В кривошипно-шатунном механизме поршень выполняет несколько функций, среди которых восприятие давления газов и передача усилий на шатун, герметизация камеры сгорания и отвод от нее тепла. Поршень является наиболее характерной деталью двигателя внутреннего сгорания , т.к. именно с его помощью реализуется термодинамический процесс двигателя.
Это означает, что поршни, штифты и шатуны нагружены более чем 5 т давления. Максимальное давление создается примерно на 15 ° после превышения верхней мертвой точки. К этим силам должны добавляться силы инерции, которым подвергаются поршни и шатуны. Это достаточная причина для работы над изготовлением самых легких поршней. Особенно, что вращающиеся массы не только поглощают энергию, но и вызывают довольно сильные вибрации.
Сечение цилиндра отлично круглое. Чтобы уменьшить трение, гильзы цилиндров покрыты слоем никеля и карбида кремния, толщиной несколько сотых миллиметра. Чугунные цилиндры в мотоциклетных двигателях редко встречаются в настоящее время. В результате уменьшаются потери тепла на стенках цилиндров, которые поглощают часть энергии, снижают эффективность двигателя и увеличивают расход топлива. Кольца поршня имеют решающее значение для герметичности, особенно в диапазоне низких и средних скоростей. Раньше это было сделано из чугуна, сегодня это в основном два очень тонких стальных кольца с минимальным предварительным напряжением.
Условия, в которых работает поршень, экстремальны и характеризуются высоким давлением, температурой и инерционными нагрузками. Поэтому поршни на современных двигателях изготавливаются из легкого, прочного и термостойкого материала – алюминиевого сплава, реже из стали. Поршни изготавливаются двумя способами – литьем под давлением или штамповкой, т.н. кованые поршни.
Небольшая поверхность контакта обеспечивает отличную герметичность. Благодаря этому, несмотря на высокие давления в камере сгорания, только около 1% выхлопных газов попадают в картер. В нижней канавке поршня имеется масляное кольцо. В современных двигателях часто используются два скребковых кольца толщиной 0, 4 мм. Они разделены пружиной ремня, которая через небольшие отверстия выгружает избыточное масло из стенок цилиндра во внутреннюю часть поршня и, таким образом, входит в картер.
Для того, чтобы выдерживать экстремальные давления и очень высокие температуры, современные высокоэффективные двигатели имеют поршни с короткими куртками. Для того, чтобы поршень принял форму цилиндра при нагревании, в «холодном» состоянии он овальный и бочкообразный. Короткие поршневые пальто обеспечивают низкое трение при хорошем управлении и, таким образом, обеспечивают бесшумную работу двигателя в механических условиях.
Поршень цельный конструктивный элемент, который условно разделяют на головку (в некоторых источниках ее называют днище) и юбку. Форма и конструкция поршня в значительной степени определяются типом двигателя, формой камеры сгорания и процессом сгорания, протекающим в ней. Поршень бензинового двигателя имеет плоскую или близкую к плоской поверхность головки. В ней могут быть выполнены канавки для полного открытия клапанов. Поршни двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют более сложную форму. В головке поршня дизельного двигателя выполняется камера сгорания определенной формы, которая обеспечивает хорошее завихрение и улучшает смесеобразование.
Следует помнить, что короткие и узкие поршневые покрытия должны выдерживать значительные нагрузки, поскольку наклонный шатун прижимает их к стенкам цилиндров с мощной боковой силой. Он принимает значение от 15 до 25% рабочего давления. Праздник пришло больше времени, и вы можете строить более сложные проекты. Мы начнем с создания рабочего парового двигателя, а затем расширения структуры, превратив его в самодвижущийся валик или локомотив. Паровой двигатель с самоустанавливающимся цилиндром проще в конструкции, чем с классической системой распределения пара, как в локомотивах, но он работает правильно и можно делать дома.
Ниже головки поршня выполняются канавки для установки поршневых колец. Юбка поршня имеет конусообразную или криволинейную (бочкообразную ) форму. Такая форма юбки компенсирует температурное расширение поршня при нагреве. При достижении рабочей температуры двигателя поршень принимает цилиндрическую форму. Для снижения потерь на трение на боковую поверхность поршня наносится слой антифрикционного материала (дисульфид молибдена, графит ). В юбке поршня выполнены отверстия с приливами (бобышки ) для крепления поршневого пальца.
Хорошо построенная модель должна сама по себе садиться, замешивая ковер. Модель состоит из трех базовых наборов элементов. Наиболее важным является паровой двигатель с поршнем, цилиндром и маховиком, установленным в статоре. Это интересное устройство само по себе. Запуск для испытания, даже с воздухом от домашнего компрессора даст нам много удовлетворения и радости. Затем мы можем перейти к дополнительным элементам построенной модели. Вторая часть - котел, изготовленный из шоколадной банки, вместе с оловянной оболочкой, горелкой и камерой сгорания.
Охлаждение поршня осуществляется со стороны внутренней поверхности различными способами:
- масляный туман в цилиндре;
- разбрызгивание масла через отверстие в шатуне;
- разбрызгивание масла специальной форсункой;
- впрыскивание масла в специальный кольцевой канал в зоне колец;
- циркуляция масла по трубчатому змеевику в головке поршня.
Поршневые кольца образуют плотное соединение поршня со стенками цилиндра. Они изготавливаются из модифицированного чугуна. Поршневые кольца основной источник трения в двигателе внутреннего сгорания. Потери на трение в кольцах достигают до 25% всех механических потерь в двигателе.
Последняя - это колесная система самого ролика и трансмиссия ременной передачи. Мы также можем сделать механизм скручивания рулона, используя архаичный метод прокрутки червячной цепи. Вот как они когда-то управлялись самоходными локомотивами и паровыми вагонами с паровым двигателем.
Конструкция дорожного катка затруднена и потребует от нас применения нового навыка, еще не описанного, т.е. пайки с использованием факела. Новинкой может быть отливка металлического поршня. Дом, вероятно, будет разрушен баночками из огурца, или, скорее, крышками из них, спицами для велосипеда, листовым металлом для подоконников и старой телескопической радиоантенной, серебряной цепочкой, пружинами из ручек и несколькими другими вещами. Если мы хотим иметь модель парового ролика или локомобили, давайте приступим к работе.
Число и расположение колец зависит от типа и назначения двигателя. Самая распространенная схема – два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов из камеры сгорания в картер двигателя. Первое компрессионное кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. Поэтому на поршнях дизельных и ряда форсированных бензиновых двигателей в канавке кольца устанавливается стальная вставка, повышающая прочность и позволяющая реализовать максимальную степень сжатия. Компрессионные кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную, коническую форму, некоторые выполняются с порезом (вырезом).
Компрессор будет очень полезен для проверки работы собранного парового двигателя. Материалы: может паровой котел с размерами 110 длиной 70 миллиметров в диаметре, который может быть открыт и закрыта крышкой, листовой половины миллиметра в толщине, например, в качестве строительного мигания, лист гофрированного с банками козырьком автомобиля, пяти больших крышек от банок и одного нижние спицы от старого велосипеда шины, медный лист, труба из латуни с диаметром 12 мм, тонкой трубкой из латуни с диаметром 3 мм, кусочки латуни, картон, ведущей к отливке поршня могут быть немного выстрелом ветровки платы цепи штрафа сетки к рулевому механизму, две пружины пера, тонкого хлористой трубка поливинилхлорида, большая резинка, которая обруч овощей, алюминиевая лента клей, топливу делать кубы, небольшие винты М2 и м3, проушины, силикон высокой температуры титан, и, наконец, лак спрей хромового черный матовый.
Маслосъемное кольцо удаляет излишки масла с поверхности цилиндра и препятствует попаданию масла в камеру сгорания. Кольцо имеет множество дренажных отверстий. Некоторые конструкции колец имеют пружинный расширитель.
Соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, который имеет трубчатую форму и изготавливается из стали. Имеется несколько способ установки поршневого пальца. Самый популярный т.н. плавающий палец , который имеет возможность проворачиваться в бобышках и поршневой головке шатуна во время работы. Для предотвращения смещения пальца он фиксируется стопорными кольцами. Значительно реже применяется жесткое закрепление концов пальца в поршне или жесткое закрепление пальца в поршневой головке шатуна.
Цилиндр будет изготовлен из латунной трубки длиной 60 миллиметров. Внутренний диаметр 10 мм и наружный диаметр 12 мм. Трубка может быть тоньше, но тогда вам необходимо соответствующим образом отрегулировать размеры. 0, 5 мм медный лист вырезается с кругом диаметром 12 мм. Это будет крышка или задняя стенка, закрывающая цилиндр. Мы отбираем эту часть из свинца. В маленьком деревянном блоке мы центрируем сквозное отверстие диаметром, таким как тот, который у вас есть, или 2 миллиметра. При обработке этого отверстия в качестве пилота мы сверляем второе отверстие буровым долотом 12 мм, но копаем глубоко в блок примерно на 8 миллиметров.
Поршень, поршневые кольца и поршневой палец носят устоявшееся название поршневая группа.
Полнотекстовый поиск:
Главная > Реферат >Промышленность, производство
1. Перечислите элементы поршня и объясните их назначение, объясните условия работы поршня.
В конструкции поршня принято выделять следующие элементы:
головку 1 и юбку 2. Головка включает днище З, огневой (жаровой) 4 и
уплотняющий 5 пояса. Юбка поршня состоит из бобышек б и направляющей части.
Подождем, пока металл остынет. Сразу же после этого мы можем подобрать трубку, мы увидим, что у нас есть поршень, который идеально вписывается в цилиндр и постоянно установлен на поршневом штоке, то есть в проволоке из спиц. Если мы закроем заднее отверстие цилиндра и переместим поршень, мы должны почувствовать давление внутри цилиндра. Поршень, отлитый таким образом, определенно достаточно плотный, чтобы работать в машине после этого.
Первый имеет диаметр 3 миллиметра, а второй - 1 миллиметр. Для меньшего диаметра в 1 миллилитр пара попадет в смену котла, а затем выйдет из него. Гладкая и задняя круглая стена припаивается к цилиндру, как показано на рисунках. Пришло время просверлить дополнительное отверстие диаметром 1 мм, чтобы попасть внутрь цилиндра, иначе у пара не было бы возможности попасть внутрь цилиндра для перемещения поршня. Внутри, возложите венок, большое тяжелое колесо диаметром 75 миллиметров. Или просто ищите подобный круг в вашей домашней борьбе.
Сложная конфигурация поршня, быстро меняющиеся по величине и направлению тепловые потоки, воздействующие на его элементы, приводят к неравномерному распределению температур по его объему и, как следствие, к значительным переменным по времени локальным термическим напряжениям и деформациям
Теплота, подводимая к поршню через его головку, контактирующую с рабочем телом в цилиндре двигателя, отводится в систему охлаждения через отдельные его элементы в следующем соотношении, %: в охлаждаемую стенку цилиндра через компрессионные кольца - 60...70, через юбку поршня - 20...30, в систему смазки через внутреннюю поверхность днища поршня - 5...10. Поршень также воспринимает часть теплоты, выделяющейся в результате трения цилиндра и поршневой группы.
Еще проще, вы можете сделать маховик, заполнив крышку гипсом. Отрежьте кусок длиной 110 миллиметров. Круг будет там, где есть поток. Мы соединяем шатун с другим концом. Он должен вращаться с осью и шатуном. Нарезка выполняется таким образом, что на инструменте закручивается проволока, закрепленная в тисках. Конец провода должен быть слегка скошен с файлом. Когда она ловит, она делает один поворот направо, а затем одну треть налево. Таким образом, срезанные чипы сломаны, а штампы не ломаются во время работы.
Через некоторое время мы можем наслаждаться большой нитью, сделанной нами. Вырезать из листа толщиной в полмиллиметра. Только из такого шаблона мы направляем статор на лист для выпечки. После резки обработайте лист абразивной бумагой, округлите все углы и разгладьте края. Это относится ко всем элементам, вырезанным из листового металла. В местах, показанных на рисунке, просверлите два отверстия диаметром 2, 5 миллиметра. Изгиб листового металла осуществляется с помощью плоскогубцев в тисках, помогая себе молотком.
Основные элементы конструкции поршня
Канавка под первое компрессионное кольцо
Канавка под второе компрессионное кольцо
Межкольцевые перемычки
Канавка под маслосъемное кольцо
Выборка для слива масла
"Холодильник"
Юбка поршня
Бобышка под пальцевое отверстие
Разгружающая выборка
Канавка для стопорного кольца
Что делать, если плита длиннее челюстей тисков, и у нас нет кромки, специальной машины для изгиба листа? И это имеет место при формировании листа на статоре. Мы можем обрабатывать его так же, как на картинке. На доске, со лба, мы разрезаем трещину. Вставьте в него лист металла и сделайте правильный изгиб молотком. Вырежьте медную пластину в форме, как на рисунке. Мы продали его на ось маховика. Во второе отверстие мы припаем к валу, в который будет двигаться кривошип. В кривошипнике просверлите отверстие диаметром 2 мм, в которое войдет шток.
На рисунке показан поршень и шатун. Мы припаем латунную пластину к статору, которая является второй частью машины. В пластине просверлите три входа диаметром 1 миллиметр и выход диаметром 2 миллиметра пара, через который проходит ось вращения цилиндра. Мы начнем с 3-миллиметрового отверстия. Положение впускных и выпускных отверстий еще не известно, поскольку оно будет определяться цилиндром, установленным на шатуне.
Отверстие под палец
Юбка поршня
Головка поршня
Нирезистовая вставка
Маслоохлаждаемая полость
Камера сгорания
Конусный вытеснитель
Днище поршня
Поршень - одна из важнейших деталей двигателя внутреннего сгорания. Он передает энергию сгорания топлива через палец и шатун коленчатому валу. Он вместе с кольцами уплотняет цилиндр от попадания продуктов сгорания в картер. Во время работы на поршень действуют высокие механические и тепловые нагрузки.
Первоначальная сборка парового двигателя. Через отверстия в статоре установите спицу с установленным на нее шатуном. Вставьте цилиндр с поршнем в отверстие в пластине. Не забудьте поставить под него подушки. Эта пружина прижимает оба слоя друг к другу, препятствуя выходу пара из стороны в сторону.
С другой стороны, соедините шатун с гайкой и контргайкой. При вращении маховика цилиндр должен совершать колебательное движение на своей оси. Мы отмечаем его крайние позиции, и мы находим место, где должны быть входные и выходные отверстия для пара. Выходное отверстие должно составлять 2 миллиметра, а вход - один миллиметр в диаметре. Зная положение оси и крайнее положение цилиндра, вы можете обнаружить нужные места и просверлить отверстия, которые вам нужны.
Максимальное давление в цилиндре, возникающее при сгорании топливно-воздушной смеси, может достигать 65-80 бар в бензиновом двигателе и 80-160 бар в дизеле. Это эквивалентно силе в несколько тонн, действующей на поршень двигателя легкового автомобиля и в десятки тонн - на поршень тяжелого дизеля.
Во время работы поршень совершает возвратно-поступательное движение, периодически ускоряясь до скорости более 100 км/час, а затем замедляясь до нуля. Такой цикл происходит с удвоенной частотой вращения коленвала, т.е. при 6000 об/мин цикл ускорение-замедление происходит с частотой 200 Гц.
С другой стороны, он скользит по пластине, мы припаиваем латунную трубку, из которой пар подается из котла. Если олово закрыло отверстие, оно должно быть очищено или повторно пробурено еще раз. В настоящий момент мы монтируем машину на деревянном блоке. Мы изучаем, вращается ли колесо без сопротивления и находятся ли впускное и выпускное отверстия до отверстия цилиндра. Конечно, все будет требовать регулирования. Колесо также может быть сбалансировано. Мы можем справиться с этим несколькими свинцовыми свинцовыми тампонами с молотком.
Мы склеиваем их клеем клеем окружности круга в месте, противоположном тому, в котором колесо упрямо останавливается и которое мы определяем как самое тяжелое. Немного терпения и все должно работать. Круг должен прерываться случайным образом каждый раз в другом месте. Цель заключительного испытания работы паровой машины может быть подключена к компрессору. Сжатый воздух временно заменит пар, и мы сможем визуально проверить, правильно ли смонтирована машина и работает ли она.
Максимальная величина ускорений, приходящаяся на верхнюю и нижнюю мертвые точки, может достигать 15000-20000 м/с 2 , что соответствует перегрузке 1500-2000g. Космонавт при выводе ракеты в космос кратковременно испытывает перегрузки в 150 раз меньше. От действия ускорений возникают инерционные силы по величине соизмеримые с теми, что действуют от давления при сгорании.
Сгорание топливовоздушной смеси происходит при температуре 1800-2600°С. Эта температура значительно превышает температуру плавления поршневого сплава на основе алюминия (~700°С). Чтобы не расплавиться, поршень должен эффективно охлаждаться, передавая тепло от камеры сгорания через кольца, юбку, стенки цилиндра, палец и внутреннюю поверхность охлаждающей жидкости и маслу. При нагревании поршня происходит снижение предела прочности материала, возникают термонапряжения от перепадов температуры по его телу, которые накладываются на напряжения от сил давления газов и инерционных сил. Таким образом, условия работы поршня можно определить как очень сложные.
Чтобы поршень противостоял этим воздействиям, он должен быть легким, прочным, износостойким, хорошо проводить тепло. Все перечисленные условия должны быть учтены при проектировании. Форма внутренних поверхностей и конструктивных элементов поршня должна обеспечивать заданную прочность и работоспособность за счет рационального распределения и использования материала.
Особое внимание уделено форме наружной поверхности. Внешний профиль боковой поверхности поршня формируется с учетом деформаций от механических нагружений (давления газов и инерционных сил) и теплового воздействия от сгорания топливовоздушной смеси таким образом, чтобы ни при каких условиях не произошло заклинивание в цилиндре, прорыв горячих газов в картер, прогорание камеры сгорания.
Температура поршня в зоне камеры сгорания (на днище) выше, чем на юбке, температурное расширение головки больше чем юбки, поэтому поршень в холодном состоянии – бочкообразный, с уменьшением диаметра от юбки к головке.
Сила давления газов, силы инерции и боковая сила деформируют поршень так, что юбка овализируется. Для компенсации этой деформации поршень изначально выполняется с «противоэллипсом», большая ось которого расположена в перпендикулярно оси пальцевого отверстия.
Зазоры между поршнем и цилиндром должны быть сведены к минимуму для предотвращения шума, особенно в холодном двигателе. Но они должны быть достаточными для предотвращения заклинивания при работе прогретого двигателя.
Бочкообразная и овальная форма внешней поверхности кроме компенсации соответствующих деформаций от силового и теплового воздействия обеспечивает образование масляной пленки между поршнем и цилиндром (гидродинамическая смазка)
Конструктивные особенности поршня
Подробности, связанные с конструктивными элементами поршней, позволят глубже понять сложность задач, стоящих перед производителями.
Головка поршня - это его верхняя часть, которая включает днище и зону канавок под поршневые кольца. Вместе с головкой цилиндра днище поршня образует камеру сгорания. Камера сгорания может быть выполнена и в головке. На днище действуют давление газов и тепло от сгорания топлива. Головка поршня должна:
Обеспечивать хорошее смесеобразование и полноту сгорания топлива;
Сохранять прочность при высокой температуре;
Обеспечивать отвод тепла от днища;
Передавать усилие на поршневой палец и шатун через бобышки;
Обеспечивать заданный ресурс по износу канавок под поршневые кольца.
В дизельных двигателях с непосредственным впрыском камера сгорания, как правило, выполняется в поршне и оказывает большое влияние на процессы смесеобразования и горения.
В дизельных двигателях с предкамерным впрыскиванием и бензиновых двигателях днище поршня плоское или имеет небольшие выборки.
Головка алюминиевых поршней может быть анодирована (нанесено защитное окисное покрытие). В дизельных двигателях камера сгорания может быть упрочнена путем армирования металлокерамическим волокном в процессе литья под давлением.
Канавки под поршневые кольца располагаются на боковой поверхности головки поршня. Обычно их три: две под компрессионные и одна под маслосъемное кольца. Поршневые кольца образуют уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра, не допуская прорыва горячих газов в картер и масла в камеру сгорания.
Перемычки между канавками (особенно между первой и второй для компрессионных колец) подвергаются высоким механическим и тепловым нагрузкам - 50-60% тепла отводится в цилиндр через компрессионные кольца.
Неравномерный нагрев и тепловое расширение головки может привести к нарушению формы канавок. Это отрицательно влияет на расход масла и вызывает износ стенки цилиндра и самой канавки. Для устранения этого явления кольцевые канавки выполняются под небольшим углом так, чтобы наружные кромки были выше внутренних. Это препятствует появлению нежелательного наклона поперечного сечения канавки вниз на рабочих режимах.
К канавкам верхних компрессионных колец предъявляются особо жесткие требования, в особенности в дизельных двигателях с высокой степенью сжатия. Для упрочнения эти канавки часто армируются специальными вставками, изготовленными из нирезиста (легированный никелем чугун), или зона канавки упрочняется путем плазменного переплава с присадкой легирующих компонентов. Эти мероприятия повышают износостойкость и снижают шум в дизельном двигателе.
Имеются наиболее распространенные типы вставок с параллельными сторонами и вставки с конусообразными сторонами. Существуют нирезистовые вставки с одной канавкой или, в некоторых высокофорсированных дизельных двигателях, с двумя канавками под компрессионные кольца. Иногда к нижней торцевой поверхности канавки первого компрессионного кольца прикрепляется полоска из нержавеющей стали, выполняющая ту же функцию, что и нирезистовая вставка.
Через поршневой палец в процессе работы передаются значительные переменные усилия и тепловые потоки. Поэтому поверхности пальцевых отверстий в поршне должны быть обработаны с высокой точностью, при этом шероховатость поверхности может достигать 0,1 мкм. Для снижения напряжений на кромках бобышек и в пальце с внутренней стороны отверстий иногда выполняется конус с небольшим углом (менее 1 градуса).
Важным конструктивным приемом для снижения шума, возникающего при перекладке поршня вблизи верхней мертвой точки, является смещение пальцевого отверстия от оси поршня в направлении той стороны юбки поршня, которая воспринимает боковую силу при рабочем ходе. В этом случае на поршень обязательно наносится метка для правильной установки в двигатель.
Покрытия
Для улучшения работы поршней в двигателе их поверхность часто подвергается различным видам обработки, в частности, на нее наносятся покрытия. Эти покрытия выполняют две главные функции:
Улучшение приработки поршня. Обычно их наносят на юбку, и они изнашиваются через определенное время на этапе обкатки двигателя;
Улучшение механических свойств поверхности поршня (твердость, износостойкость). Некоторые покрытия остаются на поршне на все время эксплуатации, предотвращая эрозию, растрескивание и улучшая антифрикционные свойства.
Головка поршня дизельных двигателей иногда подвергается анодированию (покрывается окисью алюминия) для уменьшения температуры основного материала и опасности растрескивания головки, вызываемого высокими термическими нагрузками при работе.
2.Устройство и принцип работы ТНВД распределительного типа.
Такой насос применяется для 3, 4, 5 и 6 цилиндровых дизельных двигателей легковых автомобилей, тракторов и грузовых автомобилей мощностью до 20 кВт на цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление до 700 бар при частоте вращения до 2400 мин-1.
Топливоподкачивающий
насос
Этот насос
лопастного типа служит для подачи
топлива из бака и вместе с нагнетательным
регулирующим клапаном создает давление,
которое возрастает прямо пропорционально
частоте вращения коленчатого вала
двигателя.
Насос
высокого давления
Насос
распределительного типа включает только
один плунжерновтулочный комплект для
питания всех цилиндров.