Чем ограничено осевое перемещение поршневого пальца
Перейти к содержимому

Чем ограничено осевое перемещение поршневого пальца

  • автор:

Поршневые пальцы

Поршневые пальцы
Имеется два типа поршневых пальцев, в зависимости от способа фиксации их в требуемом положении. Чтобы обеспечить прочность, которая могла бы противостоять высоким нагрузкам, вызываемым давлением газа на поверхность поршня, а также обеспечить износостойкую поверхность, они изготавливаются из стали, обычно с добавлением 3-4 процентов никеля, для увеличения твердости, и подвергаются закалке, чтобы получить износостойкую поверхность. Концы закаленного пальца не должны касаться стенки цилиндра — в противном случае на поверхности цилиндра вскоре появятся борозды.
Имеются два следующих типа поршневых пальцев:
1. Полуплавающий поршневой палец
Он надежно фиксируется в поршне или в шатуне, обычно в последнем. Хотя одно время обычной практикой была фиксация поршневого пальца в поршне с помощь винтов, вкручиваемых в одну из бобышек поршневого пальца; эта практика была отвергнута, взамен чего его стали обычно фиксировать в шатуне. Перемещение ограничивается величиной колебания пальца в поршне.
2. Полностью плавающий поршневой палец
Поршневой палец такого типа может свободно вращаться как в поршне, так и в шатуне и обычно используется в таких двигателях, нагрузки в которых особенно велики. Палец более короткий, чем диаметр цилиндра, и его контакт с цилиндром предотвращается одним из способов, изображенных на рис. 7.10. Способ (а) заключается в применении стального пружинного кольца, называемого стопорным кольцом, которое устанавливается в канавку внутри отверстия поршневого пальца после его установки — по одному стопорному кольцу на каждом конце пальца.

Это стопорное кольцо иногда изготавливается из стальной проволоки круглого сечения и может быть загнуто на концах, как изображено на части рисунка (b), чтобы обеспечить более легкий захват плоскогубцами с заостренными концами при снятии и установке. Некоторые стопорные кольца не имеют загнутых концов: в этом случае концы поршневого пальца имеют небольшие выемки, как изображено на (а) (это помогает предотвратить выталкивание стопорного кольца наружу), а в поршне вырезаны небольшие канавки, чтобы можно было вставить заостренный инструмент позади стопорного кольца для его извлечения. Другой тип часто используемого стопорного кольца называется пружинным кольцом Зегера (с), штампованное из листовой пружинной стали. Для установки и снятия стопорных колец этого типа применяются специальные съемники.
Поршневые пальцы обычно изготавливаются трубчатыми, чтобы уменьшить их массу, и если это так, альтернативным методом предотвращения царапания цилиндра является установка подушек грибообразной формы из мягкого металла, например алюминия или латуни. «Ножка» гриба запрессовывается в отверстие поршневого пальца. Этот способ редко применяется в современных двигателях.
Сдвиг поршневого пальца
Наличие зазора между сплошной юбкой поршня, изготовленного из сплава, и стенкой цилиндра приводит к стуку поршня, когда двигатель холодный. Этот шум может быть уменьшен, если сдвинуть ось поршневого пальца к стороне максимального упора поршня (рис. 7.11).

В положении верхней мертвой точки небольшой наклон облегчает передачу давления поршня от одной стороны цилиндра к другой. Поскольку сдвиг составляет приблизительно 0,0125d, где d — диаметр поршня, при установке поршня следует всегда обращать внимание на метку «front» («передняя сторона»).
Установка поршневого пальца
Поршневой палец обычно изготавливается так, чтобы обеспечить его плотную посадку в поршне в холодном состоянии: эта посадка становится более слабой, когда поршень нагревается до нормальной рабочей температуры.
Не следует применять силу при извлечении поршневого пальца, установленного с натягом, если только вы не уверены полностью в том, что прилагаемое к шатуну усилие не погнет его. Если это возможно, нагрейте поршень в горячей воде или в масле, если поршень не может быть погружен в воду, вы можете обернуть его тряпками, смоченными в горячей воде, после этого поршневой палец можно будет легко извлечь, без риска его повреждения.
В последнее время стала применяться посадка с натягом поршневого пальца в верхней головке шатуна. В результате получается полуплавающий поршневой палец, который благодаря посадке с натягом удерживается на своем месте.

2.2 Поршни. Поршневые кольца и пальцы

Поршни воспринимают и передают на шатун усилие, возникающее от давления газов, а также обеспечивают протекание всех тактов рабочего цикла. Они подвергаются действию высоких температур, давлений, инерционных сил и движутся со значительными скоростями внутри цилиндра. В соответствии с условиями работы материал поршня должен обладать высокими механическими свойствами (прочностью, износостойкостью, быть легким, хорошо отводить тепло). Поэтому в современных двигателях поршни отливают из легкого, но достаточно прочного алюминиевого сплава (рис.6).

1 – буртик; 2 – верхний поясок; 3 – нижний поясок; 4 – резиновое

уплотнение; 5 – охлаждающее ребро; 6 – уплотнительная прокладка;

Рисунок 5. Цилиндры двигателя с жидкостным охлаждением (а)

а – поршень дизельного двигателя; б – кольца; в – поршневой палец.

1 – маслосбрасывающая кромка; 2 – канавка для маслосъемочного кольца; 3 – канавка для стопорного кольца; 4 – отверстие для подвода масла к пальцу; 5 – канавки для компрессионных колец; 6 – камера сгорания в поршне.

Рисунок 6. Поршень и поршневой палец.

Поршень имеет вид повернутого стакана.

Поршень состоит (рис.6а) из днища А, головки Б или уплотняющей части и направляющей части В, называемой юбкой. Днище поршня дизеля делают фасонной формы с выемкой, которая зависит от способа смесеобразования и расположения клапанов и форсунок.

На внешней поверхности головки и юбке проточены канавки 5 и 2 компрессионных и маслосъемных колец.

На внутренней стороне юбки имеются два прилива – бобышки Г, в отверстия которых устанавливают поршневой палец.

По наружному диаметру поршни тракторных двигателей, как и гильзы, распределяют на три размерные группы Б, С и М.

Поршневые пальцы делают пустотелыми из стали. От осевого перемещения палец удерживается стопорными кольцами (8). Палец в (рис.6в) соединяет поршень с шатуном.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные (рис. 6а).

Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер. Кольца изготовляют из легированного чугуна или стали.

Вырез в поршневом кольце называют замком. Он может быть косым или прямым.

Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра.

2.3 Шатуны

Шатуны соединяют поршни с коленчатым валом и передают ему усилие, воспринимаемое поршнями. При работе двигателя на шатун действуют силы давления газов и инерции, поэтому он должен быть прочным, жестким и легким. Шатун изготавливают из высококачественной стали в виде стержня с двумя головками (рис. 8).

В верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку 2. Нижняя головка шатуна – разъемная. Ее отъемная часть – крышка 6.

2.4 Коленчатый вал и маховик

Коленчатый вал воспринимает усилия, передающиеся от поршней через шатуны, создает крутящий момент, а также используются для привода в действия различных механизмов и деталей двигателя (рис.9).

Коленчатый вал штампуют из высококачественной стали или отливают из высокопрочного чугуна.

Он состоит из опорных коренных шеек 1, шатунных шеек 11, соединяющих их щек 2, носка (передней части) и хвостовика (задней части).

Коренные и шатунные подшипники выполнены в виде вкладышей, изготовленных из сталеалюминевой ленты.

Маховик способствует равномерному вращению коленчатого вала и помогает двигателю преодолевать повышенные нагрузки при трогании с места и во время работы (рис. 9).

а – рядный; б – V-образный; в – рядный с воздушным охлаждением.

1 – отверстие для штанг; 2 – отверстие для отвода жидкости; 3 – отверстие для крепления шпилек; 4 – водораспределительный канал; 5 – канал для подвода масла; 6 – крышка коренного подшипника; 7 — прилив; 8 – рези-новое уплотнительное кольцо; 9 – отверстие для втулки распреде-лительного вала; 10 – гильза; 11, 13 – левый и правый полублоки; 12 – воздушная полость; 14 – шпилька; 15 – гильза цилиндра; 16 – отверстие для гильзы цилиндра; 17 – картер; 18 – уплотнительная прокладка.

Рисунок 7 – Блок-картер тракторных двигателей.

1 – верхняя головка; 2 – втулка; 3 – стержень; 4 – нижняя головка; 5 – вкладыш; 6 – крышка; 7 – шплинт; 8 – корончатая гайка; 9 – фиксирующий усик; 10 – шатунный болт.

Рисунок 8. Шатуны.

1 – коренная шейка; 2 – щека; 3 – упорное полукольца; 4 – нижний вкладыш коренного подшипника; 5 маховик; 6 – маслоотражатель; 7 – установочный штифт; 8 – болт крепления маховика; 9 – зубчатый венец; 10 – верхний вкладыш коренного подшипника; 11 – шатунная шейка; 12 – противовесы; 13 – шестерня коленчатого вала; 14 – шестерня привода масляного насоса; 15 – болт; 16 – шкив; 17 – пробки; 18 – трубка для чистого масла.

Рисунок 9. Коленчатый вал

2.1. Поршневые пальцы

В общем случае палец представляет собой цилиндрический стержень, выполненный для уменьшения массы полым (рисунок 2.8а). Поверхность его тщательно шлифуется для повышения усталостной прочности и уменьшения потерь на трение.

а, б, в – конструктивные формы; г, д – способы фиксации от осевого перемещения

Рисунок 2.8 – Поршневые пальцы

В некоторых конструкциях пальцев выполняют радиальные 1 сверления (рисунок 2.8б) или систему радиальных 1 и продольных 2 сверлений (рисунок 2.8в) для подачи масла на смазывание бобышек или в поршень для его охлаждения. Внутреннюю полость пальца герметизируют с помощью заглушек 3 или трубок 2.

В современных судовых двигателях применяют плавающие пальцы, которые во время работы могут свободно проворачиваться в бобышках поршня и становится более равномерным износ, уменьшается опасность заедания пальца.

Осевое смещение пальца ограничивают пружинными стопорными кольцами 1 (рисунок 2.8г) или заглушками 2 (рисунок 2.8д), цилиндра. Стопорные кольца устанавливают в канавках, протачиваемых в бобышках поршня, а грибковые заглушки запрессовывают в палец.

Во вращающихся поршнях (см. рисунок 2.6) роль пальца выполняет сферическая головка шатуна, обеспечивающая самоцентровку поршня. Материалом для пальцев служат углеродистые стали 15, 20 и 40, легированные стали 15Х, 20Х, 12ХН3А, 12Х2НЧВА, 20ХГР и др. Пальцы подвергают термической обработке-цементации с закалкой и отпуском.

2.2. Поршневые кольца

Поршневые кольца бывают разнообразной конструкции (рисунок 2.9).

Конструкция их должна обеспечить:

— высокую прочность и упругость и их сохранение при длительном воздействии высоких температур.

— равномерное распределение по окружности радиального давления от сил упругости.

— малый коэффициент трения и высокую износостойкость.

На рисунке 2.9 изображены профили компрессионных и маслосъем-ных колец и типы замков.

На рисунке 2.9г изображен типовой комплект поршневых колец для дизелей с тяжелыми режимами работы. Комплект состоит из верхнего компрессионного кольца типа Keystone с двусторонней трапецией, бочкообразной рабочей поверхностью и износостойким покрытием; второго компрессионного кольца минутного типа также с двусторонней трапецией и износостойким покрытием и маслосъемного кольца коробчатого типа с эспандером и хромированными скребками. Компрессионные кольца выполнены с двусторонней трапецией для исключения залегания и в стандартном варианте имеют хромовое покрытие. С целью обеспечить более высокую сопротивляемость изнашиванию используются специальные покрытия из сплавов, наносимых методом плазменного напыления.

а – профили компрессионных колец (1 – прямоугольные; 2 – конические; 3 – трапеци-видные; 4 – торсионное; 5 – прямоугольное с канавкой; 6 – прямоугольное с симме-ичной бочкообразной рабочей поверхностью, хромированное; 7 – прямоугольное с асиметричной бочковатой рабочей поверхностью, хромированное; 8 – с двухсто-ронней трапецией, бочкообразная рабочая поверхность, хромированное; 9 – скреб-ковое типа Napier; 10 – торсионные с внутренней вставкой и износостойким покрытием); б – профили маслосъемных колец (11 – скребковые; 12 – коробчатое с расширителем); в – замки (1 – прямой; 2 – косой; 3 – ступенчатый); г типовой комплект поршневых колец для дизелей с тяжелыми режимами работы (фирма Ramsru Corp.)

Рисунок 2.9 – Конструкция поршневых колец

Основным материалом для поршневых колец традиционно продолжает оставаться чугун. Представляет интерес применение японской фирмой Teikoku Piston Ring для изготовления поршневых колец материала марки Teipiloy, имеющего микроструктуру в виде равномерно распределенного графита пластинчатого или вермикулярного типа с тонкой перлитной матрицей.

1.2 Как фиксируются пальцы от осевых смещений?

По способу фиксации их подразделяют на плавающие и закрепленные. Последние неподвижно фиксируют в головке шатуна или в бобышках поршня, поэтому угловое перемещение они сохраняют только в бобышках (рис. 2, б) или в головке шатуна (рис. 2, в).

В современных конструкциях неподвижность пальца относительно головки шатуна достигают путем запрессовки пальца в головку с заданным натягом (например, в двигателях ВАЗ натяг составляет 0,01…0,042 мм при диаметре пальца 22 мм).

При неподвижной фиксации поршневых пальцев в шатуне или бобышках поршня отдельные участки их нагружаются неравномерно, а, следовательно, и неравномерно изнашиваются. Чтобы устранить этот недостаток, применяют так называемые плавающие пальцы, которые фиксируют только от осевого смещения, как показано на рис. 2, а, г.

В процессе работы они могут свободно поворачиваться, как в головке шатуна, так и в бобышках поршня, что способствует более равномерному их износу. В холодном состоянии палец должен плотно без качки входить в отверстие втулки верхней головки шатуна, а по отверстиям в бобышках поршня из алюминиевых сплавов его подбирают с тугой посадкой. Необходимость этого обусловливается разницей в коэффициентах линейного расширения у алюминиевых поршней и стальных пальцев.

Опыт показывает, что в прогретом двигателе зазоры между поршневым пальцем и отверстиями в бобышках и головке шатуна выравниваются. Для облегчения сборки алюминиевые поршни рекомендуется подогревать до 60…80 °С путем погружения в горячую жидкость.

Осевую фиксацию плавающих пальцев осуществляют с помощью стопорных пружинных колец круглого или прямоугольного сечения (рис. 2, а) и реже для этой цели используют грибки из мягкого металла (рис. 2, г).

Стопорные кольца устанавливают в канавках, проточенных для них в отверстиях бобышек, несущих поршневой палец. Из канавок их вынимают с помощью отогнутых внутрь концов или имеющихся у них отверстий (рис. 2, а). Грибки, или заглушки, из мягкого металла (обычно из алюминия) запрессовывают с двух сторон в отверстия поршневого пальца.

При осевом перемещении грибки поршневого пальца соприкасаются с зеркалом цилиндра, но не разрушают стенок. Поршневые пальцы двухтактных двигателей с торцов закрываются иногда заглушками, предотвращающими возможное перетекание газов между впускными и выпускными окнами. От осевого перемещения пальцы в этих двигателях фиксируют стопорными кольцами (рис. 2, д).

Таким образом, поршневые пальцы изготовлены из хромоникелевой стали в виде пустотелых цилиндрических стержней и упрочнены цементацией и закалкой. Осевое перемещение пальца в поршне ограничено стопорными кольцами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *