В конструкции поршня принято выделять следующие элементы (рис. 5.1):
головку 1 и юбку 2. Головка включает днище З, огневой (жаровой) 4 и уплотняющий 5 пояса. Юбка поршня состоит из бобышек б и направляющей части.
На рис. 5.2 и 5.3 представлены наиболее типичные в настоящее время Конструкции поршней автотракторных двигателей различного типа.
Сложная конфигурация поршня, быстро меняющиеся по величине и направлению тепловые потоки, воздействующие на его элементы, приводят к неравномерному распределению температур по его объему и, как следствие, к значительным переменным по времени локальным термическим напряжениям и деформациям (рис. 5.4).
Теплота, подводимая к поршню через его головку, контактирующую с рабочем телом в цилиндре двигателя, отводится в систему охлаждения через отдельные его элементы в следующем соотношении, %: в охлаждаемую стенку цилиндра через компрессионные кольца - 60...70, через юбку поршня - 20...30, в систему смазки через внутреннюю поверхность днища поршня - 5...10. Поршень также воспринимает часть теплоты, выделяющейся в результате трения цилиндра и поршневой группы.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОСНОВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПОРШНЯ
При проектировании поршня используются статистические данные по конструктивным параметрам его элементов, отнесенным к диаметру цилиндра 1) (рис. 5.5, табл. 5.1).
Высота поршня Н определяется в основном высотой головки h При малой Н существенно возрастает влияние на характер движения поршня несоблюдение при производстве и эксплуатации зазоров, допускаемых между его элементами и зеркалом цилиндра, что может интенсифицировать процессы перекладин, нарушение газо- и маслоуплотнения, повышенные износы стенок канавок компрессионных колец.
Высота головки поршня определяет его габариты и массу, в связи с чем ее выбирают минимально необходимой для обеспечения нормального температурного режима ее элементов. Особое внимание при этом обращается на температуру в зоне канавки верхнего компрессионного кольца и в бобышках поршня.
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ
Для изготовления поршней автотракторных ДВС в настоящее время в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы.
Алюминиевые сплавы
имеют малую плотность, что позволяет снизить массу поршня и, следовательно, уменьшить инерционны нагрузки на элементы цилиндропоршневой группы и КШМ. При этом упрощается также проблема уменьшения термического со противления элементов поршня, что в сочетании с хорошей теплопроводностью, свойственной данным материалам, позволяет уменьшать теплонапряженность деталей поршневой группы. К положительным качествам алюминиевых сплавов следует отнести малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами.
Однако поршням из алюминиевых сплавов присущ ряд серьезных недостатков, основными из которых являются невысокая усталостная прочность, уменьшающаяся при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, меньшая, чем у чугунных поршней, износостойкость, сравнительно большая стоимость.
В настоящее время при изготовлении поршней используют два вида силуминов: эвтектические с содержанием кремния 11...14% и заэвтектические - 17...25%.
Увеличение содержания Si в сплаве приводит к уменьшению коэффициента линейного расширения, к повышению термо- и износостойкости, но при этом ухудшаются его литейные качества и растет стоимость производства.
Для улучшения физико-механических свойств силуминов
в них вводят различные легирующие добавки. добавка в алюминиево-кремниевый сплав до 6% меди приводит к повышению усталостной прочности, улучшает теплопроводность, обеспечивает хорошие литейные качества и, следовательно, меньшую стоимость изготовления. Однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Использование в качестве легирующих добавок натрия, азота, фосфора увеличивает износостойкость сплава. Легирование никелем, хромом, магнием повышает жаропрочность и твердость конструкции.
Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают путем отливки в кокиль или горячей штамповкой. После механической обработки они подвергаются термической обработке для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для предупреждения коробления при эксплуатации. Кованые поршни пока используются реже, чем литые.
Чугун
в качестве материала для поршней по сравнению с алюминиевым сплавом обладает следующими положительными свойствами: более высокими твердостью и износостойкостью, жаропрочностью, одинаковым коэффициентом линейного расширения с материалом гильзы. Последнее позволяет существенно уменьшить и стабилизировать по режимам работы зазоры в сочленении юбка поршня — цилиндр. Однако большая плотность не позволяет использовать его широко для поршней высокооборотных автомобильных двигателей. Данный недостаток может быть частично нивелирован включением в структуру чугуна шаровидного графита, что позволяет отливать элементы поршня существенно меньшей толщины. Как следует из сказанного выше, ни силумины, ни чугун в полной мере не являются оптимальными материалами для изготовления поршней.
В связи с этим в настоящее время ведется активная работа по использованию для поршней керамических материалов
, которые наилучшим образом отвечают требованиям, предъявляемым к материалам поршневой группы. Это малая плотность при высокой прочности, термо-, химико- и износостойкости, низкой теплопроводности и необходимом значении коэффициента линейного расширения.
Один из практических способов использования керамики состоит в изготовлении деталей поршня из металло- или полимерокомпозиционных материалов. Матрицей (основой) первого типа материалов является алюминий или магний, а в качестве наполнителя используют керамические и металлические порошки или волокла пористых материалов. Основу полимерокомпозиционных материалов составляют полимерные материалы с наполнителем из волокон углерода, стекла, порошков металлов или керамики. Они обладают малой плотностью, высокими антифрикционными свойствами и применяются для элементов с небольшими тепловыми нагрузками, например для изготовления юбки поршня.
Перспективным является армирование элементов поршня керамическими волокнами из оксида алюминия и диоксида кремния.
При содержании в основном материале до 40...50% оксида алюминия получается аморфное керамическое волокно с диаметром 2...3 мкм, успешно работающее при температуре 1200...1300°С. Если содержание оксида алюминия превышает 70%, получается структура волокна, приближающаяся к кристаллической, что способствует высокой термической стабильности изделия.
Основными проблемами, сдерживающими широкое использование керамики для изготовления поршней автотракторных двигателей, являются хрупкость, низкая прочность на изгиб, склонность к трещинообразованию и усталости, а также высокая стоимость.
Материал поршня должен быть возможно малой плотности, иметь низкий коэффициент линейного расширения, обладать износостойкостью, высокой теплопроводностью, в том числе при повышенных температурах, иметь хорошую обрабатываемость. При этом важными являются комплексные характеристики материала, а не только отдельные его свойства. Так, уровень термических напряжений зависит от величины Еt и т.д. В зависимости от назначения двигателя и типа конструкции поршня могут быть применены различные материалы. Поршни двигателей многих типов, прежде всего автомобильных и тракторных, изготовляют из легких сплавов литьем в кокиль или штамповкой. В первом случае применяются эвтектические силумины типа 4Л25 (11-13% Si) и заэвтектические. содержащие присадки меди, никеля, магния и марганца. Поршни штампуют из сплавов АК4 и АК4-1, отличающихся высокими прочностными свойствами при повышенных темперах.
Несмотря на то, что масса поршней из алюминиевого сплава меньше массы поршней из чугуна, последний также применяется для изготовления поршней быстроходных двигателей. Из легированного серого и высокопрочного чугунов типов СЧ 24-СЧ 45 и ВЧ 45-5 изготовляют поршни форсированных тепловозных и среднеоборотных двигателей. При повышенной по сравнению с алюминиевыми сплавами температуре плавления чугуна устраняется обгорание кромок на поверхностях, обращенных к камере сгорания.
В составных поршнях для изготовления головки применяют жаростойкие стали типа 2ОХЗМВФ. На изготовление из стали переходят, если максимальная температура в наиболее нагретых зонах поршня превышает ориентировочно 450С. В ряде случаев (накладки поршней двухтактных двигателей) применяют высоколегированные жаропрочные стали. В табл. 11 приведены некоторые теплофизические и механические характеристики ряда материалов поршней с учетом зависимости их от температуры.
Другие работы по теме:
Поршневая группа и шатун
Лабораторная работа № 2 Тема: Поршневая группа и шатуны. Цель: Изучить механизмы и устройства кривошипно-шатунного механизма. Ход работы: Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)) воспринимает давление газов при такте сгорания- расширения и предназначен для преобразования прямолинейного, возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Мотортестер MotoDoc II
Кафедра Электротехники и Мехатроники Отчет по лабораторной работе на тему: Мотортестер Motodoc II Выполнил: студент группы ЗКС-358 Максимов М.А. № зачетки 082386
Нахождение значений физических величин
№1. Трубопровод диаметром d длиной l = 150 м, подготовленный к гидравлическому испытанию, заполнен водой при атмосферном давлении. Какое количество воды необходимо дополнительно подать в трубопровод, чтобы давление в нем поднялось до значения рн по манометру?
Рудольф Дизель и дизельный двигатель
РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ (1858-1913) В истории техники известны имена таких изобретателей, как Т.А Эдисон, Н. Тесла, В.Г Шухов, которые подарили миру сотни идей и решений. У немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля только одно детище, но зато такое, без которого сегодня не мыслим мир машин, - двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Принцип действия гидравлического домкрата
Принцип действия гидравлического пресса Что такое домкрат? Это стационарный, переносной или передвижной грузоподъемный механизм для подъема и фиксации на заданной высоте тяжелых предметов. Домкрат может использоваться как самостоятельное устройство при выполнении ремонтных или строительных работ, так и в составе более сложных механизмов (кранов, подъемников, прессов и т.д.)
Нахождение значений физических величин
Определение количества воды, которое необходимо дополнительно подать в трубопровод, чтобы давление в нем поднялось до значения по манометру. Оценка абсолютного и вакуумметрического давления в сосуде. Равнодействующая сила воздействия воды на стенку.
Двигатели внутреннего сгорания
Доклад на тему: Двигатели внутреннего сгорания. Доклад подготовил: ученик ___ класса школы № ___ Ф.И.О. г. Нижний Новгород 2002 год. Один из самых распространенных двигателей –
Карбюраторные двигатели
Министерство народного образования Республики Саха (Якутия) Городское управление образования Средняя школа-гимназия № 26 “ Карбюраторные двигатели “
История создания паровых двигателей
оворят, еще две с лишним тысячи лет назад, в в. до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара.
Тормозная система
Передача + Подвеска и рулевое управление - Тормозная жидкость Проверка уровня тормозной жидкости Проверка тормозной системы на герметичность и на наличие повреждений
Назначение и типы автомобильных двигателей
Двигатель автомобиля как совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего топлива в механическую. Классификация применяемых на автомобилях двигателей. Основные определения и параметры. Порядок работы и характеристики двигателя.
Устройство и принцип действия воздухораспределителя
Устройство воздухораспределителя усл. №292-001, предназначенного для зарядки сжатым воздухом запасного резервуара из тормозной магистрали, создания в тормозных цилиндрах давления сжатого воздуха. Испытание, сборка и принцип действия воздухораспределителя.
Ремонт мотоциклетного двигателя
Правила и последовательность снятия, разборки и сборки двигателя. Ремонт или замена узлов и деталей двигателя: цилиндро-поршневой группы, коленчатого вала, коренных подшипников, пускового механизма, коробки передач, механизма сцепления и генератора.
Кривошипно-шатунный механизм автомобиля
1. Сопряжение «поршень – гильза (цилиндр)» Автомобиль ЗИЛ 130–76 Двигатель ЗИЛ 130 (6 л) Поршень ББ 99,99 – 99,98 мм Гильза ББ 100,03 – 100,02 мм Зазор наибольший находится по формуле, мм:
Тормозная система 2
ВЕДЕНИЕ Тормозная система служит для снижения скорости и быстрой остановки автомобиля, а также для удержания его на месте при стоянке. Наличие надежных тормозов позволяет увеличить среднюю скорость движения, а следовательно, эффективность при эксплуатации автомобиля.
Мотортестер MotoDoc II
MotoDoc II для поиска неисправностей в различных системах автомобиля с бензиновым двигателем. Подключение прибора с помощью набора соединительных проводов и датчиков к электрическим цепям автомобиля, к сетевой карте компьютера. График давления в цилиндре.
Воздухораспределитель №483
Изучение конструкции, порядка сборки и разборки воздухораспределителя №483. Его назначение: удерживание при перекрыше и выпускание при отпуске воздуха из тормозных цилиндров в процессе торможения, а также осуществление зарядки запасных резервуаров.
Кривошипно-шатунный механизм автомобиля
Определение наибольшего сопряжения в системе поршень – гильза (цилиндр) в автомобилях отечественных и зарубежных марок, их сравнительная характеристика и отличительные черты. Методика вычисления выступания поршня над уплотнительным буртом гильзы.
Кран вспомогательного тормоза №254
Рассмотрение конструкции крана вспомогательного тормоза №254, предназначенного для управления тормозом локомотива. Ознакомление с принципами обеспечения режимов независимого управления повторителя воздухораспределителя и процесса торможения поезда.
Автомат Калашникова модернизированный, складывающийся, укороченный
АКМСУ (Автомат Калашникова модернизированный, складывающийся, укороченный) был разработан на базе АКМС в 1959 году и предназначался для сил специальных и воздушно-десантных войск. В отличие от своего базового образца, эта модель имеет целый ряд особенностей: стойка мушки совмещена с основанием газовой камеры, газовая трубка и газовый поршень укорочены, крепление крышки ствольной коробки усилено в передней части для уменьшения качки, открытый прицел с Г-образным целиком размещен на крышке ствольной коробки, на дульную часть ствола навинчен пламегаситель, поверхность которого имеет ребра для теплоотдачи.
Двухтактный ДВС
Назначение Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса.
Двигатель внутреннего сгорания
● РЕФЕРАТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – устройство, преобразующее тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу.
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – устройство, преобразующее тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу.
Двигатель
Что же приводит в действие все машины, что заставляет их двигаться, выполнять нужную работу? Это делает главная часть машины, ее сердце — двигатель.
Расчёт поршневых гидроцилиндров на прочность
Расчётная сила на штоке с учётом потери мощности на трение в цилиндре. Фактическое усилие, развиваемое цилиндром. Механический коэффициент, учитывающий потери мощности на трение между поршнем и цилиндром. Толщина стенки гидроцилиндра.
Исследование гасителя гидравлических ударов
Приведена схема устройства для защиты от гидравлических ударов с описанием его работы. Проведено математическое моделирование рабочего процесса гасителя гидравлических ударов.
Кривошипно-шатунный механизм
Понятие и описание особенностей таких деталей как: блок и головка цилиндров, шатун и коленчатый вал, маховик и картер, крепление двигателя. Все эти элементы являются составляющими кривошипно-шатунного механизма. Характеристика и описание этого механизма.
Двигатели внутреннего сгорания
На примере двух видов - бензинового ДВС и дизеля, описываются преимущества, устройство и история развития двигателей внутреннего сгорания.
Паровые машины
Сила поршня. Двигатель Уатта. Вращательное движение. Преобразование энергии.
Друг рудокопа
Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. или с первой промышленной революцией. И первые крупные изобретения в этой области были сделаны главным образом в Англии
Работа ИДА-71 на глубинах до 20 метров
Работа ИДА-71 на глубинах до 20 м. Дыхание водолаза обеспечивается следующим образом. Выдыхаемая водолазом газовая смесь, насыщенная углекислым газом, но обедненная кислородом, через слюдяной клапан выдоха клапанной коробки проходит в гофрированную трубку выдоха и далее в патроны.