Поршень

Функционирование поршня

По́ршень в деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот в возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Содержание

1 Строение
2 Материалы
- 2.1 Чугун
  - 2.1.1 Достоинства
  - 2.1.2 Недостатки
- 2.2 Алюминий
  - 2.2.1 Достоинства
  - 2.2.2 Недостатки:
3 Применение
4 См. также
5 Источники
6 Ссылки

[править] Строение

Поршень

Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции

днище
уплотняющая часть
направляющая часть (юбка)

Для передачи усилия от поршня (или наоборот) может использоваться шток, либо кривошип, который соединяется с поршнем с помощью пальца. Другие способы передачи усилия используются реже. В некоторых случаях шток может играть роль направляющего устройства, в этом случае юбка не нужна.

Поршень может быть односторонним или двухсторонним. В последнем случае поршень имеет два днища.

[править] Днище

Форма днища зависит от выполняемой поршнем функции. К примеру, в двигателях внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов, конструкции двигателя и других факторов. При вогнутой форме днища образуется наиболее рациональная камера сгорания, но в ней более интенсивно происходит отложение нагара. При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры сгорания. В некоторых двухтактных двигателях днище поршня выполняется в виде выступа-отражателя для направленного движения продуктов сгорания при продувке. Расстояние от днища поршня до канавки первого компрессионного кольца называют огневым поясом поршня. В зависимости от материала, из которого сделан поршень, огневой пояс имеет минимально допустимую высоту, уменьшение которой может привести к прогару поршня вдоль наружной стенки, а также разрушению посадочного места верхнего компрессионного кольца.

Функции уплотнения, выполняемые поршневой группой, имеют большое значение для нормальной работы поршневых двигателей. О техническом состоянии двигателя судят по уплотняющей способности поршневой группы. Например, в автомобильных двигателях не допускается, чтобы расход масла из-за угара его вследствие избыточного проникновения (подсоса) в камеру сгорания превышал 3% от расхода топлива. При выгорании масла наблюдается повышенная дымность отработавших газов и двигатели снимаются с эксплуатации вне зависимости от удовлетворительности мощностных и других его показателей. [1]

[править] Уплотняющая часть

Днище и уплотняющая часть образуют головку поршня. В уплотняющей части поршня располагаются компрессионные и маслосъёмные кольца. В некоторых конструкциях поршней из алюминиевых сплавов в его головку залит ободок из коррозионностойкого чугуна (нирезиста), в котором прорезана канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца. Нирезистовую вставку под верхнее поршневое кольцо имеют, в частности, поршни двигателей, выпускаемых ТМЗ (Тутаевский моторный завод). Благодаря этому значительно увеличивается износостойкость поршня. Кольцевые каналы для маслосъемных колец выполняются со сквозными отверстиями, через которые масло, снятое с зеркала цилиндра, поступает внутрь поршня и стекает в поддон картера двигателя.

[править] Направляющая часть

Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Так как масса поршня у приливов оказывается большей, чем в других частях юбки, температурные деформации при нагреве в плоскости бобышек также будут наибольшими. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.

[править] Материалы

К материалам, применяемым для изготовления поршней автотракторных двигателей, предъявляются следующие требования:

высокая механическая прочность;
малая плотность;
хорошая теплопроводность;
малый коэффициент линейного расширения;
высокая коррозионная стойкость;
хорошие антифрикционные свойства.

Для изготовления поршней применяются серые чугуны и алюминиевые сплавы.

[править] Чугун

[править] Достоинства

Поршни из чугуна прочны и износостойки.
Благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения они могут работать с относительно малыми зазорами, обеспечивая хорошее уплотнение цилиндра.

[править] Недостатки

Чугун имеет довольно большой паллетный удельный вес. В связи с этим область применения чугунных поршней ограничивается сравнительно тихоходными двигателями, в которых силы инерции возвратно движущихся масс не превосходят одной шестой от силы давления газов на днище поршня.
Чугун имеет низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 350в400 °C. Такой нагрев нежелателен особенно в карбюраторных двигателях, так как он служит причиной возникновения калильного зажигания.

[править] Алюминий

Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей имеют алюминиевые поршни.

[править] Достоинства

Достоинства алюминиевых поршней:

малая масса (как минимум на 30 % меньше по сравнению с чугунными);
высокая теплопроводность (в 3-4 раза выше теплопроводности чугуна), обеспечивающая нагрев днища поршня не более 250 °C, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет повысить степень сжатия в бензиновых двигателях;
хорошие антифрикционные свойства.

[править] Недостатки:

Недостатками алюминиевых поршней являются:

большой коэффициент линейного расширения (примерно в 2 раза больше, чем у чугуна),
значительное снижение механической прочности при нагреве (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 % против 10 % у чугуна).

Недопустимые для нормальной работы двигателя зазоры между стенками цилиндров и алюминиевыми поршнями устраняются конструктивными мероприятиями, основными из которых являются:

придание юбке поршня овальной или овально-конусной формы;
изоляция тронковой (направляющей) части поршня от наиболее нагретой его части (головки);
косой разрез юбки по всей длине, обеспечивающий пружинящие свойства стенок;
Т- и П-образные прорези в юбке поршня не на полную её длину в сочетании с её овальностью;
компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна.

[править] Применение

Две основные проблемы, решаемые при проектировании моторов:

как избежать повышенного износа поршня,
как избежать прогара поршня.

Обе эти проблемы возникают вследствие желания конструкторов максимально облегчить поршень, поскольку это позволяет улучшить показатели моторов и компрессоров.

[править] См. также

Плунжер

[править] Источники

[править] Ссылки

Почему клинит поршень О причинах этого явления и способах устранения

Это заготовка статьи по механике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

Поршень

Содержание

[править] Строение

[править] Днище

[править] Уплотняющая часть

[править] Направляющая часть

[править] Материалы

[править] Чугун

[править] Достоинства

[править] Недостатки

[править] Алюминий

[править] Достоинства

[править] Недостатки:

[править] Применение

[править] См. также

[править] Источники

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках