ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2024
Просмотров: 82
Скачиваний: 0
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ДИЗЕЛЕЙ
1 9 7 4
V — «9S0 Г. ГОСТ 6108— /а
__ С.ГЭ
ІСЭrs• CO
UD Г.О
lJD.Г» CO
UD ca
и з CT‘
u D |
|
|
l330 5 |
» |
|
lO |
|
CO |
•_Q |
s 00 |
|
lO |
|
CO |
|
£ |
0 3 |
|
|
CO |
u d |
£ *» |
LO CO
•_0 5? 03
tC*
UD sâ =»
•cj »30
c c
fOЙ—Э lQ IS)
о э
0 3 |
|
|
.О |
|
|
/.3 £ ? CD |
||
JD |
|
CO |
-OSs «=® |
||
0 3 |
|
CO |
03 Й cr> |
||
ULI |
|
'» |
1.0 ^ |
со |
|
аз |
|
сгз |
0 3 |
^ |
CO |
0 3 |
|
CO |
i ß |
^ |
C B |
to |
|
со |
sf-эЛ: ,-э |
||
U 3 |
’ |
'ЗЭ |
OJ Й 03 |
||
■о |
|
oo |
Lß |
* |
Д) |
* D |
CO |
|
uz> |
|
CO |
аэ Й 03
vO^r, ®
uD
■I—>ГчЛ
CD |
J - , |
’ |
|
CO |
|
|
|
с о |
д а |
|
|
CD |
|
|
|
tO 05 |
|||
c d |
|
|
|
C D |
|
с э |
|
CD |
|
|
|
C D |
|
Й |
|
CD |
|
ISO— |
|
_____ |
|||
|
|
-C» |
|
CO |
fSJ |
||
__. |
|||
D Ql |
|||
CD |
|
|
|
C D |
‘ |
||
|
|
|
Ы |
CDrsO |
|||
CD |
|
||
CD |
£ |
||
C D |
д а |
||
CD |
S |
||
|
CD |
||
|
CD |
r o |
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Саратовский политехнический институт
А. Н. УСТИНОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ДИЗЕЛЕЙ
Издательство Саратовского университета |
|
19 7 4 |
* |
г
(
УДК 62.115.3 *
У 80
•\
В книге приводятся результаты исследований основных функций, вы полняемых поршневыми кольцами. Анализируется уплотняющая способ ность колец и факторы, влияющие на нее. іРассмотреиы зависимости, су ществующие между утечками газа через поршневые кольца и индикатор ными и эффективными показателями рабочего цикла. Произведена оценка доли тепла, отводимой от поршня поршневыми кольцами. Исследованы ди намические напряжения, возникающие в поршневом кольце на работающем двигателе и рассмотрена их зависимость от износов и овализации цилинд ровых втулок.
Разбираются вопросы аналитического и экспериментального исследова ния влияния утечек газа на основные параметры рабочего процесса, приво дятся рекомендации по определению .расхода газа при утечках, а также по определению норм предельно допустимых износов цилиндровых втулок и поршневых колец. '
Приведены результаты исследований по определению величин действи тельных напряжении ъ поршневых кольцах дизелей с учетом как статиче ских напряжений (возникающих при заведении кольца в цилиндровую втулку), так и динамических, возникающих при работе двигателя от сил давления газа в заколечном пространстве.
Библ. — 55; рис. — 52; табл. — 17.
/
3—18—3
84—73
Издательство Саратовского университета, 1974.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основным направлением развития современного дизелестроения является дальнейшее совершенствование й форси ровка выпускаемых двигателей при одновременном повыше нии их моторесурса, надежности и других технико-экономи ческих показателей. Важность задач, стоящих перед данной отраслью промышленности, подтверждается директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народ ного хозяйства СССР на 1971—1975 годы. Предусматривает ся увеличение моторесурса дизелей, газовых двигателей и газомотокомлрессоров в 1';5—2 раза. Решение этой -задачи тре бует совершенствования конструкции, применения прогрес сивной технологии изготовления деталей, автоматизации про цессов производства.
Одними из основных деталей двигателя, в значительной степени определяющими его моторесурс, надежность и эконо мичность, являются поршневые кольца, выполняющие целый ряд важных функций н работающие в трудных условиях (вы сокие температуры, .переменные нагрузки, трение). Поэтому к материалам колец и ‘качеству их изготовления предъявля ются весьма высокие требования. -
Вопросам конструирования, расчета, изготовления порш невых колец посвящено достаточное .количество работ. Вместе
стем, ряд вопросов, касающихся исследования отдельных функций, выполняемых поршневыми кольцами, освещен явно недостаточно.
По некоторым вопросам исследования поршневых колец в литературе имеются противоречивые данные, что затрудняет их использование в инженерно-технической практике. Вместе
стем, поршневое кольцо является деталью, наиболее трудно доступной для наблюдения и исследования. Этим обстоятель-
э
ством можно объяснить отсутствие в технической литературе данных о величине действительных напряжений в поршневых кольцах,, возникающих при работе двигателя, а также недо статочность материалов, характеризующих уплотняющую спо собность поршневых колец, их роль в отводе тепла от поршня
ит. д.
Внастоящей работе не преследуется цель систематизиро
вать имеющиеся в литературе сведения по расчету, конструи рованию и изготовлению поршневых колец, а рассматривают ся некоторые вопросы, касающиеся выполнения поршневыми кольцами их основных функций, условия работы колец, т. е. те факторы,'которые необходимо учитывать при проектирова нии. В основу работу положены результаты исследований, выполненных в 1962—1971 гг. коллективами эксперименталь ной лаборатории и лаборатории ДВС кафедры машиноведе ния Балаковского общетехннчеокого факультета Саратовского политехнического института под руководством автора. Неко торые вопросы, изложенные в книге, являются в определенной степени новыми и дискуссионными. Автор будет весьма благо дарен читателям, которые сочтут необходимым сообщить свои критические замечания.
S
I
/
ѳ
1( |
t |
, |
% |
* |
i
I. УПЛОТНЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
В связи с 'повышением моторесурса выпускаемых завода ми дизелей особое значение приобретает вопрос установления теоретически обоснованных предельно-допустимых износов основных деталей и узлов двигателя,' а> также установление предельных зазоров в наиболее ответственных сопряженных деталях.
Наиболее ответственными деталями двигателя, определя ющими не только надежность работы, но и экономичность двигателя, являются цилиндровая втулка, поршень и поршне вые кол'ьца. Если замена вкладышей мотылевых и рамовых подшипников, замена пальца или втулки верхней головки ша туна и целого ряда других деталей не оказывает заметного влияния на параметры рабочего процесса и экономичность двигателя й после переборки первоначальные параметры дви гателя полностью восстанавливаются, то после периодической замены поршневых колец в цилиндровых втулках, имеющих даже незначительный износ, полностью восстановить исход ные параметры двигателя, как правило, оказывается невоз можно.
Кроме того, зазоры в подшипниках коленчатого вала и ряда других узлов поддаются регулировке путем изменения толщины прокладок, зазор же между поршнем и втулкой ци линдра не .регулируется. Все это определяет особую важность сопряжения поршень—поршневое кольцо—втулка цилиндра. ' При установлении, сроков замены“ цилиндровых втулок нельзя также не учитывать и то обстоятельство,- что цилинд ровые втулки являются наиболее дорогими сменными дета лями двигателя (сказанное относится к двигателям, для кото-
5
рых расточка цилиндровых втулок под поршни ремонтного размера не применяется).
Особое влияние на изменение параметров рабочего про цесса и экономичность двигателя оказывает замена поршне вых колец в цилиндровых втулках, имеющих значительный износ и овализацию. Принимая во внимание, что срок службы цилиндровых втулок в 2—3 раза превышает срок службы ко лец, к таким заменам приходится прибегать довольно часто.
§1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРОХОДНЫХ СЕЧЕНИИ
£ДЛЯ ПРОРЫВА ГАЗОВ В СОПРЯЖЕНИИ ЦИЛИНДРОВАЯ ВТУЛКА — ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО
Цилиндровая ©тулка и поршневые кольца вновь собранно го и приработанного дизеляГ имеют обычно хорошую приле гаемость. Просветы в этом случае практически отсутствуют и,
восновном, определяются площадью просвета в замке. Утечку газа имеют место и в этом случае, однако величина их незна чительна и практически не оказывает влияния на работу дви гателя.
Рядом исследователей проводились работы по определению величин утечек за время приработки двигателя; было отмече но, что в этом случае утечки не оказывают серьезного влия ния на работу двигателя и не приводят к изменению пара метров рабочего процесса. Даже у хорошо приработанного двигателя имеет место пропуск газов через неплотности со пряжения поршневое кольцо—цилиндровая втулка, что,под тверждается и данными анализа картерных газов..
При продолжительной работе двигателя положение не сколько изменяется: утечки возрастают, повышается давление
вкартере. По мере эксплуатации двигателя происходит износ
цилиндровой втулки и поршневых колец,, который приводит к появлению просветов на отдельных участках кольца и ци линдровой втулки. Чаще всего образование просветов начи нается с замка поршневого кольца, где увеличение неплот ности происходит за счет увеличения зазора в замке, а также за счет повышенного износа концов кольца в районе замка из-за более высокого удельного давления, оказываемого кон цами кольца на втулку и, как следствие «западания» концов поршневого кольца внутрь (схема нарушения контакта при водится на рис. 1).
Однако такие незначительные изменения Ъ сопряжении в течение некоторого времени не приводят к нарушению нор-
6
ма-льноп работы двигателя, так как площади просветов воз растают незначительно. Заметим, что одновременно .с изно сом цилиндров'ой втулки изнашйівается и кольцо, приобретая при этом форму, обеспечивающую более равномерное распре деление давлений, что, в свою очередь, уменьшает темп роста просветов.
Иное положение наступает-тогда, когда в изношенную ци линдровую втулку устанавливается новое поршневое кольцо взамен ’непригодного. ’Такие замены производятся неодно кратно за время отработки моторесурса цилиндровой втулки. Моторесурс цилиндровых втулок большинства двигателей в 2—3 раза превышает срок службы поршневых колец, поэтому их замена является необходимым мероприятием для поддер жания нормального технического состояния двигателя.
Если при первых заменах пор |
|
|
||||||
шневых колец, когда |
цилиндро |
|
|
|||||
вая |
втулка |
сравнительно |
мало |
|
|
|||
изношена, |
удается |
|
обеспечить |
|
|
|||
нормальную |
приработку |
новых |
|
|
||||
колец во втулке, после чего пер |
|
|
||||||
воначальные параметры |
двигате |
|
|
|||||
ля восстанавливаются полностью, |
|
|
||||||
то |
при последующих |
заменах |
|
|
||||
нормальная работа |
двигателя не |
|
|
|||||
восстанавливается. |
Это |
|
имеет |
|
|
|||
место в тех случаях, |
когда цилин- |
1. |
Схема прилегания |
|||||
|
|
|
|
|
|
.Р и с. |
||
дровая втулка значительно изно кольца при совместном износе. |
||||||||
шена, имеет овализацию, |
|
конус |
колец приводит к воз |
|||||
ность и постановка новых поршневых |
||||||||
никновению больших |
просветов в местах |
плохого контакта |
сопрягаемой пары.
Отсутствие надежного уплотнения приводит к резкому увеличению прорыва газов, сдуванию масляной пленки, пере греву поршня, повышенному износу, ухудшению экономич ности двигателя и т. п. Подобное явление возникает иногда даже в тех случаях, котда зазор между поршнем и цилиндро вой втулкой не выходит за нормальные пределы и замена или расточка цилиндровой» втулки и поршня не является необхо димой.
■В этом случае возникают условия, препятствующие нор мальной приработке колец, и даже, длительная обкатка дви гателя только ухудшает уплотнение и способствует возраста нию износоВ; Все это говорит о том, что для каждого двига