Задачей предлагаемой полезной модели является устранение перечисленных недостатков известного поршневого пальца.The objective of the proposed utility model is to eliminate the listed disadvantages of the known piston pin.

Техническим результатом при использовании предложенного поршневого пальца является повышение его усталостной долговечности и надежности работы при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с одновременным снижением его массы и себестоимости изготовления.The technical result when using the proposed piston pin is to increase its fatigue life and operational reliability during operation of internal combustion engines with a simultaneous decrease in its mass and manufacturing cost.

Технический результат достигается тем, что предложен поршневой палец, содержащий стенку, образованную наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, которые с двух сторон ограничены кольцевыми плоскими торцами, причем стенка состоит из сердцевины и закаленного слоя, расположенного на ее наружной цилиндрической поверхности, а также закаленного слоя, расположенного на обоих торцах на длине не менее половины толщины стенки, кроме того палец выполнен из термически обработанной углеродистой стали, при этом с двух сторон во внутренней цилиндрической поверхности пальца размещены цилиндры с центральным отверстием и с прямыми рифлениями треугольного профиля высотой 0,7-1,1 мм на своем наружном диаметре, выполненные из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости, имеющие по всему своему объему микроструктуру в виде отпущенного мартенсита с твердостью 55…63 HRC.The technical result is achieved by the fact that a piston pin is proposed containing a wall formed by the outer and inner cylindrical surfaces, which are bounded on two sides by ring flat ends, the wall consisting of a core and a hardened layer located on its outer cylindrical surface, as well as a hardened layer, located on both ends at a length of at least half the wall thickness, in addition, the finger is made of heat-treated carbon steel, while on both sides in the inner cylindrical surface of the finger are cylinders with a central hole and with straight corrugations of a triangular profile 0.7-1.1 mm high on their outer diameter, made of heat-treated carbon steel of low hardenability, having a microstructure in the form of tempered martensite with hardness throughout its volume 55 ... 63 HRC.

Среди признаков, характеризующих предложенный поршневой палец, существенными являются:Among the signs characterizing the proposed piston pin, the essential ones are:

- размещение с двух сторон во внутренней цилиндрической поверхности пальца цилиндров;- placement on both sides in the inner cylindrical surface of the finger of the cylinder;

- выполнение цилиндров с центральным отверстием;- the implementation of the cylinders with a Central hole;

- выполнение цилиндров с прямыми рифлениями треугольного профиля высотой 0,7-1,1 мм на своем наружном диаметре;- the implementation of cylinders with straight corrugations of a triangular profile with a height of 0.7-1.1 mm on its outer diameter;

- выполнение цилиндров из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости;- the implementation of the cylinders of heat-treated carbon steel of low hardenability;

- выполнение цилиндров по всему своему объему с микроструктурой в виде отпущенного мартенсита и с твердостью 55…63 HRC.- execution of cylinders throughout its volume with a microstructure in the form of tempered martensite and with a hardness of 55 ... 63 HRC.

Размещение с двух сторон во внутренней цилиндрической поверхности пальца цилиндров позволяет повысить усталостную долговечность предложенного поршневого пальца за счет исключения концентрации напряжений на кромке, которая есть в месте стыковки краев внутренней цилиндрической поверхности стенки с плоскими кольцевыми торцами, в связи с чем не происходит продольного разрушения пальца. Кроме того, размещение цилиндров позволяет снизить массу предложенного поршневого пальца за счет увеличения диаметра внутренней цилиндрической поверхности, что ведет к уменьшению толщины стенки. Также размещение цилиндров обеспечивает увеличение общей статической прочности предложенного поршневого пальца при сохранении его габаритных размеров.The placement of cylinders on two sides in the inner cylindrical surface of the finger of the finger makes it possible to increase the fatigue life of the proposed piston finger by eliminating the stress concentration at the edge, which is at the junction of the edges of the inner cylindrical wall surface with flat annular ends, and therefore the finger does not fracture longitudinally. In addition, the placement of the cylinders allows to reduce the mass of the proposed piston pin by increasing the diameter of the inner cylindrical surface, which leads to a decrease in wall thickness. Also, the placement of the cylinders provides an increase in the total static strength of the proposed piston pin while maintaining its overall dimensions.

Выполнение цилиндров с центральным отверстием позволяет повысить надежность работы при эксплуатации предложенному поршневому пальцу за счет того, что они изготавливаются одинаковой массы, которая достигается изготовлением центрального отверстия диаметром с разными допусками. Одинаковая масса поршневых пальцев обеспечивает при работе шатунно-поршневой группы одинаковую силу инерции в каждом цилиндре двигателя. Кроме того, центральные отверстия в цилиндрах позволяют их демонтировать без деформации из изношенных поршневых пальцев и потом повторно использовать эти цилиндры в новых поршневых пальцах, что снижает себестоимость изготовления предложенного поршневого пальца.The implementation of the cylinders with a Central hole allows you to increase the reliability during operation of the proposed piston pin due to the fact that they are made of the same mass, which is achieved by manufacturing a Central hole with a diameter with different tolerances. The same mass of the piston pins ensures the same inertia in each engine cylinder when operating the connecting rod and piston group. In addition, the Central holes in the cylinders allow them to be dismantled without deformation from worn piston fingers and then reused in these new piston fingers, which reduces the manufacturing cost of the proposed piston pin.

Выполнение цилиндров с прямыми рифлениями треугольного профиля высотой 0,7-1,1 мм на своем наружном диаметре обеспечивает предложенному поршневому пальцу в выбранном интервале высоты рифлений надежную работу при его эксплуатации за счет плотного соединения цилиндров с внутренней цилиндрической поверхностью стенки пальца.The implementation of cylinders with straight corrugations of a triangular profile with a height of 0.7-1.1 mm on its outer diameter provides the proposed piston pin in the selected range of corrugation heights with reliable operation during its operation due to the tight connection of the cylinders with the inner cylindrical surface of the finger wall.

При выполнении высоты рифлений на цилиндрах ниже нижнего предела 0,7 мм не обеспечивается плотное и надежное соединение их с внутренней цилиндрической поверхностью стенки предложенного поршневого пальца из-за деформации рифлений в процессе сборки.When performing the height of the corrugations on the cylinders below the lower limit of 0.7 mm, they do not provide a tight and reliable connection with the inner cylindrical surface of the wall of the proposed piston pin due to the deformation of the corrugations during the assembly process.

При выполнении высоты рифлений на цилиндрах выше верхнего предела 1,1 мм нецелесообразно, так как увеличивается трудоемкость изготовления предложенного поршневого пальца, из-за того, что потребуется оборудование, обеспечивающее большое усилие для запрессовки цилиндров во внутреннюю цилиндрическую поверхность тела, а это ведет к увеличению себестоимости его изготовления.When performing the height of the corrugations on the cylinders above the upper limit of 1.1 mm, it is impractical, since the laboriousness of manufacturing the proposed piston pin increases, due to the need for equipment that provides great effort to press the cylinders into the inner cylindrical surface of the body, and this leads to an increase the cost of its manufacture.

Выполнение цилиндров из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости обеспечивает предложенному поршневому пальцу снижение себестоимости его изготовления, за счет того, что стоимость предлагаемой стали значительно меньше стоимости используемых сталей, применяемых для изготовления известных поршневых пальцев.The implementation of the cylinders of heat-treated carbon steel of low hardenability provides the proposed piston pin with a reduction in the cost of its manufacture, due to the fact that the cost of the proposed steel is much less than the cost of the used steels used for the manufacture of known piston fingers.

Выполнение цилиндров по всему своему объему с микроструктурой в виде отпущенного мартенсита и с твердостью 55…63 HRC.The execution of cylinders throughout its volume with a microstructure in the form of tempered martensite and with a hardness of 55 ... 63 HRC.

Выполнение цилиндров по всему своему объему с микроструктурой отпущенного мартенсита обеспечивает повышение долговечности и надежности предложенного поршневого пальца по сравнению с известным поршневым за счет получения его более высокой общей статической прочности, а также исключению при эксплуатации пальца овальности, в результате чего не возникает его заклинивания в бобышках поршня.The implementation of the cylinders throughout its volume with the microstructure of tempered martensite provides increased durability and reliability of the proposed piston pin compared to the known piston pin due to its higher overall static strength, as well as elimination of ovality in the operation of the finger, as a result of which it does not jam in the bosses piston.

При выполнении цилиндров из отпущенного мартенсита с твердостью ниже нижнего предела 55 HRC долговечность и надежность предложенного поршневого пальца снижаются, из-за уменьшения прочности цилиндров после их окончательной термообработки, в связи с получением микроструктуры троостомартенсита или троостита вместо отпущенного мартенсита по всему их объему.When cylinders are made from tempered martensite with a hardness below the lower limit of 55 HRC, the durability and reliability of the proposed piston pin are reduced due to a decrease in the strength of the cylinders after their final heat treatment, due to the microstructure of troostomartensite or troostite instead of tempered martensite over their entire volume.

При выполнении цилиндров из отпущенного мартенсита с твердостью выше верхнего предела 63 HRC надежность предложенного поршневого пальца снижается из-за возникновения закалочных микротрещин на прямых рифлениях треугольного профиля при термообработке цилиндров, что может привести к их хрупкому разрушению во время запрессовки во внутреннюю цилиндрическую поверхность пальца.When cylinders are made from tempered martensite with a hardness above the upper limit of 63 HRC, the reliability of the proposed piston pin is reduced due to hardening microcracks on the straight corrugations of the triangular profile during heat treatment of the cylinders, which can lead to brittle fracture during pressing into the inner cylindrical surface of the finger.

Следует отметить, что изготовление предложенной конструкции поршневого пальца не представляет собой особой сложности, однако технология изготовления пальца и цилиндров 7 является предметом «НОУ-ХАУ» и в данной заявке не рассматривается.It should be noted that the manufacture of the proposed design of the piston pin is not particularly difficult, however, the manufacturing technology of the finger and cylinders 7 is the subject of "KNOW-HOW" and is not considered in this application.

Проведенные расчеты и предварительные испытания предложенного поршневого пальца показали его высокую эффективность. Предложенный поршневой палец обладает повышенной усталостной долговечностью, высокой надежностью и более высокой общей статической прочностью по сравнению с известным поршневым пальцем. При этом масса предложенного поршневого пальца значительно меньше известного поршневого пальца. Кроме того, за счет снижения трудоемкости изготовления предложенного поршневого пальца уменьшается себестоимость его изготовления по сравнению с известным поршневым пальцем.The calculations and preliminary tests of the proposed piston pin showed its high efficiency. The proposed piston pin has increased fatigue life, high reliability and higher overall static strength compared to the known piston pin. The mass of the proposed piston pin is significantly less than the known piston pin. In addition, by reducing the complexity of manufacturing the proposed piston pin, the cost of its manufacture is reduced compared to the known piston pin.

В таблице приведены сравнительные параметры известного поршневого пальца и предложенного поршневого пальца.The table shows the comparative parameters of the known piston pin and the proposed piston pin.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан продольный разрез поршневого пальца, а на фиг. 2 - вид А.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a piston pin, and FIG. 2 - view A.

Поршневой палец содержит наружную цилиндрическую поверхность 1, внутреннюю цилиндрическую поверхность 2, образующие между собой стенку, и ограниченные двумя кольцевыми плоскими торцами 3. Стенка поршневого пальца состоит из сердцевины 4 и закаленного слоя 5, расположенного на наружной цилиндрической поверхности 1. На торцах 3 расположен на длине не менее половины толщины стенки закаленный слой 6. Во внутренней цилиндрической поверхности 2 поршневого пальца размещены цилиндры 7, имеющие центральное отверстие 8 и прямые рифления треугольного профиля 9, расположенные на их наружном диаметре.The piston pin contains an outer cylindrical surface 1, an inner cylindrical surface 2, forming a wall between each other, and limited by two annular flat ends 3. The wall of the piston pin consists of a core 4 and a hardened layer 5 located on the outer cylindrical surface 1. At the ends 3 a length of not less than half the wall thickness of the hardened layer 6. In the inner cylindrical surface 2 of the piston pin are placed cylinders 7 having a central hole 8 and straight corrugations Profile 9 located on their outer diameter.

Эксплуатация предложенного поршневого пальца является стандартной. Однако, за счет своих более высоких прочностных характеристик и меньшей массы, эксплуатация предложенного поршневого пальца может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного поршневого пальца.Operation of the proposed piston pin is standard. However, due to its higher strength characteristics and lower mass, the operation of the proposed piston pin can be carried out in more difficult operating conditions than the operation of the known piston pin.

Claims (1)

Поршневой палец, содержащий стенку, образованную наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, которые с двух сторон ограничены кольцевыми плоскими торцами, причем стенка состоит из сердцевины и закаленного слоя, расположенного на ее наружной цилиндрической поверхности, а также закаленного слоя, расположенного на обоих торцах на длине не менее половины толщины стенки, кроме того палец выполнен из термически обработанной углеродистой стали, отличающийся тем, что с двух сторон во внутренней цилиндрической поверхности пальца размещены цилиндры с центральным отверстием и с прямыми рифлениями треугольного профиля высотой 0,7-1,1 мм на своем наружном диаметре, выполненные из термически обработанной углеродистой стали пониженной прокаливаемости, имеющие по всему своему объему микроструктуру в виде отпущенного мартенсита с твердостью от 55 до 63 HRC.A piston pin containing a wall formed by the outer and inner cylindrical surfaces, which are bounded on two sides by annular flat ends, the wall consisting of a core and a hardened layer located on its outer cylindrical surface, as well as a hardened layer located on both ends at a length not less than half the wall thickness, in addition, the finger is made of heat-treated carbon steel, characterized in that on two sides in the inner cylindrical surface of the finger times There are cylinders with a central hole and with straight corrugations of a triangular profile 0.7-1.1 mm high on their outer diameter, made of heat-treated carbon steel of low hardenability, having a microstructure throughout its volume in the form of tempered martensite with hardness from 55 to 63 HRC

Images