دانلود مقاله پیستون با فرمت ورد ودر 14 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله

دماي پيستون نقش مهمي در پارامترهاي موثر در موتور دارد. براي طراحي بهينه پيستون، انجام تحليل خستگي، مطالعه نحوه رشد و انتشار ترك در پيستون و بررسي خوردگي آن نيز داشتن توزيع دمايي دقيق لازم است لذا هدف از اين پژوهش اندازه گيري دماي پيستون به صورت تابعي از زمان به منظور مقايسه نتايج مدلهاي تئوري و شبيه سازي مي باشد. براي اندازه گيري، از ترموكوپل نوع مس- كنستانتان استفاده شد. پس از محاسبه سرعت و شتاب پيستون و محاسبه نيروهايي كه با داشتن انعطاف پذيري و استحكام لازم در ضمن كاركرد موتور به راحتي بتواند با پيستون حركت كند. براي جلوگيري از پيچيدن سيم به دور ميل لنگ و پاره شدن آن نيز مسير مناسبي طراحي گرديد. با نصب ترموكوپل در ده نقطه مختلف پيستون و طراحي فيلتر الكتريكي (از نوع فعال پايين گذر مرتبه دوم) براي كاهش اثر جرقه بر روي داده هاي آزمايش، نمودار تغييرات دماي مختلف پيستون و دماي روغن در چند دور كاري موتور و از زمان روشن كردن موتور تا رسيدن به حالت پايدار دمايي بدست آمد.

پیستون، (به انگلیسی: Piston)‏، جزئی از موتورهای رفت و برگشتی، پمپ‌ها و کمپرسورهای رفت و برگشتی و استوانه‌های نیوماتیکی و مکانیزم‌های مشابه‌است. پیستون، در این مکانیزم‌ها، بخش متحرکی است که در داخل یک سیلندر قرار می‌گیرد. نقش پیستون در موتورها، انتقال نیرو از گازهای در حال انبساط در داخل سیلندر به میل‌لنگ با استفاده از یک میلهٔ رابط (شاتون) است. در پمپ‌ها و کمپرسورها، نقش پیستون برعکس شده و نیرو از میل‌لنگ به پیستون منتقل می‌شود تا سیال داخل سیلندر را فشرده و یا تخلیه نماید.

جنس پیستون

پیستون های چدنی سنگین بوده و توان وزنی موتور را کاهش میدهند همین طور چدن داری ضریب انبساط حجمی پائین بوده و در عین حال دارای ضریب انتقال حرارت پائینی دارد. پیستون های آلومینیومی سبک بوده و ضمن افزایش شتاب موتور و توان وزنی از ضریب انتقال حرارت خوبی نیز برخوردار است. تنها ضعف پیستون های آلومینیومی بالا بودن ضریب انبساط حجمی آنهاست.

برای ساخت پیستون‌ها، معمولاً از چدن خاکستری، فولاد ریخته‌گری و یا آلیاژهای آلومینیوم استفاده می‌شود.

ساختمان پیستون

پیستونها به شکل یک استوانه توخالی هستند که یک سر آنها بسته و سر دیگرشان باز است که از طریق این سر و بوسیله شاتون به میل لنگ متصل می‌شود البته معمولا قطر پیستون در سر باز آن بیشتر است. به عنوان یک مثال اگر یک استکان را برگردانید تقریبا شکل کلی یک پیستون را خواهید دید.
طول پیستونها معمولا کمی بیشتر از قطرشان است و تا حد امکان سبک ساخته می‌شوند. پیستونها می‌بایست دارای استحکام لازم بوده و کیفیت بالایی داشته باشند در ضمن می‌بایست بتوانند به خوبی حرارت را هدایت کنند. هدایت حرارت در پیستون بسیار حیاتی است زیرا در غیر اینصورت پیستون بسیار داغ شده و خطر چسبیدن آن بر اثر انبساط به جداره سیلندر پیش می‌آید.

مواد ساختمانی

موادی که برای ساختن پیستونها بکار می‌روند عبارتند از چدن خاکستری ، فولاد ریخته گری ، و آلیاژ آلومینیوم. از چدن یا فولاد معمولا در ساختار پیستونهای موتورهای سنگین که به سرعت زیاد و شتاب آنی نیاز ندارند استفاده می‌شود. در اغلب موتورهای اتومبیلها از پیستونهایی استفاده می‌شود که با آلیاژ آلومینیوم ساخته شده‌اند. دلیل این تفاوت اینست که مواد بکار رفته در پیستونهای اتومبیل‌ها با وزن سبکتر خود اجازه کار در سرعت‌های بیشتر و انعطاف پذیری در سرعت‌های مختلف را به پیستونها می‌دهند.
از طرف دیگر در بعضی از موتورهای سنگین از پیستونهای آلیاژ آلومینیومی به لحاظ داشتن خواص رسانش گرمایی مناسب این ماده استفاده می‌شود بدین ترتیب که استفاده از آن ، کنترل بهتر حرارت محفظه احتراق را فراهم آورده و بنابراین باعث کنترل بهتر احتراق می‌گردد. پیستونهای چدنی در مقابل فرسودگی مقاومت بیشتری داشته شی کمتری در داخل سیلندر نسبت به پیستونهای آلومینیومی نیاز دارند (اصطلاح لقی پیستون به فاصله میان پیستون و جداره سیلندر گفته می شود). پیستونها چدنی گاهی اوقات با قلع یا یک فلز مخصوص روکش داده می‌شوند تا جلای صاف‌تر و مقاومت بهتری در مقابل فرسودگی بوجود آورند.

عیب پیستونهای آلومینیومی

عیب مهم پیستونهای آلیاژ آلومینیومی اینست که دارای ضریب انبساط بالایی می‌باشند. این بدان معناست که لقی در این پیستون می‌بایست اندکی بیشتر از لقی در پیستونهای چدنی باشد، معمولا برای جلوگیری از انبساط پیستونها از روشهای مخصوصی استفاده می‌شود که در ذیل چهار روش رایج آنها را به اختصار می‌کنیم:
روش اول :
در این روش مقطع بدنه پیستون را به جای آنکه به شکل دایره بسازند. به شکل بیضی عمود بر محور انگشتی پیستون و قطر کوچک آن در جهت انگشتی پیستون باشد.
روش دوم :
در این روش برای کنترل کردن انبساط پیستون بر اثر حرارت یک سری شکافهای عمودی و افقی و یا فرو رفتگیهایی در بدنه پیستون ایجاد می‌گردد.
روش سوم :
در این روش برای کنترل انبساط حرارتی پیستون از روش تقویت کردن یا دو فلزی نمودن قسمتی از پیستون که در معرض حرارت بیشتری قرار دارد، استفاده می‌گردد. بدین ترتیب که در داخل پیستون نواری از فولاد یا یک فلز مخصوص (که فلز غیر قابل تغییر نامیده می‌شود) قرار می‌دهند و روی آنها را با ماده اصلی یا آلیاژ‌های آلومینیوم پوشش می‌دهند. در بعضی از پیستونها مواد فولادی بصورت حلقه‌ای در موقع ریخته گری داخل پیستون قرار می‌گیرند.
روش چهارم
در این روش برای جلوگیری از انتقال حرارت سر پیستون (که در مجاورت احتراق سوخت است) به بدنه پیستون ، یک سر حرارتی شامل شیاری است که در نزدیکی سر پیستون و به موازات شیارهای رینگ ایجاد می‌شود با این عمل تا اندازه‌ای راهی که حرارت را از سر پیستون به بدنه آن منتقل می‌سازد کمتر می‌کنند. بنابراین بدنه زیاد گرم نمی‌شود و انبساط زیادی پیدا نمی‌کند.

قسمت‌های اصلی پیستون

قسمت‌های اصلی پیستون عبارتند از سر یا تاج ، شیارهای رینگ ، سطوح پیستون ، بدنه یا دامن و سوراخ انگشتی.

سر یا تاج پیستون

این قسمت سطح بالایی پیستون است معمولا دایره‌ای شکل است و نیروی تولید شده توسط سوخت مستقیما روی آن وارد می‌شود سر بعضی از پیستونها خصوصا پیستونهای موتورهای دوزمانه و موتورهای دیزلی فرمدار ساخته می‌شود.