Поршневой шток

В поршневом двигателе шток шатуном соединяет поршень с крейцкопфом и, таким образом, с , который приводит в движение коленчатый вал или (для паровозов ) ведущие колеса.

Двигатели внутреннего сгорания и, в частности, все современные автомобильные двигатели, как правило, не имеют поршневых штоков. Вместо этого они используют тронковые поршни , в которых поршень и крейцкопф объединены, поэтому между ними нет необходимости в штоке. Термин «шток поршня» использовался как синоним «шатуна» в контексте этих двигателей. ^{[ нужна ссылка ]}

Двигатели с крейцкопфами имеют поршневые штоки. К ним относятся большинство паровозов и некоторые крупные судовые дизельные двигатели .

Паровые двигатели

Первые одностороннего действия лучевые двигатели , такие как двигатели Ньюкомена , имели один рабочий ход, направленный вниз. Вместо поршневого штока они использовали железную цепь. Это может передавать растягивающую силу, но не силу сжатия, толкающую вверх. Поршень был запечатан в цилиндре по краю, но верхняя часть цилиндра была открыта. Позже был использован элементарный поршневой шток, просто чтобы исключить стоимость длинной кованой цепи.

. В разработке парового двигателя Уаттом был использован закрытый верхний цилиндр Теперь для этого требовалась сальниковая коробка для уплотнения вокруг штока поршня, а также для того, чтобы шток поршня был обработан гладко и точно цилиндрическим. В то время двигатели все еще были одностороннего действия, а шток все еще действовал только на растяжение.

Более поздние разработки, также разработанные Уоттом, привели к созданию цилиндра двойного действия . Шток поршня теперь должен был передавать силу, попеременно толкающую и тянущую. Обычное использование в паровом двигателе закрытого цилиндра, почти всегда двустороннего действия, делало его зависимым от сальника и, следовательно, от штока поршня.

Вложение

Поршневые штоки обычно прикрепляются к крейцкопфу и поршню с помощью поперечной прорези и конической шпонки или клина. Если повернуть этот ключ вбок, крепление затянется. Использование поперечного ключа позволяет относительно легко разобрать его для обслуживания. Некоторые поршни меньшего размера удерживаются штоком с резьбой и большой гайкой, хотя для крейцкопфа почти всегда используется шпонка.

Поскольку точная длина штока поршня важна для синхронизации клапанного механизма двигателя, приспособление затягивает поршень до фиксированной ступеньки или места в штоке поршня, и длина (и фазы газораспределения) не регулируются. Эта длина требует точности изготовления стержня, но, в отличие от стержня, приводящего в движение клапаны, не требует еще более точной регулировки слесарем при монтаже двигателя.

Хвостовые стержни

Первые инженеры-паровики были убеждены, что горизонтальные цилиндры будут подвергаться чрезмерному износу из-за веса поршня, находящегося на отверстии цилиндра. Вертикальные цилиндры оставались фаворитом в течение нескольких лет. Когда были приняты горизонтальные цилиндры, одной из мер, используемых для переноса веса поршня, было наличие удлиненного или второго поршневого штока на другой стороне поршня. Он выходил через второй сальник и в редких случаях ( рис. ) поддерживался второй траверсой.

Заключение всей хвостовой тяги в герметичный корпус позволило избежать необходимости использования сальника и утечки пара. Однако это также создавало риск скопления конденсата в корпусе, что приводило к гидравлическому затвору и механическим повреждениям.

Магистральные двигатели

Магистральные двигатели представляли собой компактные паровые машины, разработанные для движения кораблей. Их общую длину уменьшили за счет размещения крейцкопфа рядом с поршнем в виде полого трубчатого ствола. Таким образом, отпала необходимость в поршневом штоке. Шатун и его поршневой палец монтировались внутри этого ствола. У магистральных двигателей были поршни чрезвычайно большого диаметра, поэтому старая проблема поддержания веса поршня и предотвращения износа цилиндров снова стала проблемой. В магистральных двигателях использовался второй ствол в качестве хвостовой тяги для поддержки своих больших поршней.

Паровые машины одностороннего действия

Некоторые поздние паровые машины, в основном высокоскоростные паровые машины , также были одностороннего действия. В них также использовались тронковые поршни, но в новой форме. Эти двигатели были вертикальными и имели простую конструкцию поршня, без отдельного ствола, но с использованием сторон удлиненного поршня в качестве опорной поверхности крейцкопфа.

Такая конструкция тронкового поршня станет практически универсальной для двигателей внутреннего сгорания.

Паровозы

Почти во всех паровозах использовалась цилиндры одинаковой конструкции, с ползуном, установленным рядом с цилиндром, и коротким поршневым штоком между ними.

В некоторых случаях также использовались хвостовые стержни. Они были редки в Соединенном Королевстве, но относительно распространены в Европе, по крайней мере, для больших локомотивов.

Дизельные двигатели

Двигатели внутреннего сгорания (поршневые) работают на более высоких скоростях, чем паровые двигатели. Таким образом, они выигрывают от уменьшенной возвратно-поступательной массы и более короткой и жесткой связи между поршнем и шатуном. Двигатели двойного действия также очень редки, хотя в них использовались поршневые штоки. Таким образом, легкий тронковый поршень высокоскоростного парового двигателя вскоре был принят на вооружение и остается в эксплуатации по сей день. Основные изменения коснулись уплотнительных колец и использования алюминиевых сплавов для облегчения поршней.

В некоторых больших тихоходных дизельных двигателях, особенно судовых, используются крейцкопфы и поршневые штоки. Средне- и высокооборотные дизельные двигатели работают на более высоких скоростях, поэтому в них используются более легкие тронковые поршни.

См. также

Компоненты паровоза