2.1. NHỮNG YấU CẦU KỸ THUẬT CỦA PISTON
Piston là một chi tiết mỏy trong động cơ đốt trong, cú tỏc dụng quyết định đến cụng suất và hiệu suất của động. Vỡ phải làm việc trong những điều kiện khú khăn: ỏp suất lớn, nhiệt độ cao, tốc độ dịch chuyển cao nờn piston phải cú hỡnh dạng, kớch thước chớnh xỏc, kết cấu gọn, nhẹ, cõn bằng. Piston thường được làm theo dạng hỡnh trụ trũn xoay hoặc hơi cụn. Piston được chia làm 2 phần: đầu và thõn piston.
2.2.1- Đầu piston
Chiếm khoảng 1/3 chiều cao piston gồm đỉnh và thõn cú rónh sộc măng. Phần đầu piston là phần chớnh chịu ỏp lực và nhiệt khi piston làm việc. - Đỉnh piston cú dạng phẳng hoặc định hỡnh tạo thành một phần buồng đốt của động cơ. Một số đỉnh piston động cơ điờzen cú đỉnh dạng đặc biệt, độ chớnh xỏc về hỡnh dạng đỉnh khụng yờu cầu quỏ cao.
Yờu cầu kỹ thuật chung của đỉnh khi gia cụng đạt độ búng 5 6 (Rz = 20) phải đảm bảo chiều dày đỉnh, tuyệt đối khụng bị rỗ khi đỳc.
- Vựng rónh sộc măng: cú từ 3 đến 6 rónh để lắp sec măng. Cỏc rónh sec măng hơi thường được chế tạo cựng một kớch thước danh nghĩa nhưng phạm vi sai lệch khụng giống nhau, rónh trờn thường lớn hơn rónh dưới 0,02 0,03mm. Cỏc rónh này được dựng để lắp cỏc sec măng hơi cựng chiều dày (cho dễ chế tạo và đỡ lẫn khi lắp rỏp). Cỏc vành đai ngăn cỏch giữa cỏc rónh sec-măng cú kớch thước đường kớnh theo hỡnh bậc thang lớn dần về phớa dưới D2 = D1 +(0,2 0,3).
+ Mặt trụ ngoài và cạnh của rónh sec măng phải đạt độ búng 6 7 (Ra = 2,5 1,25). Chiều rộng rónh sai lệch cho phộp khụng quỏ +0,025mm.
+ Đường kớnh ngoài của đầu piston cho phộp sai số khụng quỏ 0,1mm. Độ chớnh xỏc và độ búng của đường kớnh bờn trong rónh khụng yờu cầu cao (5 5; dung sai kớch thước 0,2 0,25mm).
+ Phải đảm bảo độ vuụng gúc giữa rónh sec măng và đường kớnh tõm piston, sai số khụng quỏ 0,05/100.
+ Độ đồng tõm giữa phần đầu và thõn piston sai số khụng quỏ 0,1mm. + Khoảng cỏch từ đỉnh piston đến rónh sec măng khụng sai quỏ 0,3mm, riờng đối với rónh đầu khụng quỏ 0,15mm.
+ Chiều dày cỏc vành đai ngăn cỏch giữa cỏc sec măng sai lệch khụng quỏ 0,2mm.
a) Thõn piston làm nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động nờn yờu cầu về độ búng và độ chớnh xỏc khỏ cao:
+ Độ nhỏm bề mặt yờu cầu 7 8 (Ra = 1,25 0,63). + Đường kớnh thõn đạt cấp chớnh xỏc 2 (TCVN) (cấp 7 ISO).
(Đối với cỏc piston cú đường kớnh D: 80 150mm chỉ cho phộp sai lệch 0,02 0,03mm).
Để đảm bảo piston khụng bị bú kẹt khi dẫn nở nhiệt, piston nhụm được chế tạo thõn cú hỡnh cụn (nhỏ dần về phớa đỉnh) với độ cụn trung bỡnh 0,1/100. Tiết diện ngang thõn được gia cụng hỡnh ụvan (đường kớnh nhỏ nằm về phớa đường tõm lỗ chốt) với độ ụvan trung bỡnh 0,15 0,3mm. Piston gang cú thể làm trũn xoay.
+ Độ dày của vỏch piston khụng được chờnh lệch quỏ 0,5mm trờn cựng một tiết diện.
Đối với cỏc piston của động cơ cao tốc, để giảm trọng lượng người ta thường thiết kế piston cú vỏt 2 bờn thõn (xem hỡnh 2.1).
Với loại thõn vỏt này sẽ giảm được ma sỏt giữa thõn và thành xylanh đồng thời trỏnh được va đập giữa thõn piston và mỏ trục khuỷu nhất là với loại động cơ cú hành trỡnh piston ngắn.
Thõn piston gồm 2 loại: thõn cứng và mềm.
Piston thõn cứng là loại thõn khụng xẻ rónh phũng nở hoặc rónh phũng nở khụng xẻ dài hết chiều dài thõn. Loại này thường là piston gang hoặc piston nhụm của động cơ điờzen cú chiều dày thõn đỏnh kể. Tiết diện ngang của thõn chỉ làm ụvan ở khoảng cú lỗ chốt và cụn theo chiều dài thõn.
Piston thõn mềm thường gặp ở động cơ xăng chiều dày thõn mỏng. Dọc theo thõn cú rónh phũng nở phay hết chiều dài thõn. Loại thõn mềm cú độ cứng vững kộm.
.
Độ chớnh xỏc về kớch thước, hỡnh dạng và vị trớ của lỗ chốt cú ảnh hưởng lớn đến chất lượng sử dụng piston. Sau đõy là một số yờu cầu về độ chớnh xỏc của lỗ chốt.
+ Đường kớnh lỗ chốt cho phộp sai số chế tạo khụng quỏ 0,01 0,015mm.
+ Độ cụn và độ ụvan của lỗ khụng quỏ 0,005mm. + Độ khụng đồng tõm giữa hai lỗ khụng quỏ 0,005mm. + Độ nhỏm bề mặt lỗ khụng thấp hơn 8 (Ra = 0,63).
Đối với piston đỉnh phẳng, sai số khoảng cỏch từ tõm lỗ chốt đến đỉnh khụng vượt quỏ 0,1mm.
Đối với piston cú đỉnh định hỡnh cho phộp sai số khụng quỏ 0,2mm.
+ Độ khụng vuụng gúc giữa tõm lỗ chốt và tõm piston khụng quỏ 0,020,04/100mm.
+ Độ lệch tõm giữa tõm lỗ chốt và tõm piston theo mặt phẳng ngang khụng vượt quỏ 0,1mm.
+ Đảm bảo độ dày đều giữa lỗ và bệ lỗ chốt (chờnh lệch khụng quỏ 0,5mm).
+ Chiều rộng rónh hóm chốt khụng sai lệch quỏ 0,1mm.
Piston sau khi chế tạo xong được phõn nhúm lắp rỏp giữa piston – xylanh và chốt piston – piston. Thường phõn nhúm lắp rỏp từ 4 đến 5 nhúm. Ngoài ra cũn qui định dung sai về trọng lượng của từng loại piston. Sai lệch về trọng lượng của cỏc piston được lắp trờn cựng một động cơ khụng vượt quỏ giỏ trị 5 10gr.
2.2- VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ PHễI PISTON 2.2.1- Vật liệu chế tạo 2.2.1- Vật liệu chế tạo
Do phải làm việc dưới ỏp suất và nhiệt độ cao, chịu ma sỏt lớn do đú vật liệu chế tạo piston phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau:
- Trọng lượng riờng nhỏ - Độ bền cao
- Hệ số ma sỏt nhỏ
- Truyền nhiệt và chịu nhiệt tốt - Chịu mài mũn và chịu ăn mũn cao - Hệ số dón nở nhiệt thấp
- Dễ gia cụng (đỳc, cắt gọt) - Dễ tỡm.
Cỏc vật liệu phự hợp với yờu cầu trờn là gang, thộp, hợp kim nhụm. Để chống gión nở nhiệt, người ta chế tạo loại piston cú lút một vành đai làm bằng hợp kim Inva (là hợp kim của sắt và niken) ở phần cú rónh xộcmăng trờn cựng hoặc phần lỗ chốt.
1- Gang
Thường dựng gang xỏm, gang dẻo, gang cầu để chế tạo piston.
- Gang xỏm cú độ bền cơ học cao, độ bền nhiệt cao, hệ số gión nở nhiệt thấp, tớnh cụng nghệ đỳc và cắt gọt tương đối tốt, rẻ tiền.
- Tuy nhiờn gang xỏm cú một số nhược điểm: Trọng lượng riờng lớn, ở nhiệt độ cao (725oC) dễ bị nứt nẻ. Do nhược điểm trờn nờn ớt sử dụng gang xỏm để chế tạo piston của cỏc động cơ cao tốc và tải trọng lớn.
- Gang dẻo Peclit cú tổ chức Peclit như gang xỏm nhưng cú độ bền cao hơn vỡ grafit ở dạng tập trung. Gang dẻo được dựng trong cỏc động cơ 2 kỳ cú tải trọng lớn.
- Gang cầu cú độ bền cao, chịu nhiệt cao, chịu mài mũn cao.
2- Thộp
Thộp cú tỷ trọng lớn nhưng cú độ bền cao nờn cú thể chế tạo cỏc piston thành mỏng. Tuy nhiờn vật liệu thộp ớt dựng vỡ giỏ thành cao.