Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Днище поршня

На днище поршня в точке 15 прежде делали технологическую центровку и предусматривали для нее специальный прилив снизу. В настоящее время внешний выступ с центровкой срезают при обработке или же поршень 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 (рис. 2.15,6). Для этих же целей бобышки снабжают приливами 16 и технологическими отверстиями 19 (рис. 2.15, в). При отсутствии буртика 6 поршни»подгоняют по массе за счет снятия металла с торцов 17 приливов 16 на бобышках.
Являясь базовой деталью поршневой группы и наиболее напряженным элементом кривошипно-шатунного механизма, поршень должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью, износостойкостью и при этом иметь возможно малую массу. С учетом этого выбирают и конструкцию, и материал поршней. Для двигателей автотракторного типа поршни изготовляют из алюминиевых сплавов и чугуна, но применяют иногда 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 большую плотность (7,3 г/см3), что приводит к переутяжелению изготовленных из него поршней. Чугун имеет также низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 400°С.
Подавляющее большинство быстроходных бензиновых двигателей и дизелей автотракторного типа снабжают поршнями из алюминиевых сплавов. Основу их составляет алюминий, сплавленный с медью (6—12%) или кремнием (до 23%). Большим достоинством алюминиевых поршневых сплавов является то, что они примерно в 2,6 раза легче чугуна, обладают^ 3—4 раза большей теплопроводностью н хорошими антифрикционными свойствами. Благодаря этому изготовленные из этих сплавов так называемые алюминиевые поршни примерно на 30% легче чугунных, хотя стенки их по соображениям прочности делаются толще последних. Нагрев днища алюминиевых поршней обычно не превышает 300°С, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет несколько увеличивать степень сжатия бензиновых двигателей при работе на данном сорте топлива. Поэтому мощностные и экономические показатели двигателей при переходе на алюминиевые поршни улучшаются.
Недостатками алюминиевых поршневых сплавов являются: большой коэффициент линейного расширения (в 1,6—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 чугунных) и сравнительно малая износостойкость. Однако современные методы производства и конструирования алюминиевых поршней позволяют широко использовать алюминиевые сплавы для поршней автомобильных и тракторных двигателей. Опыт показывает, что правильно сконструированные алюминиевые поршни могут работать с очень малыми зазорами, не вызывая стука даже в холодном состоянии. В практике дви-гателестроения достигают этого несколькими дополняющими друг друга мероприятиями.
1. Использование цилиндрической юбки и косого разреза ее по всей длине (рис. 2.16, а) не, оставляет следа на стенках цилиндра и позволяет сближаться стенкам юбки при их нагреве. (Этот способ широко применяли прежде.)
2.            Разрез юбки в виде Т- или П-образных прорезей (рис. 2.16. 6} в сочетании с овальной формой юбки. Разность осей овала составляет 0,3—0,5 мм, причем большую ось его располагают перпендикулярно оси поршневого пальца, как показано на рис. 2.16, поэтому юбка соприкасается со стенками лилиндра только в плоскости качания шатуна узкими полосками и при нагреве может свободна расширяться в обе стороны по оси поршневого пальца, увеличивая зону своего контакта с цилиндром.
Юбке таких поршней придают не только овальную, но и конусную форму, располагая большой диаметр усеченного конуса по» нижней кромке юбки с разницей в диаметрах, равной 0,05 мм. Они удовлетворительно работают с очень малыми тепловыми зазорами, составляющими в среднем 0,02—0,03 мм. Однако для дизелей и вообще форсированных двигателей такие поршни не применяют.
3.            Компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна (рис. 2.16, г, д), представляют собой инварные (2) или стальные (i) пластины, залитые-основным металлом и связывающие стенки юбки с бобышками поршня. Чтобы уменьшить при этом нагрев юбки, последнюю с двух сторон бобышек отделяют от головки поперечными изолирующими прорезями.
Инварные вставки (сталь, содержащая около 35% никеля) имеют весьма низкий коэффициент линейного расширения. С их помощью зазор между юбкой поршня и стенками цилиндра практически удается сохранять неизменным как в холодном, так и прогретом состоянии двигателя. Поршни с инварными вставками обычно имеют развитые холодильники и свободно расширяются только в направлениях оси поршневого пальца (рис. 2.16, д), сохраняя практически величину исходного зазора. Широко применяют и более дешевые ©ставки из нелегированной стали, которые заливают в бобышки так, что вместе с тонким слоем основного алюминиевого сплава поршня они образуют биметаллические пары (рис. 2.16,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. Такие поршни имеют повышенную прочность и жесткость, поэтому их можно использовать в дизелях.
Иногда компенсационные вставки выполняют в виде различных стальных колец, которые заливают в верхнюю часть юбки, как показано на рис. 2.16, е.
4.            Конусные и овально-конусные неразрезные юбки обладают повышенной прочностью и жесткостью, поэтому их применяют для поршней тракторных и автомобильных дизелей. Однако тепловые зазоры при этом в сравнении, например, с разрезными конструк-
циями юбок приходится увеличивать в 5—10 раз. А это порождает шум и неприемлемо для двигателей легковых автомобилей.
5. Овально-бочкообразные "Профили юбок строят с учетом температурного состояния и нагруженности элементов поршня. На рис. 2.16, е дан пример рассматриваемого профиля для двух взаимно перпендикулярных плоскостей тракторного поршня (в плоскостях кэчания шатуна и оси поршневого пальца).
Овально-бочкообразные профили позволяют работать с малыми тепловыми зазорами, способствуют более правильному распреде- ч лению масла в зонах соприкосновения поршня со стенками цилиндра, а также исключают контакт с ними верхней и нижней кромок поршня в момент его перекладок от одной стенки к другой при-изменении им направления движения. В современных двигателях внутреннего сгорания такие поршни находят исключительно широкое применение.
6. Охлаждение поршней в двигателях автомобилей и тракторов * осуществляют маслом из системы смазки. При струйном охлаждении маслом омывают внутреннюю поверхность днища поршня с помощью форсунок. Последние размещают или .ка верхней головке . шатуна (см. рис. 2.25), а масло подводят по сверлению в стержне
шатуна, или через неподвижные форсунки, расположенные в зоне н.м.т. поршня.
В настоящее время широко применяют более эффективный способ охлаждения поршня путем подачи масла в специальную кольцевую полость в его головке. Масло в нее вводят по вертикальному каналу конусной формы (рис. 2.17, б, а), в который входит сопло неподвижной форсунки при нахождении поршня в н.м.т., а удаляют через аналогичный канал на противоположной стороне юбки (рис. 2.17, 6). Применение полостного охлаждения головки поршня позволяет на 60°С и более понижать температуру горячих ее точек и соответственно уменьшать тепловой поток в сторону юбки. Но отливка поршня осложняется необходимостью применения специального с-олевого стержня и последующего его вымывания.
7. Поршни современных автомобильных и тракторных двигателей, как правило, покрывают (электролитическим способом) тонким слоем олова (около 0,005 мм). Это во всех случаях улучшает приработку их к стенкам цилиндров и предохраняет от возможных задиров в начальной стадии работы, так как в случае местного перегрева олово плавится и выступает как смазка.
В качестве типичных для отечественных двигателей на рис. 2.17 показаны поршни бензиновых двигателей грузового автомобиля ЗИЛ-130, а также дизелей тяжелых грузовиков КамАЗ и форсированного тракторного дизеля.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.