для чего нужен поршневой палец
Поршневой палец
По условиям кинематической схемы кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, необходимо чтобы обе головки шатуна были подсоединены шарнирно. Поршневой палец является осью качания шатуна в соединении с поршнем. Через поршневой палец передаются все силы, возникающие между поршнем и шатуном. К этим силам относятся сила инерции, возникающая при изменении направления движения поршня, сила давления сжимаемой в цилиндре двигателя воздушно топливной смеси или воздуха в дизельном двигателе при сжатии и, главное, сила давления расширяющихся газов во время рабочего такта.
Поршневой палец относится к деталям двигателя, совершающим возвратно-поступательное движение во время работы. Конструкторы двигателей всеми способами стремятся уменьшить вес таких деталей. Но, как отмечалось ранее, через поршневой палец передаются очень большие силы. Поэтому размер (диаметр) пальца, конструкция, технология и материал изготовления пальца, с учётом себестоимости массового изготовления, это результат принятия сложного компромиссного инженерного решения.
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 появлению трещин в бобышках поршня и последующему разрушению поршня.
Внутреннее отверстие пальца массовых двигателей цилиндрической формы, поскольку такой палец имеет самую низкую себестоимость изготовления. В двигателях, в которых стоимость изготовления не играет решающего значения, по сравнению с качественными показателями, для облегчения веса пальца, внутреннее отверстие изготавливается в виде двух конусов, сужающихся к середине пальца. На эпюре нагрузки, приложенной к поршневому пальцу, видно, что, усилие, приложенное к центру поршневого пальца, значительно меньше усилия, приложенного к его концам.
На современных автомобильных двигателях наибольшее распространение нашли плавающие пальцы.
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.
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.
Плавающим называется палец, установленный с необходимым зазором, и в верхней головке шатуна, и в бобышках поршня.
В этом случае осевая фиксация поршневого пальца осуществляется за счёт стопорных колец, устанавливаемых в специальные проточки в бобышках поршня.
Во время работы плавающий палец вращается и в головке шатуна и в бобышках поршня. При таком соединении необходимо обеспечить рекомендованный зазор как между пальцем и бобышками поршня, так и между пальцем и втулкой поршневой головки шатуна. В двигателе с плавающим поршневым пальцем для уменьшения трения в поршневую головку шатуна устанавливается бронзовая втулка. Из-за различного температурного коэффициента расширения материалов, из которых изготовлены шатун, поршневой палец и поршень эти зазоры различны.
При комнатной температуре во втулку верхней головки шатуна палец должен входить плотно без люфта и качания. А в бобышки поршня, в холодном состоянии, поршень должен входить с небольшим натягом.
Поэтому перед снятием или установкой плавающего пальца поршень необходимо нагреть в воде до температуры 60º ÷ 85º С.
Поршневая группа: поршневые пальцы
Поршневой палец служит осью в шарнирном соединении поршня с шатуном и воспринимает поэтому все передающиеся между ними силовые нагрузки. В четырехтактных двигателях силовые нагрузки на поршневой палец резко изменяются как по величине, так и по направлению, а в двухтактных — только по величине. Однако в обоих случаях поршневые пальцы испытывают ударный характер нагрузки и работают в условиях ограниченной смазки.
В кривошипном механизме быстроходных автомобильных двигателей поршневые пальцы желательно иметь возможно меньшего веса, а по конструктивным соображениям их выполняют с ограниченным поперечным сечением и малыми опорными поверхностями. Это порождает большие напряжения и значительные удельные давления на опорных поверхностях рассматриваемого шарнирного соединения. Поэтому поршневой палец должен обладать высокой износостойкостью и одновременно хорошо противостоять воздействию ударных нагрузок при общем ограниченном весе.
Чтобы удовлетворить эти жесткие требования, поршневые пальцы изготовляют в виде полого стального цилиндра с небольшой толщиной стенок (рис.) и подвергают их соответствующей термической и тщательной механической обработке.
Материалом для поршневых пальцев служат углеродистые стали марок 15, 20 или 45, а в особенно напряженных двигателях применяют, например, хромистые—15Х, 40Х и другие легированные качественные стали. Пальцы, изготовленные из малоуглеродистых сталей, содержащих до 0,2% углерода, цементируют, т. е науглероживают поверхностный их слой, и подвергают закаливанию; из среднеуглеродистых сталей пальцы закаливают, нагревая поверхностный слой их токами высокой частоты. Толщина закаленного слоя обычно составляет 1—1,5 мм, а твердость HRC 55—60 (шкала С по Роквеллу). После такой термической обработки материал пальца с внутренней стороны стенок сохраняет свои вязкие свойства и хорошо сопротивляется ударным нагрузкам, а наружный закаленный слой их приобретает повышенную износостойкость. Пальцы тщательно шлифуют и полируют с тем, чтобы на рабочей поверхности не оставалось каких-либо рисок или следов обработки, вызывающих концентрацию опасных для прочности местных напряжений.
Чтобы в процессе работы поршневые пальцы не выходили из отверстий бобышек и не могли повредить зеркало цилиндра, их фиксируют в строго заданном положении относительно шатуна или поршня. По способу фиксации пальцев они подразделяются на плавающие и закрепленные. Закрепленными считаются пальцы, неподвижно зафиксированные в головке шатуна или в бобышках поршня В головке шатуна палец закрепляют с помощью стяжного болта устанавливаемого в разрезную головку (см. рис. б). Палец сохраняет в этом случае угловое перемещение только в бобышках. Чугунные поршни при таком креплении пальцев снабжают бронзовыми втулками, уменьшающими потери на трение и предотвращающими возможные задиры трущихся поверхностей. Крепление пальца в бобышках поршня осуществляется с помощью стопорного болта, который на резьбе заворачивается в бобышку и проходит через сделанное для этой цели отверстие в стенке пальца (см. рис. в). Поэтому угловое перемещение пальца сохраняется только в головке шатуна с запрессованной в нее в качестве подшипника бронзовой втулкой.
При неподвижной фиксации поршневых пальцев в шатуне или бобышках поршня отдельные участки их нагружаются неравномерно, а следовательно, и неравномерно изнашиваются. Чтобы устранить этот недостаток, применяют так называемые плавающие пальцы. Плавающие пальцы фиксируются только от осевого смещения, как показано на рис. а и г. В процессе работы они могут свободно поворачиваться как в головке шатуна, так и в бобышках поршня, что способствует более равномерному их износу. В холодном состоянии палец должен плотно без качки входить в отверстие втулки верхней головки шатуна, а по отверстиям в бобышках поршня из алюминиевых сплавов он подбирается с тугой посадкой. Необходимость этого обусловливается разницей в коэффициентах линейного расширения у алюминиевых поршней и стальных пальцев. Опыт показывает, что в прогретом двигателе зазоры между поршневым пальцем и отверстиями в бобышках и головке шатуна выравниваются. Для облегчения сборки алюминиевые поршни рекомендуется подогревать до 60—80°С путем погружения в горячую жидкость, например в нейтральное масло.
Плавающие поршневые пальцы получили наибольшее распространение в автомобильных, тракторных и других быстроходных двигателях. Осевую фиксацию плавающих пальцев осуществляют с помощью стопорных пружинных колец круглого или прямоугольного сечения (см. рис. а) и реже для этой цели используют грибки из мягкого металла (см. рис. г). Стопорные кольца устанавливают в канавках, проточенных для них в отверстиях бобышек, несущих поршневой палец. Глубина проточек под стопорные кольца выбирается так, что последние примерно наполовину выступают из них и надежно фиксируют палец от осевых перемещений. Кольца вынимаются из канавок с помощью отогнутых внутрь концов или имеющихся у них отверстий (см. рис. а). Грибки, или заглушки, из мягкого металла (обычно из алюминия) запрессовывают с двух сторон в отверстия поршневого пальца и при осевом перемещении его соприкасаются с зеркалом цилиндра, но не разрушают стенок.
Поршневые пальцы двухтактных двигателей с торцов закрываются иногда заглушками, предотвращающими в этом случае возможное перетекание газов между впускными и выпускными окнами. На двухтактных дизелях ЯМЗ пальцы с торцов закрываются стальными заглушками. От осевого перемещения пальцы в этих двигателях фиксируются стопорными кольцами, показанными на рис. д.
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:
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)
Как правильно подбирать поршневые кольца. Правильный подбор колец по размерам и материалам изготовления, как выбрать оригинальные кольца. Полезные советы.
Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.
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.
Плавающий
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.
Установка плавающего поршневого пальца
1. НЕМНОГО ТЕХНИЧКИ. Что такое — Поршень, поршневые кольца, поршневой палец
Поршень, поршневые кольца, поршневой палец
Поршень служит для передачи давления газов через поршневой палец на шатун. При помощи поршня также осуществляются подготовительные такты.
Поршни отливаются из алюминиевого сплава. Поршень состоит из головки с днищем и направляющих стенок (юбки). На головке поршня выточены канавки, в которых размещены поршневые кольца.
В направляющих стенках (юбке) имеются два прилива – бобышки с отверстиями – для установки поршневого пальца.
Поршневые кольца служат для предотвращения прорыва газов в картер двигателя и снятия излишков масла со стенок цилиндра.
Кольца изготавливаются из чугуна, имеют разрез (замок) и вследствие своей упругости плотно прилегают к стенкам цилиндра. Кольца, предназначенные для предотвращения прорыва газов, называются компрессионными и устанавливаются в верхних канавках головки поршня.
Для предотвращения попадания масла в камеру сгорания ниже компрессионных колец устанавливают маслосъемные кольца. Эти кольца имеют сквозные прорези, через которые масло, снятое со стенок цилиндра, отводится внутрь поршня и затем в картер двигателя.
Канавки, в которых размещены маслосъемные кольца, сообщаются с внутренней полостью поршня отверстиями или прорезями.
Верхнее кольцо поршня покрыто слоем пористого хрома, что уменьшает износ кольца и цилиндра, остальные кольца покрываются тонким слоем олова, что улучшает их приработку к цилиндру.
Улучшение условий смазки цилиндров и прирабатываемости колец достигается также наличием фасок и проточек на кольцах.
Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны.
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец цилиндрический, пустотелый.