مطالعه‌ی تجربی تعیین نیروی اصطکاک بین رینگ و سیلندر با سنجش حرکت پیستون

مکانیزم رفت و برگشتی سیلندر-پیستون یکی از غالب‌ترین طرح‌ها از بدو اختراع موتور‌‌های احتراق داخلی تا به حال بوده است. با کاهش اصطکاک بین سیلندر و پیستون می‌توان حرکت رفت و برگشتی پیستون را به‌راحتی میسر ساخت. فشار داخل سیلندر در مراحل تراکم و انبساط مقادیر خیلی بالاتری نسبت به محفظه‌ی میل‌لنگ دارد و به دلیل حرکت پیستون در داخل سیلندر و تغییر دمای آن در طول کارکرد موتور، وجود لقی بین آن‌دو ضروری است. این لقی، شکاف‌هایی را بین محفظه‌ی سیلندر و محفظه‌ی میل‌لنگ بوجود می‌آورد. با استقرار رینگ الاستیک دهان‌باز در شیار مخصوص آن روی پیستون مانع جدی برای عبور جریان ایجاد می‌شود. با این وجود اصصکاک بین رینگ و سیلندر علاوه بر اتلاف کار می‌تواند سبب حرکت نسبی رینگ در شیار خود طی رفت و برگشت پیستون شود و هندسه‌ی نشتی را تغییر دهد، لذا نیروی اصطکاک رینگ حائز اهمیت است. در کار حاضر برای اندازه‌گیری این اصطکاک یک روش دقیق تجربی بکمک دستگاه جرم-قرقره-ریسمان مجهز به سنسور اندازه‌گیری جابجایی پیشنهاد و استفاده شده است. پس از برآورد تجربی-تحلیلی گشتاور مقام قرقره-ها، نیروی اصطکاک در دو حالت پیستون بدون رینگ و پیستون با رینگ اندازه‌گیری و محاسبه شد تا از روی آنها نیروی اصطکاک رینگ را برآورد کرد. نتایج حاصله نشان داد که نیروی اصطکاک یک رینگ کمپرسی 2.87 نیوتن بود و اگرچه پیستون تحت حرکت قائم، بار جانبی ملموسی نداشت اما ملاحظه شد که نیروی اصطکاک آن حدود 77% اصطکاک رینگ کمپرسی بود.

an experimental study of determining friction force between ring and cylinder by measuring piston movement

the cylinder-piston reciprocating mechanism has been one of the most dominant designs since the invention of internal combustion engines. by reducing friction between the cylinder and piston of the engine, the reciprocating movement of the piston can be made possible, easily. the pressure inside the cylinder during the compression and expansion strokes is much higher than the crankcase. due to the movement of the piston inside the cylinder and its temperature change during the engine operation, a clearance needs to be between them. the clearance creates some crevices between the cylinder chamber and crankcase. by placing the open-mouthed elastic rings in their special grooves on the piston, some serious flowing obstacles are created. however, in addition to the loss of work, the frictions between the rings and cylinder can cause the relative motion of the rings in their grooves during the reciprocating movement of the piston and change the blowby geometry, so the ring friction forces are important. in the present work, an accurate experimental method is proposed and used to measure the friction of a ring with cylinder applying a mass-pulley-string set, equipped with a displacement measurement sensor. after the experimental-analytical estimation of pulley resistant torques, to extract the friction force of the ring, the friction force was measured and calculated in two states of piston without ring and piston with ring. the results showed that the friction force of a compression ring was 2.87 n and although the piston under vertical movement had not noticeable lateral load, it was observed that its friction force was about 77% of the compression ring friction.