Чем ограничено осевое перемещение поршневого пальца

Чем ограничено осевое перемещение поршневого пальца

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.

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.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.

Источник

Поршневые пальцы. Осевая фиксация поршневых пальцев. Зазоры между поршневым пальцем и шатуном. Заглушки поршневых пальцев. Смазка поршневых пальцев.

— нагружен тепловыми нагрузками

— тепловые нагрузки за счет трения и от поршня.

— возвратно-поступательные движения вместе с поршнем и вращательные движения вокруг оси поршневого пальца.

1. Плавающий (используется наиболее часто):

«+» 1. возможность проворачивания в шатуне и поршне, низкая относительная скорость скольжения пальца.

2. небольшая сила трения

3. небольшие выделения тепла.

4. равномерный износ.

5. меньше опасность заедания

Закрепляется прессованием или фиксируется.

Для предохранения осевых перемещений плавающего поршневого пальца используют заглушки или замки.

Заглушки – изготавливаются из алюминия или Mg сплава и запрессовываются в отверстие в концах поршневого пальца.

Между крайними точками заглушек и стенками цилиндра Формируется зазор равный »0,5мм, который (встречается) остается стабильным на горячем двигателе.

Форма поршневого пальца.

Смазка осуществляется под давлением. Зазор между поршневым пальцем и втулкой шатуна в рабочем состоянии меняется незначительно. Зазор между поршневым пальцем и поршнем в рабочем состоянии:

Зазор между поршневым кольцом и бобышкой поршня в холодном состоянии часто «-». На практике используют либо минимальный зазор, а в абсолютных величинах D = 0,01¸0,015мм, поршневой палец при этом от руки вставляется; либо используется нулевой или «-» натяг. При этом поршень нагревается до 50¸60º и в него вставляется палец с зазором D= 0,01¸0,015мм. Т.к. зазоры поршневого пальца с шатуном и бобышкой поршня различны, то при назначении допуска по системе отверстия поршневой палец должен быть ступенчатым. Для облегчения производства и повышения точности поршневой палец делается одного диаметра, а посадки назначают в системе вала.

Для изготовления поршневых пальцев используют следующие материалы:

Наиболее распространенные стали (Ст15, Ст20, …). Если в двигатели нагрузки высокие, то используют легированные стали (15ХМ, 38ХА, и т.д.).

Поверхность поршневых пальцев цементируется на глубину 0,5…1,5мм с последующей закалкой и отпуском, или азотируют (сложно, дорого, вредно).

Источник

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

Источник

Вопрос № 31. Из чего изготавливают поршневые пальцы?

Ответ: Через пальцы передаются значительные усилия,поэтому ихизготавливают из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой токами высокой частоты (ТВЧ).

Вопрос № 32. Устройство поршневого пальца?

Ответ: Поршневой палец представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки поршня.

Вопрос № 33. На какие группы подразделяются пальцы по способу соединения с шатуном и поршнем?

Ответ: По способу соединения с шатуном и поршнем пальцы подразделяются на плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна).

Вопрос № 34. Какие пальцы получили наибольшее распространение?

Ответ: Наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и втулке, установленной в верхней головке шатуна.

Вопрос № 35. Чем ограничивается осевое перемещение пальца?

Ответ: Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами, расположенными в выточках бобышек поршня.

Вопрос № 36. Почему иногда стучит палец в бобышках поршня?

Ответ: При работающем двигателе в бобышках поршня возможны стуки пальцев из-за различных значений коэффициента линейного расширения алюминиевого сплава и стали.

Вопрос № 37. Как устранить стук пальца в бобышках поршня?

Ответ: Для устранения этого явления палец в бобышках устанавливают с натягом 0,005. 0,015 мм, нагревая поршень до температуры 80. 90″С, что обеспечивает поддержание нормального теплового зазора (0,01. 0,03 мм) в этом сопряжении на всех режимах работы двигателя.

Вопрос № 38. Для чего служит шатун?

Ответ: Он служит для соединения поршня с кривошипом коленчатого вала и обеспечивает при рабочем ходе передачу усилия от давления газов на поршень к коленчатому валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск), наоборот, от коленчатого вала к поршню.

Вопрос № 39. Как движется шатун при работе двигателя?

Ответ: При работе двигателя шатун совершает сложное движение. Он движется возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра и качается относительно оси поршневого пальца.

Вопрос № 40. Из какого материала сделан шатун?

Ответ: Шатун штампуют из легированной или углеродистой стали.

Вопрос № 41. Из каких деталей состоит шатун?

Ответ: Шатун состоит из стержня двутаврового сечения, верхней головки, нижней головки и крышки.

Источник

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.

Источник