Расчет поршневой группы

1. Поршень

1. Условия работы:

1. Большие (до 16 т) ударные нагрузки на днище при сгорании топлива

2. Высокие (до 16 м/с) скорости скольжения относительно стенок цилиндра

3. Высокие (до 350-400 град) температура в центре днища поршня

4. Химическое воздействие агрессивных веществ (сера)

5. Силы при перекладке поршня

2. Требования:

1. Механическая прочность при высоких температурах

2. Износостойкость

3. Низкая теплопроводность днища при высокой теплопроводности юбки

4. Химическая стойкость

5. Малая масса

3. Способы упрочнения

С целью улучшения приработки поршней и предохранения их от возможных задиров в начальный период эксплуатации на поверхность направляющей части наносят специальное покрытие на основе коллоидного графита и дисульфида молибдена. В ряде случаев трущиеся поверхности поршня фосфатируют во избежание прижогов.

Для предотвращения чрезмерного нагрева поршня на днище наносят специальное теплозащитное покрытие на основе оксидов кремния, циркония и подвергают его анодированию или оксидированию с целью повышения термостойкости.

4. Материалы:

Основными поршневыми сплавами являются силумины АЛ9, АЛ12М2МгН, АЛ18МН2, АЛ12Н2М2 и другие с содержанием кремния до 26% и легированные медью (до 10... 12%), молибденом, титаном и другими компонентами.

Для улучшения физико-механических свойств заэвтектических сплавов применяется их легирование никелем, магнием, медью, хромом.

При использовании жидкой штамповки возможно изготовление головной части поршня, включая зону канавок под компрессионные кольца, из композиционного материала. В качестве матрицы используется алюминиевый сплав, например, АЛ-30. В качестве упрочняющей арматуры – муллито-кремнеземистые волокна с объемом содержания от 12 до 30 %.

5. Технология изготовления:

Поршни могут быть получены путем литья в кокиль или путем деформирования сплава. Существует два основных способа получения заготовок штамповкой – это экзотермическая и жидкая штамповки

6. Расчет

1. Рассчитываем днище поршня на изгиб от действия максимальных газовых усилий (Определяем напряжения изгиба в днище поршня).

2. Определяем тепловые напряжения в днище поршня из- за разности температур внутренней и наружной поверхностей

3. Головка поршня в сечении х-х ослаблено отверстиями для отвода масла. Поэтому проверяем это сечение на сжатие и разрыв.

Сжатие в сечении х-х

Разрыв в сечении х-х

4. На верхнюю кольцевую перемычку действуют максимальные газовые усилия. Поэтому определяем напряжения среза, изгиба и сложное напряжение кольцевой перемычки.

5. Определяем максимальное удельное давление юбки поршня на стенку цилиндра.

6. Определяем максимальное удельное давление всей высоты поршня на стенку цилиндра.

7. Для предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя определяем диаметры головки и юбки поршня, диаметральные зазоры в горячем состоянии.

Вывод. Расчетные напряжения в поршне не превышают предельно допустимых значении для данного материала детали. Поэтому работоспособность поршня обеспечивается.