Устройство и работа поршня двигателя ВАЗ-2107

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ ПОРШНЯ ВАЗ-2107 И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ДЕТАЛЯМИ КШМ

2. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТНОГО И НАГРУЗОЧНОГО РЕЖИМОВ НА РАБОТУ ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2107

3. ИЗНАШИВАЕМЫЕ И РАЗРУШАЮЩИЕСЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2107

3.1 Виды трения

3.2 Виды изнашивания

3.3 Восстановление работоспособного состояния

4. МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ НАРУШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2107

5. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ

5.1 Построение вариационного ряда

5.2 Средняя наработка на отказ

5.3 Дисперсия

5.4 Стандартное отклонение

5.5 Коэффициент вариации

5.6 Диапазон наработок внутри, которых имелись отказы

5.7 Определение закона распределения наработок на отказ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы является изучение устройства и работы поршня двигателя ВАЗ-2107, а также его взаимодействие с деталями КШМ. Определить изнашиваемые и разрушающиеся поверхности, виды трения и износа. Изучить, как проводится восстановление работоспособного состояния компрессионных колец, меры предупреждения нарушения работоспособного состояния. Провести расчет показателей безотказности, и на их основании определить закон распределения наработок на отказ.

1. ОПИСАНИЕ ПОРШНЯ ВАЗ-2107, И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ДЕТАЛЯМИ КШМ

Поршень -- деталь, предназначенная для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. Служит также для выполнения вспомогательных тактов по очистке и наполнению цилиндра. Как правило, оснащён поршневыми кольцами для улучшения герметичности системы цилиндр - поршень.

К деталям группы поршня относят собственно поршень, поршневые кольца- компрессионные и масляные, поршневой палец, стопорные кольца, заглушки. Эти детали определяют герметичность рабочей полости, потери на трение; их конструкция и техническое состояние решающим образом влияют на эффективные показатели и долговечности двигателя.

Рис. 1. Поршень и поршневые кольца.

1 -- юбка поршня; 2 -- бобышки; 3 -- стопорные кольца; 4 -- головка поршня; 5 -- днище; 6 --канавки для установки поршневых колец; 7 -- поршневой палец; 8 -- компрессионные кольца; 9 -- маслосъемное кольцо.

При работе двигателя на поршень действуют переменные по значению и направлению силы давления газов и инерции, боковые силы, силы трения. Температурное состояние поршня оказывается очень сложным. Температуры в теле поршня могут достигать 250- 300є C, что приводит к возникновению термических напряжения. Дополнительно нагружены элементы конструкции поршня, канавки, торцовые кромки.

Поршень подразделяется на две части: головку и направляющая часть-юбка. Днище поршня непосредственно воспринимает давление газов и контактирует с горячим рабочим телом. Днище и бобышки, в которых размещается поршневой палец составляют главный силовой элемент поршня, воспринимающих сжатие от сил давления газов. На боковой поверхности поршня прорезаны канавки, в которых размещаются компрессионные и масляные кольца. В канавке под масляным кольцом имеются дренирующие радиальные отверстия, способствующие отводу масла в картер. Поршневой палец, служащий для шарнирного соединения поршня с шатуном, изготовляется пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты. От продольного перемещения, что могло бы вызвать задиры на стенках цилиндров, палец удерживается в бобышках поршня при помощи двух стопорных колец, вставляемых в кольцевые выточки. Юбка поршня передает боковые силы на гильзу. Это происходит в плоскости качания шатуна, поэтому в плоскости, ей перпендикулярной, делаю выемки, облегчая тем самым весь поршень.

При монтаже поршни одного комплекта подгоняют по массе во избежание повышенных вибраций, поэтому поршни содержат технологический прилив, откуда при необходимости можно снять металл.

На поршень с кольцами приходится основная доля потерь на трение. С целью снижения этих потерь разрабатывают такие боковые профили поршня, которые обеспечивают минимальные потери на трение. Поршень имеет бочкообразный профиль, который позволяет обеспечить минимальный зазор между поршнем и гильзой цилиндра в одном из поясов и гидродинамическое трение по юбке. В то же время бочкообразный профиль позволяет избежать ударного взаимодействия верхней и нежней части кромок поршня с гильзой при его перемещениях в плоскости качания шатуна под действием боковой силы N. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение вибраций и шума д.в.с. Строго говоря, сечение поршня, перпендикулярное его оси, является не круглым, а овальным: меньший диаметр приходится на плоскость с большей концентрацией металла. Это делают для того, чтобы избежать заклинивания поршня из-за увеличения его размера при нагреве до рабочих температур.

2. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТНОГО И НАГРУЗОЧНОГО РЕЖИМОВ НА РАБОТУ ПОШНЕВОЙ ГРУППЫ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2107

Произведем анализ влияния скоростного и нагрузочного режима работы двигателя на изнашивание его деталей. Эти режимы характеризуются изменением нагрузки (подачи топливовоздушной смеси в цилиндры) и изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя (n, мин-1).

Величину нагрузки принято характеризовать величиной среднего эффективного давления в цилиндрах (Ре, кПа).

Скоростной режим работы ДВС характеризуется постоянством нагрузки (Ре, кПа) и изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя (n, мин-1). С увеличением частоты вращения коленчатого вала повышаются износы поверхностей трущихся деталей двигателей. Это связано с возрастанием инерционных сил, механических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма и цилиндропоршневой группы и температур поверхностей трения. При этом зависимости между износами деталей и n имеют степенной характер который приведен на рис 2.1.

Из рис. 2.1 очевидно, что чем выше n, тем больше износы большинства деталей двигателей.

Так что большие обороты двигателя с точки зрения изнашивания его деталей крайне нежелательны.

Нагрузочный режим работы двигателей характеризуется, наоборот, постоянством частоты вращения коленчатого вала двигателя (n, мин-1) и изменением нагрузки (Ре, кПа). При увеличении нагрузки (повышении подачи топливовоздушной смеси) интенсивность изнашивания деталей двигателя внутреннего сгорания увеличивается практически прямо пропорционально, то есть проценты возрастания Ре и вызванные этим износы поверхностей деталей цилиндропоршневой группы и всего кривошипно-шатунного механизма одинаковы.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рост интенсивности изнашивания деталей при увеличении Ре связан с увеличением количества рабочих газов в цилиндрах, а значит возрастают механические нагрузки на детали цилиндропоршневой группы. Одновременно повышаются температуры трущихся поверхностей. Зависимости между износами (И, мкм) некоторых деталей двигателей и нагрузками (Ре, кПа) представлены на рис. 2.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, повышенный скоростной режим вызывает большее увеличение износов деталей цилиндропоршневой группы и всего кривошипно-шатунного механизма ДВС, чем повышенный нагрузочный режим. Это значит, что для обеспечения определенной скорости движения автомобиля на одном и том же участке дороги предпочтительнее двигаться на повышенной передаче.

3. ИЗНАШИВАЕМЫЕ И РАЗРУШАЮЩИЕСЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2107

Изнашиваемыми и разрушающимися поверхностями является юбка поршня, канавки под поршневые кольца и днище поршня.

Задиры на юбке могут образоваться в результате недостаточного зазора или перегрева (рис. 3.1)

Рисунок 3.1

Недостаточная смазка явилась причиной одностороннего задира юбки (рис 3.2). При дальнейшей работе в таком режиме задир распространяется на обе стороны юбки (рис 3.3)

Рисунок 3.2 Рисунок 3.3

Схватывание пальца в отверстии бобышек поршня произошло сразу после запуска двигателя (рис 3.4) . Причина - малый зазор в соединении и недостаточная смазка



Рисунок 3.4

Залегание колец в канавках и задиры в результате слишком высокой температуры в камере сгорания (рис 3.5). При недостаточном охлаждении днища задир распространяется на всю верхнюю часть поршня (рис 3.6)

Рисунок 3.5 Рисунок 3.6

Плохая фильтрация масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец (рис 3.7)

поршневой трение износ отказ

Рисунок 3.7

Плохая фильтрация масла послужила причиной абразивного износа юбки, цилиндров и поршневых колец (рис 3.8)



Рисунок 3.8

Деформированный шатун обычно приводит к несимметричному пятну контакта юбки с цилиндром из-за перекоса поршня (рис 3.9)

Рисунок 3.9

3.1 Виды трения

В зависимости от толщины масляной пленки между поршнем и гильзой, можно выделить три вида трения:

1. Полужидкостное (смешанное) трение бывает тогда, когда в результате частичного выдавливания масла в местах наибольших неровностей происходит контакт трущихся поверхностей, который вызывает в этих местах сухое и граничное трение. Таким образом, при полужидкостном трении одновременно происходит жидкостное и граничное или же сухое трение.

2. Жидкостное трение происходит между движущимися поверхностями, полностью разделенными толстой пленкой смазки и непосредственный контакт элементов пары отсутствует. Трение в этом случае сводится к вязкостному сопротивлению в самом слое смазки, обусловленному сдвигом соседних слоев пленки, т.е. к внутреннему трению.

3. Сухое трение проявляется при взаимном относительном движении двух очищенных и высушенных твердых тел, находящихся в естественном контакте друг с другом.

3.2 Виды изнашивания

1. Абразивное изнашивание проявляется вследствие попадания между трущимися поверхностями, так называемых абразивных частиц. Эти частицы имеют большую твердость, чем твердость поверхности трения, пластически деформируют поверхность трения, образуя на них риски и царапины. Абразивные частицы попадают между поверхностями трения деталей вместе с атмосферным воздухом, топливом, смазочным материалом, техническими жидкостями или образуются из продуктов изнашивания.

2. Схватывание первого рода заключается в микросваривании участков трущихся поверхностей, после последующего их взаимного перемещения возникшая связь разрушается.

3. Схватывание второго рода. Первые этапы идентичны предыдущему виду изнашивания, а далее схватывание контактирующих поверхностей разъединяется не в месте сваривания, а происходит с переносом части одного металла на поверхность другого (адгезия металла). При более жестких условиях трения, трущиеся сварившиеся металлы вообще могут не разъединиться, что приводит к заклиниванию или полной потере подвижности контактирующих деталей.

4. Окислительное изнашивание. Под действием химически агрессивных сред (вода, неорганические и органические кислоты) на трущихся поверхностях образуются оксиды металлов. Износостойкость оксидов существенно ниже износостойкости основных металлов. После выработки оксидов металлы оголяются и опять окисляются.

5. Эрозионное изнашивание заключается в вырывании частиц материалов деталей с поверхностей, омываемых газами с высокой температурой и скоростью.

3.3 Восстановление работоспособного состояния

Поршень находится в сопряжении с гильзой цилиндра. Происходит значительный износ, как стенок гильзы, так и рабочей поверхности поршня. В настоящее время имеется опыт восстановления поршней наплавкой полиамидной смолой П-6110Л на специальных литьевых формах. Кроме того, разработан метод ремонта поршней с помощью полиамидных чехлов-манжет. При большом износе обычно поршни не восстанавливают, а заменяют вновь изготовленными.

4. МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ НАРУШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОРШНЯ ВАЗ-2107

Повреждение по причине перекоса поршня.

В зоне колец поршень может иметь следы износа, полученные в результате жесткого трения о поверхность цилиндра.

Причины: Такие повреждения появляются при перекосе поршней, когда происходит защемление (залегание) колец и соответственно отсутствие необходимого уплотнительного эффекта. В этом случае при сгорании топливно-воздушной смеси горящие газы прорываются через кольца вдоль стенки цилиндра и разрушают на ней масляную пленку. Из-за этого верхняя часть поршня и кольца начинают работать без смазки, что вызывает их перегрев и подклинивание. Залегание колец может быть вызвано скоплением сажи и грязи в посадочных канавках или же повреждением самих колец и канавок при установке.

Меры предупреждения: Перед сборкой двигателя необходимо убедиться в свободном перемещении колец в посадочных канавках и поршня в сборе с шатуном. После сборки зазор между поршнем и стенкой цилиндра по всей окружности должен быть одинаковым как в верхней мертвой точке, так и в нижней. Зазор измеряется с помощью щупа.

Износ вследствие переливания топлива.

На стенках поршня, преимущественно с одной стороны, по всей высоте юбки имеются тонкие царапины и явно выраженные следы износа. Царапины и легкие задиры.

Причины: Эти повреждения вызваны избыточным количеством подаваемого в цилиндры топлива. Не имея возможности полностью испариться, топливо попадает на стенки цилиндра и смывает тонкую масляную пленку. Работа поршня «всухую», без смазки, первоначально способствует появлению несущественного износа, а затем и задиров поршня со стороны наибольшей нагрузки.

У карбюраторного двигателя ЗМЗ-406 причин «переливания» бензина существует несколько: большой уровень топлива в поплавковой камере, не полностью открытая воздушная заслонка, засоренные воздушные или выработанные (изношенные) топливные и эмульсионные жиклеры. У моторов с карбюраторами и системой впрыска смывание смазки с зеркала цилиндра может происходить и в случае неисправности системы зажигания, когда в одном или нескольких цилиндрах отсутствует искра зажигания. Топливо при этом не сгорает, а осаждается на стенках цилиндра, смывая масляную пленку и попадая в картер двигателя, где смешивается с маслом.

Меры предупреждения: Чтобы избежать данных повреждений, необходимо устранить существующие неисправности систем питания, зажигания. Перед пуском не следует несколько раз нажимать на педаль газа, накачивая таким способом в цилиндры с помощью насоса-ускорителя избыточное количество бензина. Особенно это опасно для холодного двигателя, в котором топливо не испаряется, а осаждается на стенках цилиндров. Избегайте прогрева двигателя на холостых оборотах. Системы зажигания и питания должны быть отрегулированы так, чтобы двигатель запускался как можно быстрее. Длительное вращение коленчатого вала стартером способствует попаданию в цилиндры большого количества топлива, которое не сгорает. Признаком смывания со стенок цилиндра масляной пленки могут быть мелкие пузырьки на щупе уровня масла.

Сломаны перемычки между кольцами.

Причины: Разрушение от детонации. Подтвердить (или опровергнуть) это можно, прежде всего, тщательно осмотрев прокладку головки блока цилиндров. Самые первые признаки детонации проявляются здесь - это смятый металл окантовки отверстий цилиндров.

Типовые причины детонации - неудовлетворительные детонационные свойства бензина и (или) слишком ранний установочный угол опережения зажигания (УУОЗ)

Нарушение охлаждения поршня - едва ли не самая распространенная причина появления дефектов. Обычно это происходит при неисправности системы охлаждения двигателя (цепочка: "радиатор-вентилятор-датчик включения вентилятора-водяной насос") либо из-за повреждения прокладки головки блока цилиндров. Во всяком случае, как только стенка цилиндра перестает омываться снаружи жидкостью, ее температура, а вместе с ней и температура поршня, начинают расти. Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир - схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня

Меры предупреждения работоспособности поршня: содержать в исправности системы питания, смазки и охлаждения двигателя, вовремя их обслуживать, излишне не нагружать холодный двигатель, избегать применения некачественного топлива, масла и несоответствующих фильтров и свечей зажигания.

При ремонте нельзя стремиться к обеспечению минимальных зазоров поршней в цилиндрах и в замках колец.

Качественные запасные части, правильная обработка изношенных деталей, тщательная мойка и аккуратная сборка с обязательным контролем на всех этапах.

5. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ

По исходным данным имеем наработки на отказ тормозной системы.

506, 547, 586, 698, 743, 768, 803, 832, 841, 886, 964, 1006, 1075, 1078, 1168, 1211, 1275, 1306, 1328, 1335, 1376, 1426, 1531, 1589, 1652, 1699, 1748, 1853, 2177

5.1 Построение вариационного ряда

506, 547, 586, 698, 743, 768, 803, 832, 841, 886, 964, 1006, 1075, 1078, 1168, 1211, 1275, 1306, 1328, 1335, 1376, 1426, 1531, 1589, 1652, 1699, 1748, 1853, 2177.

5.2 Средняя наработка на отказ

, где:

N=29- количество исследуемых объектов (полная выборка);

i-я наработка на отказ.

.

5.3 Дисперсия

.

5.4 Стандартное отклонение

.

5.5 Коэффициент вариации

.

5.6 Диапазон наработок внутри, которых имелись отказы

, где:

tmax=2180 - максимальная наработка на отказ;

tmin=500 - минимальная наработка на отказ.

.

Определяем длину интервалов:

.

Определяем количество интервалов:

, где:

tправ=tmax или кратное Дt, выбираю tправ=1680;

tлев=500;

Результаты вычислений Таблица 5.1

N п/п	Наименование	Расчетная формула	Номера интервалов
			1	2	3	4	5	6	7
1	Границы интервалов		500-740	740-980	980-1220	1220-1460	1460-1700	1700-1940	1940-2180
2	Значения середин интервалов		620	860	1100	1340	1580	1820	2060
3	Число отказов в интервале		4	7	5	6	4	2	1
4	Накопленное число отказов		4	11	16	22	26	28	29
5	Вероятность отказа		0,14	0,38	0,55	0,76	0,90	0,97	1,00
6	Вероятность безотказной работы		0,86	0,62	0,45	0,24	0,10	0,03	0,00
7	Плотность вероятности отказа		0,00019	0,00033	0,00023	0,00028	0,00019	0,00009	0,00005
8	Интенсивность отказа		0,00022	0,00053	0,00052	0,00116	0,00180	0,00270	?



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

5.7 Определение закона распределения наработок на отказ

Выдвигаю гипотезу, коэффициент вариации равен 0,17, предлагаю, что наработки на отказ подчиняются закону Нормальному закону распределения.

По форме эмпирического закона распределения плотность вероятности подчиняется закону Вейбулла или Нормальному закону.

Более полную информацию о соответствии эмпирических данных с тем или иным законом дает критерий согласия Мизесса. В связи с этим предполагаю, что наработки на отказ подчиняются Нормальному закону распределения.

;

;

;

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе было изучено устройство и работа поршня двигателя ВАЗ-2107, а также его взаимодействие с деталями КШМ. Определили изнашиваемые и разрушающиеся поверхности, виды трения и износа. Изучили, как проводится восстановление работоспособного состояния компрессионных колец, меры предупреждения нарушения работоспособного состояния. Провели расчет показателей безотказности, и на их основании определили закон распределения наработок на отказ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. - М.: Высшая школа, 1985. - 310 с.

2. Круглов С.М. Двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1984. - 382 с.

3. Автомобили: Основы конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. Заведений / В.К. Вахламов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru