Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе
Перейти к содержимому

Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе

  • автор:

Кривошипно-шатунный механизм

Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.

Тест «Кривошипно-шатунный механизм» для проверки знаний студентов по профессии 23.01.03 Автомеханик, 1 курс. Тестирование — это более мягкий инструмент, они ставят всех обучающихся в равные условия, используя единую процедуру и единые критерии оценки, что приводит к снижению предэкзаменационных нервных напряжений.

Система оценки: 5 балльная

Список вопросов теста

Вопрос 1

Какие детали КШМ относятся к неподвижной группе?

Варианты ответов
  • блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, маховик
  • блок цилиндров, картер, крышка блок-картера. коленвал, гильза цилиндров
  • блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, гильза цилиндров, прокладка блок-картера
Вопрос 2

Из каких материалов изготавливают блок-картер современного двигателя?

Варианты ответов
  • из легированной стали
  • из бронзы или латуни
  • из чугуна или алюминиевых сплавов
Вопрос 3

Чем закрывается блок-картер двигателя сверху и снизу?

Варианты ответов
  • сверху и снизу специальными кожухами
  • сверху крышкой цилиндров, снизу кожухом маховика
  • сверху крышкой цилиндров, снизу поддоном картера
Вопрос 4

Как закрывается блок цилиндров на двигателе КамАЗ-740 сверху?

Варианты ответов
  • двумя головками из чугуна
  • каждый цилиндр отдельной головкой из алюминиевого сплава
  • двумя головками из алюминиевого сплава
Вопрос 5

Какие детали КШМ относятся к подвижной группе?

Варианты ответов
  • коленвал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, коренные подшипники
  • коленвал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, шатунные подшипники
  • коленвал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, поддон картера
Вопрос 6

Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе?

Варианты ответов
  • блок-картер
  • гильза цилиндра
  • коленвал
Вопрос 7

Что называется зеркалом цилиндра?

Варианты ответов
  • установочные пояски гильзы
  • внутреннюю поверхность гильзы цилиндров
  • наружную поверхность гильзы цилиндров
Вопрос 8

Что означает выражение: «На двигателе установлены мокрые гильзы?»

Варианты ответов
  • гильза, внутренняя поверхность которой смазывается маслом
  • гильза, наружная поверхность которой омывается охлаждающей жидкостью
  • гильза, которая охлаждается воздухом
Вопрос 9

Что такое камера сгорания?

Варианты ответов
  • объем между днищем поршня и головкой цилиндра, когда поршень находится в ВМТ
  • весь объем расположенный под поршнем
  • объем в котором происходят рабочие процессы двигателя
Вопрос 10

Сколько головок цилиндров имеет двигатель ЗИЛ-508?

Варианты ответов
  • 8 головок
  • 4 головки
  • 2 головки
Вопрос 11

Как затягивают болты или шпильки крепления головок цилиндров?

Варианты ответов
  • в такой последовательности как работает двигатель с применением удлинителя ключа
  • затяжку проводят прилагая к ключу как можно большее усилие
  • затяжку проводят равномерно в определенной последовательности в 2-3 приема, с определенным усилием
Вопрос 12

Почему головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку?

Варианты ответов
  • для удобства установки компрессионных и маслосъемных колец
  • для равномерного распределения давления газов на поршень
  • для предотвращения заклинивания поршня при нагреве его во время работы
Вопрос 13

Из какого материала изготавливают поршни?

Варианты ответов
  • из бронзового сплава
  • из алюминиевого сплава
  • из титана
Вопрос 14

Каким способом фиксируется поршневой палец в поршне?

Варианты ответов
  • стопорными кольцами
  • стопорными штифтами
  • установочными болтами
Вопрос 15

По назначению поршневые кольца делятся на

Варианты ответов
  • уплотнительные и маслосъемные
  • компрессионные и уплотнительные
  • компрессионные и маслосъемные
Вопрос 16

Какое компрессионное кольцо работает в самых тяжелых условиях?

Варианты ответов
  • верхнее
  • нижнее
  • среднее
Вопрос 17

Какая деталь соединяет коленвал двигателя с поршнем?

Варианты ответов
  • поршневой палец
  • шатун
  • шатунный подшипник
Вопрос 18

Сколько шатунов крепится на 1 шатунной шейке коленвала 8-ми цилиндрового V -образного двигателя?

Варианты ответов
Вопрос 19

Рядный четырехцилиндровый двигатель имеет коленвал на котором

Варианты ответов
  • 4 коренных и 4 шатунных шеек
  • 5 коренных и 4 шатунных шеек
  • 4 коренных и 5 шатунных шеек
  • 5 коренных и 5 шатунных шеек
Вопрос 20

Для чего предназначена нижняя головка шатуна с крышкой?

Варианты ответов
  • для соединения шатуна с поршнем
  • для соединения шатуна с коленчатым валом
  • для соединения шатуна с поршневым пальцем

Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе

Направляющие присоединяются к головке поршня как в двухтактных, так и в четырехтактных дизелях, однако назначение их в обоих случаях различно. В мощных двигателях крейцкопфного типа с прямоточной схемой продувки короткая направляющая служит для стабилизации положения поршня внутри цилиндровой втулки. Она изготавливается из чугуна, обычно несколько большего диаметра, чем головка поршня. Это исключает возможность контакта стальной головки поршня с поверхностью зеркала цилиндра при любом радиальном смещении поршня, и таким образом предохраняет втулку от задиров и заедания. По окружности направляющей может быть завальцован слегка выступающий антифрикционный поясок из мягкой бронзы, подвергающийся максимальному износу в процессе приработки. При необходимости этот поясок заменяется.

В двухтактных дизелях с петлевой или поперечной схемой продувки необходима более длинная направляющая, которая перекрывает продувочные и выхлопные окна при положениях поршня вблизи ВМТ.

В двигателях с поршнями тронкового типа в направляющей (тронке) монтируется поршневой палец, который передает усилие от давления горячих газов на поршень к верхней головке шатуна. Ввиду отсутствия крейцкопфного устройства, тронк играет роль ползуна и передает боковое усилие шатуна на стенки цилиндровой втулки. Поэтому тронк нуждается в смазке и на нем может быть установлено маслосъемное кольцо.

Тронки четырехтактных дизелей изготавливаются из алюминиевых сплавов или чугуна. Бобышки поршневого пальца создают несимметричное распределение масс металла в тронке, что приводит к неравномерному термическому расширению его при нагревании поршня. Чтобы обеспечить точную круглую форму тронка при высоких рабочих температурах в цилиндре, в процессе механической обработки в холодном состоянии ему придают слегка овальную форму.

Шток поршня
Основной связью, осуществляющей передачу усилий от давления газов на поршень на механизм движения, является шток поршня. Длина штока зависит от длины хода поршня и его конструкции. Шток изготавливается из стальной поковки и имеет круглое сечение, обеспечивающее необходимую прочность и жесткость. В верхней части имеется фланец, на котором крепится головка поршня и направляющая. Нижний конец присоединяется к крейцкопфу при помощи фланца или хвостовика с гайкой.

Поршневой шток проходит сквозь сальник диафрагмы и должен иметь гладкую рабочую поверхность для плотного контакта с уплотнительными сегментами сальника.

Для масло-охлаждаемых поршней масло подается к головке поршня через центральный канал в штоке. Возврат масла осуществляется по трубе, концентрически установленной в этом канале.

Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе

8 (800) 550-20-49 многоканальный,
бесплатный звонок из любой точки России
Заказать звонок
8 (495) 937-63-04 многоканальный
8 (495) 645-16-18 УАЗОБАЗА-Север
8 (926) 979-62-00 УАЗОБАЗА-ЮГ

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ ПОРШНЕВЫХ ГРУПП «МОТОРДЕТАЛЬ»

В поршневую группу входят следующие детали:

группа.jpg

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра двигателя автомобиля и служащая для превращения перепада давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Поршневые кольца — это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором (до нескольких сотых долей миллиметра) посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Поршневые кольца выполняют три главные функции: уплотнение (герметизация) камеры сгорания (или камеры расширения); увеличение теплоотдачи от поршня через стенку цилиндра и предотвращение перегрева и задира поршня; регулирование толщины плёнки моторного масла на цилиндре.

Стопорные кольца — это незамкнутые кольца, изготовленные из углеродистой стали для фиксации деталей и узлов на валу или в отверстии. Стопорные кольца часто используют для фиксации подшипников качения.

Поршневой палец – элемент кривошипно-шатунного механизма цилиндрической формы, который представляет собой ось перемещения шатуна в месте его соединения с поршнем и обеспечивает таким образом подвижное шарнирное соединение головки шатуна и поршня.

Гильза цилиндра является направляющей втулкой движущегося поршня и образует вместе с головкой цилиндра полость, в которой осуществляется рабочий цикл. Это одна из наиболее нагруженных деталей двигателя: она испытывает и высокие температурные нагрузки, и колоссальное давление со стороны сгорающей смеси топлива и газов, и воздействие изнашивающих сил трения, а также противостоит интенсивным коррозионным воздействиям.

О ПРЕДПРИЯТИИ

ОАО «Мотордеталь» — создано на базе Костромского завода гильз, поршней и поршневых пальцев, открывшегося в 1975 году.

Основной продукцией завода являлись заготовки поршневых пальцев для Ульяновского моторного завода, производимые на базе собственного литейного цеха.

В 1982 году на заводе запущено отечественное карусельно-кокильное производство, а в 1983 году – цех отливки поршней.

В 1992 году завод стал открытым акционерным обществом, в 2000 году впервые получил международный сертификат качества ISO: 9001, подтверждаемые каждые три года, и в 2002 году стал выпускать продукцию под зарегистрированным брендом «Мотордеталь».

СЕРТИФИКАТ 1.jpg

Кроме того, ОАО «Мотордеталь» сертифицировано по системе качества ISO/TS 16949. Данный стандарт подготовлен Международной рабочей автомобильной группой IATF и Японской ассоциацией автомобилестроителей JAMA. Он предъявляет высочайшие требования к системе менеджмента качества предприятий автомобильной промышленности: программа испытаний опытных образцов продукции, процесс одобрения продукции, анализ измерительных систем, требования к лабораториям, и т.д.
Пройденная сертификация по стандарту ISO/TS 16949 означает высочайший уровень производства и системы менеджмента качества (СМК) на предприятии.

СЕРТИФИКАТ 2.jpg

Вся выпускаемая ОАО «Мотордеталь» продукция соответствует требованиям Технического Регламента Таможенного Союза 018/2011 «О безопасности колёсных транспортных средств», что также подтверждено сертификатом.

СЕРТИФИКАТ 3.jpg

При участии специалистов немецкого концерна «Federal Mogul», входящего в десятку крупнейших мировых производителей автозапчастей, ОАО «Мотордеталь» модернизировало все циклы производства, ввела новую систему сортировки продукции, которая ещё до упаковки позволяет подобрать идеальное соотношение геометрий всех составных комплекта (поршня, колец, гильзы, пальца).

В 2011 году ОАО «Мотордеталь» заключила лицензионный контракт с мировым гигантом и признанным экспертом в области производства ЦПГ — немецкой компанией KS Kolbenschmidt. В рамках данного контракта компания является эксклюзивным лицензиатом в России и получает доступ ко всем технологиям и ноу-хау, применяемым KS в производстве.

СЕРТИФИКАТ 4.jpg

Кроме того, компания внедрила уникальную систему защиты подлинности продукции.

ОСОБЕННОСТИ ПРОДУКЦИИ

Расчеты инженеров компании «Мотордеталь» доказали, что улучшения поршневой серии «ЭКСПЕРТ» существенно сокращают потери в основных узлах трения, вследствие чего увеличивается ресурс и экономится топливо. Для производства деталей серии «Эксперт» используются особые сплавы с высоким содержанием легирующих элементов, которые отличаются высокими прочностными характеристиками. За счёт применения уникального запатентованного состава фосфатных солей покрытие Alpofor значительно превосходит по своим свойствам традиционный фосфатный слой. Инновационное антифрикционное покрытие юбки поршня разработано компанией Kolbenschmidt. Его особенностью является удачно подобранная комбинация наночастиц, связующего материала, твердого смазочного материала и присадок. В поршнях серии «Эксперт» заново просчитан и полностью пересмотрен профиль. Значительные изменения коснулись его основных элементов: бочкообразность, конусность и овальность.

ЭКСПЕРТ.jpg

ЭКСПЕРТ 2.jpg

Покрытия «ХРОМОКЕРАМИКА» и «NANOCHROME» с содержанием мельчайших частиц твёрдого углерода (алмаза), либо алюмооксидной керамики применены для поршневых колец.

ПОКРЫТИЕ ПК.jpg

Хонингование гильз производится по технологии немецкого концерна Gehring. Суть обработки гильз новой серии заключается в многоэтапности нанесения хонингования: каждый параметр хона контролируется отдельно, что обеспечивает его высокую точность.

ГИЛЬЗЫ 1.jpg

ГИЛЬЗЫ 2.jpg

Проведена оптимизация поверхностей пары трения: поршневые кольца – гильза:

трение ПКОЛЬЦА ГИЛЬЗА.jpg

трение ПКОЛЬЦА ГИЛЬЗА2.jpg

Для продления срока эксплуатации двигателей ЗМЗ и УМЗ ОАО «Мотордеталь» выпустило второй ремонтный размер поршня с увеличением на 1 мм

2размер.jpg

ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА И ПОРШНЕЙ

ПОВРЕЖДЕНИЕ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА.jpg

ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОРШНЯ.jpg

ПОВРЕЖДЕНИЕ ПОРШНЯ2.jpg

АКЦИЯ ОТ ОАО «МОТОРДЕТАЛЬ»

1.jpg

Компания «УАЗОБАЗА» является партнером ОАО «Мотордеталь»:

Любую продукцию ОАО «Мотордеталь» Вы можете приобрести в наших магазинах:

ПРОДУКЦИЯ.jpg

Подробнее о продукции и участии в акции смотрите в нашем обзоре:

Поршневая группа: поршень

Поршневую группу образует поршень в сборе с комплектом уплотняющих колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Назначение поршневой группы состоит в том, чтобы:

1) воспринимать давления газов и через шатун передавать эти давления на коленчатый вал двигателя;

2) уплотнять надпоршневую полость цилиндра как от прорыва газов в картер, так и от излишнего проникновения в нее смазочного масла.

Функции уплотнения, выполняемые поршневой группой, имеют большое значение для нормальной работы поршневых двигателей. О техническом состоянии двигателя судят по уплотняющей способности поршневой группы. Например, в автомобильных двигателях не допускается, чтобы расход масла из-за угара его вследствие избыточного проникновения (подсоса) в камеру сгорания превышал 3% от расхода топлива. При выгорании масла наблюдается повышенная дымность отработавших газов и двигатели снимаются с эксплуатации вне зависимости от удовлетворительности мощностных и других его показателей.

Поршневая группа работает в сложных температурных условиях с циклическими резко изменяющимися нагрузками при ограниченной смазке и недостаточном теплоотводе вследствие трудностей охлаждения. Поэтому детали поршневой группы имеют наиболее высокую тепловую напряженность, что обязательно учитывается при выборе их конструкции и материала. Элементы поршневой группы обычно разрабатывают с учетом назначения и типа двигателей (стационарные, транспортные, форсированные, двухтактные двигатели, дизели и т. д.), но общее их устройство в двигателях тронкового типа остается сходным.

Поршни. Поршень состоит из двух основных частей: головки I и направляющей части II (рис. 1, а).

Направляющую (тронковую) часть обычно называют юбкой поршня. С внутренней стороны она имеет приливы — бобышки 8, в которых просверливают отверстие 9 для поршневого пальца. Для фиксации пальца в отверстиях 9 протачивают канавки 10, в которых размещают детали, запирающие палец. Нижнюю кромку юбки часто используют в качестве технологической базы при механической обработке поршня. С этой целью она снабжается иногда точно растачиваемым буртиком 6. С внутреннего торца 5 буртика снимают металл при подгонке поршня по весу в случаях, если вес поршня после обработки превышает норму, принятую для данного двигателя. В зоне выхода отверстий под поршневой палец на внешних стенках юбки 11 делают местные углубления 4, вследствие чего стенки этих зон не соприкасаются со стенками цилиндра и не трутся о них, образуя так называемые холодильники.

Юбка служит не только направляющей частью поршня, ее стенки воспринимают также силы бокового давления N6, что увеличивает силу их трения о стенки цилиндра и повышает нагрев поршня и цилиндра.

Для обеспечения свободного перемещения поршня в цилиндре прогретого и нагруженного двигателя между направляющей его частью (юбкой) и стенками цилиндра предусматривают зазор. Величина этого зазора определяется из условий линейного расширения материала поршня и цилиндра при нормальном тепловом состоянии двигателя. Перегрев поршня опасен, так как приводит к захватыванию и даже к аварийному заклиниванию его в цилиндре. Опыт свидетельствует, что излишне большие зазоры между поршнем и стенками цилиндра тоже не желательны, поскольку это ухудшает уплотняющие свойства поршневой группы и вызывает стуки поршня о стенки цилиндра. Работа автомобильного двигателя со стуками поршней не допускается.

Головка поршня имеет днище 1 и несет уплотняющие поршневые кольца, которые размещают на боковых ее стенках 11 в канавках 2, разделяемых друг от друга перемычками 12. Нижняя канавка снабжается дренажными отверстиями 3, через которые со стенок цилиндра отводят смазочное масло с тем, чтобы предотвратить его проникновение (подсос) в камеру сгорания. Диаметр дренажных отверстий составляет примерно 2,5—3 мм. При меньшем размере они быстро загрязняются и выходят из строя. Поршни изготовляют с несколькими рядами дренажных отверстий, располагая их под поршневыми кольцами, а также рядом с ними на специально проточенных поясках (лысках).

Днище головки поршня является одной из стенок камеры сгорания и воспринимает поэтому большие давления газов, омывается открытым пламенем и раскаленными до температуры 1500—2500°С газами. Для увеличения прочности днища и повышения общей жесткости головки ее боковые стенки 11 снабжают массивными ребрами 13, связывающими стенки и днище с бобышками 8. Ореб-ряют иногда и днище, но чаще всего оно выполняется гладким, с переменным сечением, постепенно утолщающимся к периферии, как показано на рис. 1, а. При таком сечении улучшается тепло-отвод от днища и уменьшается температура его нагрева.

Высокий нагрев днища вообще нежелателен, так как это ухудшает весовое наполнение цилиндров и приводит к снижению мощности двигателя из-за повышенного подогрева свежего заряда от соприкосновения с чрезмерно горячей поверхностью днища. В карбюраторных двигателях возможны при этом преждевременные вспышки и появление разрушительного детонационного сгорания.

Днища поршней в двигателях автомобильного, тракторного и мотоциклетного классов изготовляются плоскими, выпуклыми, вогнутыми и фигурными (см. рис. 1, а, г—к). Форма их выбирается с учетом типа двигателя, камеры сгорания, принятого смесеобразования и технологии изготовления поршней.

Самой простой и технологически целесообразной является плоская форма днища (см. рис. 1, а). Такая форма находит применение в различных двигателях и особенно широко используется в автомобильных и тракторных двигателях, в которых камера сгорания, или основной ее объем, располагается в головке цилиндра. Плоские днища имеют относительно малую поверхность соприкосновения с раскаленными газами, что положительно сказывается на их тепловой напряженности.

Сравнительно несложную геометрическую форму имеют также выпуклые и вогнутые днища (см. рис. 1, г, д). Выпуклая форма придает днищу большую жесткость и уменьшает возможное нагаро-образование (масло, проникающее в камеру сгорания, с выпуклого днища легко стекает, но выпуклое днище всегда бывает более горячим, чем плоское). Вогнутая форма днищ облегчает общую компоновку сферических камер сгорания, но создает благоприятные условия для повышенного нагарообразования. Масло, проникающее в камеру сгорания, накапливается здесь в наиболее горячей центральной зоне днища. Поэтому в четырехтактных двигателях выпуклые и особенно вогнутые днища находят ограниченное применение. Однако в двухтактных двигателях с контурно-щелевой, продувкой, где выпуклые и вогнутые формы днищ облегчают организацию продувки цилиндров, они широко используются. В двухтактных двигателях используются также и фигурные днища с козырьками-отражателями или дефлекторами (см. рис. 1, г), обеспечивающими заданное направление потоку горючей смеси при продувке цилиндров.

Фигурные днища с различного рода вытеснителями (см. рис. 1, ж) применяют и в четырехтактных карбюраторных двигателях. При необходимости днища с вытеснителями легко позволяют видоизменять или уменьшать камеру сгорания. С этой целью применяют иногда и выпуклые днища, как, например, в двигателе МЗМА-412. В последнее время для автомобильных карбюраторных двигателей стали применять фигурные днища, позволяющие полностью или частично размещать камеру сгорания в головке поршня (см. рис 1, з). Карбюраторные двигатели с камерой сгорания в поршне обладают хорошими показателями и являются перспективными.

Поршни автомобильных и тракторных дизелей в зависимости от принятого смесеобразования строят как с плоскими, так и с фигурными днищами. Часто днищу придают форму (см. рис. 1, и), соответствующую форме факелов топлива, распыли-ваемого через многодырчатую форсунку, расположенную в центре камеры сгорания. Широко распространены фигурные днища, форма которых предопределяется принятой для дизеля камерой сгорания с частичным или полным размещением ее в головке поршня. На рис. 1, к в качестве примера показана камера сгорания ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт, г. Ленинград), обеспечивающая работу двигателя с хорошими показателями.

Головка поршня по сравнению с юбкой в любом случае имеет более высокую рабочую температуру, а следовательно, и больше, чем юбка, увеличивается в размерах. Поэтому диаметр ее Dr всегда делают меньше диаметра юбки Dю. У поршней автомобильных двигателей эта разница составляет в среднем 0,5 мм. Боковым стенкам головки придают форму цилиндра или усеченного конуса с малым основанием у днища или же выполняют их ступенчатыми. Размеры при этом выбирают так, чтобы стенки головки в горячем состоянии на режиме максимальной мощности двигателя не соприкасались со стенками цилиндра. Тем не менее головку считают уплотняющей частью поршня, имея в виду, что стенки ее вместе с поршневыми кольцами, как будет показано ниже, образуют уплотняющий лабиринт. В некоторых конструкциях на стенках головки делают проточку 14, изменяющую направление теплового потока у верхнего поршневого кольца.

На днище поршня иногда делают технологическое центровочное отверстие 15, для размещения которого при отсутствии оребрения предусматривают специальный прилив. Если центровка днища не предусмотрена конструкцией, то поршень при обработке на станках крепят с использованием отверстий 9 в бобышках. Базовой поверхностью в обоих случаях является точно обработанный буртик 6 или просто поясок 18, растачиваемый непосредственно в стенках 7 юбки (см. рис. 1, б). Для этих же целей бобышки часто снабжаются приливами 16 и технологическими отверстиями 19 (см. рис. 1, в). При отсутствии буртика 6 подгонка поршней по весу осуществляется за счет снятия металла с торцов 17 приливов 16 на бобышках.

Поршневая группа совершает возвратно-поступательное движение, вследствие чего подвергается воздействию сил инерции. Опытами и расчетами установлено, что максимальная величина сил инерции на больших скоростных режимах работы составляет значительную долю от газовых сил.

Таким образом, на поршень действует комплекс различных силовых и тепловых нагрузок в условиях, неблагоприятных для смазки и охлаждения. Являясь базовой деталью поршневой группы и наиболее напряженным элементом кривошипно-шатунного механизма, поршень должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью, износостойкостью и при этом иметь наименьший вес. С учетом этого и выбирают конструкцию и материал поршней.

Для двигателей автомобильного типа поршни изготовляют в основном из алюминиевых сплавов и чугуна. Применяются также чугун, сталь и магниевые сплавы.

Поршни из чугуна прочны и износостойки. Благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения чугуна они могут работать с относительно малыми зазорами, обеспечивая хорошее уплотнение цилиндра даже в двигателях, имеющих большую тепловую напряженность (двухтактные и др.). Однако чугун имеет довольно большой удельный вес (7,3 г/см3, или 7,3-10^3 н/м3), что приводит к переутяжелению изготовленных из него поршней. В связи с этим область применения чугунных поршней ограничивается сравнительно тихоходными двигателями, где силы инерции возвратно движущихся масс не превосходят одной шестой от силы давления газа на днище поршня. Чугун имеет еще и низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 350÷400°С. Такой нагрев нежелателен особенно в карбюраторных двигателях, поскольку это служит причиной возникновения детонации.

Указанные недостатки чугунных поршней в определенной мере присущи и стальным поршням. Однако стенки стальных поршней значительно тоньше стенок чугунных поршней, но сложность отливки удорожает их производство. Стальные поршни не получили распространения в автомобилестроении.

Потеряли практическую ценность и поршни из магниевых сплавов, основу которых составляет магнии, сплавленный с 5—10% алюминия. Такие сплавы отличаются малым удельным весом (1,8 г/см3, или 1,8-10^3 н/м3), но не обладают нужной прочностью.

Подавляющее большинство быстроходных карбюраторных двигателей и дизелей автомобильного типа снабжается поршнями, изготовленными из алюминиевых сплавов. Основу их составляет алюминий, сплавленный с медью (6—12%) или кремнием (до 23%). В зависимости от марки алюминиевые поршневые сплавы содержат в небольших (1,0—2,5%) количествах никель, железо, магний, а иногда до 0,5% титана. Особенно широко применяют теперь силумины — алюминиевые сплавы, содержащие примерно 13% кремния. Внедряются сплавы с 20 — 22% кремния.

Большим достоинством алюминиевых поршневых сплавов является то, что они примерно в 2,6 раза легче чугуна, обладают в 3—4 раза большей теплопроводностью и хорошими антифрикционными свойствами. Благодаря этому вес изготовленных из этих сплавов гак называемых алюминиевых поршней, как минимум, на 30% бывает легче чугунных, хотя стенки их по соображениям прочности делаются толще последних. Нагрев днища алюминиевых поршней обычно не превышает 250°С, что способствует лучшему наполнению цилиндров и в карбюраторных двигателях позволяет несколько увеличивать степень сжатия при работе на данном сорте топлива. Поэтому мощностные и экономические показатели двигателей при переходе на алюминиевые поршни улучшаются. Появляется возможность форсирования двигателей с целью повышения их мощности путем увеличения числа оборотов коленчатого вала.

Недостатками алюминиевых поршневых сплавов являются: большой коэффициент линейного расширения (примерно в 2 раза больший, чем у чугуна), значительное уменьшение механической прочности при нагреве (нагрев до температуры 300°С снижает их прочность на 50—55% против 10% у чугуна) и сравнительно малая износостойкость. Однако современные методы производства и конструкции алюминиевых поршней позволяют использовать алюминиевые сплавы для поршней любых быстроходных автомобильных двигателей.

Необходимое повышение механической прочности и износостойкости поршней из алюминиевых сплавов в зависимости от состава последних в определенной мере достигается путем одно- или многоступенчатой термической обработки. Например, в течение 12— 14 часов поршни выдерживают в нагревательной печи при температуре 175—200°С (близкой к рабочей). После завершения такого искусственного старения твердость поршней с 80 единиц по Бринеллю повышается до НВ 110—120 и резко увеличивается их долговечность.

Недопустимые для нормальной работы поршневой группы большие зазоры между стенками цилиндра и юбкой алюминиевого поршня, обусловливаемые высоким коэффициентом линейного расширения алюминиевых сплавов, устраняются применением рациональной конструкции для элементов поршня. Опыт показывает, что правильно спроектированные алюминиевые поршни могут работать с очень малыми зазорами, не вызывая стука даже в холодном состоянии. Достигается это с помощью компенсационных прорезей или вставок, которыми снабжают стенки юбки, приданием юбке овальной или овально-конусной формы, путем изолирования рабочей (направляющей) ее зоны от более горячей части поршня головки и принудительным охлаждением последней.

В практике автомобилестроения часто применяют сразу несколько дополняющих друг друга мероприятий. Основными из них являются:

1) разрез юбки по всей ее длине (рис. 2, а). Такой разрез, как правило, делают косым так, что верхний и нижний участки его перекрываются. Косой разрез не оставляет следа на стенках цилиндра и позволяет разрезанным стенкам юбки при их нагреве сходиться (сближаться) за счет уменьшения ширины прорези, обеспечивая тем самым свободное перемещение горячего поршня в цилиндре. Чтобы увеличить пружинящие свойства разрезанных стенок и уменьшить температуру их нагрева, юбка в этой зоне отделяется от головки широкой горизонтальной прорезью, которая обычно проходит по канавке нижнего поршневого кольца, как показано на рис. 2, а. Горизонтальная прорезь в данном случае является одновременно изолирующей, защищающей юбку от теплового потока, идущего со стороны более горячей головки, и дренажной, позволяющей отводить масло со стенок цилиндра.

Юбка с разрезом на всю ее длину выполняется цилиндрической а ширину прорези выбирают так, чтобы полностью исключалась возможность захватывания горячего поршня в цилиндре. Рассмотренный метод несколько снижает жесткость поршня и пригоден только для карбюраторных двигателей. Он используется в известном отечественном двигателе ЗИЛ-120, где тепловые зазоры между поршнем и цилиндром составляют 0,08—0,10 мм.

Поршни с полностью разрезанной юбкой устанавливаются в цилиндр так, чтобы разрезанная сторона юбки не нагружалась боковыми силами при рабочем ходе;

2) разрез юбки не на полную ее длину, а в виде Т- и П-образных прорезей (рис. 2, б, в). Такие прорези сочетаются с овальной формой юбки. Величина овала составляет 0,3—0,5 мм, причем большая ось его располагается перпендикулярно к оси поршневого пальца как показано на рис. 2. Вследствие этого юбка соприкасается со стенками цилиндра только в плоскости качания шатуна узкими полосками и при нагреве может свободно расширяться в обе стороны по оси поршневого пальца, увеличивая зону своего контакта с цилиндром.

В поршнях с Т- и П-образными разрезами изолирующие горизонтальные прорези между юбкой и головкой делают с обеих сторон бобышек, поэтому тепловой поток от головки направляется непосредственно на бобышки и не оказывает интенсивного влияния на нагрев стенок юбки в зоне их контакта с цилиндром. Эти виды прорезей придают юбке пружинящие свойства, облегчая этим деформацию ее стенок. Чтобы не допустить появление трещин на концах прорезей в связи с деформацией стенок, их засверливают, как показано на рис. 2.

Поршни с овальной, частично разрезанной юбкой обладают достаточной прочностью и обеспечивают удовлетворительную работу поршневой группы автомобильных двигателей с очень малыми тепловыми зазорами, составляющими в среднем 0,02—0,03 мм. Часто юбке таких поршней придают не только овальную, но и конусную форму, располагая большой диаметр усеченного конуса по нижней кромке юбки. Величина конусности составляет примерно 0,05 мм;

3) компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна (рис. 2, г, д, е). Вставки применяются различной конструкции, но чаще всего они представляют собой пластины инварные или стальные, связывающие стенки юбки с бобышками поршня. Чтобы уменьшить при этом температуру нагрева юбки, последняя с двух сторон бобышек отделяется от головки поперечными изолирующими прорезями.

Инварные вставки, содержащие около 35% никеля, имеют весьма низкий коэффициент линейного расширения (в 10—11 раз меньший, чем у алюминиевых поршневых сплавов). С их помощью зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра практически удается сохранять неизменным как в холодном, так и прогретом состоянии двигателя. Поршни с ииварными вставками обычно имеют развитые- холодильники и свободно расширяются только в направлениях оси поршневого пальца (см. рис. 2, д), не изменяя рассматриваемого зазора.

В настоящее время широко применяют более дешевые вставки из нелегированной стали, которые заливаются в бобышки так, что вместе с тонким слоем основного алюминиевого сплава поршня они образуют биметаллические пары (см. рис. 2, г). Вследствие разности коэффициентов линейного расширения стали и алюминиевого сплава при нагреве таких стенок они деформируются и придают юбке овальную форму, изгибаясь наружу в разные стороны по оси поршневого пальца, т. е. в сторону развитых холодильников. Такие поршни называются «автотермик». Они обладают хорошими эксплуатационными качествами, имеют повышенную прочность и жесткость, поэтому могут использоваться даже в дизелях.

Компенсационные вставки обеспечивают удовлетворительна ю работу поршневой группы с зазорами менее 0,02 мм. Иногда компенсационные вставки выполняются также в виде различных стальных колец, которые заливаются в верхнюю часть юбки, как показано на рис. 2, е.

Чтобы исключить ошибки при установке поршня в цилиндр, на одной из его бобышек отливают метку-надпись «назад», т. е. эта бобышка должна быть расположена со стороны маховика двигателя. Иногда для этой цели используется стрелка-указатель.

Цилиндрическая головка поршня с плоским днищем снабжена тремя канавками под поршневые кольца, причем в нижней канавке сделаны дренажные отверстия, а поперечные изолирующие прорези размещены под этой поршневой канавкой. Юбку поршня изготовляют с овальностью 0,36 мм и конусностью в пределах 0,013— 0,038 мм. По цилиндрам поршни подбираются с зазором 0,012— 0,024 мм.

Правильность подбора зазора проверяется ленточным щупом с размерами 0,05 X 13 мм, который устанавливают под углом 90° к оси поршневого пальца (при снятых поршневых кольцах).

Поршни дизелей работают с большей, чем в карбюраторных двигателях, механической и тепловой напряженностью, поэтому им придают форму, обеспечивающую возможно высокую прочность и жесткость. Они изготовляются сравнительно толстостенными литыми или штампованными (Штампованные или кованые поршни из легких сплавов бывают прочнее соответствующих литых и предпочтительно применяются в форсированных дизелях) со сплошной юбкой, т. е. с юбкой, не имеющей разрезов, прерывающих тепловые потоки и облегчающих деформацию стенок. Вследствие этого юбка всегда имеет повышенную температуру нагрева, что вынуждает устанавливать поршни в цилиндры с довольно большими зазорами. Для уменьшения этих зазоров юбку выполняют овальной или овально-конусной конструкции. В отдельных случаях днище и стенки головки поршня для уменьшения их нагрева дополнительно охлаждают струйкой масла, которое через форсунку, расположенную в головке шатуна, подастся на внутренние стенки головки.

Следовательно, поршни из легких сплавов с перазрезной (сплошной) юбкой, хотя и обладают повышенной прочностью и жесткостью, но обеспечивают удовлетворительную работу поршневой группы с зазорами, в 5—10 раз превышающими зазоры, которые в сопоставимых условиях допускаются для овально-конусных юбок с компенсационными прорезями и вставками.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *