Поршень — ключевая подвижная деталь поршневых машин: насосов, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания. Он перекрывает поперечное сечение цилиндра и перемещается вдоль его оси, передавая давление рабочего тела движущимся частям. В некоторых двигателях поршень также выполняет газораспределительные функции. Эта деталь подвергается колоссальным механическим и тепловым нагрузкам, определяя ресурс, экономические и экологические показатели всего агрегата.
Для безотказной работы таких механизмов критически важно использовать качественные комплектующие. При сборке или ремонте узлов часто требуются прочные крепежные элементы. Заказать надежные метизы оптом можно у проверенных поставщиков, что гарантирует стабильность соединений в условиях высоких вибраций и температур.
Поршень тронкового двигателя или компрессора имеет три основные части:
Головкой поршня называют днище заодно с уплотняющей частью. Для передачи усилия используется шток в крейцкопфных двигателях либо шатун, соединяемый с поршнем посредством поршневого пальца. В крейцкопфных двигателях могут применяться двусторонние поршни с двумя днищами.
Форма днища зависит от типа двигателя и метода организации газообмена. Вогнутое днище образует компактную камеру сгорания, но склонно к нагарообразованию. Выпуклая форма увеличивает прочность, однако повышает теплоотдачу. Плоское днище — самое простое в изготовлении, популярно в бензиновых ДВС.
Жаровым поясом называют расстояние от канавки верхнего кольца до днища. Увеличение его высоты облегчает работу кольца, но растёт масса поршня. Уменьшение высоты ниже допустимого влечёт прогар. Состояние поршневой группы определяют по компрессии и угару масла, который в современных моторах не должен превышать 1–3% от расхода топлива.
Поршень имеет компрессионные и маслосъёмные кольца. Типичное их количество на автомоторах — три. Уменьшение числа колец снижает потери на трение, а сохранение уплотнения достигается надёжным прилеганием и износостойкостью. По мере износа зазор в стыках растёт, увеличивая угар масла.
Решающее значение имеет качество колец: прилегание к зеркалу без просветов, чистота обработки и зазор в замке. В ДВС до 80% тепла отводится от поршня через кольца, поэтому при плохом прилегании тепло идёт через юбку, что ведёт к задиру. Непритёртые кольца перегреваются, их упругость падает, растёт пропуск газов в картер.
Направляющей частью выступает юбка. Бобышки юбки передают большие нагрузки от газовых и инерционных сил, поэтому соединены рёбрами с днищем. Чтобы сократить тепловой зазор без риска задира, юбку изготовляют овальной в поперечном сечении и бочкообразной в продольном.
К материалам поршней предъявляются строгие требования: высокая прочность, малая плотность, теплостойкость, хорошая теплопроводность и коррозионная стойкость. Чаще всего применяются серый чугун и алюминиевые сплавы типа Al-Si.
Чугунные поршни прочнее, жаростойки и износостойки, имеют антифрикционные свойства. Благодаря малому температурному коэффициенту расширения уменьшается зазор по юбке. Однако большой удельный вес ограничивает их применение тихоходными двигателями, где газовые силы значительно больше инерционных. Алюминиевые сплавы легки и обладают отличной теплопроводностью, что делает их идеальными для современных высокооборотных агрегатов.