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

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ КОЛЕЦ

Для повышения износостойкости компрессионных и маслосъемных колец применяют специальные покрытия, наносимые на рабочие поверхности, пористое хромирование, а также напыление карбидохромомолибденового слоя. Слой молибдена способствует повышению противозадирных свойств кольца.
Наиболее быстрое изнашивание поршневых колец происходит в зоне замка. Для повышения срока службы кольца делают с неравномерным давлением по окружности. Формы эпюр давления различны, однако максимум давления приходится на область замка.
Материал поршневых колец должен обладать достаточной прочностью при высоких температурах, износостойкостью, малым коэффициентом трения при движении по стенкам цилиндра в условиях высокой температуры и недостаточного количества масла.
Основным материалом для колец является серый перлитный хромотитаномеднистый чугун, легированный молибденом и ванадием. Кроме того, для первых колец форсированных дизелей применяют высокопрочный чугун с глобулярным графитом, а также стали 45, 50Г, Х12М, 65Г, У8А в виде стальной пружинной ленты (табл. 16).
Хром, обладая высокой температурой плавления при ограниченном количестве масла, менее склонен к схватыванию с металлом цилиндра.
Расчет теплового и напряженно-деформированного состояния кольца
Если пренебречь влиянием замка на тепловое состояние кольца, то задачу расчета поля температур последнего можно рассмотреть в первом приближении как осесимметричную (рис. 112) и свести ее к решению уравнения вида (177) при соответствующих граничных условиях. Температуру в любой точке кольца определяют, как и для днища поршня, по формулам
Постоянные интегрирования сх и с2 в уравнении (217) определяют из граничных условий вида (13) на боковых поверхностях кольца.
На рис. 112 в качестве примера даны температуры в чугунном кольце, рассчитанные по уравнению (217), ниже-значения основных величин, определенных по формулам (17), (18) и необходимых при расчете температурного поля кольца: со = 0,792; « = 0,875; Vx = 130 Вт/(м °С); V2 = 0,264 Вт/°С, /х = = 2,91 • 109 Вт/м3; /2 = 10,95• 10б Вт/(м3 • °С); и = 265°С; с, = = — 8,64 -10" 9 °С; с2= — 8,77-10" 9 °С; Тх = (- 1,8-104 + + 64,58Г0)°С/м; Т2 = (22,37-106 1 8,39 • 104То)°С/м2.
При работе кольцо испытывает напряжения изгиба, возникающие в результате действия сил давления от стенок цилиндра, направленных радиально к центру кольца; наружные волокна кольца растянуты, а внутренние сжаты. Применяемый обычно расчет включает выбор и определение параметров, характеризующих прочность и износ колец: радиального давления р, напряжения сгн при надевании его на поршень (рис. 113, а) и стр в кольце при его работе.
Рассмотрим расчет, нередко применяемый в практике, основанный на допущении постоянства давления р по всей окружности кольца. Установим зависимость между давлением и наибольшим напряжением в кольце в его рабочем состоянии (рис. 113, в):
сила, изгибающая кольцо,
напряжение изгиба (растяжения) кольца в рабочем состоянии
Следовательно, ср не зависит от величины t. При заданной величине ор для повышения давления р целесообразно увеличить толщину / кольца (аналогичный эффект получится от уменьшения диаметра цилиндра).
Наибольшими напряжениями являются напряжения при надевании кольца на поршень, так как процесс надевания длится недолго и протекает при нормальной температуре. В рабочем же состоянии кольцо находится продолжительное время, при этом оно нагревается, а также подвергается действию сил от давления газов, сил инерции и трения, не учитываемых расчетом.
Обозначим радиус кривизны среднего волокна кольца в свободном состоянии через р (рис. 113). При деформации кольца радиус кривизны изменяется от величины. Подлежат только компрессионные кольца, так как они работают в более тяжелых условиях, чем маслосъемные.
Оценивая отношение 1/D и стн, определяют ст по уравнению (222). После этого, подставляя ар в уравнение (218), определяют р, значение которого должно быть в требуемых пределах (табл. 17).
При прочих равных условиях для двигателей с малыми диаметрами цилиндров выбирают большие значения //£>.
Длина выреза в свободном состоянии А = (2,5—4,0)/ (рис. 113,6).
Зазор в замке кольца, вставленного в цилиндр, во избежание заедания в случае повышения температуры следует брать

 

ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОРШНЕВЫХ КОЛЬЦАХ И ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНКУ ЦИЛИНДРА, МПа
Продолжительность работы транспортного двигателя до первой переборки определяется сроком службы поршневых колец.
равным (0,0015-0,004) D; большие цифры относятся к малооборотным двигателям.
Зазор по высоте колец для стационарных и судовых двигателей ориентировочно равен (0,01-0,03) г или несколько больше.
Средние значения зазоров по высоте колец (в мм) для двигателей:
стационарных, судовых и тепловозных......0,05-0,3
легких дизелей большой мощности........0,03-0,25
автомобильных и тракторных..........0,02-0,15
Для двухтактных двигателей из-за односторонней нагрузки зазор может быть большим, чем для четырехтактных.
Как показали исследования и опыт эксплуатации быстроходных двигателей, после определенного срока работы между кольцом и цилиндром, в первую очередь около замка, радиальное давление падает, появляются просветы и пропуск газов. Особенно это относится к двигателям с цилиндрами малых размеров. В этих двигателях срок службы колец до появления указанных просветов наиболее короткий.
Одним из средств повышения срока службы кольца является увеличение толщины / до (1/18-1/20) D (давление повышается до 0,5-0,6 МПа и более), применение расширителей, обеспечивающих большой запас давления по окружности кольца.
В настоящее время применяют кольца с плавным изменением давления по окружности кольца, устанавливаемым экспериментально. Подобные эпюры могут быть получены в результате использования специальных методов обработки и расчета. Износостойкость чугунных колец зависит от соотношения толщин кольца и стенки цилиндра и применяемого материала.
Наиболее распространенной является индивидуальная отливка колец. Форма отливаемого кольца может быть круглой или некруглой, соответствующей форме кольца в свободном состоянии. В первом случае при обработке сохраняют форму отливки. После обработки делают разрез замка, в который вставляют распорку, и разжатое кольцо затем нагревают при температуре 600-700°С в течение 1-2 ч. После остывания кольцо остается разжатым (в свободном состоянии). Во втором случае заготовке предварительно придают форму кольца в свободном состоянии (с припуском на обработку). Между отдельными операциями механической обработки кольцо подвергают термической обработке. Данный способ применяют при массовом производстве колец. Кольца с неравномерным давлением обрабатывают по специальному копиру.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

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

 



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