Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Соединительное звено, соединяющее поршень с коленчатым валом в возвратно-поступательном поршневом механизме.
Link connecting the piston to the crank in a reciprocating piston mechanism
В поршневом двигателе поршневой стержень соединяет поршень с крестовиной, а затем с шатуном, который приводит в движение коленчатый вал или (в случае паровозов) ведущие колеса. Двигатели внутреннего сгорания, и особенно все современные автомобильные двигатели, как правило, не имеют поршневых стержней. Вместо этого они используют цельные поршни, где поршень и крестовина объединены, и поэтому стержень между ними не требуется. Термин "поршневой стержень" иногда использовался как синоним "шатуна" в отношении этих двигателей. Двигатели с крестовинами оснащены поршневыми стержнями. К ним относятся большинство паровозов и некоторые крупные морские дизельные двигатели.
In a piston engine, a piston rod joins a piston to the crosshead and thus to the connecting rod that drives the crankshaft or (for steam locomotives) the driving wheels. Internal combustion engines, and in particular all current automobile engines, do not generally have piston rods. Instead they use trunk pistons, where the piston and crosshead are combined and so do not need a rod between them. The term piston rod has been used as a synonym for 'connecting rod' in the context of these engines. Engines with crossheads have piston rods. These include most steam locomotives and some large marine diesel engines.
Паровые двигатели
Первые однодействующие лучевые двигатели, такие как двигатель Ньюкомена, имели один рабочий ход, направленный вниз. Вместо поршневого стержня они использовали железную цепь. Цепь могла передавать силу растяжения, но не силу сжатия, толкающую вверх. Поршень герметизировался в цилиндре по окружности, но верхняя часть цилиндра оставалась открытой. Позже, для снижения стоимости длинной кованой цепи, стали использовать примитивный поршневой стержень. Усовершенствование паровой машины Уаттом привело к созданию закрытого верхнего цилиндра. Это потребовало использования сальникового устройства для герметизации вокруг поршневого стержня, а также точной и гладкой цилиндрической обработки самого стержня. В то время двигатели оставались однодействующими, и стержень работал только на растяжение. Последующие разработки Уатта привели к созданию цилиндра двойного действия. Теперь поршневой стержень должен был передавать силу, попеременно толкая и тянув. Широкое использование паровыми двигателями закрытых цилиндров, почти всегда двойного действия, сделало их зависимыми от сальникового устройства и, следовательно, от поршневого стержня.
The first single acting beam engines, such as Newcomen's, had a single power stroke acting downwards. Rather than a piston rod, they used an iron chain. This could transmit a tensile force, but not a compression force pushing upwards. The piston was sealed in the cylinder around its rim but the top of the cylinder was open. Later, a rudimentary piston rod was used, simply to eliminate the cost of a long forged chain. Watt's development of the steam engine introduced an enclosed upper cylinder. This now required a stuffing box to seal around the piston rod, and for the piston rod to be machined smooth and accurately cylindrical. The engines were still single acting at this time and the rod was still only acting in tension. Later developments, also by Watt, produced a double acting cylinder. The piston rod now had to transmit a force alternately pushing and pulling. The steam engine's general use of an enclosed cylinder, nearly always double acting, made it dependent on the stuffing box and so the piston rod.
Привязка
Пистоновые стержни обычно крепятся к крестовине и поршню посредством поперечного паза и конического ключа или гиба. Затягивание этого ключа вбок обеспечивает надежное крепление. Использование поперечного ключа позволяет относительно легко разбирать стержень для обслуживания. Некоторые небольшие поршни фиксируются резьбовым поршневым стержнем и большой гайкой, хотя крестовина почти всегда использует ключ. Поскольку точная длина поршневого стержня важна для синхронизации механизма газораспределения двигателя, крепление прижимает поршень к фиксированной упорной поверхности или месту на поршневом стержне, и длина (и фазы газораспределения) не регулируются. Эта длина требует высокой точности изготовления стержня, но, в отличие от стержня, приводящего клапаны, не требует дополнительной точной регулировки сборщиком при установке двигателя.
Piston rods are usually attached to the crosshead and the piston by a transverse slot and a tapered key or gib. Driving this key sideways tightens the attachment. Using a transverse key allows relatively easy dismantling for maintenance. Some smaller pistons are retained by a threaded piston rod and a large nut, although the crosshead nearly always uses a key. As the precise length of the piston rod is important for timing the engine's valvegear, the attachment tightens the piston down onto a fixed step or location in the piston rod and the length (and valve timing) is not adjustable. This length requires the precision of the manufactured rod but, unlike the rod driving the valves, does not need to be adjusted even more precisely by a fitter during the engine's erection.
Задние стержни
Ранние инженеры-паровики были уверены, что горизонтальные цилиндры будут подвержены чрезмерному износу из-за веса поршня, давящего на стенки цилиндра. Вертикальные цилиндры оставались предпочтительными в течение нескольких лет. Когда горизонтальные цилиндры стали использоваться, одним из способов уменьшить нагрузку на цилиндр было применение удлиненного или второго поршневого стержня с противоположной стороны поршня. Этот стержень выходил через вторую набивную коробку и в редких случаях (как показано на иллюстрации) поддерживался вторым крестовым механизмом. Полное заключение хвостового стержня в герметичный кожух позволяло избежать необходимости в набивной коробке и утечки пара. Однако это также создавало риск накопления конденсата в кожухе, что могло привести к гидроудару и механическим повреждениям.
Early steam engineers were convinced that horizontal cylinders would suffer excessive wear, owing to the weight of the piston riding on the bore of the cylinder. Vertical cylinders remained a favourite for some years. When horizontal cylinders were adopted, one measure used to carry the piston weight was to have an extended or second piston rod on the other side of the piston. This emerged through a second stuffing box and in rare cases (illus.) was supported by a second crosshead. Enclosing the entire tail rod in a sealed casing avoided the need for a stuffing box and any leakage of steam. However this also gave a risk that condensed water could accumulate in the casing, leading to hydraulic lock and mechanical damage.
Двигатели корпуса
Трубчатые двигатели были компактными паровыми двигателями, разработанными для привода судов. Они уменьшали свою общую длину за счет размещения крестовой головки рядом с поршнем в виде полого трубчатого ствола. Таким образом, отпала необходимость в поршневом штоке. Шатун и его пальцевый шарнир крепились внутри этого ствола. Трубчатые двигатели имели поршни чрезвычайно большого диаметра, поэтому старая проблема поддержки веса поршня и предотвращения износа цилиндров вновь стала актуальной. Трубчатые двигатели использовали второй ствол в качестве хвостового стержня для поддержки своих больших поршней.
Trunk engines were compact steam engines, developed for the propulsion of ships. They reduced their overall length by placing the crosshead alongside the piston in the form of a hollow tubular trunk. There was thus no longer any need for a piston rod. The connecting rod and its gudgeon pin were mounted inside this trunk. Trunk engines had extremely large diameter pistons and so the old issue of supporting piston weight and avoiding cylinder wear was again a concern. Trunk engines used a second trunk as a tail rod to support their large pistons.
Паровые двигатели с одним действием
Некоторые поздние паровые двигатели, преимущественно высокоскоростные, также были одностороннего действия. В них также применялись ствольные поршни, но в усовершенствованной конструкции. Эти двигатели имели вертикальную компоновку и использовали простую конструкцию поршня, где роль втулки крейцкопфа играли удлиненные боковые поверхности самого поршня, без отдельной втулки. Эта конструкция ствольного поршня впоследствии стала практически универсальной для двигателей внутреннего сгорания.
Some late steam engines, mostly high speed steam engines, were also single acting. These also used trunk pistons, but in a new form. These engines were vertical and used a simple piston design, with no separate trunk but using the sides of an elongated piston as the crosshead bearing surface. This trunk piston design would become almost universal for internal combustion engines.
Паровозы
Почти все паровозы использовали схожую конструкцию цилиндра, с крестовым направляющим механизмом, установленным вплотную к цилиндру, и коротким поршневым штоком между ними. В некоторых случаях также применялись хвостовые тяги. Они были редкостью в Великобритании, но относительно часто встречались в Европе, по крайней мере, на крупных локомотивах.
Almost all steam locomotives have used a similar design of cylinder, with a crosshead slide mounted adjacent to the cylinder and a short piston rod between them. In some cases, tail rods were also used. These were rare in the United Kingdom, but relatively common in Europe, at least for large locomotives.
Дизельные двигатели
Двигатели внутреннего сгорания (поршневые) работают на более высоких оборотах, чем паровые двигатели. Это позволяет им выигрывать за счет уменьшенной массы возвратно-поступательных деталей и более короткой, жесткой кинематической цепи между поршнем и шатуном. Двухстороннего действия двигатели встречаются крайне редко, хотя в них и использовались поршневые штоки. Легкий поршень ствольного типа, разработанный для высокоскоростных паровых двигателей, был быстро внедрен и до сих пор находится в эксплуатации. Основные изменения коснулись уплотнительных колец и применения алюминиевых сплавов для снижения веса поршней. Некоторые крупные дизельные двигатели с низкой скоростью, особенно судовые, используют крейцкопфные механизмы и поршневые штоки. Дизельные двигатели средней и высокой скорости работают на более высоких оборотах и поэтому применяют более легкие поршни ствольного типа.
Internal combustion (piston) engines operate at higher speeds than steam engines. They thus benefit from reduced reciprocating mass and from a shorter, stiffer linkage between the piston and the connecting rod. Double acting engines are also very rare, although these did use piston rods. The high speed steam engine's lightweight trunk piston was thus soon adopted and remains in service today. Its major changes have been in its sealing rings and the adoption of aluminium alloys to make the pistons lighter. Some large slow speed Diesel engines, particularly those for ships, use crossheads and piston rods. Medium and high speed diesel engines operate at faster speeds and so use lighter weight trunk pistons.