Практичне заняття 2. Тема:Розрахунок параметрів деталей і спряжень циліндро-поршневої групи двигуна

До циліндро-поршневої групи відносять наступні деталі: циліндр, поршень, компресійні і мастилознімальні кільця, поршневий палець.

Поршнева група, сприймаючи тиск робочих газів, передає їх шатуну і стінкам циліндра; ущільнює спряження циліндр-поршень-кільця і попереджує прорив газів у картер двигуна; регулює доступ мастила до деталей групи; відводить тепло від деталей поршневої групи до системи охолодження двигуна, забезпечуючи тим самим, необхідний для нормальної роботи деталей двигуна, тепловий режим.

При виборі конструктивних розмірів деталей ціліндро-поршневої групи використовують статистичні дані, отримані з практики конструювання, виготовлення і експлуатації двигунів внутрішнього згоряння.

За базовий розрахунковий розмір беруть діаметр поршня у верхній його частині D, відносно якого визначають як інші розміри поршня, так і розміри решти деталей поршневої групи.

Крім того, розраховують зазори у з’єднаннях деталей циліндро-поршневої групи, на які також існують певні технологічні і експлуатаційні норми і обмеження.

 

На рисунку 2.1 наведено схему поршня з характерними розмірами, які визначаються або контролюються при розрахунку поршня.

Коструктивні розміри або співвідношення розмірів елементів циліндро-поршневої групи автотракторних двигунів наведено в таблиці 2.1.

Наведені в таблиці 2.1 параметри і показники використовуються також для розрахунку деталей кривошипно-шатунної групи двигуна.

 

Рисунок 2.1 – Конструктивна схема поршня

 

Таблиця 2.1 – Розміри і співвідношення розмірів елементів циліндро-поршневої групи

Назва і співвідношення розмірів елементів поршневої групи	Бензинові двигуни	Дизелі
Товщина дна поршня,	0,005…0,09	0,12…0,20
Висота поршня,	0,08…1,20	1,00…1,50
Висота вогняного (жарового) поясу,	0,06…0,09	0,11…0,20
Товщина першої кільцевої перемички,	0,03…0,05	0,04…0,06
Висота верхньої частини поршня,	0,45…0,75	0,60...1,00
Висота юбки поршня,	0,60…0,75	0,60…0,70
Внутрішній діаметр поршня,
Товщина стінки головки поршня,	0,05…0,10	0,05…0,10
Товщина стінки юбки поршня, , мм	1,50…4,50	2,00…5,00

Продовження таблиці 2.1

Відношення (t – радіальна товщина) для компресійного кільця, для мастилознімального кільця	0,035..0,045 0,030..0,043	0,04..0,045 0,038..0,043
Радіальний зазор кільця в канавці поршня, , мм: компресійного, мастилознімального	0,70…0,95 0,90…1,10
Висота кільця, а, мм	1,50…4,00	3,0…5,00
Відношення величин зазорів у замку до товщини кільця у вільному і робочому станах,	2,5…4,00	3,2…4,00
Число мастильних отворів у поршні,	6…12
Діаметр мастильного каналу,	0,3…0,5
Діаметр бобишки поршня,	0,3…0,5
Відстань між торцями бобишок,	0,3…0,5
Зовнішній діаметр поршневого пальця,	0,22…0,28	0,30…0,38
Внутрішній діаметр поршневого пальця,	0,65…0,75	0,50…0,70
Довжина пальця, : закріпленого плаваючого	0,85…0,90 0,78…0,88	0,85…0,90 0,80…0,85
Довжина головки шатуна, : закріпленого плаваючого	0,28…0,32 0,33…0,45

 

При виконанні практичного завдання приймаємо для першого варіанту к =1 (номер варіанту співпадає з останнім номером або останніми двома номерами залікової книжки) D = 75 мм. Для наступних варіантів – (D = 75+ 2∙ к) мм.

Згідно з відношеннями, що наведено в таблиці 2.1, приймають товщину дна поршня δ (мм), висоту поршня Н (мм); товщину стінки головки поршня S (мм), висоту юбки поршня (мм), радіальну товщину кільця t (мм), радіальний зазор кільця в канавці поршня Δt (мм), товщину верхньої кільцевої перемички (мм), кількість і діаметр мастильних каналів у поршні відповідно і (мм).

Вибирають матеріал: для гільзи циліндрів – переважно сірий чавун з коефіцієнтом розширення α_ц = 11·10^-6 1/К; для поршня – евтектичний алюмінієвий сплав з включенням 12% кремнію і коефіцієнтом розширення α_п = 22·10^-6 1/К.

На рисунку 2.2 наведено у якості зразку для виконання практичного завдання і РГР характерні розміри деталей поршня двигуна ВАЗ 2114.

 

Рисунок 2.2 – Основні розміри поршня двигуна ВАЗ 2114

 

Поршень – алюмінієвий литий. По зовнішньому діаметру поршні розбиті на п'ять класів (А, В, С, D, Е) через 0,01 мм.

Зовнішня поверхня поршня має складну форму. Тому вимірювати

діаметр поршня необхідно тільки в площині, перпендикулярній поршневому пальцю, на відстані 55 мм від дна поршня.

На рисунку 2.3 наведено характерні розміри поршневого пальця компресійних і мастилознімальних кілець двигуна ВАЗ 2114.

 

Рисунок 2.3 – Основні розміри поршневих пальця і кілець двигуна ВАЗ 2114

Поршневий палець – сталевий, порожнистий, плаваючого типу, вільно обертається в бобишках поршня і втулці шатуна. В отворі поршня палець фіксується двома стопорними кільцями. По зовнішньому діаметру пальці

діляться на три класи через 0,004 мм.

Поршневі кільця виготовлені з чавуну. Верхнє компресійне кільце – з хромованою бочкоподібною зовнішньою поверхнею. Нижнє компресійне кільце скребкового типу. Мастилознімальне кільце – з хромованими робочими краями розтискується закрученою пружиною.

На кільцях ремонтних розмірів ставиться цифрове маркування "40" або "80", що відповідає збільшенню зовнішнього діаметра на 0,4 або 0,8 мм.

На рисунку 2.4 наведено характерні розміри шатуна двигуна ВАЗ 2114.

 

Рисунок 2.4 – Основні розміри шатуна двигуна ВАЗ 2114

 

Шатун - сталевий, кований. Він обробляється разом з кришкою і тому вони окремо невзаємозамінні. Щоб при збірці не переплутати кришки і шатуни, на них таврується номер циліндра, в який шатуни встановлюються.

У верхню головку шатуна запресовано стале-бронзову втулку. По діаметру отвору цієї втулки шатуни ділять на три класи через 0,004 мм (так само, як і поршні, див. рисунок 2.3).

На двигун повинні встановлюватися шатуни одного класу по масі. Підганяти масу шатунів можна видаленням металу з бобишек на верхній голівці і на кришці шатуна.

Розрахунковий зазор між поршнем і циліндром для нових деталей (вимірюється на відстані 55 мм від дна поршня) дорівнює 0,025-0,045 мм.

Максимально допустимий зазор (при зносі деталей в експлуатації) становить 0,15 мм. Якщо зазор перевищує 0,15 мм, то необхідно заново підібрати поршні до циліндрів, щоб зазор за розміром був можливо ближче до розрахункового.

У нових деталей клас отворів під палець в шатуні і поршні повинен бути ідентичний класу пальця. При збірці необхідно, щоб поршневий палець, змазаний моторним мастилом, входив в отвір поршня від простого натискання великого пальця руки і не випадав з нього.

При встановленні поршневих кілець змащуються моторним мастилом канавки на поршні і поршневі кільця. Надівають поршневі кільця так, щоб замок верхнього компресійного кільця розташовувався під кутом приблизно 45 ° до осі поршневого пальця, замок нижнього компресійного кільця – під кутом приблизно 180 ° до осі замка верхнього компресійного кільця, а замок мастилознімального кільця – під кутом приблизно 90 ° до осі замка верхнього компресійного кільця. Нижня компресійне кільце встановлюється виточкою вниз. При установці мастилознімального кільця стик пружинного розширювача розташовується з боку, протилежного замку кільця.
Розрахунковий зазор між поршневими кільцями і канавками поршня (округлений до 0,01 мм) для нових деталей має становити: для верхнього компресійного кільця – 0,04…0,07 мм, для нижнього – 0,03…0,06 мм, для мастилознімального кільця – 0,02…0,05 мм. Гранично допустимі зазори при зносі – 0,15 мм.

Зазор у замку поршневих кілець перевіряють набором щупів, вставляючи кільця в калібр (новий циліндр), що має діаметр отвору, рівний номінальному діаметру кільця з допуском ± 0,003 мм.

Для кілець двигуна ВАЗ 2114 нормального розміру (діаметр в калібрі – 82 мм) зазор повинен бути в межах 0,25…0,45 мм для всіх нових кілець. Гранично допустимий зазор в замку кілець при зносі – 1 мм.
При виконанні практичного завдання необхідно враховувати наведені вище рекомендації, а також відповідні рекомендації для двигунів-прототипів, розміри деталей яких відрізняються від розмірів, наведених в прикладі.

Крім того необхідно навести коментарі стосовно технологічних і експлуатаційних зазорів у спряженнях, матеріали, що рекомендуються для виготовлення деталей циліндро-поршневої групи.

Питання для самоперевірки

1. Які деталі входять до поршневої групи двигуна?

2. Відносно якого параметру визначають геометричні розміри елементів поршня?

3. З яких матеріалів виготовляють поршні автотракторних двигунів?

4. З яких матеріалів виготовляють поршневі пальці автотракторних двигунів?

5. Як класифікують поршневі кільця за їх функціональним призначенням?

6. Назвіть характерні геометричні розміри і показники, які визначають при розрахунку поршневих кілець?

7. З яких матеріалів виготовляють поршневі кільця автотракторних двигунів?