Главная | Карта сайта | ДВС | Статьи

Поршни двигателей

Поршни двигателей двойного действия состоят из двух головок с уплотнительными кольцами и промежуточной части между ними.
Для предупреждения недопустимого теплового напряжения и появления трещин поршень следует охлаждать. В двигателях небольшой мощности (с небольшим диаметром цилиндров) поршни охлаждаются посредством теплообмена через поршневые кольца и юбку со стенкой цилиндра, охлаждаемой водой; кроме того, для повышения теплоотдачи увеличивают теплоотдающую поверхность днища поршня за счет ребер, обращенных во внутреннюю полость поршня.
В двигателях большой мощности (с большим диаметром цилиндров) приходится прибегать к искусственному охлаждению поршней водой или маслом, так как с увеличением диаметра цилиндра теплоотдающая поверхность его растет в квадрате, а объем цилиндра, который определяет собой количество сжигаемого топлива, растет в кубе. Отсутствие в этом случае жидкостного охлаждения может привести к перегреву поршня. Жидкость подводится к поршням или качающимися трубами с шарнирными соединениями, или телескопическими трубами.
Для шарнирного соединения поршня тронкового типа с шатуном служит палец. Он укрепляется в приливах — бобышках 7, имеющихся с двух сторон поршня. Во избежание повреждения рабочей поверхности цилиндра длина пальца берется несколько меньше диаметра поршня, а сам палец крепится от продольного перемещения. Однако во время работы двигателя нагревшийся палец должен иметь возможность свободно удлиняться, не вызывая деформации поршня. В поршне, представленном на фиг. 88, это достигается применением пружинных колец 6. Для этой же цели применяют крепление, показанное на фиг. 91. Стопор 1 плотно входит в гнездо, имеющееся в пальце, не давая ему перемещаться по оси, стопор 2 входит в продольный паз пальца 3 и позволяет ему свободно удлиняться при нагревании, не давая проворачиваться. Пальцы, которые могут свободно поворачиваться в бобышках, называются плавающими. Они обычно установлены в бронзовых втулках. Плавающие пальцы, вследствие указанной свободы, изнашиваются более равномерно.
Поршневые пальцы изготовляют из углеродистой или легированной стали ГОСТ 8052-56. Для меньшего истирания их рабочая поверхность цементируется и закаливается. Для уменьшения веса пальцы обычно делают пустотелыми.
У крейцкопфных двигателей поршневой шток соединяется непосредственно с головкой поршня при помощи фланца и шпилек.
Шатун передает усилие газов от поршня на коленчатый вал и поэтому работает на продольный изгиб и на сжатие. Материалом для шатунов обычно является углеродистая сталь марки 45. В быстроходных мощных двигателях применяются шатуны из хромоникелевой стали, например, марки 40ХН.
Шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. Стержень шатуна выполняется круглого или двутаврового сечения. Для уменьшения веса шатуна по его оси просверливается канал 6, который используется для подвода смазочного масла к поршневому пальцу.
Верхняя головка шатуна обычно отковывается заодно с телом шатуна и очень редко (у мощных тихоходных двигателей) делается разъемной. На фиг. 92 верхняя головка выполнена с запрессованной втулкой из бронзы; она застопорена от проворачивания шпилькой, проходящей в отверстие 2.
Применяются также втулки из стали с заливкой свинцовистой бронзой. У двигателей, работающих с меньшим тепловым напряжением, иногда применяется заливка из баббита. В двигателях большой мощности применяются разрезные вкладыши. Для устранения повышенного зазора при разрезном вкладыше служат прокладки, нажимные болты и клинья.
Нижняя головка шатуна делается разъемной. На фиг. 92 дана конструкция нижней головки со съемной головкой. В этом случае нижняя часть стержня шатуна оканчивается фланцем 9 с плоской нижней опорной поверхностью. Это упрощает отковку и обработку шатуна; кроме того, с помощью стальной (компрессионной) прокладки 7 можно, изменяя ее толщину, регулировать объем пространства сжатия и степень сжатия рабочего цилиндра. Для центрирования на съемной головке делается выступающий шип 10, пригоняемый плотно к соответствующей впадине шатуна.
Прокладки 11 в стыке двух половин нижней головки регулируют зазор в левом подшипнике — между поверхностью антифрикционной (обычно баббитовой) заливки нижней головки и мотылевой шейкой. Вынимая прокладки (они представляют собой набор латунных пластин), можно уменьшить зазор, компенсируя выработку подшипника.
В быстроходных дизелях и у всех карбюраторных двигателей нижняя головка шатуна делается разъемной (но не съемной). В этом случае верхняя часть нижней головки отковывается вместе со стержнем шатуна.
Шатунные болты 12 нагружаются усилием затяжки и дополнительной переменной силой, вызванной силами инерции поступательно движущихся масс. Затяжка болтов производится специальными гайками со шплинтовкой, что предохраняет их от самопроизвольного отвинчивания. Для устранения поворота болта при закреплении гайки используются стопорные болтики 1, входящие в специальный паз болта. Обрыв шатунных болтов может вызвать значительные разрушения двигателя; поэтому шатунный болт является весьма ответственной деталью.
Для изготовления болтов применяют в основном сталь ЗОХНЗА, для изготовления гаек болтов — сталь 35 и 40Х.
Шатуны крейцкопфных двигателей имеют верхнюю головку вилкообразной формы, состоящую из двух разъемных подшипников, которые охватывают цапфы ползуна. Нижняя головка не отличается от головки шатуна тронкового двигателя.
Шатуны легких быстроходных дизелей и карбюраторных двигателей чаще всего штампуются. Особым конструктивным устройством отличаются шатуны двигателей с двухрядным наклонным V-образным расположением цилиндров. У этих двигателей шатуны одного ряда цилиндров соединяются с коленчатым валом двигателя при помощи нижней головки, а шатуны второго ряда шарнирно связаны с шатунами первого ряда. Таким образом, одна мотылевая шейка воспринимает здесь работу двух цилиндров.
Коленчатый вал подвергается значительным изгибающим и скручивающим усилиям. Поэтому он должен хорошо противостоять деформациям, вызванным этими усилиями. Валы бывают в зависимости от числа цилиндров одно-, двух-, трех-, четырехколенчатые и т. д.
Каждое колено или мотыль состоит из двух щек, мохылевой (или шатунной) шейки 2 и « шеек 3, лежащих в рамовых подшипниках. Иногда мотыли имеют противовесы (на чертеже отсутствуют).
Коленчатый вал двигателей малой и средней мощности обычно цельный. У крупных двигателей коленчатые валы выполняются составными; в этом случае две его части соединяются фланцами 4, скрепленными болтами или шпильками. Концевые фланцы 5, составляющие единое целое с валом, служат для соединения двигателя с потребителем энергии.
Коленчатые валы являются дорогой деталью, которую ввиду сложности их изготовления может выполнить не всякий завод, изготовляющий двигатели. Валы изготовляются посредством ковки или штамповки. Многоколенчатые валы мощных двигателей изготовляются с составными мотылями; в этом случае щеки и шейки отковываются и обрабатываются отдельно, а затем соединяются посредством горячей прессовой посадки.
Коленчатые валы дизелей должны соответствовать ГОСТ 704-52, который предъявляет высокие требования к качеству материала
сверления шеек закрываются торцовыми заглушками. Часто отверстия в щеках сверлят наискось от рамовой шейки к мотылевой и в сверления вставляют латунные трубки, развальцованные на концах. В этом случае заглушки для отверстий в рамовых и мотылевых шейках не требуются.
Коленчатый вал должен не только удовлетворять условиям прочности, но и способствовать равномерности вращения, уравновешивая силы инерции движущихся частей двигателя. В соответствии с этим, углы между мотылями берутся такими, чтобы чередование вспышек в рабочих цилиндрах происходило через равные углы поворота вала; кроме того, эти вспышки назначают по возможности так, чтобы не было подряд вспышек в двух соседних цилиндрах.
Так как в четырехтактных двигателях цикл соответствует 720°, а в двухтактных 360° по углу поворота вала, то, следовательно, при числе цилиндров угол поворота вала между двумя вспышками должен быть: в четырехтактных двигателях.
В табл. 13 даны схемы расположения колен и цифрами показан порядок чередования вспышек при различном числе цилиндров.
Для примера разберем порядок работы цилиндров шестицилиндрового четырехтактного двигателя. Угол поворота вала между двумя вспышками должен быть ф. = Щ 120°.
Чтобы обеспечить эти условия, колена вала можно расположить, например так, как показано на схеме табл. 13, и наивыгоднейший порядок вспышек при вращении вала против часовой стрелки следует считать 1—4—2—6—3—5. Такое расположение колен и порядок вспышек создаст условия, при которых возможно чередовать вспышки через каждые 120° поворота вала и не будет одновременных вспышек в двух соседних цилиндрах. Если, например, порядок работы цилиндров назначить 1-4—5—6—3—2, то после вспышки в третьем цилиндре последует вспышка во втором; при этом одновременно давление в обоих цилиндрах значительно (в третьем цилиндре расширение, а во втором сжатие) и напряжение в рамовой шейке между вторым и третьим мотылями получается излишне большим. То же явление будет иметь место между пятым и четвертым цилиндрами.