![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Поршневые кольца
Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные функции: · герметизации надпоршневого пространства в целях максимально возможного использования тепловой энергии топлива; · отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра; · «управление маслом», т. е. рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания. Выполнение этих функций на современных двигателях обеспечивает комплект колец, как правило, состоящий из трех колец: двух компрессорных и одного маслосьемного. Наиболее нагруженным, особенно в тепловом отношении, является первое (верхнее) компрессионное кольцо, температура которого достигает 200…250 °С. Обычно оно изготовляется из легированного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имеющим предел прочности 1100…1400 МПа, легирующие добавки хрома, никеля, молибдена и других металлов способствуют повышению термостойкости компрессионных колец до 340 °С. Тем не менее для наиболее высокофорсированных дизелей и бензиновых двигателей применяются верхние компрессионные кольца, изготовленные из высокоуглеродистых сталей с пределом прочности 1400…1500 МПа и выше. В целях повышения износостойкости на компрессионные кольца в обязательном порядке наносятся специальные износостойкие покрытия. Чаще всего в качестве такого покрытия используется электролитическое хромирование слоем (0, 10…0, 15 мм) твердого хрома, или слоем еще более тугоплавкого и износостойкого молибдена. Известное в прошлом пористое хромирование, наносимое на прямую наружную поверхность кольца (рис. 17, а), используется редко. Более широкое распространение сейчас находит твердое хромирование с приданием наружной поверхности специального симметричного или несимметричного бочкообразного профиля (рис. 17, б и в). Рис. 17. Профили верхних компрессионных колец двигателей легковых автомобилей: а - прямое с фисками и пористым хромированием; б - то же, но с молибденом в канавке на наружной поверхности; в - с симметричной бочкообразной наружной поверхностью; г - с несимметричной бочкообразной наружной поверхностью; д - с закручиванием с помощью угловой фаски; е - с закручиванием с помощью проточки на внутренней поверхности
Второе компрессионное кольцо практически является компрессионно-маслосъемным. Оно работает в более «мягких» условиях по давлению, температуре и смазке, чем первое компрессионное кольцо. Для его использования применяется серый легированный чугун с пластинчатым графитом как с износостойким покрытием, так и без специальных покрытий. Кроме уплотнения надпоршневого пространства второе кольцо обеспечивает «управление маслом», снимая его со стенок цилиндра при ходе поршня вниз и осуществляя пропуск некоторого количества масла при ходе поршня вверх. Эта функция определяет и специальные «скребковые» профили компрессионно-маслосъемных колец (рис. 18). Рис. 18. Профили компрессионно-маслосъемных колец: а - простое скребковое; б - скребковое минутное; в - минутное; г - прямого закручивания; д - обратного закручивания Третье кольцо - маслосъемное - обеспечивает съем масла с зеркала цилиндра и сброс его в картер через отверстия в канавке кольца. Наиболее важными качествами маслосъемных колец являются хорошая приспособляемость к форме цилиндра и высокое давление на стенки цилиндра, необходимые для эффективного съема масла. Специфические условия работы и функций маслосъемных колец определяют и соответствующие требования к их конструкции и материалу. На современных двигателях применяются два основных типа колец: а) коробчатые кольца с расширителем в виде эспандерной или спиральной пружины; б) наборные кольца, состоящие из двух дисков и двухфункциональных расширителей (рис. 19). Коробчатые кольца изготовляются из серого легированного чугуна, способного длительное время работать в паре с чугунной гильзой цилиндра без специальных покрытий, хотя некоторые двигатели имеют маслосъемные кольца с хромированной наружной поверхностью. Изготовляются хромированные коробчатые маслосъемные кольца и методом проката из стальной калиброванной ленты.
Для изготовления элементов наборных колец также используется стальная калиброванная лента. Тонкие диски кольца (0, 50…0, 63 мм) изготовляются из углеродистой стальной ленты, наружная поверхность которых хромируется. Двухфункциональные расширители, обеспечивающие удержание дисков в канавке поршня на определенном расстоянии друг от друга и равномерное их прижатие к зеркалу цилиндра, изготовляются из нержавеющей хромоникелевой стальной ленты. В процессе изготовления лента нагартовывается и приобретает пружинные свойства, которые она практически не теряет в процессе эксплуатации. Основными конструктивными параметрами поршневых колец являются: отношение диаметра цилиндра к радиальной толщине кольца D/t; отношение разности между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состояниях к толщине кольца A0/t, высота кольца а. Значения конструктивных параметров поршневых колец бензиновых двигателей и дизелей представлены в табл. 12. Пользуясь данными табл. 12, следует учитывать, что современную тенденцию уменьшения габаритов и массы двигателя осуществляют, прежде всего, за счет высоты и массы поршня. У современных двигателей высота колец значительно уменьшена. Так высота верхнего компрессионного кольца бензиновых двигателей составляет всего 1, 2…1, 5 мм, а дизелей - 2, 5…3, 0 мм. Наиболее распространены верхние кольца дизелей высотой 2, 0 мм а при малых диаметрах цилиндра высота первого кольца дизеля может быть 1, 75 мм и даже 1, 5 мм. Средние кольца современных бензиновых двигателей имеют высоту 1, 50…1, 75 мм, а дизелей - 2, 0…2, 5 мм. Средние кольца, как правило, имеют увеличенную радиальную ширину. Тенденция уменьшения высоты поршневых колец касается и высоты маслосъемных колец. За последние 8…10 лет высота колец снизилась с 2, 8…4, 75 мм до 2, 0…2, 5 мм у целого ряда двигателей выпуска последних лет. Расчет колец заключается: · в определении среднего давления кольца на стенку цилиндра, которое должно обеспечивать достаточную герметичность камеры сгорания и не должно резко увеличивать потери мощности двигателя на трение колец о стенки цилиндра; · в построении эпюры давления кольца по окружности; · в определении напряжений изгиба, возникающих в сечении, противоположном замку, при надевании кольца на поршень и в рабочем состоянии; · в установлении монтажных зазоров в прямом замке кольца.
Среднее давление (МПа) кольца на стенку цилиндра
где Е - модуль упругости материала кольца (для серого чугуна Е = 1·105 МПа, для легированного чугуна Е = 1, 2·105 МПа, для стали Е = (2…2, 3)·105 МПа); А0 - разность между величинами зазоров кольца в свободном и рабочем состояниях (см. табл. 12.1).
Допустимое среднее радиальное давление рСР (МПа): · для компрессионных колец …………….. 0, 11…0, 37 · для маслосьемных колец ……………….. 0, 2…0, 4 При снижении частоты вращения двигателя и увеличении диаметра цилиндра величина рСР должна иметь значение ближе к нижнему пределу. Для обеспечения хорошей приработки кольца и надежного уплотнения давление р кольца на стенку цилиндра у замка должно быть повышенным. Практикой установлено, что это повышение должно составлять для колец бензиновых двигателей пример, но (1, 4…2, 0)·рСР, а для дизелей - (1, 8…2, 5)·рСР. При этом эпюра давления кольца на стенки цилиндра может иметь грушевидную или каплевидную форму (рис. 20 и 21). Новое кольцо, изготовленное с заранее заданной эпюрой давления и установленное в цилиндр, не должно иметь просветов между своей наружной поверхностью и зеркалом цилиндра. Значительное повышение давления у замка способствует равномерному износу кольца по окружности. Напряжения изгиба кольца (МПа), возникающие в сечении кольца, противоположном замку: - в рабочем состоянии
- при надевании его на поршень
Монтажный зазор (мм) в прямом замке поршневого кольца в холодном состоянии
где Δ ´ К - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя (Δ ´ К = 0, 06…0, 10 мм); α К и α Ц - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра; ТК, ТЦ и Т0 - соответственно температура кольца, стенок цилиндра в рабочем состоянии и начальная температура Т0 = 293 К; при жидкостном охлаждении ТЦ = 383…388, ТК = 473…573 К; при воздушном ТЦ = 443…463, ТК = 523…723 К
|