Подробно о поршнях!
Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения 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.
Строение
Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции
днище
уплотняющая часть
направляющая часть (юбка)
Для передачи усилия от поршня (или наоборот) может использоваться шток, либо кривошип, который соединяется с поршнем с помощью пальца. Другие способы передачи усилия используются реже. В некоторых случаях шток может играть роль направляющего устройства, в этом случае юбка не нужна.
Поршень может быть односторонним или двухсторонним. В последнем случае поршень имеет два днища.
Днище
Форма днища зависит от выполняемой поршнем функции. К примеру, в двигателях внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов, конструкции двигателя и других факторов. При вогнутой форме днища образуется наиболее рациональная камера сгорания, но в ней более интенсивно происходит отложение нагара. При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры сгорания. В некоторых двухтактных двигателях днище поршня выполняется в виде выступа-отражателя для направленного движения продуктов сгорания при продувке. Расстояние от днища поршня до канавки первого компрессионного кольца называют огневым поясом поршня. В зависимости от материала, из которого сделан поршень, огневой пояс имеет минимально допустимую высоту, уменьшение которой может привести к прогару поршня вдоль наружной стенки, а также разрушению посадочного места верхнего компрессионного кольца.
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.
Уплотняющая часть
Днище и уплотняющая часть образуют головку поршня. В уплотняющей части поршня располагаются компрессионные и маслосъёмные кольца. В некоторых конструкциях поршней из алюминиевых сплавов в его головку залит ободок из коррозионностойкого чугуна (нирезиста), в котором прорезана канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца. Нирезистовую вставку под верхнее поршневое кольцо имеют, в частности, поршни двигателей, выпускаемых ТМЗ (Тутаевский моторный завод). Благодаря этому значительно увеличивается износостойкость поршня. Кольцевые каналы для маслосъемных колец выполняются со сквозными отверстиями, через которые масло, снятое с зеркала цилиндра, поступает внутрь поршня и стекает в поддон картера двигателя.
Направляющая часть
Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Так как масса поршня у приливов оказывается большей, чем в других частях юбки, температурные деформации при нагреве в плоскости бобышек также будут наибольшими. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.
Как называется наружная поверхность направляющей части поршня
Устройство кривошипно-шатунного механизма двигателя
Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала и маховика.
Поршень с кольцами и пальцем образует поршневую группу, шатун с подшипниками — шатунную группу.
Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с некоторым зазором.
При рабочем ходе поршень воспринимает давление газов днищем. При других ходах поршень осуществляет вспомогательные такты.
Верхняя усиленная часть поршня, на которую воздействует давление газов, называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой.
Приливы в стенках юбки, служащие для установки поршневого пальца, называются бобышками.
Поршни карбюраторных двигателей изготавливают из высококремнистых алюминиевых сплавов. Поршни из алюминия обладают небольшой массой, вследствие чего уменьшаются силы инерции, а следовательно, и нагрузки на детали двигателя при его работе. Кроме того, поршни из алюминия обладают лучшей теплопроводностью по сравнению с деталями, изготовленными из чугуна или стали, поэтому они меньше нагреваются при работе и способствуют снижению температуры рабочей смеси. В результате этого появляется возможность повысить степень сжатия двигателя без опасения, что возникнет детонационное сгорание топлива.
В головке поршня на боковой наружной поверхности имеются канавки для установки поршневых колец.
Юбка поршня имеет более тонкие стенки, чем его головка. В ее средней части расположены приливы — бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.
Под бобышками нижней части юбки иногда делают вырезы для прохода противовесов коленчатого вала при работе двигателя. Эти вырезы также снижают массу поршня.
Для того чтобы при нагревании поршень мог расширяться без заедания в цилиндре, между юбкой поршня и стенками цилиндра должен быть зазор (от 0,01 до 0,13 мм).
Алюминий расширяется при нагревании значительно больше, чем чугун. Чтобы в холодном двигателе зазор между поршнем и цилиндром не был чрезмерно большим, что может вызвать стук поршня и утечку газов из цилиндра, в алюминиевых поршнях сечение юбки имеет не круглую , а овальную форму. С этой же целью на юбке делают несквозной (не доходящий до нижнего края юбки) разрез П- или Т-образной формы , препятствующий переходу теплоты от головки к юбке.
При установке поршня на двигатель разрез на юбке должен быть обращен в левую сторону, так как поршень прижимается к ней с меньшей силой.
Поршни изготавливают ступенчатыми или конусными, так как зазор вверху между стенкой цилиндра и головкой поршня должен быть больше, чем внизу, вследствие большего нагревания головки.
Чтобы при нагревании поршни меньше расширялись, а также для повышения их прочности, в тело поршня двигателей некоторых марок при литье заделывают пластинки из специальной малорасширяющейся стали.
Для улучшения приработки поршней в цилиндрах и уменьшения износа на юбку наносят специальные покрытия.
Обычно трущуюся поверхность юбки покрывают электролитическим способом тонким слоем олова (толщиной 0,004 . 0,006 мм).
Для лучшего уравновешивания двигателя к нему подбирают поршни одинаковой массы. С этой целью на днище поршня кроме указания группы по размеру выбивают соответствующую метку группы по массе.
Разница массы поршней, подбираемых для одного двигателя, не должна превыш ать для двигателей разных марок 2 . 8 г.
Для обеспечения правильной установки поршней в двигателе при сборке на днище поршня делают специальную метку, которая должна быть обращена в соответствующую сторону (обычно к передней части двигателя).
В дизелях применяют поршни из высококремнистого алюминиевого сплава с неразрезанной юбкой, имеющей большую жесткость.
Так как в дизелях боковая сила, прижимающая порш ень к стенке цилиндра, достигает значительной величины, то для получения нормального удельного давления между цилиндром и поршнем юбку делают большей длины.
На дизеле, как правило, в днище поршня располагается камера сгорания специальной формы.
Поршневые кольца, устанавливаемые на поршне, могут быть двух видов: компрессионные и маслосъемные.
Компрессионные кольца уплотняют поршень в цилиндре и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и стенкой цилиндра.
Маслосъемные кольца снимают излишки масла со стенок цилиндров, препятствуя проникновению его в камеру сгорания.
Компрессионные кольца (две-три штуки) устанавливают в верхние канавки на головке поршня.
Маслосъемные кольца (одно-два) располагают под компрессионными кольцами на головке или одно кольцо размещают внизу на юбке.
Компрессионные кольца изготавливают из чугуна в виде индивидуальных отливок и обрабатывают резанием, торцовую поверхность колец шлифуют. На кольце делают прямой вырез — замок, позволяющий кольцу пружинить.
Кольцо плотно (с зазором 0,02 . 0,08 мм) подгоняют по высоте к канавке поршня, и в свободном состоянии оно имеет диаметр, несколько больший диаметра цилиндра.
При установке в цилиндр поршень вместе с кольцом предварительно сжимают, а затем кольцо вследствие упругости плотно прилегает к стенке цилиндра, обеспечивая хорошее уплотнение поршня.
Для того чтобы кольцо, установленное в поршень, могло свободно расширяться при нагревании, в его замке должен быть зазор 0,2 . 0,4 мм.
Для увеличения плотности прилегания кольца к стенке цилиндра его изготавливают таким , что в свободном состоянии форма кольца отклоняется от окружности, вследствие чего при его сжатии и установке в цилиндр обеспечивается наиболее выгодное распределение давления кольца на стенку цилиндра по всей окружности (кольца с корректированным давлением).
Для улучшения приработки и повышения износоустойчивости на поверхность трения колец наносят специальные покрытия.
Верхнее компрессионное кольцо, работающее в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают пористым хромом (общая толщина покрытия 0,10 . 0,15 мм, толщина слоя пористого хрома 0,04 . 0,06 мм). Хромированная поверхность износоустойчива, а пористый слой хрома хорошо удерживает смазку, что значительно повышает износоустойчивость кольца и улучшает условия работы колец, расположенных ниже.
Остальные кольца для улучшения прирабатываемости обычно подвергают электролитическому лужению (толщина слоя олова 0,005 . 0,01 мм).
Маслосъемные кольца, также изготавливаемые из чугуна, обычно имеют проточку на наружной поверхности и сквозные прорези.
Маслосъемные кольца устанавливают в канавки с отверстиями в стенке поршня.
При движении поршня маслосъемное кольцо снимает излишнее масло со стенок цилиндра, которое через прорези и отверстия в поршне отводится в картер.
Кроме чугунных маслосъемных колец с прорезями применяют также стальные составные маслосъемные кольца, представляющие собой два стальных плоских кольца (диска), между которыми установлен осевой расширитель, прижимающий их к стенкам канавки. Для прижатия колец к стенке цилиндра под ним в канавке установлен радиальный расширитель. Оба расширителя имеют вид стальных гофрированных пружинящих колец.
Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном.
Палец, представляющий собой короткую стальную трубку, проходит через верхнюю головку ш атуна и с обеих сторон закреплен в бобышках поршня.
При работе двигателя на палец действуют силы , стремящиеся его изогнуть, поверхность пальца подвергается изнашиванию в верхней головке шатуна и бобышках поршня.
Для того чтобы при работе двигателя палец не мог выйти из поршня и повредить стенки цилиндра, его закрепляют по бокам двумя пружинящими стопорными кольцами, установленными в канавках бобышек поршня.
На двигателях широко применяют пальцы плавающего типа. Такой палец может проворачиваться и в бобышках поршня, и в верхней головке шатуна.
Головка шатуна в этом случае снабжается бронзовой втулкой.
У плавающего пальца вся поверхность рабочая, поэтому он меньше изнашивается, а также уменьшается возможность его заедания.
Алюминиевый сплав при нагревании расширяется больше, чем сталь, поэтому во избежание появления большого зазора и стука в прогретом двигателе палец в бобышках холодного алюминиевого поршня устанавливают обычно с натягом, для чего диаметр отверстия в бобышках поршня делают несколько меньше диаметра пальца.
Перед установкой пальца при сборке шатуна с алюминиевым поршнем последний предварительно нагревают (обычно в воде или масле) до температуры 60 . 100 ° С.
Ось пальца в бобышках поршня в двигателях всех марок незначительно смещена относительно оси цилиндра (на 1,5 . 2 мм) в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому при переходе поршнем ВМТ несколько уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.
Шатун передает усилие от поршня на коленчатый вал и вместе с валом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала.
Основными элементами ш атуна являются стержень, верхняя и нижняя головки.
Шатун изготавливают из углеродистой или специальной стали путем штамповки нагретых заготовок, после чего его подвергают обработке резанием и термической обработке (закалке и отпуску).
Стержень шатуна для увеличения прочности имеет двутавровое сечение.
При принудительной смазке поршневого пальца в стержне шатуна сверлят специальный канал. Верхняя головка шатуна предназначена для установки поршневого пальца, соединяющего шатун с поршнем.
При плавающем пальце головку изготавливают цельной и в нее запрессовывают одну или две бронзовые втулки.
Для смазывания трущейся поверхности в головке и втулках сделаны отверстия.
Нижняя головка шатуна служит для соединения его с шатунной шейкой коленчатого вала. Для возможности сборки с валом нижнюю головку шатуна делают разъемной.
У карбюраторных двигателей разъем головки сделан, как правило, под углом 90° к оси шатуна.
У двигателей некоторых марок в стенке верхней головки шатуна сбоку просверлено специальное отверстие для впрыска масла на стенки цилиндра.
Крышку крепят к шатуну двумя шатунными болтами, изготовленными из специальной стали и термически обработанными. Болты имеют шлифованные пояса и точно подогнаны к отверстиям в шатуне и крышке, что обеспечивает высокую точность соединения крышки с шатуном и точность формы подшипника при закреплении крышки.
Чтобы избежать ослабления крепления, гайки шатунных болтов надежно стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Применяют также самоконтрящиеся гайки с мелкой резьбой.
Отверстие в нижней головке шатуна обрабатывают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов невзаимозаменяемы и имеют установочные метки.
Для уменьшения трения в соединении и износа шейки коленчатого вала в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, выполненный в виде двух тонкостенных взаимозаменяемых вкладышей.
Вкладыши, внутренняя сторона которых очень точно подогнана по шейкам вала, плотно охватывают шейки по всей поверхности.
Вкладыши изготавливают из стальной ленты, на которую путем раскатки наносят тонкий слой сплава на алюминиевой основе.
В дизелях шатуны делают особенно прочными и жесткими, так как они передают значительно большие усилия, чем шатуны в карбюраторных двигателях. Для того чтобы шатун с нижней головкой увеличенных размеров можно было вынуть через цилиндр, на головке в дизелях ЯМЗ делают косой разъем с ребристыми поверхностями (елочные шлицы), что разгружает шатунные болты от возникающего на крышке бокового усилия.
Для достижения уравновешенности двигателя шатуны (так же, как и поршневую группу для данного двигателя) подбирают близкими по массе и с соответствующим распределением массы между нижней и верхней головками.
У карбюраторных двигателей разных марок допускаемая разница массы шатунов составляет 6. 8 г.
Чтобы правильно собрать шатун с поршнем и установить его в двигателе в нужном положении, на шатуне делают соответствующие метки. На нижней головке шатуна и на крышке обычно выбивают порядковый номер шатуна.
Устройство поршня
Поршень является основной деталью поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поршень служит для восприятия и преобразования энергии сжатого газа в энергию поступательного движения. Поршень, как правило, имеет цилиндрическую форму. Во врем я работы двигател я поршень совершает возвратно поступательное движение внутри цилиндра.
Основные функции поршн я :
- Воспринимает давление газов и передает возникающее усилие на шатун — коленчатый вал;
- Создает герметизацию камеры сгорани я ;
- Отводит лишнее тепло от камеры сгорания.
Поршень двигателя состоит из трех основных частей:
Днище поршня (воспринимает газовые силы и тепловую нагрузку);
В обиходе автомобилистов часто встречается такое название, как головка поршня. Головкой поршня называют днище поршня с его уплотняющей частью.
Днище поршня
Основная рабочая поверхность детали, которая вместе со стенками гильзы цилиндров и головкой блока формирует камеру сгорания, в которой и происходит сгорание горючей смеси. Днище поршня может иметь различную конструкцию в зависимости от типа и особенностей двигателя.
Виды поршней
В двухтактных двигателях применяются поршни со сферической формой днища, что приводит к повышению эффективности наполнения камеры сгорания горючей смесью и улучшает отвод отработанных газов.
В четырехтактных бензиновых двигателях днище имеет плоскую или вогнутую форму. Углубления – выемки служат для улучшения смесеобразования и уменьшают вероятность столкновения поршня с клапаном.
В дизельных моторах углубления в днище более габаритные и имеют различные формы. Такие выемки называют поршневой камерой сгорания. В процессе работы в поршневых камерах сгорания создаются завихрения, которые способствуют улучшению качества смешивания топлива с воздухом.
Уплотняющая часть поршня
Уплотняющая часть поршня предназначена для установки компрессионных и маслосъемных колец, которые предназначены для устранения зазора между поршнем и стенкой гильзы цилиндров.
Уплотняющая часть представл яет собой проточки (канавки) в цилиндрической поверхности поршня. В двухтактных двигателях в проточки встав ляются специальные вставки, в которые упираются замки колец, благодар я которым кольца не прокручиваютс я .
Число канавок, на уплотняющей части поршн я , соответствует количеству поршневых колец. Чаще всего примен я етс я конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным. В канавке под маслосъемное кольцо имеютс я специальные отверстия для стека масла, которое снимается маслосъемным кольцом со стенки гильзы цилиндра.
Юбка поршн я
Юбка я в л я етс я направл я ющей поршня, обеспечива ет только возвратно-поступательное движение детали.