RU2245376C1

RU2245376C1 - Device for thermal fixation of piston rings in stack

Info

Publication number: RU2245376C1
Application number: RU2003132734/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Данилов (RU); Ю.С. Данилов; А.В. Хохлов (RU); А.В. Хохлов; К.В. Климова (RU); К.В. Климова; М.С. Швецов (RU); М.С. Швецов
Original assignee: ФГОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова"
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-01-27

Abstract

FIELD: heat treatment.

SUBSTANCE: proposed device has insert located in ring lock and unit for axial compression of ring stack made in form of movable and fixed flanges which are connected by means of cylindrical rod with thread and nut. Insert consists of base and two U-shaped bearing plates which are secured on base for turning on axle. Plates are secured by means of bolt with nut for change of angle of inclination φ from 0 to 60 deg. depending on position of bolt. Proposed device makes it possible to make piston rings at required curve of radial pressure.

EFFECT: enhanced durability and reliability.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к термической обработке, в частности к термофиксации поршневых колец в пакете, и может быть использовано для получения различного распределения радиального давления и упругости при изготовлении разрезанных круглых поршневых и уплотнительных колец с параллельными торцовыми поверхностями.The invention relates to heat treatment, in particular to the heat setting of piston rings in a bag, and can be used to obtain different distributions of radial pressure and elasticity in the manufacture of cut round piston and sealing rings with parallel end surfaces.

Известно устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащее трубу соответствующего диаметра, на которую предварительно одевают кольца и разводят замки до определенной величины для получения требуемой формы в свободном состоянии и упругости (Энглиш К. Поршневые кольца. -М.: 1962, т.1, с.365) (аналог).A device for thermofixing piston rings in a bag containing a pipe of the corresponding diameter, on which rings are previously put on and the locks are set to a certain size to obtain the desired shape in a free state and elasticity (English K. Piston rings. -M .: 1962, v. 1 , p. 365) (analogue).

К недостаткам такого устройства следует отнести получение колец с очень большой овальностью (повышенным давлением в спинке и на концах кольца), у других зон кольца возможны просветы в контрольном калибре, а также невозможность получения поршневых колец с равномерным и пониженным в зоне замка радиальным давлением.The disadvantages of such a device include obtaining rings with a very large ovality (increased pressure in the back and at the ends of the ring), gaps in the control gauge are possible at other zones of the ring, as well as the inability to obtain piston rings with uniform and reduced radial pressure in the lock zone.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, состоящее из приспособления для осевого сжатия пакета по торцам для исключения коробления и разводящей вставки (сухаря) для разведения замков колец, позволяющей получать радиальное давление, близкое к равномерному (Гинцбург Б.Я. Теория поршневых колец. -М., Машиностроение: 1979, с.226, рис.124, а) (прототип).The closest in technical essence to the claimed object is a device for thermofixing piston rings in a package, consisting of a device for axial compression of the package at the ends to prevent warping and a distributing insert (cracker) for opening ring locks, which allows to obtain a radial pressure close to uniform (Gunzburg B.Ya. Piston Ring Theory. -M., Mechanical Engineering: 1979, p. 226, fig. 124, a) (prototype).

К недостаткам такого устройства для термофиксации следует отнести невозможность получения равномерного радиального давления, поскольку торцовые поверхности кольца в замке при разведении его концов и установки между ними разводящей вставки располагаются под острым углом к оси симметрии кольца, проходящей через его замок и центр устройства, что вызывает условия нагружения, отличные от тех, которые позволяют получить равномерное радиальное давление (наблюдается пониженное давление в зоне замка, что подтверждается рис.125 в книге Гинцбурга Б.Я. Теория поршневых колец. -М., Машиностроение: 1979 на с.227), а также невозможность получения поршневых колец с повышенным радиальным давлением в зоне замка, что часто требуется условиями долговечной эксплуатации узла уплотнения.The disadvantages of such a device for thermal fixation include the impossibility of obtaining uniform radial pressure, since the end surfaces of the ring in the lock when separating its ends and installing the distributing insert between them are at an acute angle to the axis of symmetry of the ring passing through its lock and the center of the device, which causes conditions loading, different from those that allow to obtain uniform radial pressure (there is a reduced pressure in the area of the castle, which is confirmed by Fig. 125 in the Ginzbourg book and BJ Theory piston rings -M, Engineering:.. 1979 on p.227), as well as the inability to produce piston rings with high radial pressure in the castle area, which is often required by the conditions of operation durable seal assembly.

Технической задачей изобретения является осуществление возможности получать поршневые кольца при их термофиксации с различными распределениями радиального давления (равномерным, повышенным и пониженным давлением в зоне замка).An object of the invention is the implementation of the ability to obtain piston rings during their heat setting with different distributions of radial pressure (uniform, high and low pressure in the area of the castle).

Задача достигается путем использования устройства для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащее разводящую вставку, размещенную в замке колец, средство осевого сжатия пакета поршневых колец в виде неподвижного и подвижного фланцев, связанных посредством цилиндрического стержня с резьбой и гайкой, отличающегося тем, что разводящая вставка снабжена опорными пластинами П-образной формы, которые закреплены одной своей стороной на основании разводящей вставки с возможностью поворота на оси, кроме того, опорные пластины разводящей вставки зафиксированы посредством болта с гайкой и имеют возможность изменять угол наклона (в зависимости от положения болта в пазу основания от 0° до 60°. Угол наклона опорных пластин выбирается от 0° до 60° в зависимости от величины коррекции радиального давления - чем больше угол, тем больше коррекция давления, а вершина угла расположена по оси симметрии замка кольца и центра цилиндрического стержня с внешней стороны неподвижного фланца для получения повышенного радиального давления в зоне замка. Для получения пониженного радиального давления в зоне замка необходимо вершину угла φ расположить по оси симметрии замка кольца и центра цилиндрического стержня с внутренней стороны неподвижного фланца.The objective is achieved by using a device for thermofixing piston rings in a bag, containing a distributing insert located in the ring lock, means for axial compression of the piston ring package in the form of fixed and movable flanges connected by means of a cylindrical rod with a thread and a nut, characterized in that the distributing insert is provided U-shaped support plates, which are fixed with one of their sides on the base of the distributing insert with the possibility of rotation on the axis, in addition, the supporting plates are spreading the insert are fixed by means of a bolt with a nut and have the ability to change the angle of inclination (depending on the position of the bolt in the base groove from 0 ° to 60 °. The angle of inclination of the support plates is selected from 0 ° to 60 ° depending on the amount of radial pressure correction - the more the angle, the greater the pressure correction, and the vertex of the angle is located on the axis of symmetry of the ring lock and the center of the cylindrical rod on the outside of the fixed flange to obtain increased radial pressure in the castle zone. To obtain a reduced radial pressure in the area of the castle, it is necessary to position the apex of the angle φ along the axis of symmetry of the ring lock and the center of the cylindrical rod on the inside of the fixed flange.

Оригинальность в выборе решения заключается в том, что используя предлагаемое устройство для термофиксации можно получать поршневые кольца с различной формой в свободном состоянии и естественно с различным распределением радиального давления.The originality in choosing a solution lies in the fact that using the proposed device for thermal fixation, it is possible to obtain piston rings with various shapes in a free state and naturally with different radial pressure distributions.

Предложенное решение отличается от прототипа тем, что при термофиксации поршневых колец в пакете используется разводящая вставка, опорные поверхности которой имеют возможность изменять и фиксировать угол наклона с помощью болта и гайки, тем самым концы колец испытывают определенные условия нагружения, которые обеспечивают получение требуемой формы, соответствующей равномерному давлению, повышенному или пониженному радиальному давлению в зоне замка.The proposed solution differs from the prototype in that when thermofixing the piston rings in the package, a spreading insert is used, the supporting surfaces of which have the ability to change and fix the angle of inclination using a bolt and nut, thereby the ends of the rings experience certain loading conditions that provide the desired shape corresponding to uniform pressure, increased or decreased radial pressure in the area of the castle.

На фиг.1 приведено устройство для термофиксации поршневых колец в сборе, на фиг.2 - разводящая вставка, на фиг.3 - вид А разводящей вставки, на фиг.4 - схемы нагружения колец, обеспечивающие получение равномерного радиального давления (фиг.4а), повышенное (фиг.4б) и пониженное (фиг.4в) давление в зоне замка, на фиг.5 - приращения радиус-векторов формы в свободном состоянии уплотнительных колец диаметром 115 мм, термофиксированных по предлагаемым схемам и на фиг.6 - эпюры радиальных давлений уплотнительных колец, изготовленных по предлагаемым схемам.Figure 1 shows a device for thermofixing piston rings assembly, figure 2 is a distributing insert, figure 3 is a view A of the distributing insert, figure 4 is a loading diagram of the rings, providing uniform radial pressure (figa) , increased (fig.4b) and reduced (fig.4c) pressure in the lock zone, in Fig.5 - increments of the shape radius vectors in the free state of the sealing rings with a diameter of 115 mm, thermofixed according to the proposed schemes and in Fig.6 - radial diagrams pressure o-rings made according to the proposed schemes.

Устройство состоит из неподвижного фланца 1, цилиндрического стержня 2, снабженного резьбой для осуществления осевой стяжки пакета поршневых колец 3 гайкой 4, подвижного фланца 5 и разводящей вставки, основание 6 которой приведены на фиг.1. Разводящая вставка состоит из основания 6 (фиг.2), двух опорных пластин 7, имеющих П-образный профиль, концы пластин подвижно закреплены на основании с помощью осей 8. Основание имеет паз 9, через который болтом 10 и гайкой 11 фиксируются опорные пластины 7 (фиг.3, 4).The device consists of a fixed flange 1, a cylindrical rod 2, threaded for axial screed of the piston ring package 3 with a nut 4, a movable flange 5 and a distributing insert, the base 6 of which is shown in Fig. 1. The spreading insert consists of a base 6 (Fig. 2), two support plates 7 having a U-shaped profile, the ends of the plates are movably fixed to the base using the axes 8. The base has a groove 9 through which the support plates 7 are fixed with a bolt 10 and a nut 11 (figure 3, 4).

Для термофиксации поршневые кольца 3 (фиг.1} набираются в пакет на неподвижном фланце 1, в замки колец устанавливается разводящая вставка. Предварительно у разводящей вставки опорные пластины устанавливают в нужное положение. Для получения распределения радиального давления колец, близкого к равномерному, необходимо параллельное расположение опорных пластин (фиг.4а). В этом случае сила F, разводящая концы колец, направлена перпендикулярно оси симметрии, проходящей через середину замка и центр цилиндрического стержня. Для получения повышенного радиального давления в зоне замка опорные пластины располагают под углом φ друг к другу (фиг.4б) и фиксируют болтом 10 и гайкой 11 (фиг.3). Вершина угла расположена по оси симметрии замка кольца и центра цилиндрического стержня с внешней стороны неподвижного фланца. Этот угол может изменяться от 0 до 60°, причем чем больше угол φ, тем выше степень коррекции z (отношение давления в зоне замка к среднему давлению кольца), так как горизонтальная составляющая F_г результирующей силы F разведения концов кольца направлена во внешнюю сторону кольца и будет больше (фиг.4б). Для получения пониженного радиального давления в зоне замка разводящую вставку разворачивают на 180° (фиг.4в), т.е. вершину угла φ располагают по оси симметрии замка кольца и центра цилиндрического стержня с внутренней стороны неподвижного фланца. В этом случае горизонтальная составляющая F_грезультирующей силы F разведения концов кольца направлена во внутреннюю сторону кольца и за счет нее радиальное давление у замка колец уменьшится. После сборки пакета поршневые кольца сжимают по торцам в осевом направлении для предотвращения коробления гайкой 4 через подвижный фланец 5 (фиг.1). Набранный таким образом пакет колец подвергается термообработке. Режим термообработки колец должен обеспечить снятие внутренних напряжений в материале и зафиксировать полученную форму колец в свободном состоянии.For thermal fixation, the piston rings 3 (Fig. 1} are stacked in a bag on a fixed flange 1, a spreading insert is installed in the ring locks. Previously, the supporting plates are installed at the spreading insert in the desired position. To obtain a radial pressure distribution of the rings close to uniform, parallel arrangement is necessary support plates (Fig. 4a) .In this case, the force F spreading the ends of the rings is directed perpendicular to the axis of symmetry passing through the middle of the lock and the center of the cylindrical rod. radial pressure in the area of the lock, the support plates are positioned at an angle φ to each other (Fig.4b) and fixed with a bolt 10 and a nut 11. (Fig.3). This angle can vary from 0 to 60 °, and the larger the angle φ, the higher the degree of correction z (the ratio of the pressure in the lock zone to the average pressure of the ring), since the horizontal component F _{g of the} resulting force F of the dilution of the ends of the ring is directed to the outside rings and will be more (figb). To obtain a reduced radial pressure in the area of the castle, the distributing insert is turned through 180 ° (Fig. 4c), i.e. the vertex of the angle φ is placed along the symmetry axis of the ring lock and the center of the cylindrical rod from the inside of the fixed flange. In this case, the horizontal component F _{g of the} resulting force F of the dilution of the ends of the ring is directed to the inner side of the ring and due to it the radial pressure at the ring lock will decrease. After assembling the package, the piston rings are compressed axially at the ends to prevent warping with the nut 4 through the movable flange 5 (Fig. 1). The pack of rings thus collected is heat treated. The heat treatment mode of the rings should ensure the removal of internal stresses in the material and fix the obtained ring shape in a free state.

С помощью предлагаемого устройства проведена термофиксация трех партий уплотнительных колец диаметром 115 мм, высота колец 3 мм, радиальная толщина 5 мм, размер замка 15 мм для коробок перемены передач тракторов из специального серого чугуна с модулем упругости 85·10⁹ Па. Результаты измерения колец показали, что для первой партии, изготовленной по схеме, соответствующей фиг.4а, получена форма в свободном состоянии, представленная кривой 1, фиг.5 и эпюра радиальных давлений, близкая к равномерной (фиг.6, кривая 1). Вторая партия изготовлена по схеме, соответствующей фиг.3б. Угол наклона опорных пластин равен 40°. В этой партии кольца имеют форму в свободном состоянии (кривая 2, фиг.5) и повышенное давление в зоне замка (фиг.6, кривая 2). Третья партия, изготовленная по схеме фиг.3, в (угол наклона опорных пластин такой же, как при изготовлении второй партии), имеет форму колец в свободном состоянии (кривая 3, фиг.5) и пониженное давление в зоне замка (фиг.6, кривая 3).Using the proposed device, three batches of sealing rings with a diameter of 115 mm were heat-fixed, the rings were 3 mm high, the radial thickness was 5 mm, and the lock size was 15 mm for gearboxes for tractors made of special gray cast iron with an elastic modulus of 85 · 10 ⁹ Pa. The results of the measurement of the rings showed that for the first batch made according to the scheme corresponding to Fig. 4a, a free-form was obtained, represented by curve 1, Fig. 5 and a radial pressure diagram close to uniform (Fig. 6, curve 1). The second batch is made according to the scheme corresponding figb. The angle of inclination of the support plates is 40 °. In this batch, the rings have a free-form (curve 2, FIG. 5) and increased pressure in the lock zone (FIG. 6, curve 2). The third batch, made according to the scheme of FIG. 3, in (the angle of inclination of the support plates is the same as in the manufacture of the second batch), has the shape of rings in a free state (curve 3, FIG. 5) and a reduced pressure in the lock zone (FIG. 6 , curve 3).

Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в том, что имеется возможность изготовить поршневые и уплотнительные кольца с требуемым радиальным давлением, что повысит их долговечность и надежность работы в узлах уплотнения по сравнению с существующими устройствами для термофиксации колец.The technical and economic effect of the proposed device lies in the fact that it is possible to produce piston and sealing rings with the required radial pressure, which will increase their durability and reliability in the seal assemblies in comparison with existing devices for the heat setting of the rings.

Claims

1. Device for thermofixing piston rings in a bag, containing a distributing insert located in the ring lock, means for axial compression of the piston ring package in the form of fixed and movable flanges connected by means of a cylindrical rod with a thread and a nut, characterized in that the distributing insert is equipped with support plates U-shaped, which are fixed by one side on the base of the distributing insert with the possibility of rotation on the axis, in addition, the supporting plates of the distributing insert are fixed by means of that the nut with the possibility of changing the angle of inclination φ, depending on the position of the bolt in the groove base between 0 and 60 °.

2. The device for thermal fixation according to claim 1, characterized in that the apex of the angle φ is located on the axis of symmetry of the ring lock and the center of the cylindrical rod on the outside of the fixed flange to obtain increased radial pressure in the castle zone.

3. The device for heat fixing according to claim 1, characterized in that the apex of the angle φ is located on the axis of symmetry of the ring lock and the center of the cylindrical rod on the inside of the fixed flange to obtain a reduced radial pressure in the castle zone.