В поршневом двигателе шток поршня соединяет поршень с крейцкопфом и, таким образом, с шатуном , который приводит в движение коленчатый вал или (в паровозах ) ведущие колеса.
Двигатели внутреннего сгорания , и в частности все современные автомобильные двигатели, как правило, не имеют поршневых штоков. Вместо этого они используют поршни-корпусы , в которых поршень и крейцкопф объединены и поэтому не нуждаются в штоке между ними. Термин поршневой шток использовался как синоним «шатуна» в контексте этих двигателей. [ необходима цитата ]
Двигатели с крейцкопфами имеют поршневые штоки. К ним относятся большинство паровозов и некоторые крупные судовые дизельные двигатели .
Первые двигатели с балкой одинарного действия , такие как двигатели Ньюкомена , имели один рабочий ход , действующий вниз. Вместо штока поршня они использовали железную цепь. Она могла передавать силу растяжения, но не силу сжатия, толкающую вверх. Поршень был запечатан в цилиндре вокруг его обода, но верхняя часть цилиндра была открыта. Позже использовался примитивный шток поршня, просто чтобы исключить стоимость длинной кованой цепи.
Разработка Уаттом парового двигателя представила закрытый верхний цилиндр. Теперь для этого требовался сальник для уплотнения вокруг штока поршня, а также для того, чтобы шток поршня был обработан гладко и точно цилиндрически. В то время двигатели все еще были одностороннего действия, а шток все еще действовал только на растяжение.
Более поздние разработки, также Уатта, создали цилиндр двойного действия . Теперь шток поршня должен был передавать силу попеременно толкая и тянущую. Общее использование паровой машиной закрытого цилиндра, почти всегда двойного действия, сделало его зависимым от сальника и, следовательно, штока поршня.
Поршневые штоки обычно крепятся к крейцкопфу и поршню с помощью поперечного паза и конической шпонки или клина. Вращение этой шпонки вбок затягивает крепление. Использование поперечной шпонки позволяет относительно легко разбирать для обслуживания. Некоторые поршни меньшего размера удерживаются резьбовым поршневым штоком и большой гайкой, хотя крейцкопф почти всегда использует шпонку.
Поскольку точная длина штока поршня важна для синхронизации клапанного механизма двигателя, насадка затягивает поршень вниз на фиксированный шаг или место в штоке поршня, а длина (и фазы газораспределения) не регулируется. Эта длина требует точности изготовленного штока, но, в отличие от штока, приводящего в движение клапаны, не нуждается в еще более точной регулировке слесарем во время монтажа двигателя.
Первые паровые инженеры были убеждены, что горизонтальные цилиндры будут подвергаться чрезмерному износу из-за веса поршня, находящегося на отверстии цилиндра. Вертикальные цилиндры оставались фаворитами в течение нескольких лет. Когда были приняты горизонтальные цилиндры, одной из мер, используемых для переноса веса поршня, было наличие удлиненного или второго штока поршня с другой стороны поршня. Он выходил через вторую сальниковую коробку и в редких случаях ( илл. ) поддерживался второй траверсой.
Заключение всего хвостового стержня в герметичный кожух позволило избежать необходимости в сальнике и утечке пара. Однако это также создавало риск скопления конденсата в кожухе, что приводило к гидравлическому затвору и механическим повреждениям.
Двигатели Trunk были компактными паровыми двигателями, разработанными для приведения в движение кораблей. Они уменьшили свою общую длину, разместив крейцкопф рядом с поршнем в форме полого трубчатого ствола. Таким образом, больше не было необходимости в поршневом штоке. Шатун и его поршневой палец устанавливались внутри этого ствола. Двигатели Trunk имели поршни чрезвычайно большого диаметра, и поэтому старая проблема поддержки веса поршня и предотвращения износа цилиндра снова стала актуальной. Двигатели Trunk использовали второй ствол в качестве хвостового стержня для поддержки своих больших поршней.
Некоторые поздние паровые двигатели, в основном высокоскоростные паровые двигатели , также были одностороннего действия. Они также использовали хоботковые поршни, но в новой форме. Эти двигатели были вертикальными и использовали простую конструкцию поршня, без отдельного хоботка, но с использованием сторон удлиненного поршня в качестве опорной поверхности крейцкопфа.
Такая конструкция поршня стала практически универсальной для двигателей внутреннего сгорания.
Почти все паровозы использовали схожую конструкцию цилиндра с крейцкопфным ползунком, установленным рядом с цилиндром, и коротким поршневым штоком между ними.
В некоторых случаях также использовались хвостовые тяги. Они были редки в Соединенном Королевстве, но относительно распространены в Европе, по крайней мере для больших локомотивов.
Двигатели внутреннего сгорания (поршневые) работают на более высоких скоростях, чем паровые двигатели. Таким образом, они выигрывают от уменьшенной возвратно-поступательной массы и от более короткой, более жесткой связи между поршнем и шатуном. Двигатели двойного действия также очень редки, хотя они использовали поршневые штоки. Таким образом, легкий хоботковый поршень высокоскоростного парового двигателя был вскоре принят и остается в эксплуатации по сей день. Его основные изменения касались уплотнительных колец и принятия алюминиевых сплавов, чтобы сделать поршни легче.
Некоторые крупные тихоходные дизельные двигатели, особенно для кораблей, используют крейцкопфы и поршневые штоки. Средне- и высокооборотные дизельные двигатели работают на более высоких скоростях и поэтому используют более легкие тронковые поршни.