組合式密封活塞環的製作方法

2023-10-09 14:14:24 1

專利名稱：組合式密封活塞環的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種活塞環，尤其是一種用於內燃機、空壓機等活塞式機械的組合式密封活塞環。
背景技術：
傳統的活塞環因為工作於高溫、高壓的環境，在活塞環上開有一個開口，以防止受熱膨脹後卡死在汽缸槽內，造成拉缸。但這樣一來在內燃機工作時，氣體會從燃燒室進入缸壁與活塞間的間隙後從開口進入下一室，因此活塞環的開口成為洩漏的主要通道，同時亦是竄油的通道。根據鐵道出版社出版的《活塞環》所述，「對於一般的內燃機而言，經一道環後氣壓為原來的25％，經二道環後降成10％，經三道環後5％」。隨著長期使用，缸套、活塞環逐漸磨損，這樣缸徑相對活塞環的直徑加大；由於活塞環的彈性，活塞環會補償性擴大直徑，這樣開口的間隙會逐漸變大，漏氣漏油現象日益嚴重，缸內空氣壓縮比不斷減小，活塞機械運行參數惡化直至無法繼續使用。
近年來，為了解決這一問題，出現了一些在一個槽內安裝兩片子環組成的活塞環。通過設定兩片子環上的開口錯開，以避免燃氣直接衝入下一室，並利用定位銷或者是非圓結合面防止兩片環相對轉動，以免由于振動而使兩個環逐漸相對轉動最後開口又重新對齊，而一旦開口對齊，由於燃氣流動產生的壓力，則開口就再也無法錯開，這樣就達不到起初的使用效果。
中國專利88215311.0中公開了一種「組合式活塞環」，該活塞環由主環和副環組成，主環在環口內徑處設有凹槽，副環在與環口相對應的直徑方向的另一側設有定位銷，裝配時使定位銷插入主環的凹槽處，主環和副環相互靠在一起裝在活塞上；或將主環和副環環口加工成梯形環口，用銷釘將主環和副環交錯限定在活塞梯形環槽內，採用定位銷或是銷釘將兩片環相對固定，防止相對轉動，保持開口在工作中錯開，從而使開口在工作中不可能重新對齊在一起。其缺點是由於活塞環工作於高溫高壓環境，並且工作時產生的氣體衝擊和機械振動會造成定位銷或是銷釘脫落，一旦定位銷或是銷釘脫落，會造成發動機嚴重損壞，並且其加工裝配相對麻煩。
中國專利94221414.5中公開了一種「雙層斜面活塞環」，該活塞環由兩結構相同的梯形斜面開口環組成。由於兩開口環設計成梯形斜面。使兩開口環的開口位置保持在錯開180°的位置，從而消除了開口處的竄漏現象。由於上述開口環設計成一定高度比的斜環，增強了環的彈力，從而能自動補償因磨損後出現的間隙。其缺點是由於兩個環的結合面為斜面，當活塞環工作時，由於工作壓力和機械振動，會造成兩環發生相對偏移，這樣兩環的實際外形呈圓腰形，與缸壁磨擦時更容易將其磨擦成橢圓狀，影響汽缸的使用壽命，這樣一來反而得不償失，而且其梯形斜面開口環的梯形斜面加工亦很困難。
中國專利99245011.X中公開了一種「雙扭曲防轉互補活塞環」，該活塞環由一片主環和一片副環組成，主環一側為環形橢圓內凸臺肩，副環一側為環形橢圓內臺肩；主副環的開口錯開180°，兩環的凹和凸臺肩相坎，構成一道活塞環。其主副環的臺肩的結合面的輪廓呈橢圓形，可防止主副環相對轉動，保持主副環各自的開口錯開，這樣燃氣不能從開口直接流入下一室。中國專利00229468.0中公開了一種「雙邊刮油防轉互補活塞環」，該活塞環由一片具有外臺肩的主環和一片副環組成一道活塞環，活塞環外圓形成集油槽，主環臺肩和副環內圓均為偏心圓。採取以上兩篇專利的活塞環結構能防止主、副環相對轉動，具有很好的密封效果，可有效提高氣缸的壓縮比，同等條件下馬力更大，壽命更長；且由於集油槽的存在，起到類似於油環的雙重刮油及洩油功能，集氣環與油環的功能於一體，在性能上優於傳統環。其缺點是由於以上兩種方案為了防止兩個子環相對轉動，而採取了把結合的臺肩面輪廓設計為或是橢圓或是偏心圓，兩環臺肩各處厚度不一，致使整個環的強度降低，容易產生變形，而一旦發生變形則導緻密封效果變差，降低了氣密性，達不到使用目的，還影響了活塞環的使用壽命，同時以上兩種技術方案的加工相對複雜。

發明內容
本實用新型的目的，是針對以上技術方案的不足，提供一種新型的組合式活塞環，該活塞環既是雙重密封，可防止兩個子環相對轉動，氣密性好，可有效提高氣缸的壓縮比，節省燃油、機油，同時整個環的厚度均勻，整體強度較高，使用壽命更長，而且便於加工。
本實用新型所採用的技術方案是本實用新型包括子環I和子環II，子環I和子環II上均有開口，子環I上有一外凸臺肩，外凸臺肩的圓周面與子環I的內外圓同心，子環II上有一內凹臺肩，內凹臺肩的圓周面與子環II的內外圓同心，子環I與子環II相對應的內、外圓及臺肩圓周的直徑分別相等，以便兩者裝配時相互配合，其中子環II的內凹臺肩上有一凹陷，其子環I的外凸臺肩上有一外形與子環II內凹臺肩上凹陷相吻合之凸出部；子環I與子環II沿軸向相嵌組合時，子環I的外凸臺肩嵌入子環II的內凹臺肩，子環I的外凸臺肩上的凸出部嵌入子環II內凹臺肩上的凹陷，而且子環I和子環II上的開口相互錯開。
為了使兩者的強度相當，子環I和子環II的厚度最好是相等的。
子環I和子環II軸向相嵌組合開口相互錯開的角度最好是90°。
在兩個子環的相對端面外圓上增加一個臺階，使兩者軸向組合相嵌時外圓面形成集油槽，從而增加了雙重刮油及洩油功能。
還可以在子環II或子環I的；接合端面上開有一道以上散熱槽，加快活塞環的散熱。
本實用新型的有益效果是由於採用了以上技術方案，兩個子環的開口錯開，臺肩面起到了迷宮密封的作用，在軸向、徑向雙重密封。這樣燃氣只有可能沿活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流出，但實際上由於活塞的工作行程時間非常小，燃氣來不及從活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流入下一室，因而漏氣量大大減少，這樣一來內燃機氣密性良好，並可以防止竄油，有效的提高了汽缸的壓縮比，使燃燒更充分，既提高了內燃機的馬力，起動容易，又可節省燃油、機油，還可減少尾氣對大氣的汙染。另外本實用新型的臺肩面與內外圓為同心圓，厚度均一，故加工容易，活塞環整體強度較大，不容易變形，密封效果更好，活塞環的使用壽命可延長一倍以上，大大延長了內燃機的大修周期。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。


附圖1～6是本實用新型的具體實施方式
一的附圖附圖1是本實用新型的具體實施方式
一的組合示意圖；附圖2是圖1的剖視圖；附圖3是子環I的俯視圖；附圖4是圖3的剖視圖；附圖5是子環II的俯視圖；
附圖6是圖5的剖視圖。
附圖1～6中1…子環I2…子環II 3…內凹臺肩 4…圓弧狀凹陷5…子環II上的開口 6…外凸臺肩7…圓弧狀凸出部8…子環I上的開口9…子環I上的臺階 10…子環II上的臺階11…集油槽附圖7～12是本發明的具體實施方式
二的附圖附圖7是本發明的具體實施方式
二的組合示意圖；附圖8是圖7的剖視圖；附圖9是附圖7中子環I的俯視圖；附圖10是圖9的剖視圖；附圖11是附圖7中子環II的俯視圖；附圖12是圖11的剖視圖。
附圖7～12中12…子環I 13…子環II 14…內凹臺肩 15…圓弧狀凹陷16…子環II上的開口17…外凸臺肩18…圓弧狀凸出部19…子環I上的開口 20…散熱槽具體實施方式
附圖1～6是本發明的具體實施方式
一的附圖。
附圖中組合式活塞環包括厚度相等的子環I1和子環II2，子環I1和子環II2上均有開口，子環II2上有一內凹臺肩3，內凹臺肩3的圓周面與子環II2的內外圓同心，內凹臺肩3上有一略微凹下的圓弧狀凹陷4，凹陷與子環II2上的開口5呈90°角，子環I1上有一外凸臺肩6，外凸臺肩6的圓周面與子環I1的內外圓同心，外凸臺肩6上有一外形與子環II2內凹臺肩上凹陷4相吻合之圓弧狀凸出部7，凸出部7與子環I1上的開口8呈180°；子環I1與子環II2沿軸向相嵌組合時，子環I1的外凸臺肩6嵌入子環II2的內凹臺肩3，子環I1的外凸臺肩6上的圓弧狀凸出部7嵌入子環II2內凹臺肩3上的圓弧狀凹陷4，這樣兩片環上的開口5、8相互錯開90°。
同時，在子環I1和子環II2相對的端面上還有一道大小高度相等的臺階9、10，這樣當子環I1和子環II2軸向相嵌時，兩環結合面形成一道集油槽11。
當裝配這樣的組合式活塞環的活塞在汽缸中工作時，子環上的開口5、8被互相遮蓋，可以有效防止高壓燃氣直接從環的開口進入下一室，而子環I1的外凸臺肩6嵌入子環II2的內凹臺肩3中，形成了迷宮式的密封，這樣燃氣只有可能沿活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流出，但實際上由於活塞的工作行程時間非常小，燃氣來不及從活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流入下一室，因而漏氣量大大減少，這樣一來內燃機氣密性良好，並可以防止竄油，有效的提高了汽缸的壓縮比，使燃燒更充分，既提高了內燃機的馬力，起動容易，又可節省燃油、機油，還可減少尾氣對大氣的汙染。
而由子環I1和子環II2相對的端面上的大小高度相等的臺階9、10當軸向相嵌時形成的一道集油槽11則可以起到刮油和洩油功能。
圖7～12是本發明的具體實施方式
二的附圖。
附圖中組合式活塞環包刮厚度相等的子環I12和子環II13，子環I1和子環II13上均有開口，子環II13上有一內凹臺肩14，內凹臺肩14的圓周面與子環II13的內外圓同心，內凹臺肩上14有一略微凹下的圓弧狀凹陷15，凹陷15與子環II13上的開口16呈90°角，子環I12上有一外凸臺肩17，外凸臺肩17的圓周面與子環I12的內外圓同心，外凸臺肩17上有一外形與子環II13內凹臺肩上凹陷15相吻合之圓弧狀凸出部18，凸出部18與子環I12上的開口19呈180°；子環I12與子環II13沿軸向相嵌組合時，子環I12的外凸臺肩17嵌入子環II13的內凹臺肩14，子環I12的外凸臺肩17上的圓弧狀凸出部18嵌入子環II13內凹臺肩14上的圓弧狀凹陷15，這樣兩片環上的開口16、19相互錯開90°。
同時，在子環I12上，其和子環II13相對的端面上還有兩道散熱槽20。
當裝配這樣的組合式活塞環的活塞在汽缸中工作時，子環上的開口16、19被互相遮蓋，可以有效防止高壓燃氣直接從環的開口進入下一室，而子環I12的外凸臺肩17嵌入子環II13的內凹臺肩14中，形成了迷宮式的密封，這樣燃氣只有可能沿活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流出，但實際上由於活塞的工作行程時間非常小，燃氣來不及從活塞環外圓面與活塞環槽之間的微小間隙流入下一室，因而漏氣量大大減少，這樣一來內燃機氣密性良好，並可以防止竄油，有效的提高了汽缸的壓縮比，使燃燒更充分，既提高了內燃機的馬力，起動容易，又可節省燃油、機油，還可減少尾氣對大氣的汙染。
而子環I12上，其和子環II13相對的內端面上的散熱槽20，可以加速活塞環上的熱量散發速度，延長活塞環的使用壽命。
以上兩種具體實施方式
僅僅是本發明的較佳實施例而已，不能限定本發明的實施的範圍。凡依據本發明的技術特徵作出的等效的變換均屬於本發明權利要示所限定的專利保護範圍。
權利要求1.一種組合式密封活塞環，包括子環I和子環II，子環I和子環II上均有開口，子環I上有一外凸臺肩，外凸臺肩的圓周面與子環I的內外圓同心，子環II上有一內凹臺肩，內凹臺肩的圓周面與子環II的內外圓同心，子環I與子環II相對應的內、外圓及臺肩圓周的直徑分別相等，其特徵在於其子環II的內凹臺肩上有一凹陷，其子環I的外凸臺肩上有一外形與子環II內凹臺肩上凹陷相吻合之凸出部；子環I與子環II沿軸向相嵌組合時，子環I的外凸臺肩嵌入子環II的內凹臺肩，子環I的外凸臺肩上的凸出部嵌入子環II內凹臺肩上的凹陷，而且子環I與子環II上的開口相互錯開。
2.根據權利要求1所述的組合式密封活塞環，其特徵在於其子環I與子環II厚度相等。
3.根據權利要求1所述的組合式密封活塞環，其特徵在於在子環I與子環II的相對端面外圓上各有一個臺階，當子環I與子環II軸向相嵌時，該兩個臺階在所述組合式密封活塞環的外圓面上構成集油槽。
4.根據權利要求1所述的組合式密封活塞環，其特徵在於其子環I與子環II軸向相嵌時開口錯開的角度是90°。
5.根據權利要求1至4任一權利要求所述的組合式密封活塞環，其特徵在於其子環II內凹臺肩上凹陷的輪廓是一段圓弧。
6.根據權利要求1至4任一權利要求所述的組合式密封活塞環，其特徵在於其子環II或子環I的接合端面上開有一道以上散熱槽。
專利摘要本實用新型涉及一種用於內燃機、空壓機等活塞式機械的組合式密封活塞環。包刮子環I和子環II，子環I和子環II上均有開口，子環I上有一與子環I內外圓同心的外凸臺肩，子環II上有一與子環II內外圓同心的內凹臺肩，其中子環II的內凹臺肩上有一凹陷，其子環I的外凸臺肩上有一外形與子環II內凹臺肩上凹陷相吻合之凸出部；子環I與子環II沿軸向相嵌組合時，子環I與子環II上的開口相互錯開。採用本實用新型，可提高汽缸壓縮比，燃燒充分，提高內燃機馬力，起動容易，節省燃油、機油，還可減少尾氣對大氣的汙染。
文檔編號F16J9/00GK2672305SQ0327342
公開日2005年1月19日 申請日期2003年8月14日 優先權日2003年8月14日
發明者徐楠 申請人:徐楠