[发明专利]柴油机用钢头铝裙组合活塞

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机用组合活塞技术领域。

背景技术

目前，现有一种柴油机用钢头铝裙组合活塞，结构如图1所示。它由活塞头、活塞裙、弹性套、连接螺钉、O形圈、衬套组成。活塞头和活塞裙之间通过4根螺钉连接，连接螺钉从裙底部穿过活塞裙与弹性套，拧入活塞头的螺纹孔内。在活塞运用过程中，为了提高活塞裙销孔的强度和使用寿命，销孔在结构设计上增加铜衬套。然而，该设计结构的活塞在运用过程中，因活塞裙销孔与衬套是通过过盈装配在一起的，这对二者过盈配合尺寸的加工精度以及装配提出了更高的要求，这将使活塞的不稳定因素增加、可靠性降低。在铁路运输过程中，装用该结构活塞的柴油机曾发生过数起活塞裙销孔衬套窜动故障。衬套窜动将导致活塞油路不畅、冷却不良，进而使活塞整体温度过高。该故障的发生轻者将造成活塞拉缸，重者将导致柴油机严重破损，其严重影响了铁路交通运输的安全性。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种柴油机用钢头铝裙组合活塞，简化活塞裙销孔的设计，避免活塞在运用过程中出现窜套现象，同时确保活塞裙销孔的强度和使用寿命。

本发明采用的技术方案是，柴油机用钢头铝裙组合活塞，活塞直径φ265mm、中心高235mm、总高360mm、活塞裙上设有直径为φ120mm活塞裙销孔，活塞裙销孔与活塞销直接接触，活塞裙销孔为异形销孔，分为圆柱段和扩口段，扩口段的两端的半径差0.015～0.050mm，在活塞裙销孔纵剖面上，以扩口段与圆柱段衔接点为坐标原点，活塞裙销孔轴向为Y轴，Y轴正向向上，与其垂直的为X轴，X  轴正向朝向活塞轴心，则扩口段的轮廓线与函数Y＝2.07e-7X³+1.25e-5X²+0.0006X-4.1e-5相符合，扩口段长度为20～40mm。

进一步，扩口段的两端的半径差0.034mm，扩口段长度为30.5mm。

活塞裙销孔上还设有卡环槽，卡环槽的间距为220～240m。

本发明的有益效果是，简化活塞裙销孔的设计，减少活塞质量不稳定的风险，避免活塞在运用过程中出现窜套现象，进而提高活塞的整体使用寿命和确保铁路交通运输的安全性。

附图说明

图1为现有柴油机钢头铝裙组合活塞的结构示意图。

图2为图1中A-A方向剖视图。

图3为本发明改进的钢头铝裙组合活塞结构示意图。

图4为图3中A-A方向剖视图。

图5为本发明改进的活塞裙销孔形线结构示意图。

图中标记为：1-活塞头，2-O形圈，3-活塞裙，4-弹性套，5-连接螺钉，6-衬套，8-卡环槽。

具体实施方式

本发明的柴油机用钢头铝裙组合活塞由活塞头1、活塞裙3、连接螺钉5、活塞裙4等零件组成，活塞直径φ265mm、中心高235mm、总高360mm、活塞裙3上设有直径为φ120mm销孔。相对现有结构活塞而言，对活塞裙销孔结构和形线以及活塞裙3顶部内支撑环面7形线进行了设计改进。具体方案如下：

(1)活塞裙销孔取消铜衬套6。

如图3所示，为了满足活塞在工作过程中活塞销与活塞裙销孔之间的变形协调，将活塞裙销孔设计成异形销孔，即活塞裙销孔形状为圆柱段和扩口段的组合。如图3所示，扩口段的部分两端最大半径差0.015～0.050mm，扩口段长度B为20～40mm，优选参数为：扩口段两端最大半径差0.034mm，扩口段长度B为30.5mm。

如图5所示，以扩口段与圆柱段衔接点为坐标原点，活塞裙销孔轴向为Y轴，Y轴正向向上，与其垂直的为X轴，X轴正向朝向活塞轴心，则扩口段的轮廓线与函数Y＝2.07e-7X³+1.25e-5X²+0.0006X-4.1e-5相符合。

(2)为了弥补由于活塞裙销孔铜衬套6取消导致销孔承受的接触应力增大问题，活塞裙销孔在设计上将卡环槽8间距L加长至220～240mm，并同时加长了与之匹配的活塞销长度，如图4所示，从而通过增加活塞销与活塞裙销孔的接触面积来降低销孔所承受的接触应力，时期受理更合理，寿命更长。

经计算及实验得知，该活塞结构的改进大大提高了活塞使用的可靠性，在结构上也更加紧凑，降低了活塞生产成本。