Поршневые пальцы

Поршневые пальцы

Поршневой палец – элемент кривошипно-шатунного механизма цилиндрической формы, который представляет собой ось перемещения шатуна в месте его соединения с поршнем и обеспечивает таким образом подвижное шарнирное соединение головки шатуна и поршня.

В процессе работы двигателя как поршень, так и поршневой палец подвержены серьезным нагрузкам. На палец воздействует давление на такте сжатия топливно-воздушной смеси, сила расширяющихся газов после их воспламенения, инерция, изгибающее усилие и т.д. С учетом таких нагрузок материалом изготовления поршневых пальцев выступает закаленная сталь. Форсированные двигатели сравнительно со штатными вариантами получают поршневой палец с более твердой поверхностью из легированной стали.

Конструктивно поршневой палец имеет внутреннее отверстие для облегчения детали. Малый вес означает снижение инерционных потерь и рост КПД двигателя. При этом палец должен оставаться прочным и износостойким в условиях запредельных нагрузок. В массовом производстве отверстие поршневого пальца имеет простую цилиндрическую форму. Подобное решение позволяет снизить затраты в процессе изготовления.

Подобные решения позволяют эффективно снизить вес детали и сохранить необходимую прочность, но имеют высокую себестоимость для массового производства. По этой причине пальцы данного типа обычно ставятся на спортивные и форсированные двигатели, при изготовлении которых конечная стоимость изготовления имеет второстепенное значение.

Поршневые пальцы по способу установки бывают двух типов:

  • фиксированный поршневой палец;
  • плавающий поршневой палец;

Фиксированное соединение обычно реализуется в верхней головке шатуна. Поршневой палец при таком способе крепления вращается в отверстиях бобышек поршня, где предусмотрен определенный зазор. Установка фиксированного поршневого пальца во время ремонта ДВС становится возможной после значительного нагрева шатуна.

Плавающий палец означает установку детали с определенным зазором как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Фиксация поршневого пальца в этом случае реализуется при помощи специальных стопорных колец.

Указанные стопорные кольца плавающего поршневого пальца устанавливаются в проточки, которые выполнены в бобышках поршня. Также в моторах с плавающим поршневым пальцем в верхней головке шатуна дополнительно установлена бронзовая втулка для минимизации трения.

Поршневые пальцы плавающего типа нуждаются в смазке, так как область шарнирного соединения с головкой шатуна сильно нагружена. Головка шатуна и втулка головки имеют специальное отверстие, через которое моторное масло проникает из внутренней полости поршня. Что касается указанной полости, смазка подается туда от маслосъемных поршневых колец через специальные отверстия в поршне или может впрыскиваться при помощи масляных форсунок системы смазки двигателя.

По каким причинам возникает стук поршневых пальцев во время разгона автомобиля и работы под нагрузкой: качество топлива, зажигание, состав смеси и другие.

Назначение шатуна в конструкции ДВС. Устройство шатуна, поршневой палец, верхняя и нижняя головка шатуна. Функциональные особенности детали.

Когда необходимо производить замену поршневых колец. Как устанавливать кольца на поршень при замене своими руками. Ресурс, колец, притирка и обкатка.

Назначение, детали и основные элементы кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.

Как правильно подбирать поршневые кольца. Правильный подбор колец по размерам и материалам изготовления, как выбрать оригинальные кольца. Полезные советы.

Устройство автомобилей

Поршневые пальцы

Назначение поршневых пальцев и переносимые нагрузки

Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение поршня с шатуном. Во время работы палец подвергается значительным механическим нагрузкам в различных направлениях, а также воздействию сил трения и температуры.

При четырехтактном процессе поршневой палец работает в условиях знакопеременной нагрузки, при двухтактном – в условиях, близких к пульсирующей нагрузке.
Кроме механической нагрузки палец испытывает значительную тепловую нагрузку вследствие передачи теплоты от головки поршня, а также выделения теплоты при трении поршневого пальца о головку шатуна и бобышку поршня.
В результате этого создаются неблагоприятные условия для осуществления жидкостного трения. Из-за наличия полужидкостного трения поршневой палец и сопряженные с ним поверхности бобышек поршня и верхней головки шатуна сильно изнашиваются.

Поршневой палец относится к деталям двигателя, совершающим во время работы возвратно-поступательное движение, поэтому его масса должна быть минимальной. Однако, как указывалось выше, через поршневой палец передаются значительные механические и тепловые нагрузки, поэтому размер и масса пальца, его конструкция, технология и материал изготовления, с учётом себестоимости массового производства, должны обеспечивать долговечную и безотказную работу.

С точки зрения сопромата, во время работы двигателя на поршневой палец действуют изгибающие усилия и усилия среза. Под воздействием этих усилий поршневой палец может принять недопустимую овальность, в результате которой возможно заклинивание поршня в поршневой головке шатуна или в бобышках поршня. Овальность поршневого пальца может привести к увеличению сил трения, появлению трещин в бобышках поршня и последующему разрушению поршня.

Требования к конструкции поршневых пальцев

С учетом перечисленных выше условий, в которых работают поршневые пальцы, к их конструкции предъявляются определенные требования, с целью достижения высокой надежности и долговечности.

Требования, предъявляемые к поршневым пальцам:

  • высокая прочность;
  • минимальная масса;
  • высокая износостойкость.

Надежность и долговечность поршневых пальцев — необходимое требование, поскольку их замена, монтаж и демонтаж связаны с выполнением ремонтных работ высокой трудоемкости.

Особенности конструкции поршневых пальцев

Конструктивные формы поршневых пальцев весьма разнообразны. Наиболее простыми являются поршневые пальцы трубчатой формы. Такой палец представляет собой гладкий цилиндрический стержень, который для уменьшения массы выполнен пустотелым.
Иногда применяют поршневые пальцы с коническими внутренними поверхностями, имеющими форму бруса равного сопротивления изгибу (тоньше к краям и толще к середине), благодаря чему уменьшается масса поршневого пальца.

Читать еще:  Обзор видеорегистраторов xiaomi yi: описание характеристик и модельный ряд

Для смазки поршневого пальца в бобышках поршня масло подводится по каналу от маслосъемных поршневых колец через отверстия в бобышках. Смазка поршневого пальца в головке шатуна осуществляется маслом, разбрызгиваемым подвижными деталями кривошипно-шатунного механизма, и подаваемым к поршневому пальцу через отверстия в головке шатуна, либо маслом, поступающим по каналу в шатуне от шатунной шейки коленчатого вала.

В зависимости от способа крепления различают три типа поршневых пальцев:

  • закрепленные в бобышках поршня;
  • закрепленные в верхней головке шатуна;
  • плавающие, т. е. проворачивающиеся как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня.

Наибольшее распространение получили плавающие пальцы (рис. 2, а, б), поскольку они изнашиваются равномернее.
Осевая фиксация плавающих пальцев обычно обеспечивается стальными пружинными стопорными кольцами, которые устанавливаются в канавках, проточенных в бобышках поршня по обе стороны пальца. Такой способ фиксации надежен и прост, но несколько уменьшает опорную длину бобышек.
Известны конструкции, когда палец фиксируется при помощи мягких алюминиевых заглушек.

Материалы и технология изготовления поршневых пальцев

Пальцы изготавливают из легированной или углеродистой стали. Для достижения требуемой твердости после изготовления пальцы подвергаются цементации на глубину 1…2 мм с последующей закалкой и отпуском.
Для менее нагруженных двигателей пальцы подвергаются только поверхностной закалке при нагреве токами высокой частоты.

Пальцы изготавливаются с высокой точностью и подбираются к поршням и шатунам индивидуально, особенно для высокооборотистых двигателей.

Поршневой палец: описание,виды,применение,установка,фото,видео.

Поршневой палец – элемент кривошипно-шатунного механизма цилиндрической формы, который представляет собой ось перемещения шатуна в месте его соединения с поршнем и обеспечивает таким образом подвижное шарнирное соединение головки шатуна и поршня.

Применение поршневого пальца

Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Соединение двух этих деталей не может быть жестким, так как и низ, и верх шатуна постоянно перемещаются. Цилиндрический палец позволяет верхней части шатуна «шататься» при перемещении поршня по вертикали.

Для монтажа плавающего пальца поршень, шатун и палец кипятят в горячей воде

Почему поршневой палец трудно облегчить?

Первостепенная задача конструкторов современных двигателей – увеличение мощности и, одновременно, снижение веса мотора. Для того, чтобы уменьшить вес всего агрегата, приходится облегчать детали любыми доступными способами.

Облегчить поршневой палец непросто, так как эта деталь постоянно испытывает серьезные нагрузки. Легкие и прочные сплавы, которые можно использовать для производства поршневых пальцев, стоят дорого, и себестоимость изделия существенно увеличивается. В итоге, в большинстве современных двигателей применяются пальцы из легированной стали, такие же, как сто лет назад.

Зачем нужно отверстие в центре поршневого пальца?

Обычно в теле пальца есть сквозное отверстие отверстие в виде двух конусов с вершинами в центре. Благодаря отверстию можно уменьшить вес детали, а конусная форма связана с распределением нагрузки по поверхности детали. Центр пальца нагружен значительно больше, и в этом месте толщина материала играет наиболее существенную роль.

По способу осевой фиксации пальцы делятся на две группы:

1 – фиксированные

2 – плавающие

2 – Зазор между пальцем и бобышкой поршня

5 – Стопорное кольцо пальца

6 – Бронзовая втулка поршневой головки шатуна

7 – Зазор между пальцем и бронзовой втулкой

На современных автомобильных двигателях наибольшее распространение нашли плавающие пальцы.

Фиксированный

Фиксированным называется поршневой палец, который не вращается в одном из соединяемых элементов за счёт установки с тугой посадкой или в верхней головке шатуна или в отверстиях бобышек поршня.

Тугая посадка поршневого пальца в одном из элементов обеспечивает осевую фиксацию пальца.

В старых автомобильных и стационарных двигателях палец в верхней головке шатуна вообще крепился при помощи разрезной втулки и стяжного болта, но в настоящее время в автомобильных двигателях такой способ крепления поршневого пальца не применяется.

Чаще фиксированное соединение обеспечивается в верхней головке шатуна. При этом вращение пальца осуществляется в отверстиях бобышек поршня.

Например, в двигателях автомобилей ВАЗ надёжная фиксация поршневого пальца обеспечивается за счёт установки пальца в верхней (поршневой) головке шатуна с натягом 0,01 ? 0,042 мм. При этом в соединении пальца с бобышками поршня, для обеспечения шарнирного соединения, устанавливается необходимый зазор. Это наиболее дешёвый способ фиксации пальца в массовом производстве. В этом случае во время ремонта двигателя при сборке шатунно-поршневой группы возникает необходимость нагрева шатуна до достаточно высокой температуры. В двигателях с фиксированным поршневым пальцем бронзовая втулка в поршневую головку шатуна не устанавливается.

Плавающий

Поэтому перед снятием или установкой плавающего пальца поршень необходимо нагреть в воде до температуры 60? ? 85? С.

Подбор поршневого пальца

Если в двигателе применен плавающий палец, его подбирают по цветовой метке, нанесенной внутри днища поршня, или по заводскому номеру запчасти по каталогу. Поршни и поршневые пальцы делятся на размерные группы в зависимости от диаметра, об этом следует помнить при самостоятельной покупке деталей.
При подборе фиксированного пальца палец подбирается по отверстию в поршне по номеру группы, указанному на днище поршня.

Материал для изготовления поршневых пальцев

Для изготовления поршневых пальцев применяют в основном сталь 45ХА. После отливки деталь закаливают на 1-1.5 мм глубины. Твердость поверхности должна быть соответствовать определенным нормам. В моторах повышенной мощности применяют для изготовления пальцев применяют более прочные сорта легированной стали.

Установка поршневого пальца

Установка фиксированного поршневого пальца

Для установки фиксированного пальца шатун необходимо нагреть в муфельной электрической печи до температуры 240? С. (При отсутствии муфельной печи шатун часто нагревают на простой электрической плитке). Шатун быстро охлаждается, а палец необходимо в осевом направлении устанавливать очень точно, поэтому делайте это только с применением специального приспособления. Необходимо помнить, что для каждого диаметра поршня существует своё приспособление, хотя все они похожи друг на друга, некоторые размеры приспособлений отличаются, но на глаз это не видно.
Установите палец на приспособление. Принимая все меры предосторожности, извлеките нагретый шатун из муфельной печи шатун и быстро закрепите его в тисках. При помощи специального приспособления вставьте палец в поршень и шатун, строго выполняя указания Руководства по ремонту. Делать всё необходимо быстро, поскольку шатун очень быстро остывает. А после того как шатун остынет, изменить положение пальца не получится.

  1. Рукоятка приспособления
  2. Центрирующий фланец пальца
  3. Устанавливаемый палец
  4. Направляющая втулка
  5. Колпачковая гайка
Читать еще:  Выбор, замена и регулировка фар kia rio: противотуманок, ламп ближнего света и задних фонарей

Установка плавающего поршневого пальца

Для обеспечения необходимого зазора (натяга) в соединении с пальцем, поршни в зависимости от диаметра отверстия под поршневой палец и пальцы в зависимости от наружного диаметра обычно делятся на несколько размерных групп (классов). Группа поршня и пальца обычно отмечаются цветной меткой на внутренней стороне днища или на бобышке поршня. На поршневом пальце цветовая метка обычно наносится на торцевую поверхность.
Если поршневой палец устанавливается в отверстие поршня с натягом. Сначала проверяется зазор в соединении поршневого пальца и шатуна. При комнатной температуре (20? С) смазанный моторным маслом палец должен входить во втулку верхней головки шатуны под усилием большого пальца.
Проверив цветовые метки на поршне и пальце, нагреваем поршень в ванне с горячей водой, в которой поддерживается температура 60? ? 85? С. Смазанный моторным маслом палец должен легко входить в отверстие поршня. После остывания палец должен быть неподвижным или вращаться с усилием в бобышке поршня, но легко вращаться во втулке верхней головки шатуна.
Некоторые производители рекомендуют снимать и устанавливать поршневой палец при помощи специального приспособления.

Поршневые пальцы

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и является осью, относительно которой шатун совершает колебательное движение.

Поршневой палец работает в условиях знакопеременной нагрузки при четырехтактном процессе и в условиях близких к пульсирующей нагрузке в случае двухтактного процесса. Кроме того, поршневой палец испытывает тепловую нагрузку вследствие передачи теплоты от головки поршня, выделения теплоты при трении поршневого пальца о головку шатуна и бобышки поршня. В результате этого создаются неблагоприятные условия для осуществления жидкостного трения. Из-за наличия полужидкостного трения поршневой палец и сопряженные с ним поверхности бобышек поршня и верхней головки шатуна сильно изнашиваются.

Для обеспечения нормальных условий работы поршневого пальца его конструкция должна удовлетворять следующим требованиям: малая масса, минимальная деформация при работе, хорошая сопротивляемость ударной нагрузке, высокая износостойкость и прочность при переменной нагрузке.

Поршневой палец делают цилиндрической формы с отверстием внутри.

Конструкция поршневого пальца в основном зависит от типа сопряжения поршневого пальца с бобышками поршня и верхней головки шатуна. По указанному признаку различают поршневые пальцы: 1) закрепленные в бобышках поршня и вращающиеся в головке шатуна; 2) закрепленные в головке шатуна и вращающиеся в бобышках поршня и 3) свободно вращающиеся как в головке шатуна, так и в бобышках поршня — плавающие пальцы.

В первом случае поршневой палец стопорится болтами, для которых в бобышках поршня имеются отверстия с резьбой, а на поверхности самого пальца — отверстия для его стопорения. Недостатком такого крепления являются: выкрашивание резьбы стопорного болта, увеличение брака при термической обработке поршневого пальца из-за наличия в нем углубления, прогиба поршневого пальца из-за увеличения длины поверхности соприкосновения поршневого пальца с головкой шатуна (для уменьшения износа рабочих поверхностей). Поэтому этот тип крепления не применяется.

Во втором случае крепления поршневого пальца значительно сокращается длина головки шатуна, что ведет к уменьшению массы шатуна и расчетной длины поршневого пальца, а следовательно, и его прогиба. Этот способ крепления поршневого пальца целесообразно применять при чугунных поршнях. Если поршень пальца изготовлен из сплава, имеющего высокий коэффициент расширения,то вследствие того,что поршневой палец должен поворачиваться в бобышках даже холодного поршня, зазор в сопряжении поршневой палец — поршень при повышении температуры получается увеличенным.

Преимущественное распространение получили поршневые пальцы плавающего типа, так как они незначительно и равномерно изнашиваются по длине и по окружности и удобны при монтаже. Кроме того, в случае их применения уменьшается опасность заедания пальца.

Для предотвращения осевого перемещения поршневого пальца плавающего типа применяют различные способы фиксации. При фиксации поршневого пальца одним кольцом ослабляется его опасное сечение, поэтому предпочтительнее креплениепоршневого пальцадвумя кольцами в бобышках поршня. В ряде двигателей в отверстия бобышек поршня устанавливаются заглушки 1 из листовой стали и пружинящие кольца 2. В некоторых случаях фиксация поршневого пальца осуществляется пробками из алюминия или латуни, при этом несколько повышается жесткость кольца и улучшается отвод теплоты.

Конструктивные формы поршневых пальцев весьма разнообразны. Наиболее простыми являются поршневые пальцы трубчатой формы. Поршневые пальцы с коническими внутренними поверхностями имеют форму бруса равного сопротивления изгибу, вследствие чего уменьшается масса поршневого пальца.

Для смазки поршневого пальца в бобышках поршня масло подводится по каналу из-под маслосъемных поршневых колец через отверстия в бобышках поршня. Смазка поршневого пальца в головке шатуна осуществляется маслом, разбрызгиваемым кри-вошипно-шатунныммеханизмомиподаваемымкпоршневому пальцу через отверстия в головке шатуна, или маслом, поступающим по каналу в шатуне от шатунной шейки коленчатого вала.

Читать еще:  Пошаговое руководство, как настроить сабвуфер в машине своими руками

О достоинствах плавающей посадки поршневого пальца

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 26.12.2016 2016-12-26

Статья просмотрена: 6327 раз

Библиографическое описание:

Семенченко, И. Ю. О достоинствах плавающей посадки поршневого пальца / И. Ю. Семенченко, М. С. Медведева. — Текст : непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2016. — № 29 (133). — С. 133-136. — URL: https://moluch.ru/archive/133/37442/ (дата обращения: 12.04.2020).

Технологический процесс сборки является заключительным этапом изготовления изделия. От качества сборки зависит ресурс изделия в целом. Некачественная сборка даже деталей, изготовленных с соблюдением всех технических требований, неминуемо приведет к снижению ресурса узла. Примером некачественной сборки могут быть: перекос собираемых деталей, снижение величины натяга, повреждение сопрягаемых поверхностей, что в конечном итоге приводит к повышенному шуму и вибрациях при работе и снижению долговечности узла. В статье приводится обзор двух методов посадки поршневого пальце в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна:

1) Посадка, при которой палец запрессован в бобышки, свободно вращается во втулке.

2) Плавающая посадка, при которой палец свободно вращается как в бобышках, так и во втулке

Также будет сравнен ресурс данного соединения при сборке этими методами.

Описание конструкции узла, его служебного назначения, особенностей сборки, показателей точности деталей

В статье объектом рассмотрения является соединение поршневого пальца с поршнем и шатуном двигателя Иж Планета 5. Общий вид силового агрегата представлен на рисунке 1:

Рис. 1. Общий вид силового агрегата

Двигатель Иж Планета 5 имеет следующие технические характеристики:

– Тип двигателя двухтактный одноцилиндровый

– Диаметр цилиндра, мм 72

– Ход поршня, мм 85

– Степень сжатия 8,2–8,7

– Рабочий объем: 346 см 3

– Максимальная мощность двигателя, л.с. 22 при 4850 об/мин

Поршневой палец служит для соединения поршня с шатуном. Данное соединения представлено на рисунке 2:

Рис. 2. Соединение поршня с шатуном

Поршневой палец (1) устанавливается в бобышки поршня (2) и во втулку (4) верхней головки шатуна (3). Палец фиксируется в бобышках с помощью стопорных колец (5). Существует 3 способа сборки данного соединения:

1) Палец установлен с натягом в бобышках поршня, с зазором во втулке шатуна

2) Палец установлен с зазором в бобышках поршня, но с натягом во втулке шатуна

3) Плавающая посадка, при которой палец установлен с зазором как в бобышках поршня, так и во втулке шатуна

В данном двигателе палец установлен с натягом в бобышках поршня, с зазором во втулке верхней головки шатуна.

Сборка пальца, который имеет посадку с натягом, имеет некоторые недостатки. Во-первых, для сборки будет необходим нагрев охватывающей детали, так как применение холодной запрессовки крайне нежелательно (возможно повреждение шатуна). Во-вторых, при посадке с натягом, у пальца неравномерно изнашивается рабочая поверхность, что приводит к снижению ресурса соединения.

Этих недостатков лишена плавающая посадка пальца, при которой палец устанавливается в бобышки поршня и во втулку шатуна от усилия руки, отпадает необходимость в использовании термического метода сборки. Также при такой посадке, палец имеет возможность проворачивания, при этом рабочая поверхность равномерность изнашивается.

Эксперимент

В эксперименте использованы два двигателя Иж Планета 5, приобретены 2 комплекта запасных частей производства ОАО Ижмаш- поршней первого ремонта, поршневых колец, поршневых пальцев, стопорных колец. Произведена:

1) Расточка цилиндра с тепловым зазором 0,05 мм

2) Замена втулок верхних головок шатуна, с последующими доработками развертыванием

3) Установка зазора в замке поршневых колец 0,3 мм

4) Доработка бобышек поршня из 2 комплекта развертываем для обеспечения посадки пальца с зазором

Произведено измерение микрометром, штангенциркулем размеров и проведен анализ показателей качества собираемых деталей, который представлен в таблице 1.

Анализ показателей качества деталей

Таким образом, размеры находятся в пределах поля допуска, что позволяет судить о качестве собираемых деталей.

Произведена сборка двух двигателей, произведена обкатка с соблюдением рекомендаций завода-изготовителя в течение 2000 км, посторонний стуков не выявлено.

Условия работы двигателей

Мотоциклы эксплуатируются в одинаковых условиях:

– Мотоциклы эксплуатируются преимущественно по дорогам с асфальтовым покрытием

– Крейсерская скорость мотоциклов на шоссе 80–90 км/ч, обороты двигателя при этом составляют 2800–3200 об/мин, городском цикле диапазон оборотов составляет 2000–2500 км/ч. Для двигателя Иж Планета 5 такой режим эксплуатации является наиболее оптимальным с точки зрения ресурса

– Расход топлива для обоих двигателей составил 4–4.5 литра на 100 км пробега, что показывает отличное общее техническое состояние двигателей

– Угол опережения выставлен 3,25 мм до ВМТ

– Смазка двигателей осуществляется смесью бензина АИ 92 с маслом Лукойл 2T в пропорции 1:25

– Техническое обслуживание каждые 5000 км пробега (замена масла в КПП, чистка и регулировка карбюратора, очистка наружных поверхностей двигателей от загрязнений)

Результаты эксперимента

Через 20000 км произведена разборка двигателей с последующей дефектовкой:

Двигатель № 1(посадка пальца с натягом в бобышках)

При эксплуатации обнаружен легкий металлический стук при работе холодного двигателя, при прогреве стук пропадал. Позволяет косвенно судить о начальном износе соединения палец-втулка. Произведено 4 измерения пальца и втулки. Результаты показаны в таблице 2.

Деталь

измерения

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector