Menu

Расчет поршня

Во время работы двигателя поршень подвергается нагрузкам от переменного давления газов, температура которых изменяется в широких пределах, достигая 2800 К, от действия сил инерции

движущегося с переменной скоростью поршня и сил трения. Поршень служит не только для восприятия нагрузки от газов, но и для уплотнения пространства над ним, а также и для отвода тепла.

В настоящее время широкое распространение получили поршни, изготовляемые из алюминиевых сплавов методом литья АЛ10В (ГОСТ 2685—75) или ковки АК4 (ГОСТ 4784—49) из-за их сравнительно легкого веса и хорошего отвода тепла.

[image]

Рис. 31. Поршни карбюраторных двигателей

 

Для тракторных дизелей часто поршни выполняют из серого чугуна СЧ 28—48, СЧ 32—52. Это объясняется тем, что при сравнительно небольших числах оборотов тракторных дизелей (1000—1800 об/мин) значение сил инерции невелико, а экономически применение чугунных поршней может быть оправдано. Стальные поршни в автомобильных двигателях применяют очень редко из-за трудностей их изготовления.

Форма поршней чрезвычайно разнообразна (рис. 31,32, а—е).

Придавая поршням ту или иную форму, конструкторы стремятся к удовлетворению следующих требований, предъявляемых к поршням:

1) герметичность внутреннего пространства цилиндра (камеры сгорания); 2) наилучший отвод тепла от днища поршня к юбке и к стенкам цилиндра; 3) минимальная восприимчивость тепла поверхностью поршня; 4) предотвращение попадания масла из полости картера в полость цилиндра над поршнем; 5) минимальный вес поршня при достаточной

 

[image]

 

Рис. 32. Поршни дизелей:

а — поршень дизеля с камерой сгорания в головке двигателя; б — с камерой сгорания в днище поршня; в, д, е — с камерой сгорания, расположенной в днище поршня и головке;

г — поршни с противоизносной вставкой из серого чугуна для особо нагруженных компрессионных колец; l — ребро утолщения

 

прочности; 6) износостойкость трущихся поверхностей поршня при минимальной поверхности трения и др., связанные с процессом наполнения цилиндров воздухом или воздушно топливной смесью, образованием качественной рабочей смеси, очисткой цилиндров от отработавших газов.

Твердость поверхности поршней, изготовленных из чугуна НВ 160—240, алюминиевых сплавов НВ до 140.

Эскиз поршня показан на рис. 33.

 

48

Соотношение конструктивных размеров поршня

Карбюраторные двигатели Дизели

Толщина днища

поршня……………….. dпор= (0,05÷0,07)D dпор= (0,1÷0,2) D

Расстояние до канавки l1= (0,05÷0,15) d l1= (1,0÷2,0) d

Толщина стенки……... s1= (0,05÷0,1) D s1= (0,05÷0,1) D

Длина юбки поршня… l2= (0,8÷0,96) D l2= (0,8÷1,25) D

Расстояние до оси паль

ца……………………… l3= (0,55÷0,8) D l3= (0,6÷1,0) D

Толщина юбки поршня,

мм……………………... s2= 2÷5 s2= 2÷5

Ширина перемычки, s3 равна высоте кольца

Расстояние между

бобышками…………… b= (0,25÷0,5) D b= (0,25÷0,5) D

Наружный диаметр

пальца………………… dп.н= (0,32÷0,38) D dп.н= (0,31÷0,43) D

Высота компрессионного

кольца, мм……………… а=2÷4

Внутренний диаметр

поршня …………………. dвн= (0,66÷0,8) D dвн= (0,45÷0,84) D

 

Допускаемое напряжение в днище поршня (МПа), если рассматривать его как круглую пластину, защемленную по краям,

[image], (32)

[image]где рz — максимальное давление газов, МПа; dвн — внутренний диаметр поршня у днища; dпор — толщина днища поршня.

Допускаемые напряжения на изгиб для алюминиевых поршней с неоребренным днищем

σиз = 19÷24 МПа (190÷240 кгс/см2), с оребренным днищем σиз = 50÷150 МПа (500÷1500 кгс/см2); для чугунных поршней с неоребренным днищем σиз = 40÷50 МПа (400÷500 кгс/см2), с оребренным днищем σиз = = 80÷200 МПа (800÷2000 кгс/см2).

Цилиндрическую часть поршня проверяют на сжатие и разрыв в наиболее слабом сечении, расположенном выше бобышек, т.е. в канавке для маслосъемного кольца, имеющей прорези или сверления для отвода масла от кольца во внутреннюю полость поршня.

 

 

Рис. 33. Эскиз поршня

49

Напряжение от сжатия в этом сечении (МПа)

[image] (33)

где Рг — сила давления газов на поршень; F— площадь сечения; [image] (здесь dн — наружный диаметр поршня в кольцевой канавке; dвн — внутренний диаметр поршня в сечении канавки; F' — суммарная площадь отверстий или прорези).

Допускаемые напряжения от сжатия для чугунных поршней σж = 60÷80 МПа; для алюминиевых σж = 30÷40 МПа.

Направляющую часть поршня проверяют на допускаемое удельное давление

[image] (34)

где Nmax — .максимальная сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра; D — диаметр поршня; 12 — длина юбки поршня, опирающейся на стенку цилиндра.

Для двигателей грузовых автомобилей и тракторов q = 0,2÷0,3 МПа, для автомобильных быстроходных двигателей q = 0,3÷0,6 МПа.

Первую кольцевую перемычку поршня иногда проверяют на изгиб (МПа):

[image] (35)

и на срез (МПа):

[image], (36)

где s3 — толщина первой перемычки.

Сложное напряжение по третьей теории прочности

[image]. (37)

Допускаемые напряжения для алюминиевых сплавов σS = 30÷40 МПа; для чугунных сплавов σS = 60÷80 МПа.

Поршни двигателей работают, соприкасаясь с газами, имеющими высокие температуры, поэтому при изготовлении поршней предусматривают монтажные зазоры, предотвращающие заклинивание поршней. И кроме того, проверяют суммарное напряжение в днище поршня от изгибающего σиз усилия и влияния перепада температур σтеп (МПа):

[image], (38)

где a = 11·10-6— коэффициент линейного расширения чугуна град; Е — модуль упругости, для чугуна Е = (1,0÷1,2) 105 МПа; qудельная тепловая нагрузка, Вт/м2; dпор— толщина днища поршня, см; l — коэффициент теплопроводности, для чугуна l = 58 Вт/(м·трад).

Для четырехтактных двигателей (Вт/м2)

[image]

где п — частота вращения вала, об/мин.

Для автотракторных двигателей допускаемые значения σS = 150÷250 МПа.

В табл. 3 приведены значения монтажных зазоров между поршнем и цилиндром двигателя для жестких юбок поршней.

Таблица 3

 

Поршень

Верхняя кромка

Нижняя кромка

Алюминиевый

 

Чугунный

(0,006÷0,008)Dц

(0,004÷0,006)Dц

(0,001÷0,003)Dц

(0,001÷0,002)Dц

 

Диаметр поршня

[image], (39)

где [image] — температура цилиндра; [image] — температура поршня; для алюминиевых поршней: в зоне верхней кромки принимают 250—300°, в зоне нижней кромки 110—130°, в средней части поршня 130—160°; для чугунных поршней: в зоне верхней кромки 300—400°, в зоне нижней кромки 110—130°, в средней части поршня 150—160°; aц — коэффициент линейного расширения материала цилиндра; aпор — коэффициент линейного расширения материала поршня; [image]— относительный диаметральный зазор в горячем состоянии: для верхней кромки [image]= 0,0025, для нижней кромки и средней зоны [image]= 0,0005÷0,001.

У некоторых поршней для компенсации расширения поршня при нагревании юбку делают разрезной. Ширина продольного разреза = 1,5÷2 мм.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7423 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

II.6. Нурмольская Карелия

II.6. Нурмольская Карелия      Нурмольская волость   Нурмольская волость – совершенно уникальная; подобных ей не сыщешь больше в Межозерье. При этом она в полной мере отражает черты Нурмольской Карелии (см. также II.1), собственно, она...

03-03-2011 Просмотров:5494 Комплексные географические характеристики

Уравнения движения фаз

Зависимости между объемной и поверхностной пористостями, средней скоростью движения воды и скоростью фильтрации. При описании движения потока воды в грунтах рассматриваются отдельные сечения — плоскости, в которых только часть площади...

25-08-2013 Просмотров:2429 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Загальна систематика гірських порід

Загальна систематика гірських порід Залежно від геологічних процесів, в результаті яких утворилися гірські породи, їх розділяють на три генетичні групи: магматичні або вивержені; осадові; метаморфічні. Магматичні гірські породи утворились внаслідок застигання розплавленої речовини (магми) як...

25-09-2011 Просмотров:6483 Механіка гірських порід