Protected by Copyscape Originality Checker
Яндекс цитирования
Рейтинг сайтов

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.

 

Двигатель внутреннего сгорания - поршневой палец

Эпюра нагрузки на поршневой палец

Двигатель внутреннего сгорания поршневой палец

Внутреннее отверстие поршневого пальца

 

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.

Ремонт автомобиля - поршневой палец

Так выглядит поршневой палец массового автомобиля

По способу осевой фиксации пальцы делятся на две группы:

1 – фиксированные

2 – плавающие

 

Устройство автомобмля - поршнеыой палец

1 – Поршневой палец

2 – Зазор между пальцем и бобышкой поршня

3 – Шатун

4 – Поршень

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.

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.

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.

Устройство автомобиля - двигатель внутреннего сгорания

Во время работы двигателя поршень и палец нагреваются, и из-за разности температурных коэффициентов расширения стального пальца и алюминиевого поршня зазор между этими деталями приобретает необходимое значение.

Устройство двигателя - крепление поршневого пальца
  1. Фиксированный палец с фиксацией в отверстии поршня
  2. Фиксированный палец с фиксацией в поршневой головке шатуна
  3. Плавающий палец с фиксацией при помощи стопорных колец

 

Этот рисунок дан больше для исторической информации, поскольку, в большинстве современных автомобильных двигателей применяются плавающие поршневые пальцы. А крепление фиксированного поршневого пальца осуществляется только за счёт тугой посадки в поршневой головке шатуна.

Правда в двигателях некоторых американских автомобилей поршневой палец в осевом направлении фиксируется при помощи специальных алюминиевых или бронзовых заглушек, вставляемых в отверстия бобышек поршня со стороны торцов поршневого пальца.

 

Подборка пальца по размерной группе

Устройство автомобиля - поршневой палец

 

Проверка зазора в соединении поршня с поршневым пальцем

При ремонте двигателя, если предполагается повторная установка снятых деталей поршневой группы, необходимо проверить зазор между поршнем и поршневым пальцем. Для этого, в двух направлениях, замерьте внутренний диаметр отверстия под поршневой палец. В двух направлениях, с обоих концов, замерьте наружный диаметр поршневого пальца и определите зазор в соединении. Если вычисленный зазор не соответствует установленной технической норме, замените детали, имеющие недопустимый износ.

Двигатель внутреннего сгорания - поршневой палец

Измерение диаметра отверстия в бобышке поршня

Устройство автомобиля - поршневой палец

Измерение наружного диаметра поршневого пальца

Установка поршневого пальца

 

Установка фиксированного поршневого пальца

 

Для установки фиксированного пальца шатун необходимо нагреть в муфельной электрической печи до температуры 240º 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.

 

Ремонт двигателя - поршневой палец
  1. Рукоятка приспособления
  2. Центрирующий фланец пальца
  3. Устанавливаемый палец
  4. Направляющая втулка
  5. Колпачковая гайка 

Специальное приспособление для установки поршневого пальца автомобиля ВАЗ.

 

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 (20º 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 60º ÷ 85º 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.

Ремонт двигателя поршневой палец

Иногда поршневой палец устанавливается с установленным зазором и во втулку верхней головки шатуна и в отверстия бобышек поршня. В этом случае нагревать поршень нет необходимости, и палец легко вращается при комнатной температуре и в верхней головке шатуна и в бобышках поршня.

Ремонт автомобиля - поршневой палец

Всегда применяйте только новые стопорные кольца поршневого пальца и устанавливайте стопорные кольца в строгом соответствии с руководством по ремонту. Направление зазоров стопорных колец, чаще всего, должны быть направлены в сторону нижней части поршня.

Ремонт автомобиля - двигатель внутреннего скорания

Ремонтный комплект, состоящий из поршня, подобранного к поршню поршневого пальца и плоских стопорных колец.

 

Ремонт двигателя - поршневой палец

Ремонтный комплект, состоящий из поршней, поршневых пальцев, поршневых колец и круглых стопорных колец.

 

Ремонт двигателя - стопорные кольца

Плоские стопорные кольца поршневого пальца

 

Поршневой палец - Ремонт ДВС

Плавающий поршневой палец с комплектом круглых стопорных колец

 

В любом случае перед установкой поршневого пальца внимательно ознакомьтесь с руководством по ремонту ремонтируемого автомобиля.

Смазка поршневого пальца

Работающий под большой механической и термической нагрузкой поршневой палец должен получать необходимую смазку. Плавающий поршневой палец в соединении с поршневой головкой шатуна смазывается через отверстие в головке шатуна и бронзовой втулке. Масло в это отверстие поступает из внутренней полости поршня, куда оно вбрызгивается масляной форсункой или поступает через отверстия в поршне от маслосъёмных колец.

 

Устройство автомобиля - смазка поршневого пальца

Смазка шарнирного соединения поршневого пальца с поршнем. Масло поступает по специальным масляным каналам от маслосъёмных поршневых колец.