В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания есть деталь, соединяющая поршень с верхней головкой шатуна – поршневой палец.Все о поршневых пальцах, их конструктивных особенностях и способах установки, а также о правильном выборе и замене пальцев различных типов подробно описано в статье.
Что такое поршневой палец
Поршневой палец (ПП) — составная часть поршневой группы двигателя внутреннего сгорания;стальной полый цилиндр, с помощью которого шарнирно соединены поршень и шатун.
В поршневых двигателях внутреннего сгорания передача и преобразование усилий, возникающих при сгорании топливно-воздушной смеси в цилиндре, осуществляется поршневой группой и кривошипно-шатунным механизмом.К основным частям этих систем относятся поршень и шатун с шарнирным соединением, благодаря которому возможно отклонение оси шатуна от оси поршня, когда он находится между верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и ВМТ).Шарнирное соединение поршня и шатуна реализовано с помощью простой детали – поршневого пальца.
Поршневой палец решает две ключевые задачи:
● Действует как шарнир между поршнем и шатуном;
● Обеспечивает передачу усилий и крутящих моментов от шатуна к поршню при запуске двигателя и от поршня к шатуну при работающем двигателе.
То есть ПП не только соединяет поршень и шатун в единую систему (в которую входит и коленчатый вал), но и в целом обеспечивает слаженную работу поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма двигателя.Поэтому любые неисправности или износ пальца отрицательно влияют на работу всего силового агрегата, требуя скорейшего ремонта.Но прежде чем покупать новые поршневые пальцы, следует разобраться в их конструкции и некоторых особенностях.
Виды, устройство и характеристики поршневых пальцев
Все используемые в настоящее время поршневые пальцы имеют по существу одинаковую конструкцию: в целом это полый стальной стержень с относительно тонкими стенками, установленный в бобышках поршня и верхней головке шатуна.На концах пальца сняты фаски (наружная и внутренняя), обеспечивающие легкую установку детали в поршень или шатун, а также предотвращающие повреждение других деталей при случайном контакте с ними.
При этом на пальцах можно выполнять различные вспомогательные элементы:
● Сведение внутренних стенок в конус от центра к краям, чтобы облегчить палец, сохранив при этом его прочность;
● Внутренние кольцевые ремни в центральной части пальца для его упрочнения;
● Боковые поперечные отверстия для жесткой фиксации пальца в бобышке поршня.
Поршневые пальцы изготавливаются из мягких конструкционных углеродистых (15, 20, 45 и др.) и некоторых легированных (чаще хромистых 20Х, 40Х, 45Х, 20ХНЗА и др.) сталей.Наружную поверхность и небольшой поясок на конце деталей из мягких сталей цементируют и закаливают на глубину 1,5 мм до достижения твердости 55-62 HRC (в то время как внутренний слой имеет твердость в пределах 22-22). 30 КПЧ).Детали из среднеуглеродистых сталей обычно закаливают токами высокой частоты.После термообработки внешняя поверхность ПП подвергается шлифовке.Закалка детали обеспечивает высокую стойкость ее внешней поверхности к износу, при этом вязкость внутренних слоев стенки сохраняет способность пальца выдерживать ударные нагрузки и вибрации.Шлифование поверхности исключает участки с опасными напряжениями, которые при работе двигателя могут привести к задирам, затвердеванию или даже разрушению деталей.
Типичная конструкция поршня с шатуном
Как уже было указано, поршневой палец расположен в поршне и верхней головке шатуна, соединяя эти детали в одну систему.В поршне для этой детали имеются два удлинения с поперечными отверстиями – бобышками.Возможны два варианта конструкции шарнира между поршнем и шатуном:
● С «плавающим» пальцем;
● Прижимая палец к шатуну.
Наиболее просто реализуется вторая схема: в этом случае ПП запрессовывается в верхнюю (цельную) головку шатуна, что предотвращает его осевое смещение, а в бобышках поршня он располагается с определенным зазором. , что дает возможность поворачивать поршень относительно ПП при работе силового агрегата на всех режимах.Также зазор обеспечивает смазку трущихся деталей (хотя из-за малого зазора палец и контактирующие с ним поверхности бобышек всегда работают в режиме недостаточной смазки).Данная схема применялась на отечественных автомобилях ВАЗ-2101, 2105, 2108, она широко применяется на современных моделях зарубежного производства.
Схема «плавающего» пальца более сложна, так как имеет несколько вспомогательных деталей.В этой схеме ПП с небольшим зазором установлен в обеих деталях – и в бобышках поршня, и в верхней головке шатуна, это обеспечивает его свободное вращение во время работы двигателя.Для предотвращения осевого смещения пальца используются пружинящие стопорные кольца, расположенные поперек отверстий в бобышках - они служат упорами для ПП, предотвращая его выпадение.Кольца могут быть изготовлены из пружинной проволоки круглого сечения или штампованы из листового металла.В последнем случае детали имеют прямоугольное сечение, а для удобства установки и снятия колец на обоих концах предусмотрены отверстия для инструмента.
В некоторых случаях используются запорные грибки или заглушки, они изготавливаются из мягкого металла, поэтому не повреждают зеркало цилиндра при соприкосновении с ним.Свечи применяются в двухтактных двигателях с определенным расположением впускных и выпускных окон, предотвращающим нежелательное протекание газов между ними.Иногда его применяют для фиксации детали винтом, ввернутым в нижнюю часть бобышки и в отверстие на конце ПП.
Фиксированные и плавающие поршневые пальцы
ПП, независимо от способа его установки, может иметь смещение относительно оси поршня, достигающее полутора и более миллиметров.Такое смещение направлено на снижение динамических нагрузок, которым подвергаются поршень, ПП и головка шатуна во время ВМТ и ВМТ.Поршень при своем движении к ВМТ и ВМТ прижимается к одной стенке цилиндра, что также приводит к прижатию ПП к одной стенке отверстий внутри бобышек.В результате возникают силы, затрудняющие поворот ПП в сопрягаемых деталях, а при прохождении ВМТ и ВМТ поворот может произойти резко – это происходит с ударом, который проявляется характерным стуком.Эти факторы как раз устраняются установкой ПП в поршень с некоторым смещением оси.
Как выбрать и заменить поршневой палец
В процессе работы двигателя, особенно в знакопеременных режимах, пальцы подвергаются значительным нагрузкам, изнашиваются, могут деформироваться и требовать замены.О необходимости замены пальцев свидетельствует ухудшение компрессии и снижение динамических характеристик двигателя, что дополнительно проявляется характерным стуком.
Ремонт силового агрегата в этом случае сводится к замене пальцев, а иногда и сопрягаемых деталей - втулок головки шатуна в системах с «плавающими» ПП, колец и других.Подбор новых пальцев и других деталей осуществляется по ремонтным размерам.Например, для большинства отечественных двигателей предлагаются детали трех ремонтных размеров, различающихся на 0,004 мм (например, в двигателях ВАЗ часто используются шпильки диаметром 21,970-21,974 мм (1-я категория), 21,974-21,978 мм (2-я категория) и 21,978-21,982 мм (3-й разряд)).Это дает возможность подбирать штифты разного диаметра с учетом увеличения диаметров отверстий в сопрягаемых деталях из-за износа и последующей расточки.Растачивание всегда производят на одни и те же ремонтные размеры, и если износ деталей превышает указанные пределы, то их необходимо заменить.
Как правило, пальцы продаются комплектами (2, 4 и более штук), иногда вместе со стопорными кольцами и другими деталями.
Поршневые пальцы различных типов и способы их фиксации в поршне.
При ремонте поршневой группы с «плавающими» пальцами нет необходимости использовать специальное оборудование – установка деталей в бобышки и головку шатуна производится вручную.Если палец меняется с фиксацией в шатуне, то приходится использовать специальное приспособление для запрессовки и запрессовки ПП (в простейшем случае это могут быть втулки и стержни, но профессионалы используют более сложные механизированные приспособления, подобные тискам). ).
В некоторых случаях установку «плавающего» ПП в бобышки производят и с натягом, для этого поршень перед установкой нагревают в воде или другой жидкости до 55-70°С.Дело в том, что алюминиевый поршень расширяется быстрее стального пальца, поэтому на непрогретом двигателе зазор между деталями увеличивается и появляется стук.При установке ПП в натяг люфт возникает только при прогреве мотора, что предотвращает удар деталей и соответственно стук.
Следует отметить, что работы по замене поршневых пальцев требуют значительной разборки двигателя, поэтому их лучше выполнять обладателям соответствующего опыта или довериться профессионалам.Только при правильном подборе пальцев и правильном ремонте поршневая группа будет функционировать надежно и эффективно, обеспечивая высокую производительность силового агрегата.
Время публикации: 11 июля 2023 г.