CN114645798B - 一种活塞销孔衬套结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，属于内燃机零部件结构技术领域。本发明通过将活塞及活塞销孔衬套螺纹连接，空心固定螺栓延伸至活塞销孔衬套的内部，限制活塞销孔衬套的运动，防止活塞销孔衬套在发动机工作中发生旋转，避免活塞销孔内加装的活塞销孔衬套因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落。采用空心固定螺栓为飞溅的润滑油提供通道，加强活塞销和活塞销孔衬套之间的润滑，防止出现活塞销咬合的情况。在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于内燃机零部件结构技术领域，涉及一种活塞销孔衬套结构。
背景技术
高功率密度柴油机是车辆动力装置主要发展方向，柴油机中主要能量转换方式为曲柄连杆机构，燃烧而产生的爆发压力作用在活塞顶部以驱动活塞，通过活塞销将活塞连接至连杆小头，连杆大头再连接至曲轴。随着活塞在气缸内往复运动，曲轴旋转以产生驱动扭矩。随着发动机功率及转速的不断提高，柴油机活塞顶面所承载的最高燃烧压力已达22MPa以上。活塞销孔在爆发压力与活塞销的共同作用下会产生巨大应力和明显的变形，从而使活塞销座产生裂纹，同时爆发压力的增加也会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障，降低活塞使用寿命。为了解决这个问题，国内外活塞设计制造商尝试采用减压腔、锥形异型销孔、添加活塞销孔衬套等技术来提高活塞销孔强度，降低活塞销孔表面应力，从而达到延长活塞使用寿命的目的。减压腔技术在发动机爆发压力较高时，容易导致减压腔与活塞销孔交界处发生异常磨损。锥形异型结构在发动机爆发压力较高时易出现局部接触不均匀导致活塞销孔局部异常磨损，使活塞销孔和活塞销发生咬合故障的情况。添加活塞销孔衬套可有效缓解活塞销孔处应力集中和变形较大等问题，但由于活塞销孔部位工作温度较高，活塞基体和活塞销孔衬套的热膨胀系数不同，在长时间的高温、高载及高频的工况下，容易发生活塞销孔衬套在活塞销孔中旋转或脱落的情况，从而造成发动机拉缸等严重故障。据统计，出现这一问题的保守比例为百分之五左右。
发明内容
本发明公开的一种活塞销孔衬套结构要解决的技术问题是：(一)解决活塞销孔内加装的活塞销孔衬套会因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落的问题；(二)解决因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障的问题；(三)解决发动机活塞在工作过程中活塞销孔在爆发压力与活塞销的共同作用下会产生巨大应力而发生断裂，降低活塞使用寿命的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，所述活塞包括活塞顶部、活塞裙部和用于承载活塞销的活塞销孔。在不改变原有活塞结构和加工工艺的基础上，活塞销孔衬套以过盈配合的方式安装在活塞销孔内，且活塞销孔衬套的外径与活塞销孔内径相同。所述活塞销孔衬套结构包括沉头螺纹通孔和异型结构。所述沉头螺纹通孔开在在活塞销孔最低点的背侧，穿过此沉头螺纹通孔处安装空心固定螺栓，所述空心固定螺栓深长度至活塞销孔衬套外表面与内表面之间，以保证不影响活塞销的正常工作。通过空心固定螺栓上的螺纹将活塞与活塞销孔衬套固定在一起，起到防止活塞销孔衬套在发动机工作中发生旋转的作用，进而避免活塞销孔内加装的活塞销孔衬套因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落。
所述空心固定螺栓的空心结构能够为飞溅的润滑油提供通道，使润滑油进入活塞销孔衬套与活塞销之间，避免活塞销会因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障。
在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。
由于活塞销孔两侧相较于中间部分应力更为集中，为使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀，所述异型结构由三段组成，中间部分为直孔段，两端口部分均为有利于应力卸载的曲线孔段，两侧曲线孔段与中间孔段的连接处圆滑过渡。内侧曲线孔段延伸至活塞内腔，外侧曲线孔段延伸至卡簧槽处。
作为优选，所述的曲线孔段的线形为抛物线型函数曲线，抛物线型函数曲线是从直孔段与曲线孔段连接处为起点开始逐渐变化，更有利于使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀。
作为进一步优选，以活塞销孔衬套较长端的长度为基准，直孔段长度为此长度的25％-35％，靠近活塞内腔的曲线孔段长度为此长度30％-50％，靠近活塞外侧的曲线孔段长度为25％-35％。
本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，通过将活塞及活塞销孔衬套进行螺纹连接，空心固定螺栓延伸至活塞销孔衬套的外表面与内表面之间，限制活塞销孔衬套的运动且不影响活塞销的正常工作，起到防止活塞销孔衬套在发动机工作中发生旋转的作用，进而避免活塞销孔内加装的活塞销孔衬套因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落。针对活塞销会因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障的问题，采用空心固定螺栓为飞溅的润滑油提供通道，加强活塞销和活塞销孔衬套之间的润滑，防止出现活塞销咬合的情况。同时针对活塞销孔在工作状态时，在热负荷和机械负荷作用下发生变形的问题，在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。此外所述异型结构的曲线孔段的线形为抛物线型函数曲线，抛物线型函数曲线是从直孔段与曲线孔段连接处为起点开始逐渐变化，更有利于使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀，进一步降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。
有益效果：
1、本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，通过将活塞及活塞销孔衬套进行螺纹连接，空心固定螺栓延伸至活塞销孔衬套的内部，限制活塞销孔衬套的运动，起到防止活塞销孔衬套在发动机工作中发生旋转的作用，进而避免活塞销孔内加装的活塞销孔衬套因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落。
2、本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，针对活塞销会因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障的问题，采用空心固定螺栓为飞溅的润滑油提供通道，加强活塞销和活塞销孔衬套之间的润滑，防止出现活塞销咬合的情况。
3、本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，针对活塞销孔在工作状态时，在热负荷和机械负荷作用下发生变形的问题，在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。
4、本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，所述异型结构由三段组成，中间部分为直孔段，两端口部分均为有利于应力卸载的曲线孔段，两侧曲线孔段与中间孔段的连接处圆滑过渡，更有利于使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀，进一步降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命。
5、本发明公开的一种活塞销孔衬套结构，根据大量试验和理论分析，异型结构的曲线孔段的线形采用抛物线型函数曲线，以活塞销孔衬套较长端的长度为基准，当直孔段长度为此长度的25％-35％，靠近活塞内腔的曲线孔段长度为此长度30％-50％，靠近活塞外侧的曲线孔段长度为25％-35％情况下，更有利于使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀。
附图说明
构成本发明的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，被发明的示意性实施及其说明用于本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1：本发明所述的一种新型活塞销孔衬套结构示意图。
在图中：1-活塞；2-活塞销孔；3-活塞销孔衬套；4-空心固定螺栓。
图2是图1中I的局部放大图，用于表示活塞销孔衬套的异型结构。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
如图1所示，本实施例公开的一种活塞销孔衬套结构，在活塞1上设置有用于承载活塞销的活塞销孔2。活塞销孔2中安装有活塞销孔衬套3，活塞销孔衬套3经过盈配合安装进活塞销孔2中。在活塞销孔2最低点的背侧开有沉头螺纹通孔，穿过此沉头螺纹通孔安装空心固定螺栓4，所述空心固定螺栓4深度至活塞销孔衬套3的外表面与内表面之间，以保证不影响活塞销的正常工作。通过空心固定螺栓4上的螺纹将活塞1和活塞销孔衬套3固定在一起。空心固定螺栓4上的空心结构可以为飞溅的润滑油提供通道，加强活塞销孔衬套3与活塞销之间的润滑。
如图2所示，为本发明所述的一种活塞销孔衬套中内圈具有异型结构，异型结构有三段组成，中间部分为直孔段BC，两端口部分均为曲线孔段AB和CD，内侧曲线孔段AB和外侧曲线孔段CD与直孔段BC的连接处圆滑过渡。内侧曲线孔段CD延伸至活塞内腔，外侧曲线孔段AB延伸至卡簧槽处。
所述的内侧曲线孔段CD的线形为抛物线型函数曲线Y1＝A1*X1 2，外侧曲线孔段AB的线形为抛物线型函数曲线Y2＝A2*X2 2，两条抛物线型函数曲线是从直孔段与曲线孔段连接处开始逐渐变化。
以活塞销孔衬套较长端的长度为基准，直孔段BC长度为此长度的25％-35％，靠近活塞内腔的曲线孔段CD长度为此长度30％-50％，靠近活塞外侧的曲线孔段AB长度为25％-35％。直孔段BC所对应的直径为活塞销孔衬套内圈名义直径，内侧曲线孔段CD对应的直径随着线段CD按照抛物线函数曲线Y1＝A1*X1 2逐渐变化，外侧曲线孔段AB对应的直径随着线段BA按照抛物线函数曲线Y2＝A2*X2 2逐渐变化.其中内侧曲线孔段CD对应的直径和外侧曲线孔段AB对应的直径均大于直孔段BC所对应的直径。其中，A1和A2的取值范围为0.85×10-3-1.05×10-3。
综上所述，本实施例中的一种活塞销孔衬套结构利用螺纹连接在不影响活塞销正常工作的前提下将活塞与活塞销孔衬套固定在一起，保证活塞销孔衬套不会在高温、高载以及高频的工况下发生转动和脱落，保证发动机工作的安全性。针对活塞销会因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障的问题，采用空心固定螺栓为飞溅的润滑油提供通道，加强活塞销和活塞销孔衬套之间的润滑，防止出现活塞销咬合的情况。同时在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性能及使用寿命。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种活塞销孔衬套结构，所述活塞包括活塞顶部、活塞裙部和用于承载活塞销的活塞销孔；其特征在于：在不改变原有活塞结构和加工工艺的基础上，活塞销孔衬套以过盈配合的方式安装在活塞销孔内，且活塞销孔衬套的外径与活塞销孔内径相同；所述活塞销孔衬套结构包括沉头螺纹通孔和异型结构；所述沉头螺纹通孔开在活塞销孔最低点的背侧，穿过此沉头螺纹通孔处安装空心固定螺栓，所述空心固定螺栓深长度至活塞销孔衬套外表面与内表面之间，以保证不影响活塞销的正常工作；通过空心固定螺栓上的螺纹将活塞与活塞销孔衬套固定在一起，起到防止活塞销孔衬套在发动机工作中发生旋转的作用，进而避免活塞销孔内加装的活塞销孔衬套因高温、高载及高频运动的工况下发生旋转及脱落；
所述空心固定螺栓的空心结构能够为飞溅的润滑油提供通道，使润滑油进入活塞销孔衬套与活塞销之间，避免活塞销会因爆发压力的提高会使活塞销孔表面温度和比压增加，破坏润滑油膜，出现活塞销咬合故障；
在活塞销孔衬套的内圈添加异型结构，使得活塞销在工作状态时与活塞销孔衬套贴合良好，增加活塞销与活塞销孔衬套的接触面积，降低活塞销孔的表面应力，降低磨损，降低活塞销孔部位开裂的风险，提高活塞的可靠性及使用寿命；
由于活塞销孔两侧相较于中间部分应力更为集中，为使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀，所述异型结构由三段组成，中间部分为直孔段，两端口部分均为有利于应力卸载的曲线孔段，两侧曲线孔段与中间孔段的连接处圆滑过渡；内侧曲线孔段延伸至活塞内腔，外侧曲线孔段延伸至卡簧槽处。
2.如权利要求1所述的一种活塞销孔衬套结构，其特征在于：所述的曲线孔段的线形为抛物线型函数曲线，抛物线型函数曲线是从直孔段与曲线孔段连接处为起点开始逐渐变化，更有利于使活塞销孔两侧的应力降低且分布均匀。
3.如权利要求2所述的一种活塞销孔衬套结构，其特征在于：以活塞销孔衬套较长端的长度为基准，直孔段长度为此长度的25％-35％，靠近活塞内腔的曲线孔段长度为此长度的30％-50％，靠近活塞外侧的曲线孔段长度为此长度的25％-35％。
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