专利名称：活塞裙面准均压横向型线的设计制造方法
本方法发明主要供设计和制造内燃机活塞的横向椭圆外形之用，也可推广应用于活塞式压缩机等机械所用活塞。
为使内燃机活塞更好完成承力、导向和传热等功能，其裙面应设计制成“变椭圆-桶(中凸)形”，即在横向上需为椭圆形。以往提出过下述几种径向缩减量公式(横向外形规律)△α＝ (D-d)/4 (1-Cos2α)或△α＝ (D)/2 - (a)/2 (1-Cos2α)± (b)/2 (1-Cos4α)＝ (D)/2 -aSin2α±βSin22α苏联也发表过实质上类似的公式△α＝ (G)/4 [(0.5+θ)+Cos2φ+(0.5-θ)Cos4φ]但有关资料均未给出有关参数(G或d;a、b或θ)的选定方法、经验数值范围和理论依据，因之只能看作是经验公式，难以应用。
曾从理论上推证出一次近似椭圆规律Δα＝ (G)/4 (1-Cos2α)二次近似椭圆规律Δα＝ (G)/4 [(1-Cos2α)+ (β)/25 (1-Cos4α)]且两式中 (G)/4 ＝2PR30/9πEI并推论及β有为负值的可能性，但却无任何理论依据。且对β数值也未提出推求办法或经验数值范围。随后已证实国外有采用负β值的情况。
在制造这类“变椭圆-桶形”裙面活塞时，可采用数控机床或立体靠模仿形加工方法。瑞士SIM公司TPO-150活塞车床则采用三套仿形系统、依据三件靠模板进行仿形加工。此车床的横向型线仿形系统为典型的凸轮靠模-弹簧控制形状的仿形加工方法。
本方法发明的目的找出更合理且适用的活塞裙面横向型线规律及其简单设计方法，以及这种型线的简单而又精确的加工方法。
本方法发明在于从理论分析得知裙面横向外形应为均压型线规律△α＝ (G)/4 [(1-Cos2α)-K(1-Cosα)]或准均压型线规律△α＝ (G)/4 [(1-Cos2α)- (β)/25 (1-Cos4α)]其中K值与活塞设计时已选定的名义配缸间隙Y及活塞假想椭圆度G有关。
对单金属整体铝活塞，K＝ (2Y)/(G) +(0.6～1);
对钢顶铝裙组合活塞，K＝ (2Y)/(G) +(2.0～2.8)当适当选定β值时，在摩擦区内准均压型线与均压型线近似相同，即对于准均压型线规律，可按β＝25K(1-Cosα)/(1-Cos4α)，且取α＝15°～30°而从K求定β值。
关于横向椭圆外形的加工方法，本发明提出在TPO-150车床上用曲柄-连杆机构代替原用的横向仿形靠模凸轮板。(见附
图1及2、3)。
中心曲柄-连杆机构，其滑块自下死点起算的位移公式为Xφ＝R[(1-Cosθ)- (λ)/4 (1-Cos2θ)]，而φ＝180°+θ故当取R＝ (G)/4 ;λ＝β/6.25，且曲柄转速为工件转速的2倍(即θ＝2α)时，滑块位移规律与上述准均压型线规律相同，即可用以代替原车床的靠模凸轮板控制摇摆杠杆(酵技 )，进而控制刀具横向切入运动，加工出准均压椭圆横向外形。
由于TPO-150车床另有一套椭圆度值仿形系统，故对不同形状(G及β均不相同)的活塞，均可采用同一曲柄半径，仅只相应调整连杆长度即可。而连杆长度的改变，可采用由两根直杆构成可伸缩的组合连杆方式，也可采用双偏心盘的机构。
机床改装及机构工作原理如下取消原用靠模凸轮及其传动轴;将两个轴承支座上移;换装上曲柄半径为0.85毫米的曲轴(附图件1);在曲柄轴颈上套装有内调节盘(附图件3，且组装后锁圈8与之成一整体)及外调节盘(附图件7)。因内调节盘外圆(即附图3中的调节圆)相对其内孔有0.95毫米的偏心量，故当绕曲柄轴颈转动内调节盘时，可使外调节盘内孔(也即调节圆)中心在垂直轴线方向上相对曲柄轴心的距离发生变化，变动量为0～1.9毫米。而外调节盘的外圆相对其内孔也具有1.7毫米的偏心量，故而引致此外圆的中心相对于曲柄轴心的距离L可在1.7～3.6毫米范围内变动。这即是连杆长度的变化。当调至所需位置(由两盘刻度圆上的刻线记号标示一附图3A向视图)，即用定位销(附图2件9)锁定。此后，当曲轴转动时，即可使摇摆杠杆(附图件4)按所需规律摆动，产生与凸轮靠模仿形相同的作用。
上述取曲柄半径为0.85毫米，是为了不改变原机床其他部件;取连杆长度变化范围为1.7～3.6毫米，是为使λ在 1/2 ～ 1/424 之间。如需要，这些也可改用其他适当数值。
同时，因中心曲柄-连杆机构的滑块自上死点起算的位移公式为Yθ＝R[(1-Cosθ)+ (λ)/4 (1-Cos2θ)]可知通过调整机构的初始位置，还可加工二次近似椭圆规律的横向外形;更改某些部件(使相当于连杆长度为θ)，甚至还可加工一次近似椭圆规律的横向外形。但这后两种型线规律行将淘汰。
如将R取为 (GK)/4 ，连杆长度取为 (KR)/4 ，也可直接加工均压型线的横向外形。但这时对α＞35°的非摩擦面区域，还需另按其他规律作辅助加工，应用上并不方便。
本方法发明在于提出均压横向型线规律概念，推论出准均压型线规律及其β值的简便推求方法，免除了凭经验选用该值的困难，且型线更为合理，有助于改善活塞使用性能，延长使用寿命;以及用曲柄-连杆机构代替凸轮靠模仿形加工，并用双偏心盘机构调整连杆长度和初始位置等方法，加工准均压型线(包括均压型线)和二次近似椭圆横向外形。新方法不用靠模仿形，省去制造、换装各种靠模凸轮的耗费和麻烦;且加工形状精确，工效也可提高。
权利要求
1.一种活塞裙面横向椭圆形状的设计方法，其特征是椭圆形状为均压型线规律△α=-[(1-Cos2α)-K(1-Cos4α)]。
2.根据权利要求1之方法，其特征为(0.6～1)-整体铝活塞K＝-+(2.0～2.8)-钢顶铝裙组合活塞其中Y-名义配缸间隙;G-裙面假想椭圆度。
3.根据权利要求1和2所述之方法，其特征在于摩擦面区域内为均压型线规律;摩擦面区域外为偏心圆规律或其他适当规律。
4.一种活塞裙面横向椭圆形状的设计方法，其特征是椭圆形状为准均压型线规律△α＝-〔(1-Cos2α)-(1-Cos4α)〕。
5.根据权利要求4之方法，其特征在冢害拢 ～6;或按β＝25K(1-Cosα)/(1-Cos4α)，且α＝15～30，从权利要求1和2所述之K值推求β值。a)准均压或二次似椭圆型线规律的横向外形，曲柄半径R＝一连杆长度L＝6.25R/β，曲柄转速为工件转速的两倍;b)均压型线规律的横向外形，曲柄半径R＝一，连杆长度L＝一，曲柄转速等于工件转速。
6.根据权利要求5之方法，其特征是采用是长曲柄一一变长度连杆机构形式。
7.根据权利要求5和6之方法，其特征是变长度连杆采用于曲柄销上套装双偏心盘的结构形式。
8.利用权利要求5、6和7的加工方法，改装或重新设计制造活塞椭圆外形加工机床。
9.利用权利要求5、6和7的加工方法，直接加工活塞工件，或先制作靠模再依之仿形加工活塞工件。
全文摘要
内燃机活塞裙面横向外形应为椭圆形，需找出合理且适用的活塞裙面横向椭圆型线规律及其简单设计方法，以及这类型线的简单而又精确的加工方法。
文档编号B23Q27/00GK1030282SQ8710693
公开日1989年1月11日 申请日期1987年10月10日 优先权日1987年10月10日
发明者肖秀华 申请人:肖秀华