低背压组合活塞环的制作方法
【专利摘要】一种低背压组合活塞环，其特征是，活塞环分为内环和外环（1）结构，内环从上至下又分为上内环（201）、（202），弹簧环（301）、（302）、（303）、（304）、（305）、（306），下内环（401）、（402）；上、下内环为槽形结构，上、下内环的槽相对安装，弹簧环安装在上、下内环之间的环槽内，上内环和下内环在弹簧的作用下，分别贴在活塞环槽的上、下表面上，内环的外表面与外环的内表面密封接触。
【专利说明】低背压组合活塞环
【技术领域】
[0001]本发明属于活塞式发动机零配件领域，尤其是涉及一种通过降低活塞环背压来降低摩擦损失的组合活塞环。
【背景技术】
[0002]目前公知的技术知道，活塞式发动机机械损失中一半左右为活塞及活塞环造成，其中重要原因之一为，活塞环的上表面和内表面受高压气体压力作用(活塞环内表面受力一般称为活塞环背压，使活塞环紧密压在气缸套表面和活塞槽下表面上，一方面增加了密封效果，另一方面使活塞环与气缸套表面之间的压力超过了润滑油的承受能力，使活塞环与气缸套表面的摩擦损失急剧升高。
[0003]低背压L型活塞环外表面的中上部设压力平衡面，压力平衡面与气缸套之间留间隙，允许高压气体进入，平衡部份活塞环内表面的压力，同时在活塞环外部的下表面设向下凸起的台阶，不影响活塞环的密封高度和传热速度，为了调节活塞环的扭曲力，可在活塞环外部的上表面设向上凸起台阶，根据是否在活塞环上表面设台阶，活塞环的形状分为近似L型或T型，为了减少加工面数量，推荐活塞环形状为L型。
[0004]低背压L型活塞环的活塞环外部的下表面设向下凸起的台阶，此台阶的下面无支撑，容易造成活塞环不稳定，改进的精密配合型低背压L型活塞环表，通过精密加工，使活塞环向上的台阶高度与配合的活塞环槽下切台阶高度相同的方法解决稳定性的问题，但加工难度加大，由于活塞在运动过程中会摆动，L型活塞环向下凸起的台阶与塞环槽下切台阶接触面积较小，可能存在部份区过度磨损的问题；低背压L型活塞环并没有真实降低活塞环内部间隙的压力，对活塞环漏气量没好作用。
[0005]申请号为2013208125519的低背压组合活塞环提出了将活塞环分为内环和外环结构，内环从上至下又分为上内环、弹簧环、下内环；各环的开口错开一定角度；上内环外表面与外环内表面上部份密封，下内环外表面与外环内表面下部份密封；上内环和下内环在弹簧的作用下，分别贴在活塞环槽的上、下表面；这样气缸内的气体只能通过外环开口的中部进入活塞环内部间隙中，直接降低了活塞环内部间隙的气体压力，在降低摩擦力的同时，可降低漏气量。申请号为2013208125519中的弹簧环仅提供了一种实施例，即波纹弹簧，此弹簧为现有油环弹簧结构，技术成熟，经实验，该波纹弹簧结构弹簧劲度系数高，要实现适当的弱弹簧力难度很大；实施例中弹簧安装方式对弹簧限制不足，弹簧可能不稳定；实施例中提供的内环有两种形式，平面型和L型，平面型不利于减小两环之间的间隙，L型内环容易出现强烈的扭曲，实施例提出了上内环上表面在加工时外沿上倾，外表面(2b)在加工时上沿内倾的扭曲补偿方法，但由于L型内环的扭曲量不是均匀的，实施例中的补偿方法不能很好地补偿。
[0006]
【发明内容】
[0007]解决的技术问题:本发明为了在解决申请号为2013208125519的低背压组合活塞环的弹簧结构优化和内环结构优化，使加工更容易，性能更稳定。[0008]发明的具体方案为:保留原方案的基本结构:将活塞环分为内环和外环结构，内环从上至下又分为上内环、弹簧环、下内环；各环的开口错开一定角度；上内环外表面与外环内表面上部份密封，下内环外表面与外环内表面下部份密封；上内环和下内环在弹簧的作用下，分别贴在活塞环槽的上、下表面；内环的外表面与外环的内表面密封接触，气缸内的气体只能通过外环开口的中部进入活塞环内部间隙中，直接降低了活塞环内部间隙的气体压力，在降低摩擦力的同时，可降低漏气量。
[0009]新增上、下内环的结构为槽形结构，上、下内环的槽相对安装，组成环形的弹簧安装空间，调整槽形结构内环的外沿凸起宽度来调整内环的扭曲量。
[0010]可选的的内环为圆弧槽内环，适应螺旋弹簧和变径螺旋弹簧。
[0011]可选的的内环为平底槽内环，适应链式弹簧、折叠弹簧、齿式碟形弹簧、波纹碟形弹黃。
[0012]新增了 6类弹簧结构，供不同偏好的实施者选择:普通螺旋弹簧，制造直径略大于内环圆弧形安装空间的高度的连续螺旋弹簧，螺旋弹簧直径根据所需的弹力确定，螺旋弹簧长度与内环圆弧形安装空间中部周长相同。螺旋弹簧不能定形，可在弹簧内部安装用于定型的圆截面定型环，扁截面定型环。
[0013]变径螺旋弹簧，螺旋弹簧主体直径为小于内环圆弧形安装高度的小直径弹簧段，均匀分布了大直径的弹簧弧段，大直径弹簧弧段的直径大于内环圆弧形安装高度，大直径的弹簧弧段的长度小于半个周长，组成类似多个扭转弹簧组合的弹簧。变径螺旋弹簧不能定形，可在弹簧内部安装用于定型的圆截面定型环，扁截面定型环。
[0014]链式弹簧，与变径螺旋弹簧相似，分为小直径部份和大直径部份，略小于一圈的小直径的螺旋弹簧与一段大直径螺旋弹簧交替排列，形成链式弹簧，调整小直径螺旋弹簧的圈数和大直径螺旋弹簧的长度，可使整个弹簧的轮廓与内环的环槽相配合。
[0015]折叠弹簧，利用弹簧钢带折叠成连续分布向上和向下的回转分枝力臂，调整分枝力臂折叠处过渡圆弧大小，使折叠后的弹簧的轮廓为与内环的环槽相配合，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度尽可能小，有利于减小弹簧高度，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度以满足钢带不断裂，并且保证分枝力臂的与相邻的钢带之间在工作时不接触为原则。
[0016]齿式碟形弹簧，弹簧的截面为锥形的碟形弹簧，弹簧的外沿或内沿为齿状。
[0017]波纹碟形弹簧，弹簧用钢丝绕成，弹簧的截面投影为锥形，弹簧为环状分布的的波纹状。
[0018]本以发明的有益效果为:带弹簧的内环将外环上部间隙封闭，降低了活塞环内部气体压力，在降低摩擦损失的同时，降低漏气量；槽形的上、下内环，有利于限制弹簧的位置，提高结构稳定性；上、下内环的内、外沿的凸起，形状对称，可更好地调整活塞环的扭曲量；新提供的弹簧结构为发明的实施提供更多的选择，尤其是变径螺旋弹簧、链式弹簧、折叠弹簧和波纹碟形弹簧，有利于降低弹簧的劲度系数，降低加工精度的要求。
[0019]【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是低背压组合活塞环原方案剖面图，图2是波纹弹簧，图3是圆弧槽内环低背压组合活塞环剖面图，图4是平底槽内环低背压组合活塞环剖面图，图5是螺旋弹簧局部图，图6圆截面定型环立体图，图7扁截面定型环立体图，图8是变径螺旋弹簧局部图，图9是链式弹簧局部图，图10是折叠弹簧立体图，图11是齿式碟形弹簧立体图，图12是波纹碟形弹簧立体图。
[0021]【具体实施方式】
[0022]图1描述了低背压组合活塞环原方案结构，图中是安装后的状态，活塞环分为内环和外环(I)结构，内环从上至下又分为上内环(2)、弹簧环(3)、下内环(4);外环为内切台阶(Ie)截面的环形，外环外表面(Ic)的下部切有台阶(Id);上内环为带外下台阶(2c)截面的环形；内上环下表面(2d)和内下环(4)的上表面压在弹簧(3)的上、下方；外环开口(lh)、上内环开口(2e)、下内环开口(4a)错开一定角度，上内环(2)外表面(2b)与外环内表面上部份(If)密封，下内环(4)外表面与外环内表面下部份(Ig)密封；上内环(2)上表面(2a)的和下内环(4)下表面在是弹簧(3)的作用下，分别贴在活塞环槽的上表面(5a)下表面(5b)上；在缸内高压时，外环下表面(Ib)贴在活塞环槽的下表面(5b)上，在缸内低压时，外环上表面(Ia)贴在活塞环槽的下表面(5a)上。
[0023]图2描述了原方案波纹弹簧(3)的结构，波纹为垂直方向的波纹。
[0024]图3描述了圆弧槽内环低背压组合活塞环的结构，图中外环(I)为外表面下部切有台阶的环形，圆弧槽上内环(201)和圆弧槽下内环(401)为带圆弧槽的环形结构，圆弧槽上内环(201)和圆弧槽下内环(401)的圆弧槽相对形成环形的弹簧空间内，图5中的链式弹簧(301)和图8的变径螺旋弹簧(302)安装在圆弧槽内，图6中的圆截面定型环(301a)和图7中扁截面定型环(30Ib)安装在螺旋弹簧(301)内，圆弧槽上内环(201)的上表面和圆弧槽下内环(401)的下表面在弹簧(301)作用下与活塞环槽的上、下表面密封接触，上圆弧槽内环(201)和圆弧槽下内环(401)的外表面与外环(I)的内表面密封接触。
[0025]图4描述了平底槽内环低背压组合活塞环剖面图，图中外环(I)与图3中的外环
(I)相同，平底槽上内环(202)和平底槽下内环(402)为带平底槽的环形结构，平底槽上内环(202)和平底槽下内环(402)的圆弧槽相对形成环形的弹簧空间内，图9中的链式弹簧(303)、图10中的折叠弹簧(304)、图11中的齿式碟形弹簧(305)、图12中的波纹碟形弹簧安装在平底槽内，平底槽上内环(202)的上表面和平底槽下内环(402)的下表面在弹簧(301)作用下与活塞环槽的上、下表面密封接触，平底槽上内环(202)和平底槽下内环
(402)的外表面与外环的内表面密封接触。
[0026]图5是螺旋弹簧的部份图(301)，其结构为普通螺旋弹簧。
[0027]图6是圆截面定型环立体图(301a)，其结构为圆截面的开口圆环。
[0028]图7是扁截面定型环立体图(301b)，其结构为扁截面的开口圆环。
[0029]图8是变径螺旋弹簧局部图(302)，其螺旋弹簧主体直径为小于内环圆弧形安装高度的小直径弹簧段(302b)，均匀分布了大直径的弹簧段(302a)，大直径弹簧弧段的直径大于内环圆弧形安装高度，大直径的弹簧弧段(302a)的长度小于半个周长，组成类似多个扭转弹簧组合的弹簧。
[0030]图9是链式弹簧局部图(303)，与变径螺旋弹簧相似，分为小直径螺旋弹簧(303a)部份和大直径螺旋弹簧(303b)部份，略小于一圈的小直径的(303a)与一段大直径螺旋弹簧(303b)交替排列，形成链式弹簧，调整小直径螺旋弹簧的圈数和大直径螺旋弹簧的长度，可使整个弹簧的轮廓与与内环的环槽相配合。
[0031]图10是折叠弹簧立体图(304)，利用弹簧钢带折叠成连续分布向上和向下的回转分枝力臂(304a)、(304b)，调整分枝力臂折叠处过渡圆弧大小，使折叠后的弹簧的轮廓使折叠后的弹簧的轮廓与内环的环槽相配合，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度尽可能小，有利于减小弹簧高度，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度以满足钢带不断裂，并且保证分枝力臂的与相邻的钢带之间在工作时不接触为原则。
[0032]图11是齿式碟形弹簧立体图(305)，弹簧的截面为锥形的碟形弹簧，弹簧的外沿或内沿为齿状。
[0033]图12是波纹碟形弹簧立体图(306)，弹簧用钢丝绕成，弹簧的截面投影为锥形，弹簧为环状分布的的波纹状。
【权利要求】
1.一种低背压组合活塞环，其特征是，活塞环分为内环和外环(I)结构，内环从上至下又分为上内环(201)、(202)，弹簧环(301)、(302)、(303)、(304)、(305)、(306)，下内环(401)、(402);上、下内环为槽形结构，上、下内环的槽相对安装，弹簧环安装在上、下内环之间的环槽内，上内环和下内环在弹簧的作用下，分别贴在活塞环槽的上、下表面上，内环的外表面与外环的内表面密封接触。
2.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，内环为圆弧槽内环，安装螺旋弹簧和变径螺旋弹簧。
3.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，内环为平底槽内环，安装链式弹簧、折叠弹簧、齿式碟形弹簧、波纹碟形弹簧。
4.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，弹簧采用变径螺旋弹簧(302)，其螺旋弹簧主体直径为小于内环圆弧形安装高度的小直径弹簧段(302b)，均匀分布了大直径的弹簧段(302a)，大直径弹簧弧段的直径大于内环圆弧形安装高度，大直径的弹簧弧段(302a)的长度小于半个周长，组成类似多个扭转弹簧组合的弹簧。
5.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，弹簧采用链式弹簧(303)，与变径螺旋弹簧相似，分为小直径螺旋弹簧(303a)部份和大直径螺旋弹簧(303b)部份，略小于一圈的小直径的(303a)与一段大直径螺旋弹簧(303b)交替排列，形成链式弹簧，调整小直径螺旋弹簧的圈数和大直径螺旋弹簧的长度，可使整个弹簧的轮廓与内环的环槽相配合。
6.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，弹簧采用折叠弹簧(304)，利用弹簧钢带折叠成连续分布向上和向下的回转分枝力臂(304a)、(304b),调整分枝力臂折叠处过渡圆弧大小，使折叠后的弹簧的轮廓与内环的环槽相配合，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度尽可能小，有利于减小弹簧高度，分枝力臂与弹簧的轮廓平面角度以满足钢带不断裂，并且保证分枝力臂的与相邻的钢带之间在工作时不接触为原则。
7.根据权利要求1的低背压组合活塞环，其特征是，弹簧采用波纹碟形弹簧(306)，弹簧用钢丝绕成，弹簧的截面投影为锥形，弹簧为环状分布的的波纹状。
【文档编号】F02F5/00GK203730153SQ201420057961
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月6日 优先权日:2014年2月6日
【发明者】唐明龙 申请人:唐明龙