Klipni prstenovi 1

UNIVERZITET U TUZLI

MAŠINSKI FAKULTET Energetsko mašinstvo Predmet: MOTORI SUS

SEMESTRALNI RAD Klipni prstenovi

Adis Efendić I-281/09

1.UVOD Klipni  prstenovi pronaĎeni su od strane John Ramsbotton -a koji je svoj rad objavio na institutu za mašinski inž injering 1854 godin.

Prvi prstenovi su korišteni kod parnih mašina , i uloga im je bila da spjeće curenje pare. Klipni prstenovi su elastični prstenovi koji se nalaze na žljebovima klipa. Spriječavaju izlaženje plinova iz prostora iznad klipa u kučište koljenastog vratila . Upotrebom klipnih prstenova smanjilo se trenje , zaptivanje se postiže sa vise prstenova , svaki od njih ima svoju svoju vlastitu funkciju funkciju .

Važno je da prstenovi slobodno hodaju u svom utoru u klipu , tako tako da oni mogu ostati u dodiru dodiru sa cilindrom . Klipni prstenovi prstenovi izloženi su velikom tošenju   te su  posebno obraĎeni kako bi im se povećala otpornost . U pravilu su napravljeni od čelika , a radi veče izdržljivosti mogu biti oslojeni kromom , posebnim keramičkim materijalom itd.

Ovi prstenovi (tzv. “karike”) glavni su razlog razlog zašto stari i istošeni motori dime .  Naime , vjerovatno ste više puta čuli da je motor nekog automobile istrošen jer mu iz auspuha izlazi izlazi plavičasti plavičasti dim . Radi se upravo o istrošenim klipnim klipnim  prstenovima koji (prvenstveno uljni) propusštaju male količine ulja u proct or za izgaranje . Takva je pojava pojava štetna , smanjuje snagu motora motora i uništava katalizator , a dugim zanemarivanjem može se dovesti i do potpunog uništenja klipnih  prstenova , optećenja kopuljice cilindra i sl.

2.KLIPNI PRSTENOVI 2.1.Funkcija klipnih prstenova Zadaci klipnih klipnih prstenova (karika) klipa klipa su : -  brtvljenje plinova od kompresionog kompresionog prostora cilinda prema karteru ; - odvoĎenje topline s klipa na cilindarsku košuljicu  ; -  brtvljenje ulja za podmazivanje na prolazu od kartera prema vrhu cilindra .

Da bi se ispunili ti zadaci zadaci , klipni prstenovi naliježu po obod oboduu na stijenke cilindra a s drugom drugom su stranom stranom u utoru klipa (slika 1) 1) . Radijalno nalijeganje ostvaruje se elastičnom silom prstena F e  , koji u slobodnom sta nju ima veći

 promjer , a pomognuto je pritiskom plinova p . Bočno nalijeganje ovisi o  pritisku plinova p , silama inercije prstena , te trenju izmeĎu prstena i cilindra. Te sile promjenjive su po smjeru I veličini , pa prsten stalno treperi za vrijeme rada izmeĎu gornje i donje strane utora .

Slika 1. Nalijeganje klipnih prstenova na stjenke cilindra

Prema osnovnom zadatku klipni prstenovi se djele na : -

kompresijske kompresijske , kojima je glavni zadatak smješteni na gornjem djelu klipa ;

brtvljenje

plinova , pa su

-

uljne ( strugači ) , kojima je zadatak spriječiti pretjerani protok ulja za  podmazivanje iz kućišta motora u kompresijki proctor , oni su smješteni na donjem djelu plašta klipa .

Da bi efekat brtvljenja plinova bio sto bolji , na klip je smjesteno redovito vise  prstenova . Na slici 2. Prikazan je pad pritiska plinova po visini klipa u

 postocima , što je posljedica labirintnog efekta brtvljenja prstenova . Na temelju diagram moguće je ocjeniti značaj broja prstenova koji se ugraĎuje na klip . Prikazani tok pritiska uzrokuje prolaz jedne manje količine plinova iz cilindra u karter . Ta količina plinova ovisi uglavnom o stanju površine cilindra I prstenova , odnosno odnosno o iskorištenost iskorištenost i tog sklopa . Za efekt brtvljenja plinova važno je takoĎer tanki sloj ulja za podmazivanje što se nalazi u meĎuprostoru izmeĎu klipa i cilindra cilindra .

Slika 2. Pad pritiska plinova po visini klipa

TakoĎe postoji mogućnost izvjesne količine ulja za podmazivanje iz kartera u cilindar motora , što je uglavnom posljedica alternativnog pomicanja prstena u utoru klipa klipa ( slika 3. ) , ali i drugi drugi faktori , kao kao npr. lošeg stanja površine ka rika I cilindra ili loma prstena . U području gornjeg prstena , gdje je temperature najviša , postoji mogućnost koksiranja ulja za podmazivanje i zaglavljivanja

 prstena , pa se stoga kod opterećenih motora primjenjuju posebne mjere (upotreba kvalitetnog kvalitetnog ulja , prstena sa specijalnim profilom , povecan zazor itd.) itd.) .

Slika 3. Pomicanje klipnih prstenova u utoru klipa

2.2. Proračun klipnih prstenova

 Na ( slici 4.) uvedene su slijedeće slijedeće oznake za dimenzije prstenova : D  –   vanjski  promjer cilindra;

prstena u ugraĎenom stanju , koji je jednak promjeru

a – radijalna debljina prstena ; h –  aksijalna   aksijalna visina visina prstena prstena ; r –  D/2  D/2 – vanjski promjer prstena ; r 0 –  (  ( D - a )/2 –  srednji   srednji polumjer polumjer prstena .

Da bi se ostvarilo elastič no nalijeganje nalijeganje prstena prstena na cilindru , on je na jednom mjestu razrezan i u slobodnom stanju ima veći promjer . Za ispravno funkcionisanje važno je da prsten u potpunosti naliježe na površinu cilindra .

TakoĎe je poželjno da pritisak nalijeganja  prstena na površinu cilindra po čitavom obodu bude sto jednoličniji , uz izvjesne korekcije , što će biti objašnjeno.

Slika 4. Oznake za dimenzije prstenova

Stvarna

podjela

pritisaka

nalijeganja

prstena

na stijenku cilindra

za

četverotaktne motore prikazana je na slici 5. Povećani pritisak nalijeganja u  blizini razreza omogućuje sigurnije nalijeganje prstena u tom području i smanjuje s manjuje njegovo treperenje u utoru . Prstenovi Prstenovi dvotaktnih motora se osiguravaju od zakretanja u utoru , kako prorez na prstenu prstenu ne bi prelazio preko kanala za ispiranje ispiranje cilindra .

Ukoliko je odnos širine kanala i opsega cilindra velik , te postoji mogućnost  prijelaza razreza prstena preko kanala za ispiranje , potrebno je osigurati smanjen je jediničnog pritiska nalijeganja prstena na cilindar u području rascjepa , kako je to prikazano na slici 5 b.

U tom slučaju nije potrebno ni osiguranje prstena od zakretanja .

pritiska nalijeganja prstena na stijenku cilindra Slika 5. Stvarna raspodjela pritiska

nalijeganja prstena Slika 6. Prosječni pritisak nalijeganja

Prema oznakama na slici 6. prosječni pritisak nalijeganja nalijeganja prstena na stijenke cilindra iznosit će u općem slučaju :

  ̅   ∫   

Vrijednost prosječnog pritiska nalijeganja prstena na površinu cilindra iznosi : -

za visoko opterećen e motore

    [ [] ]     [] za traktorske motore     [ [] ]     []



Ako se predpostavi računska konstantna vrijednost pritiska , po čitavom obodu , onda će maksimalni moment savijanja u presjeku za M smax iznositi :

   ∫      

̅   ̅    

Moment otpora presjeka iznosi :

       pa je naprezanje na savijanje :

                  (  )

Slika 7. Djelovanje tangencijalne sile

Tangencijalna sila (Ft) , koja je prema slici 7. potrebna potrebna da dovede prsten iz slobodnog položaja u položaj u cilindru , iznosi :

           Ta je sila pogodna

za primjenu pri ispitivanju elastičnosti prstena , jer se

veoma lahko mjeri za razliku od pritiska nalijeganja prstena po obodu . Prije ugradnje u cilindar razmak izmeĎu razrezanih krajeva prstena ima veličinu m ( slika 8. ) i ona mora osigurati elastičnu silu nalijeganja prstena .

Slika 8. Razmak imeđu krajeva prstena

Veličina rascjepa prstena iznosi :

        (   )     ili relativna veličina rascjepa :

    (  )      Modul elastičnosti za sivi liv iznosi : E=100000 do 120000

[]       []

Sa tim rascjepom dobija se vrijednost normalnog naprezanja prstena , kada je on montiran montiran u cilindar cilindar :

                          (   )          Največe naprezanje u prstenu javlja se pri njegovom navlačenju na klip , kada unutrašnji promjer prstena mora biti jednak najmanjem promjeru klipa , a razrez se povećava na veličinu  . Naprezanje tada iznosi :



                     (  )               Dozvoljeno normalno normalno naprezanje prstena prstena od sivog liva iznosi :

      []     []  Nakon dužeg rada pritisak nalijeganja se smanjuje naročito u području gdje je  prsten razrezan . To smanjenje je veće u onih prstenova kod kojih je napon mičkom obradom . Iz tog razloga prstenovi se redovito izraĎuju dobiven ter mičkom

tokarenjem na željeni oblik .

2.3. Izvedbe klipnih prstenova Razni oblici prstenova koji su standardizovani sa DIN 24909 prikazani prikazani su na sl. sl. 9. Kompresijski prsten , jednostavnog

pravokutonog

presjeka

(slika 9. a i b)

najčešće se upotrebljava i ispunjava sve funkcije pri normalnim uvjetima rada . Taj prsten propisan je takoĎe sa JUS M.N3.003 , oblik A . zakošeni prsten (slika 9. c i d ) ima znatno manje vrijednosti uhodavanja . U početku je pritisak nalijeganja  prstena na cilindar vrlo velik zbog male površine nalijeganja, ali pritisak  plinova djeluje takoĎer na konični dio , pa djelimočno rasterećuje prsten . Zakošeni prsten prsten propisan je takoĎer sa JUS M.N3.003 M.N3.003 , oblik B .

Trapezni prsten sa jednim unutrašnjim unutrašnjim zakošenjem ( slika 9. e ) ima ima nesimetrični  presjek , pa ugradnjom prima tanjurasti oblik , te djeluje kao i zakošeni prsten. Trapezni prsten prsten s dvostrukim unutrašnjim zakošenjem prikazan je na (slici 9. f ) Pomicanje trapeznih prstenova u radijalnom smjeru povećava se bočni zazor , pa se primjenjuje kada postoji postoji mogućnost mogućnost zaglavljivanja zaglavljivanja prstena u utoru . Uljni prsten u utoru utoru ( slika 9. h , i , i j ) odlikuje se povećanim pritiskom

nalijeganja koji nastaje samanjenjem površine nalijeganja , te brisanjem ulja u dvije razine razine . Redoslijedom Redoslijedom kako kako su ti prstenovi prstenovi nacrtani nacrtani na slici povećava se I njihova sposobnost brisanja , struganja ulja , što se postiže   pogodnim zakošenjem . U utoru postoje prorezi u prstenu , koji omogućuju brzo odvoĎenje ulja za podmazivanje prema unutrašnjosti ( slika 10.) Ova vrsta prstena  propisana je sa JUS M.N3.004.

Slika 9. Izvedbe klipnih prstenova

Kombinirano djelovanje kompresijskog kompresijskog i uljnog prstena ima prsten prikazn na slici 9. g. Da bi se osigurala pravilna ugradnja i izbjeglo obrnuto djelovanje , na gornjoj strani prstenova , koji se nalaze na slici 9. pod c ,d , e , g i j , obavezno

mora biti utisnuta odgovarajuća oznaka . Danas je razvijen čitav niz prstenova s ciljem postizanja boljeg zaptivanja i smanjenja potrošnje ulja za podmazivanje . Takvi višedjelni višedjelni prstenovi prikazani na slici 11. imaju mali presjek , a dobro nalijeganje na provršinu cilindra postiže se ugradnjom dodatne opruge . Izvedbom prstenova iz čelika čelika postiže se takoĎer i njihovo manje trošenje trošenje .

Slika 10. Klipni prsten za brzo odvođenje odvođenje ulja ka unutrašnjosti

Slika 11. Višedjelni prstenovi

Prorez prstena može biti izveden izveden okomiti ili koso koso , kao sto sto je prikazano na slici 12. Na mjestu proreza prsten se brtvi , pa zazor Δ mora biti što manji .

Kosi prorez rezultira manjim presjekom prestrujavanja , pa je uz isiti zazor  povoljniji . Takva izvedba ipak se rijeĎe upotrebljava ubog složenije izrade .

Slika 12. Izvedba proreza prstena

2.4. Kvarovi na prstenovima

 Na trošenje prstenova ima veliki uticaj : - efikasnost podmazivanja ; - materijal prstena i cilindra ; - korozija prstena ; -  prisustvo prašine ; - kvaliteta površine prstena i cilindra .

Da se smanji trošenje prstena potrebno je osigurati dobro uhodavanje prstena u cilindru (npr. fosfatiranje površine ) , te efikasno prečišćavanje zraka i ulj a za  podmazivanje . Od naročitog je značaja izbor materijala prstena i cilindra . Uobičajni klizni  par je sivi liv  –  sivi liv . Par materijala čelik –  sivi liv je manje otporan na tošenje , pa je u tom slučaju nalegla površina prs tena , izraĎena od čelika , prema cilindru kromirana . Pri visokim temperaturama u zoni karika postoji mogućnost koksi ranja ulja za podmazivanje , pa se  prstenovi mogu zaglaviti u utoru tako da ne naliježu na površinu cilindra . U tom slučaju plinovi plinovi iz cilindra cilindra prodiru kraj prstena i još više ga zagrijavaju . Posljedica je naglo trošenje prstena ili negov lom . Zbog toga je vrlo važno da se područje oko prstena intenzivno hladi hladi , a visina klipa klipa iznad prstena mora biti biti dovoljno velika . Upotreba trapeznih prstenova , kao I izbor kvalitetnog ulja za

 podmazivanje mogu biti od koristi . Do loma prstena može doći iz raznih razloga

prolazu , lošeg dosjeda , kao npr. zaglavljivanje prstena u utoru, malog zazora na prolazu  prstena u utoru , lošeg podmazivanje , naglog porasta pritiska plinova u cilindru , greške u materijalu i neravnih boćnih ploha  prstena , odnosno utora u kipu .  Neugodna je pojava i treperenje prstena u utoru klipa koje uzrokuju pritisci  plinova , sile trenja i inercije . Treperenje prstena se znatno smanjuje , ako je  pritisak nalijeganja prstena veći u području području proreza . 2.5. Materijal prstenova Osnovni materijali za izradu prstena je sivi liv sa prerlitnom ili prelitno  –  sorbitnom strukturom . Tvrdoća materijala mora se kretati u odreĎenim granicama

koje su za uobičajne materijale materijale sledeče : sivi liv – normalni

210 do 282 HB

 poboljšani sivi liv –  poboljšani

200 do 250 HB

nodularni liv – normalni

265 do 355 HB

 poboljšani nodularni liv –  poboljšani

266 do 385 HB

čelik – perlitski

195 do 250 HB

čelik –  poboljšani  poboljšani

360 do 418 HB

Prstenovi se uglavnom izraĎuju tokarenjem na vanjskom ili unutrašnjem promjeru . Do najvećeg trošenja dolazi na prvom prstenu , i to u trenutku kada se klip nalazi u podmazivanje je slabo, povećani tlak plinova znatno  blizini GMT. U tom t renutku podmazivanje utiče na veći pritisak nalijeganja prstena na cilindar cilindar (slika (slika 1.) , a uticaj povišene temperature u tom slučaju najveći . Smanjenje trošenja cilindra cilindra ( za 50 % ) i  prstena ( za 30 % ) postiže se često tvrdim kromiranjem klizne plohe prstena . Debljina sloja kroma iznosi 0,08 mm , a klizna površina se honuje . U prstenova koji nisu kromirani , smanjenje vremena uhodavanja postiže se fosfatiranjem ili feroksiranjem. Kristali fosfata se brzo m troše i površina prstena se  brzom prilagoĎava površini cilindra . U slučaju kada je prsten feroksiran, kristali tvrdog željeza oksida F e3O4  se lagano odvajaju odvajaju od prstena i djeluju kao kao brusni ašak, što pospješuje process uhodavanja .  pr ašak,

2.6. Dimenzije i tolerancije klipnih prstenova Dimenzije prstenova propisane su sa prije navedenim standardima . Aksijalni i radijalni zazori izmeĎu prstenova i utora na klipu preporučeni su u tablici 1 i 2  –  za  za standardne automobilske motore . Visina prstena prema standardu izraĎuje se s tolerancijom

  Tabela 1. Aksijalni zazor

Četverotaktni motor 

Vrsta prstenova Kompresijski gornji  prsten donji Uljni prsten

oto 0,05÷0,08 0,03÷0,06 0,06

dizel 0,08÷0,10 0,06 0,06

Dvotaktni motor oto dizel 0,09÷0,12 0,10÷0,12 0,05÷0,08 0,08 0,06

Tabela 2. Radijalni zazor

Četverotaktni motor 

Vrsta prstenova

oto 1,1 1,4

Kompresijski prsten Uljni prsten

dizel 1,0 ÷ 1,4 1,6 ÷ 1,8

Dvotaktni motor oto dizel 0,8 1,0 1,6 ÷ 1,8

izraĎuje se tako tako da aksijalni zazor prstena ima vrijednost Visina utora u klipu izraĎuje  prema tablici 1. Na slici 13. prikazana je izvedba prstena s najvažnijim mjerama . Klizne površine prstena , prema cilindru , fino se tokare . Kvaliteta obrade bočnih  ploha klipnih prstenova mora biti takva da maksimalni iznos neravnine ne . Odstupanje od ravnoće bočnih bočnih ploha ne smije preći preći  prelazi: R max max=3 do 4 40% od tolerancije za visinu prstena .

[ ]

 Rascjep prstena u zagrijanom stanju iznosi najmanje

   Čime se sprečava zaglavljivanje zaglavljivanje prstena u cilindru cilindru . S obzirom na toplinsko širenje zbog porasta temperature prvog prstena od približno    i porasta , zazor ugraĎenog prstena u hladnom temperature cilindra od 

  []

  []

stanjumora iznositi najmanje :

  Tolerancija za tangencijalnu silu iznosi iznosi  

Slika 13. Izvedba prstena prstena sa najvažnijim mjerama