Призначення, конструкція,матеріал поршнів,поршневих кілець,поршневих пальців та шатунів .Вимоги до них.

Тема:Призначення, конструкція,матеріал поршнів,поршневих кілець,поршневих пальців та шатунів .Вимоги до них.

Поршень з компресійними та маслознімними кільцями, поршневим пальцем і деталями його кріплення складають поршневу групу (рис 1.2.). Поршнева група разом з циліндром і головкою блока циліндрів утворює змінний об'єм, в якому відбуваються робочі цикли. Шатун шарнірно з'єднує поршень з колінчастим валом. При роботі двигуна шатун передає зусилля від поршня до колінчастого вала і, навпаки, від колінчастого вала до поршня, залежно від співвідношення сил, діючих в даний момент від поршня і колінчастого вала.

Поршень – відповідальна деталь двигуна, оскільки за його допомогою здійснюються всі процеси: всмоктування й стиск свіжого повітря або пальної суміші, сприймання тиску газів під час спалаху і згоряння пальної суміші та передача сили через поршневий палець і шатун на колінчастий вал. Виготовляється поршень з алюмінієвого сплаву. Поршень працює у надзвичайно несприятливих умовах: велике ударне навантаження; висока змінна швидкість руху (5… 15 м/с), внаслідок чого виникають значні сили інерції; висока температура (Ю00…2500 °С); утруднені умови мащення та охолодження. Матеріал поршня повинен бути міцним, стійким проти спрацювання, повинен зберігати механічну міцність при високих температурах. Поршні сучасних тракторних дизелів виготовляють з високостійких алюмінієвих сплавів, які добреПоршень складається з днища А (рис. 1.), ущільнювальної частини Б і направляючої – В. У днищі поршня розміщена частина камери згоряння (двигун з роздільною камерою згоряння), або вся камера (двигун з нероздільною камерою).

Типи нерозділені камер згоряння .

а - напівсферична (дизель ВТЗ); б - ЯМЗ і АМЗ; в - ЦНІДІ(Центральний науково-дослідний дизельний інститут); г - «МАН»;

д - «Дойц»; е - «Гессельман»; ж - «Даймлер - Бенц»; δН.З. - надпоршневій зазор.

Камери згоряння, розташовані в днищі поршня, бувають напівсферичні (сферичні), типу ЦНІДІ та тороїдальні. На ущільнювальній і направляючій частинах поршня виконано канавки для поршневих кілець, на бокових стінках виготовлено бобишки з отворами і канавками для встановлення поршневого пальця і стопорних кілець.для його фіксації.

При роботі двигуна днище поршня нагрівається до 200…400 °С, а направляюча частина (юбка) до100…150 °С. Через різницю температур нагрівання поршня і циліндра (останній має примусове охолодження) зазор між ними змінюється – від максимального при пуску холодного двигуна до мінімального при роботі нагрітого з повним навантаженням.

1 – стопорне кільце; 2 – поршневий палець; 3 – бобишка; 4 – канавки для компресійних кілець; 5 – маслознімне кільце: 6 – компресійне кільце; 7 – канавки для маслознімних кілець Для нормальної роботи двигуна між поршнем і циліндром повинен бути мінімальний зазор 0,1. – 0,3 мм. Але при цьому повинен забезпечуватись вільний хід поршня у циліндрі і наявність масляної плівки між ними для зменшення тертя і кращого ущільнення. Щоб усунути заклинювання поршня в циліндрі при роботі двигуна, поршень виконують конусним по висоті, еліптичного перерізу, з нерівномірним розподілом маси металу в стінках. Діаметр днища поршня при цьому менший діаметра юбки. Юбки поршнів різних двигунів бувають циліндричними, конусними, овальними, конусоовальними. Форми юбки, відмінні від циліндричної, передбачають компенсацію її нерівномірного розширення при роботі двигуна.

1. Канавка під перше компресійне кільце

2. Канавка під друге компресійне кільце

3. Межкольцеві перемички

4. Канавка під маслос'емноє кільце

5. Вибірка для зливу масла

6. "Холодильник"

7. Спідниця поршня

8. Бобишка під пальцеве отвір

9. Розвантажувати вибірка

10. Канавка для стопорного кільця

11. Отвір під палець

12. Спідниця поршня

13. Головка поршня

14. Нірезістовая вставка

15. Маслоохолоджувальна порожнина

16. Камера згоряння

17. конусний витіснювач

Поршні комплектують за масою, зовнішнім діаметром юбки і діаметром отвору під поршневий палець. Позначення розмірної і масової групи наносять на днище поршня. Різниця маси поршнів в одному комплекті не повинна перевищувати 7 г. Поршневі кільця призначені для забезпечення щільного рухомого з'єднання між поршнем і гільзою цилідра та відведення частини теплоти від днища поршня до дзеркала гільзи циліндра. За призначенням кільця поділяють на компресійні (ущільнювальні), які встановлюють по 3–4, і маслознімні. Компресійні кільця встановлюють в канавках 4 поршня (Рис. 1.). Маслознімні кільця встановлюють в канавках напрямної частини поршня. Вони знімають з дзеркала циліндра зайве масло і відводять його в картер через отвори Е в кільцях і масловідвідних каналах К в канавках поршня, а масло, яке залишається рівномірно розподіляють по дзеркалу. Маслознімні кільця скребкового типу (Рис. 2.) встановлюються по 2 в одній канавці виточками до юбки поршня, їхня робоча поверхня вкривається шаром хрому. Кільця діють не залежно одне від одного, тому добре припрацьовуються до профілю стінки гільзи і забезпечують роботу двигуна з незначною витратою масла. Основна їх перевага – технологічність виготовлення.

Рис. 2. Конструкція і дія маслознімних кілець:

а – дія кільця при переміщенні поршня вниз; б – дія кільця при переміщенні поршня вгору; в – збірне кільце; 1 – масловідвідний канал; 2 – поршень; 3 – гільза; 4 – кільце коробчатого типу; 5 – канал в поршні; 8 – плоскі стальні кільця; 9 – осьовий розширювач; 10 – радіальний розширювач. Збірні маслознімні кільця краще знімають масло зі стінок циліндра. Вони складаються з двох стальних дискових кілець 8, між якими встановлюють розширювачі – осьовий 9 і радіальний 10. Радіальний розширювач виготовлений із стальної пластини, яка завдяки своїй пружності збільшує тиск кілець на дзеркало.

Поршневий палець призначений для шарнірного з'єднання поршня з шатуном. Оскільки на палець діє значне ударне навантаження, його виготовляють з міцного, твердого і в'язкого матеріалу – маловуглецевої сталі, а його робочу поверхню для забезпечення достатньої твердості цементують, загартовують, а потім шліфують і полірують. Для зменшення маси пальців їх виготовляють порожнистими – у вигляді трубки з товстими стінками. Під час роботи на прогрітому двигуні (температура охолоджувальної рідини понад 85 °С) палець може вільно прокручуватись відносно поршня і шатуна, тому його називають плаваючим. Щоб палець під час роботи двигуна не переміщувався в осьовому напрямку і не пошкоджував при цьому дзеркало гільзи циліндра, його закріплюють. Способи фіксації пальців наведено на рис. 3.

Рис. 3. Конструкція поршневих пальців і способи їх фіксації від осьових переміщень: а, б – за допомогою стопорних кілець: в-за допомогою заглушки; 1 – поршень; 2 – поршневий палець; 3 – стопорне кільце; 4 – алюмінієва заглушка; 5 – шатун Внутрішня поверхня поршневого пальця циліндрична (рис. 3. а, в), або конічно-циліндрична (рис. 3 ., б) для збільшення його жорсткості. Поршневі пальці двотактних двигунів мають перетинку внутрішнього отвору, щоб запобігти прориванню газів із кривошипної камери у випускний канал (ПД 10М), або сталеві заглушки у бобишках для запобігання проникненню масла в продувні вікна циліндра. У сучасних двигунах застосовується спосіб закріплення пальців стопорними кільцями. В отвір втулки верхньої головки шатуна палець встановлюється із зазором, а в бобишки поршня – з натягом. Поршневий палець змащується через отвори в стержні шатуна, прорізи у верхній головці шатуна і масляні канали в бобишках поршня. За величиною зовнішнього діаметра пальці поділяють на розмірні групи, які позначаються фарбою на внутрішній поверхні пальців. При складанні розмірні групи пальців і поршнів повинні співпадати. Відсутність маркування свідчить про єдину розмірну групу. Шатун з'єднує поршень через поршневий палець з шатунною шийкою колінчастого вала. Внаслідок того, що на шатун діють значні зусилля, які розтягують або стискують його стержень, шатуни повинні бути міцними, жорсткими і легкими, їх виготовляють з високоякісної сталі, потім піддають термічній обробці. Шатун складається з верхньої та нижньої головок і стержня. Верхня головка не рознімна. Для зменшення тертя шатуна з поршневим пальцем у верхню головку запресовують підшипник, виготовлений у вигляді бронзової або стальної втулки 6 з шаром бронзи. Змащення поршневого пальця здійснюється завдяки отворам у верхній головці, які вловлюють краплини масла. Стержень шатуна для більшої міцності двотавровий і переходить у нижню та верхню головки. Така конструкція забезпечує необхідну міцність і жорсткість при мінімальній масі. Нижня головка рознімна, оскільки охоплює шатунну шийку колінчастого вала. Площина розняття нижньої головки перпендикулярна до осі симетрії шатуна або розміщена під кутом 45° до вертикальної осі шатуна. Такий розріз дозволяє виймати поршень із шатуном через верхній отвір гільзи циліндра. Площина розняття зубчаста, у вигляді трикутних шліців, які фіксують кришку відносно головки і розвантажують шатунні болти. Між нижньою головкою шатуна і колінчастим валом встановлюється підшипник. Нижні підшипники виготовлені у вигляді тонкостінних сталевих вкладишів, на які нанесено тонкий шар антифрикційного сплаву. Товщина вкладиша становить 2…З мм. їх штампують із сталевої стрічки, на внутрішню поверхню наносять сплави АСМ, АСМТ, АО 20 та інші. Масло до вкладишів надходить по каналах, виконаних в колінчастому валу, коли ті під час його обертання співпадають з отворами вкладишів. За допомогою каналу на внутрішній поверхні масло рівномірно розподіляється по поверхні вкладиша.

Шату́н -деталь, розташована між поршнем і колінчастим валом або кривошипом у кривошипно-шатунних механізмах. Служить для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний (у поршневих двигунах).

Тіло шатуна

Тіло шатуна зазвичай має Н-подібний або двотавровий перетин, який забезпечує максимально можливий опір бічному згинанню за мінімальної масі деталі. Зустрічаються шатуни з круглим, прямокутним та хрестоподібним перерізом стержня. Для подавання оливи до підшипника поршневої головки у стержні шатуна виконаний канал.

Поршнева головка

Поршнева головка являє собою цільну провушину, в яку по посадці з натягом встановлена втулка — підшипник ковзання для обертання поршневого пальця. Втулка виготовляється бронзовою або біметалевою (сталь зі свинцем, оловом). Конструкція поршневої головки визначається розміром поршневого пальця і ​​способом його кріплення. Для зниження маси шатуна і зменшення навантаження на поршневий палець на деяких двигунах використовуються шатуни з трапецієподібною формою поршневої головки.

Кривошипна головка

Нижня головка шатуна може бути цілісною (така конструкція використовується в тому випадку, якщо сам колінчастий вал має розбірну конструкцію) і розбірною із знімною частиною, що має назву — кришка нижньої головки шатуна і приєднується до шатуна болтами. Рідше використовується штифтове або бандажне з'єднання частин кривошипної головки. Роз'єм може бути прямим (перпендикулярний до осі шатуна) або косим (під кутом до осі шатуна). Косий роз'єм застосовується, в основному, на V-подібних двигунах і дозволяє зробити блок циліндрів двигуна компактнішим.

Для протидії поперечним силам стикові поверхні кривошипної головки виконуються профільованими. Розрізняють зубчасте, замкове (прямокутні виступи) з'єднання та спліт-роз'єм, отриманий способом контрольованого розколювання.

Товщина кривошипної головки визначає довжину блока циліндрів. Особливо це актуально для V- і W-подібних двигунів. Наприклад, товщина нижньої головки шатуна двигуна W12 від Audi становить лише 13 мм.

Всередині головки розташовуються вкладиші вальниць ковзання, виконані на сталевій основі із нанесенням шару антифрикційного матеріалу.

Опрацюйте теорію та дайте відповіді на питання.

1.Які деталі входять до поршневої групи двигуна?

2.З яких матеріалів виготовляють поршні автотракторних двигунів?

3.З яких матеріалів виготовляють поршневі пальці автотракторних двигунів?

4.Як класифікують поршневі кільця за їх функціональним призначенням?

5.Що називають юбкой поршня?

6.Які є конфігурації юбокі поршня?

7.Як встановлюють пошневий палець ?

8.Яку роль виконує шатун в двигуні?