Поршень
|
Дана стаття являється неперевіреним навчальним завданням.
До вказаного терміну стаття не повинна редагуватися іншими учасниками проекту. Після завершення терміну виконання будь-який учасник може вільно редагувати дану статтю і витерти дане попередження, що вводиться за допомогою шаблону. |
Поршень — деталь циліндричної форми, що здійснює зворотно поступальний рух усередині циліндра, який служить для перетворення зміни тиску газу, пари або рідини в механічну роботу, або навпаки - зворотно-поступального руху в зміну тиску. У поршневому механізмі, на відміну від плунжерного, ущільнення розташовується на циліндричній поверхні поршня, зазвичай у вигляді одного або декількох поршневих кілець.
Зміст
Термін, історія
Визначення поршня
Поршень, рухома деталь поршневий машини, що перекриває поперечний переріз її циліндра і переміщається в напрямку його осі. У двигунах, силових циліндрах, пресах поршень передає тиск робочого тіла (газу, пари, рідини) рухомих деталей. У деяких типах двигунів (наприклад, двотактних двигунах внутрішнього згоряння) поршень виконує також і газорозподільні функції. У насосах і компресорах поршень, що приводиться в зворотно-поступальний рух, виробляє засмоктування, стиск і подачу рідини чи газу. У залежності від відношення довжини поршень до діаметру і його конструкції розрізняють тронковий, дисковий і скальчатий поршень тронковий поршень, довжина якого трохи перевищує діаметр, має головку з днищем і канавками для поршневих кілець і спрямовуючу спідницю. Висоту дискового поршень визначає лише розмір ущільнювального пристрою, що направляють елементом служить шток, на якому встановлений поршень скальчатий поршень (плунжер, качалка, пірнали) виконують звичайно з гладкою поверхнею, довжина його в кілька разів перевершує діаметр.
Визначення поршневої машини
Поршнева машина, пристрій, в якому основні функції з перетворення енергії робочого тіла виконує поршень. При його русі разом зі зміною обсягу камери, яку він утворює з циліндрів поршневими м., змінюються параметри (тиск, температура і ін) робочого тіла. При роботі Поршнева м. енергія робочого тіла може знижуватися (двигун) або підвищуватися (насос, компресор і т.п.). Впуск і випуск робочого тіла в циліндр Поршнева машина регулюються розподільчим пристроєм (див. газорозподілу, паророзподіл) за допомогою клапанів, золотників або самого поршня (див. Двотактний двигун).
Будова
Поршень складається з трьох частин, які виконують різні функції
- дно
- ущільнююча частина
- направляюча частина
Для передачі зусилля від поршня (або навпаки) може використовуватися шток, або кривошип, який з'єднується з поршнем за допомогою пальця. Інші способи передачі зусилля використовуються рідше. У деяких випадках шток може грати роль направляючого пристрою.
Поршень може бути одностороннім або двостороннім. В останньому випадку поршень має два дна.
Дно
Форма дна залежить від виконуваної поршнем функції.Наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння форма залежить від розташування свічок, форсунок, клапанів, конструкції двигуна та інших факторів.При вигнутій формі дна утворюється найбільш раціональна камера згоряння, але в ній більш інтенсивно відбувається відкладання нагару. При опуклій формі дна збільшується міцність поршня, але погіршується форма камери згоряння. У деяких двотактних двигунах дно поршня виконується в вигляді виступу-відбивача для спрямування руху продуктів згоряння при продувці. Відстань від дна поршня до канавки першого компресійного кільця називають вогневим поясом поршня. Залежно від матеріалу, з якого зроблений поршень, вогневий пояс має мінімально допустиму висоту, зменшення якої може привести до прогару поршня уздовж зовнішньої стінки, а також руйнування посадкового місця верхнього компресійного кільця.
Функції ущільнення, що виконуються поршневою групою, мають велике значення для нормальної роботи поршневих двигунів. Про технічний стан двигуна судять по ущільнюючій здатності поршневої групи. Наприклад, в автомобільних двигунах не допускається, щоб витрата масла через чад його внаслідок надлишкового проникнення (підсосу) в камеру згоряння перевищував 3% від витрати палива. При згорянні олії спостерігається підвищена димність відпрацьованих газів та двигуни знімаються з експлуатації незалежно від задовільності потужних і інших його показників.
Ущільнююча частина
Дно і ущільнююча частина утворюють головку поршня. В ущільнюючій частині поршня розташовуються компресійні і маслоємні кільця. У деяких конструкціях поршнів з алюмінієвих сплавів у його голівку залитий ободок з корозійностійкого чавуну (нірезіста), в якому прорізана канавка для верхнього найбільш навантаженого компресійного кільця. Нірезістову вставку під верхнє поршневе кільце мають, зокрема, поршні двигунів, що випускаються ТМЗ (Тетіївський моторний завод). Завдяки цьому значно збільшується зносостійкість поршня. Кільцеві канали для маслоємних кілець виконуються з наскрізними отворами, через які масло, зняте з дзеркала циліндра, поступає всередину поршня і стікає в піддон картера двигуна.
Направляюча частина
Направляюча частина (тронка)служить при русі в циліндрі і має два припливи (бобишки) для встановлення поршневого пальця. Оскільки маса поршня у припливах виявляється більшою, ніж в інших частинах направляючої частини, температурні деформації при нагріванні в площині бобишків також будуть найбільшими. Для зниження температурних напружень поршня з двох сторін, де розташовані бобишки, з поверхні направляючої частини, видаляють метал на глибину 0,5-1,5 мм. Ці поглиблення, поліпшують змащування поршня в циліндрі і перешкоджають утворенню задирів від температурних деформацій, називаються «холодильниками». У нижній частині направляючої частини також може розташовуватися маслоємне кільце.
Матеріали
До матеріалів, що застосовуються для виготовлення поршнів автотракторних двигунів, пред'являються наступні вимоги:
- висока механічна міцність;
- мала щільність;
- хороша теплопровідність;
- малий коефіцієнт лінійного розширення;
- висока корозійна стійкість;
- хороші антифрикційні властивості.
Для двигунів автомобільного типу поршні виготовляють в основному з алюмінієвих сплавів і чавуну. Застосовуються також чавун, сталь і магнієві сплави.
Чавун
Переваги:
- Поршні з чавуну міцні і зносостійкі.
- Завдяки невеликому коефіцієнту лінійного розширення вони можуть працювати з відносно малими зазорами, забезпечуючи хороше ущільнення циліндра.
Недоліки:
- Чавун має досить велику питому вагу. У зв'язку з цим область застосування чавунних поршнів обмежується порівняно з тихохідними двигунами, в яких сили інерції зворотньо рухомих мас не перевершують однієї шостої від сили тиску газів на дно поршня.
- Чавун має низьку теплопровідність, тому нагрів дна у чавунних поршнів досягає 350-400 ° C. Такий нагрів небажаний особливо в карбюраторних двигунах, так як він служить причиною виникнення детонації.
Алюміній
Переваги:
- Мала маса (як мінімум на 30% менше в порівнянні з чавунними).
- Висока теплопровідність (в 3-4 рази вище теплопровідності чавуну), що забезпечує
нагрів дна поршня не більше 250 ° C і сприяє кращому наповненню циліндрів, дозволяє підвищити ступінь стиснення в бензинових двигунах.
- Хороші антифрикційні властивості.
Недоліки:
Недоліками алюмінієвих поршневих сплавів є: великий коефіцієнт лінійного розширення (приблизно в 2 рази більший, ніж у чавуну), значне зменшення механічної міцності при нагріванні (нагрівання до температури 300 ° С знижує їх міцність на 50-55% проти 10% у чавуну) і порівняно мала зносостійкість. Однак сучасні методи виробництва і конструкції алюмінієвих поршнів дозволяють використовувати алюмінієві сплави для поршнів будь-яких швидкохідних автомобільних двигунів.
Магнієві сплави
Втратили практичну цінність і поршні з магнієвих сплавів, основу яких становить магній, сплавлений з 5-10% алюмінію. Такі сплави відрізняються малою питомою вагою (1,8 г/см3, або 1,8*103 Н/м3), але не мають потрібної міцності.
Недоліки
Так як поршень є основною частиною двигуна, то його рух створює дисбаланс.Цей дисбаланс зазвичай проявляється у вигляді вібрації.Тертя між стінками циліндра та поршневими кільцями в кінцевому підсумку призводить до зносу, зниження ефективної роботи механізму.
Звук, вироблений поршневою машиною, може бути нестерпним і в результаті багато поршневих машин залежать від важкого устаткування шумового придушення, щоб зменшити гудіння і гучність.
