Расчет поршневой группы поршневые кольца

Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные фун­кции:

— герметизации надпоршневого пространства в целях максима­льно возможного использования тепловой энергии топлива;

— отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилин­дра;

— «управление маслом», т. е. рационального распределения ма­сляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания.

Выполнение этих функций обеспечи­вает комплект из трех колец: двух компрессорных и одного маслосъемного.

Наиболее нагруженным, особенно в тепловом отношении, явля­ется первое (верхнее) компрессионное кольцо, температура которо­го достигает 200 — 250 °С. Оно изготовляется из легирован­ного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имеющим предел прочности 1100 — 1400 МПа, легирующие добавки хрома, никеля, молибдена и других металлов способствуют повышению термостойкости компрессионных колец до 340 °С. Тем не менее для наиболее высокофорсированных дизелей и бензиновых двигателей применяются верхние компрессионные кольца, изготовленные из высокоуглеродистых сталей с пределом прочности 1400 — 1500 МПа и выше. В качестве износостойкого покрытия исполь­зуется электролитическое хромирование слоем (0,10 — 0,15 мм) твердого хрома, или слоем еще более тугоплавкого и износостой­кого молибдена. Второе компрессионное кольцо практически является компрессионно-маслосъемным. Оно работает в более «мягких» условиях по давлению, температуре и смазке, чем первое ком­прессионное кольцо. Для его использования приме­няется серый легирован­ный чугун с пластинчатым графитом как с износо­стойким покрытием, так и без специальных покры­тий. Кроме уплотнения надпоршневого простран­ства второе кольцо обес­печивает «управление мас­лом», снимая его со сте­нок цилиндра при ходе по­ршня вниз и осуществляя пропуск некоторого количества масла при ходе поршня вверх. Эта функция определяет и специальные «скребковые» профили компрессионно-маслосьемных колец.

Третье кольцо — маслосъемное — обеспечивает съем масла с зеркала цилиндра и сброс его в картер через отверстия в канавке кольца. Наиболее важными качествами маслосъемных колец явля­ются хорошая приспособляемость к форме цилиндра и высокое давление на стенки цилиндра, необходимые для эффективного съема масла. Специфические условия работы и функций маслосъем­ных колец определяют и соответствующие требования к их конст­рукции и материалу.

Расчет поршневого кольца.

Необходимые данные для расчета приведены в расчете поршня. Материал кольца — серый легированный чугун, Е = 1,2 ∙ 10⁵ МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

Давление (МПа) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле:

где μ_к — переменный коэффициент, определяемый изготовителем в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра. Принимаем гру­шевидную форму эпюры давления кольца со следующими парамет­рами:

Таблица 11. Давление кольца на стенку цилиндра

рср , МПа	0,049
Угол ψ, определяющий положение текущего давления кольца, градусы	0	30	60	90	120	150	180
Коэффициент μк	1,05	1,04	1,02	1	1,02	1,27	1,5
Давление р в соответствующей точке, МПа	0,052	0,051	0,050	0,049	0,050	0,063	0,074

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

Монтажный зазор в замке поршневого кольца

где =0,08 мм, Т_ц = 383 К, Т_к = 493 К, Т₀ = 293 К.

Список литературы

1. «Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей» - под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1990.

2. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» - Колчин А.И., Демидов В.П.. М.: Высшая школа, 2002.

3. «Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов» - под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1985.