27. Вопрос Поршневые кольца

Поршневые кольца (рис. 14, а) по назначению и конструктив­ному исполнению делят на компрессионные и маслосъемные

Рис. 14. Поршневые кольца:

а — типы колец: б — форма замков колец; А — компрессионное; Б — маслосъемное; В — кольцо-расширитель; 1—канавка мас-лосъемного кольца; 2 — прорезь в масло-съемном кольце; 3 — замок кольца; 4 — вы­точка в компрессионном кольце; — косой замок; — прямой замок; — стопорный винт

Компрессионные кольца уплот­няют поршень в цилиндре, предотвращая прорыв газов из него в картер двигателя, и от­водят теплоту. Маслосъемные кольца применяют для снятия лишнего масла со стенок ци­линдра.

Компрессионные кольца устанавливают в канавках уплот­няющей части поршня. Они должны быть упругими, чтобы плот­но прилегать к стенкам цилиндра по всей окружности. Диаметр кольца в свободном состоянии несколько больше диаметра цилиндра, и в одном месте оно разрезано. Место разреза поршне­вого кольца называют замком. На рисунке 14,б показаны раз­личные конструкции замков. Наибольшее распространение по­лучили прямые замки, поскольку они наиболее просты в изго­товлении и надежны в эксплуатации. Торцевые поверхности ко­лец шлифуют.

После установки в цилиндр поршня с кольцами последние вследствие пружинящих свойств материала оказывают на стен­ки цилиндра равномерное давление. При этом в замке сохра­няется зазор 0,4... 0,6 мм, благодаря которому допускается удлинение колец при нагревании.

При тактах сжатия и расширения некоторое количество га­зов под большим давлением проникает через зазоры в простран­ство между канавкой поршня и кольцом. Под давлением этих газов кольца плотнее прижимаются к поверхности цилиндра ,обеспечивая герметичность надпоршневого пространства.

Материал для поршневых колец должен обладать высокой износостойкостью при хорошей обрабатываемости, достаточной: механической прочностью и упругостью, а также обеспечивать минимальную изнашиваемость поверхности цилиндра. В качест­ве такого материала применяют легированные чугуны. Чтобы повысить износостойкость первого (верхнего) компрессионного кольца, работающего в наиболее тяжелых температурных усло­виях и воспринимающего наибольшее давление газов при недо­статочном смазывании, его подвергают пористому хромирова­нию. Для уменьшения утечки газов замки при установке поршня в цилиндр располагают по окружности под углом 120° один от другого.

Для обеспечения устойчивости кольца против радиальных виб­раций, долговечности и технологичности наиболее приемлемыми являются эпюры давлений кольца, имеющие грушевидную или эллипсообразную форму с повышенным давлением у замка. Для описания эпюры давлений кольца по его периметру используют коэффициент С

Надежное уплотнение поршня в цилиндре будет только тогда, когда компрессионное кольцо хотя бы с неболь­шой силой Р_у упругости прижимается по всей поверхности к зеркалу цилиндра. Это прижатие усиливается давлением га­зов, проникающих под кольцо. В зависимости от силы прижа­тия кольца к зеркалу цилиндра различают кольца с круговой, эллипсной и грушевидной эпюрами давлений. В тракторных двигателях применяют кольца с грушевидной эпюрой давления и наибольшим давлением у замка (рис. 145).

б г

Рис. 145. Схемы для расчета поршневых колец

В процессе работы кольца подвергаются действию высокой температуры газов и изнашиваются вследствие трения о стенки цилиндра. В особенно тяжелых условиях работает первое уплотнительное кольцо. В связи с этим применяют кольца специ­альной конструкции (трапециевидные, противоизносные состав­ные) с различными покрытиями и др.

В качестве материалов для поршневых колец применяют чугуны марок СЧ25, СЧ24 и специальные.

Основные конструктивные соотношения размеров колец при­ведены ниже.

Радиальная толщина кольца:

компрессионного t= (0,040... 0,045) D_ц

маслосъемного t= (0,038... 0,043) D_ц

Высота кольца b_к=3...5 мм Разность между зазорами в замке кольца

в свободном и рабочем состоянии S₀= (3,2...4,0)t

Радиальный зазор между кольцом и канавкой поршня:

компрессионным =0,70...0,95 мм маслосъемным =0,9...1,5 мм Диаметр отверстий для отвода масла d_м = (0,3...0,5)b Зазор в замке в свободном состоянии = (0,10...0,12)£)_ц Торцевой зазор между кольцом и плоско­стью прилегания в канавке = 0,04...0,2 мм

В процессе расчета на прочность определяют давление коль­ца на стенку цилиндра, напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии и при надевании его на поршень.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра

где выбирают из соотношений, указанных выше; — диаметр цилиндра; Е — модуль упругости материала кольца (для серого чугуна Е= _; для легированного чугуна Е=1,2*10⁵ МПа; для стали Е= (2.. .2,3) 10⁵ МПа).

Допускаемые значения среднего давления [р_ср] на стенку: для компрессионных колец — 0,1...0,4 МПа; для маслосъёмных колец — 0,2...0,7 МПа.

Максимальное напряжение изгиба в сечении кольца проти­воположном замку для рабочего состояния

Допускаемые напряжения изгиба для рабочего состояния [ ]=200...350 МПа.

Наибольшее напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

,

где m — коэффициент, характеризующий способ надевания кольца на поршень; m— 1—при надевании вручную; m = 2 — при надевании с помощью щипцов.

Допускаемые напряжения изгиба при надевании кольца [ ]=350...500 МПа.