2. Поршневые кольца

1. Условия работы:

Высокая скорость скольжения

Высокая температура (до 350 град С)

Недостаток смазки

2. Требования:

Износостойкость

Малая зависимость упругих свойств от температуры

Теплопроводность

3. Способы упрочнения

Гальваническое хромирование (износостойкость)

Плазменное насыщение молибденом (предотвращение схватывания)

Лужение (приработка)

Электролитическое хромирование слоем (0,12 — 0,16 мм) твердого хрома, или слоем еще более тугоплавкого и износостойкого молибдена.

Твердое хромирование.

Металлокерамические и керамические покрытия, наносимые в вакууме или газовых средах с помощью плазменных технологий.

Второе компрессионное кольцо, как правило, не покрывается хромом – оно целиком фосфатируется или покрывается каким–либо другим противоизносным слоем, например, оловом.

4. Расчет:

1. В целях обеспечения достаточной герметичности камеры сгорания определяем среднее давление кольца на гильзу цилиндра.

2. Во избежание прорыва газов в зоне кольцевого стыка и для равномерного износа кольца определяем давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности (строим эпюру давлений кольца по окружности)

3. В рабочем состоянии и при надевании колец они изгибаются. Поэтому определяем напряжения изгиба кольца.

4. Для обеспечения зазора в замке кольца во время работы определяем минимальный монтажный зазор в замке кольца.

Вывод: Среднее давление кольца на гильзу цилиндра достаточно для обеспечения герметичности камеры сгорания Расчетные напряжения в кольце не превышают предельно допустимых значении для данного материала детали. Поэтому работоспособность колец обеспечивается.

5. Материалы:

Первое (верхнее) компрессионное кольцо изготовляется из легированного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имеющим предел прочности 1100 — 1400 МПа, легирующие добавки хрома (1%), никеля, молибдена (0.5- 1%), кремния (2%), магния (0.8%).

Другие металлы способствуют повышению термостойкости компрессионных колец до 340 °С.

Для высокофорсированных дизелей и бензиновых двигателей применяются верхние компрессионные кольца, изготовленные из высокоуглеродистых сталей с пределом прочности 1400 — 1500 МПа и выше.

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. При износе хромового покрытия это кольцо меньше изнашивает цилиндр и не создаёт уступа.

Составное кольцо изготавливается из углеродистой стальной ленты, наружная поверхность которых хромируется.

6. Технология изготовления:

Литье в индивидуальные формы

Изготовляются хромированные коробчатые маслосъемные кольца и методом проката из стальной калиброванной ленты.

3. Поршневой палец

1. Условия работы:

Подвергается воздействию ударных переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации.

2. Требования:

Усталостная прочность

Износостойкость

Хорошая работа на изгиб

Вязкость

Малая масса

3. Способы упрочнения

Поверхностная закалка ТВЧ до HRC 50- 55.

Азотирование.

Глубина термообработки 1.5- 2 мм.

4. Расчет:

Расчетная сила, действующая на поршневой палец складывается из максимальной силы давления газов и силы инерции поршневой группы.

В сечениях между бобышками и головкой шатуна происходит срез пальца. Поэтому определяем касательные напряжения среза в этих сечениях.

В следствии неравномерного распределения сил, приложенных к пальцу он деформируется. Поэтому определяем наибольшее увеличение горизонтального диаметра и напряжения при овализации.

Определяем давление пальца на втулку головки шатуна

Определяем давление плавающего пальца на бобышки.

Определяем напряжения изгиба в среднем сечении.

Вывод: Максимальные расчетные напряжения и деформации поршневого пальца не превышают предельно допустимых величин. Поэтому его работоспособность обеспечивается.

5. Материалы:

Цементированные малоуглеродистые и легированные никелем и хромом стали с твердой поверхностью и вязкой основой (Сталь 20Х). Рабочая поверхность пальца подвергается шлифовке и полировке.

Высокоуглеродистая сталь (Сталь 45Г). Цементация не требуется.

6. Технология изготовления:

1. Условия работы:

Под действием сил давления газов шатун подвергается сжатию и продольному изгибу

Под действием силы инерции комплекта поршня - растяжению и сжатию,

Под действием силы инерции массы самого шатуна - знакопеременному поперечному изгибу.

В отдельных случаях эти силы создают ударные нагрузки

2. Требования:

Усталостная прочность

Малая масса

Жесткость

Технологичность

3. Способы упрочнения

Для повышения усталостной прочности при достаточной вязкости и пластичности стальные шатуны подвергают в процессе штамповки промежуточной термообработке, а после штамповки — полированию, обдувке дробью, нормализации, закалке и отпуску.

Закалка и отпуск до 25- 30 HRC.