Поршневые кольца. Теория.

/ Просмотров: 2740

Поршни небольшого диаметра (плунжеры гидравлических, масляных, топливных насосов и т.п.) уплотняют притиркой к поверхностям цилиндров. Уплотнение улучшают введением лабиринтных канавок.

image 263 Поршневые кольца. Теория.

Поршни большого размера, работающие при низких температурах и невысоких давлениях (например, в гидравлических, пневматических и вакуумных цилиндрах), уплотняют лабиринтными канавками или резиновыми кольцами.

image 266 Поршневые кольца. Теория.
image 269 Поршневые кольца. Теория.

При более высоких давлениях применяют манжетные уплотнения.

image 272 Поршневые кольца. Теория.

Наиболее надежное и универсальное уплотнение, способное работать при высоких температурах и держать самые высокие давления, — это уплотнение поршневыми кольцами. Оно применяется для уплотнения жидкостей и газов.

image 275 Поршневые кольца. Теория.

Поршневые кольца.

Поршневое кольцо представляет собой разрезное металлическое кольцо (обычно прямоугольного сечения), устанавливаемое в канавках поршня. Диаметр кольца в свободном состоянии больше диаметра цилиндра. При вводе в цилиндр кольцо сжимается и благодаря собственной упругости плотно прилегает к стенкам цилиндра по его окружности, за исключением узкого канала, образованном разрезом (замком) кольца.

Поршневые кольца при работе прижимаются к стенкам цилиндра не только силами собственной упругости, но и давлением рабочей жидкости (или газа), проникающей в поршневые канавки и действующей на тыльную поверхность поршневого кольца.

image 278 Поршневые кольца. Теория.

Это давление может во много раз превышать давление, вызванное силами собственной упругости- оно играет основную роль в уплотняющем действии поршневых колец. Натяг колец при вводе в цилиндр является лишь предварительным условием созданием этого давления.По принципу действия уплотнение поршневыми кольцами с этой стороны очень близко к манжетному уплотнению. Как и там, уплотняющий элемент прижимается к стенкам цилиндра силой, пропорциональной уплотняющему давлению.

С другой стороны, уплотнение поршневыми кольцами похоже на лабиринтное уплотнение. Кольца устанавливают в поршневых канавках с торцовым и радиальным зазорами. Будучи прижаты к стенкам поршневых канавок, кольца образуют ряд кольцевых полостей. Рабочая жидкость (или газ) проникающая в полость первого поршневого кольца, может перейти в следующую полость только через узкую щель в замке кольца. При прохождении через щель давление жидкости падает- этот процесс повторяется при перетекании жидкости в каждую последующую полость. В результате в последней полости давление жидкости будет гораздо меньше, чем в первой.

image 280 Поршневые кольца. Теория.

Обычно давление в уплотняемой полости цилиндра циклически колеблется от максимума (при рабочем ходе поршня) до нуля ( при обратном ходе поршня)- волна жидкости, устремляющаяся в уплотнение имеет ограниченный запас энергии, который может быть полностью рассеян в уплотнении. При этих условиях лабиринтное уплотнение может быть вполне герметичным.

Для увеличения надежности уплотнения устанавливают последовательно несколько колец (обычно три). В уплотнениях, подверженных действию высоких давлений, устанавливают 5-10 колец, иногда и больше.

image 283 Поршневые кольца. Теория.

С целью уменьшения осевых габаритов уплотнения в одной поршневой канавке иногда устанавливают два кольца и более.

image 286 Поршневые кольца. Теория.

Кольца устанавливают в канавках с торцовым зазором дельта около 5-10% высоты кольца.

Зазор между тыльной поверхностью кольца и днищем поршневой канавки должен быть в пределах S=(20-25%)B от ширины кольца.

image 291 Поршневые кольца. Теория.

Зазор в замке кольца выбирают из условия, чтобы в рабочем состоянии (когда кольцо в цилиндре) в стыке оставался бы

зазор для компенсации температурных деформаций. Этот просвет желательно делать минимальным для уменьшения перетекания жидкости через замок, а также с учетом того обстоятельства, что зазор в замке быстро увеличивается и износом кольца и стенок цилиндра.

Практически этот просвет делают равным 2-5 тысячным от диаметра цилиндрна. Если уплотнение работает при повышенных температурах (например в цилиндрах компрессоров и двигателей) то к этой величине просвета следует прибавить удлиннение кольца при нагреве.

Расчет поршневых колец на прочность.

Диаметр кольца в свободном состоянии выбирают с таким расчетом, чтобы получить достаточный натяг при введении кольца в цилиндр. Вместе с тем в материале кольца не должны возникать высокие напряжения в рабочем состоянии, когда кольцо сжато стенками цилиндра, и при установке кольца в поршневые канавки, когда концы колец разводят для надевания на поршень. Опасное сечение находится на оси симметрии кольца против замка. В рабоочем состоянии наружные волокна сеченияподвергаются растяжению, внутренние – сжатию- при надевании кольца наружные волокна сжаты, внутренние – растянуты.

(Математика расчета для сайта не приводится.)

Обычно придерживаются следующих правил конструирования поршневых колец:

1.ширина кольца В должна быть не более 1/20 цилиндра

2.диаметр кольца в свободном состоянии должен быть не более 1,03-1,04 диаметра цилиндра.

Превышение этих величин вызывает высокие напряжения при работе и надевании кольца на поршень. В каждом отдельном случае оно должно быть обосновано расчетом. … Напряжения в кольце не зависят и оказываемое им давление на стенки цилиндра не зависят от высоты кольца h.

Увеличение высоты кольца вызывает только повышение жесткости кольца, сопровождающееся ослаблением манжетного эффекта и увеличением силы, необходимой для надевания кольца на поршень.

Высоту кольца h обычно делают равной (0,5-0,7)b

Поршневые кольца равномерного давления.

Кольца круглой формы не обеспечивают равномерного давления по окружности. Типичная полярная диаграмма давлений (роза давлений) для этих колец показана на рис.

image 294 Поршневые кольца. Теория.

Равномерное давление обеспечивают кольца, образованные двумя окружностями, из которых внутренняя смещена до соприкосновения с наружной окружностью.

image 297 Поршневые кольца. Теория.

Практически такие кольца невыполнимы- можно только в большей или меньшей степени приблизится к такой форме. Такую форму придают иногда пружинным стопорным кольцам для выравнивания давления по окружности и повышения гибкости кольца с целью облегчения монтажа.

Другой способ получения равномерного давления по окружности состоит в том, что кольцу в свободном состоянии придают форму, несколько напоминающую эллипс (эти кольца условно называют эллиптическими). После введения в цилиндр кольцо принимает круговую форму и оказывает равномерное давление на стенки цилиндра.

(Методика определения координат опущена)

Конструкция колец.

image 300 Поршневые кольца. Теория.

Чаще всего применяют кольца прямоугольного сечения. На внутренних углах колец делают фаски (0,2-0,5)х45 градусов во избежание прилегания колец к закругленным углам поршневых канавок, а также для облегчения надевания колец на поршень. У колец большого диаметра на наружной поверхности делают лабиринтные канавки.

Для увеличения давления на стенки цилиндра на наружной поверхности колец делают кольцевые выборки. Однако эта мера уменьшает манжетный эффект кольца, так как давление жидкости на наружную поверхность кольца на участке выборки уравновешивает давление на тыльную поверхность кольца.

Это обстоятельство используют для равномерного распределения нагрузки между кольцами. Выборки в первых, обращенных к рабочему пространству цилиндра кольцах, снижают силу прижатия первых колец к стенкам цилиндра и тем самым подгружают следующие кольца. Этот прием применяют в гидравлических цилиндрах, в цилиндрах поршневых компрессоров и т.д. Указанный прием полезен и в вакуумных цилиндрах, где вакуум отжимает кольца от стенок цилиндра и где, следовательно, важно уменьшить манже

Новая теория сотворения мира)

Оставьте комментарий!

Комментарий будет опубликован после проверки

Вы можете войти под своим логином или зарегистрироваться на сайте.

Выберите человечка с поднятой рукой!