33 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
33
термические нагрузки – обусловлены непосредственным соприкосновением головки поршня с
горячими газами, кроме того, тепловая нагрузка возрастает из-за трения о стенку цилиндра. Нагрев
головки поршня приводит к снижению прочности, появлению термических напряжений и деформа-
ции (рис. 3).
Рис. 3. Деформации поршня
Поршень можно структурировать определенной совокупностью исполнительных зон и эле-
ментов, выполняющих при эксплуатации в двигателе различные технические функции для осуществ-
ления им необходимой целевой функции. Функциональная (исполнительная) зона – это определенная
часть изделия, выполняющая заданное множество совместных функций при его эксплуатации. Функ-
циональный (исполнительный) элемент изделия – это простая часть функциональной зоны изделия,
выполняющий элементарные функции. Для обеспечения заданных функциональных свойств изделий
при эксплуатации необходима реализация их свойств на уровне изготовления и совершенствования.
К поршню выдвигаются такие требования:
наименьшая теплонапряженность, т. е. температуры днища и стенок головки в зоне поршне-
вых колец должны быть по возможности снижены при минимальных перепадах температур в ради-
альном и осевом направлениях,
меньшая масса (для снижения сил инерции) при достаточной прочности и жесткости (для
предотвращения деформации).
материал головки должен быть жаропрочным и жаростойким, а направляющей части – изно-
состойким, иметь хорошие антифрикционные свойства и малый коэффициент линейного расшире-
ния.
Процесс синтеза функционально-ориентированного технологического процесса выполняется
в три этапа:
I этап – анализ эксплуатационных особенностей поршня.
II этап – деление поршня на функциональные элементы по уровням глубины технологии, со-
ставление структуры функциональных элементов (ФЭ).
III этап – определение схем технологического воздействия, разработка операций, определение
группы особых принципов ориентации технологических воздействий.
В процессе эксплуатации поршни могут получить следующие повреждения [5]:
а) трещины наружные и сквозные на головках и тронках;
б) задиры рабочих поверхностей тронков;
в) деформации тронков;
г) износ, превосходящий допустимые пределы.
Дефекты перечислены по степени вероятности их возникновения. Чаще всего поршень выхо-
дит из строя по какой-либо из первых трех причин или по всем трем одновременно. Тем не менее,
поршень хотя и медленно, но изнашивается. А, поскольку, очень важным параметром работоспособ-
ности пары поршень-втулка является круговой зазор между тронком и втулкой, то износостойкость
является одним из требований к поршню (см. выше).
В табл. 1 показаны сводные данные, предназначенные для определения схем технологическо-
го воздействия на уровне всего изделия (поршня). При этом, показано, что на первом этапе выполня-
ется анализ поршня на уровне всего изделия по следующим параметрам:
по неравномерности распространения деформации изгиба днища и головки (см. рис. 3);
по термическому напряжению – от температуры горячих газов;
по механическому напряжению от давления газов;
по неравномерному изнашиванию поверхностных слоев поршня, прежде всего тронка.