Что такое поршневой палец в двигателе

Устройство автомобилей

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.

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.

Почему стучат пальцы в двигателе: причины и способы устранения

Любой автовладелец вне зависимости от стажа вождения слышал такое выражение, как «стук пальцев». Несмотря на то, что фраза достаточно распространена, имеет не совсем точное толкование. В современных автомобилях характерный звук издается не поршневыми пальцами, водитель и его пассажиры улавливают звуковое колебание от ударной волны, образовавшейся при взрыве топливно-воздушного состава непосредственно в камере сгорания.

В автомашинах образца «бабушкиного» года выпуска могли стучать именно поршневые пальцы. Низкая износостойкость, прочность металлических деталей, воздействие больших температур и значительных нагрузок посадочного места поршневого пальца способствовали образованию различных зазоров, становившихся причиной характерного звука.

Современное автомобилестроение использует исключительно сталь надлежащего качества, применяет высокоточные методики по обработке каждой детали, поэтому повреждение и появление каких-либо дефектов самих пальцев практически исключается. Но, тем не менее, термин «стучат пальцы» из профессиональноголексикона автовладельцев не исчез.

Причины возникновения

При корректной работе силового агрегатасохраняется последовательность процесса сгорания топлива. Стартует он со свечей зажигания, а затем равноудаленно заполняет всю камеру.

Детонационное горение происходит абсолютно по-другому. Весь объем топливно-воздушной смеси взрывается одномоментно, резко, провоцируя значительное повышение показателя давления и температуры самих цилиндров. При таких условиях в местах наибольшей концентрации несгоревшего топлива образовываются химические активные соединения.

При достижении критических величин возникают цепные химические реакции, способствующие воспламенению взрывного типа. Образовавшаяся волна, двигается достаточно быстро, сильно ударяет стенки камеры и поверхности цилиндров, одновременно организуются новые точки самовозгорания. Итогом становятся многочисленные колебательные явления, провоцирующие вибрации силового агрегата.

Данное явление и есть детонация, которая становится первопричиной того, почему стучат пальцы в двигателе.

Может возникнуть по разным причинам, самыми распространенными являются:

• Состав топлива. Если воздух и топливо находятся в пропорции 9-0, чем нарушают средний показатель, то в случае проникновения в камеру с повышенной температурой и давлением на отдаленных участках формируются различные реакции окислительного вида, являющиеся первоисточником процесса самовоспламенения, то есть детонации.
• Величина угла опережения зажигания. Повышение данного показателя провоцирует сдвиг максимального пика давления, что становится фактором возникновения детонационных процессов.
• Октановое число топливной смеси. Чем ниже этот показатель, тем больше вероятность возникновения детонации. Уменьшение данного критерия приводит к росту химической активности горючего к процессу окисления. Поэтому автовладельцы, использующие 76-й бензин намного чаще отмечают стук поршневых пальцев, чем водители, заливающие в бак 92-й бензин.
• Степень сжатия. Показатель, характеризующий соотношение объема одного цилиндра к общему объему камеры сгорания. Его увеличение приводит к тому, что неизменно начинают возрастать давление и температура, а значит, увеличивается риск возникновения детонации. Поэтому, если установлен силовой агрегат с достаточно большим показателем степени сжатия, то автовладельцу рекомендовано использовать высокоэтилированный бензин.
• Калильное зажигание, вызывающее сгорание самопроизвольного характера топливной смеси в цилиндрах. Возникает из-за наличия горящей сажи либо от высокой температуры в камере. Не менее важно грамотно подбирать тип свечи зажигания. Различают «холодную», «теплую» и «среднюю» свечу, характеризующуюся разным калильным показателем. Это необходимо для того, чтобы не вызвать возгорание приперегреве изолятора центрального электрода свечи.
• Увеличенная нагрузка на мотор. Если водитель будет предпринимать попытки каждый раз стартовать, например, с третьей передачи, то в определенный момент он неизменно услышит, как стучат пальцы его двигателя.

Негативные последствия от детонации

Детонация по своей природе несет разрушающий характер, может привести к поломке различных деталей и узлов, а также стать основополагающей причиной для проведения капитального ремонта двигателя. Поэтому, современные ДВС, функционирующие на высоких оборотах, могут в короткие сроки выйти из строя, именно из-за детонационных процессов.

Среди автовладельцев очень распространенно ошибочное мнение, что рост показателя давления за счет увеличения скоростного режима положительно отражается на повышении мощности мотора. Но ситуация складывается прямо противоположно. Временная продолжительность взрывной волны очень маленькая (0,0001 с).

Такое же время отводится на увеличение давления на поршни. Следственно, они никаким образом за такое мизерное количество времени не смогут повлиять на мощность двигателя. А нанести существенный вред разным узлам и деталям вполне вероятно.

Когда взрывная волна с огромной силой ударяется о стенки цилиндра, она значительно разрушает масляную пленку. Эта пленка защищает детали ЦПГ не только от «сухого» трения, но и от коррозионного воздействия, поэтому ее разрушение неизбежно приведет к частичному механическому износу и повреждению деталей.

К тому же при образовании ударной волны в резкой форме начинает возрастать к стенкам цилиндров тепловая отдача от сгоревшего газа, что вызывает перегрев ДВС. Это, в свою очередь, отразиться на состоянии и эксплуатационных характеристиках прокладок, уплотнителей, свечей зажигания, поршней и т.д.

Способы устранения детонации

Наряду с причинами образования детонационных процессов, существует и ряд приемов для ее предотвращения. Их цель — активно ускорять процесс горения остаточного количества топливной смеси, а также замедлить протекание окислительных химических процессов, образующихся в полости камеры сгорания.

1. Увеличение числа оборотов работающего двигателя.
2. Организация турбулизации потоков топливно-воздушной смеси в камере сгорания.
3. Сокращение пути фронта пламени.

В последнее время интенсивно разрабатываются приемы с использованием электроники против того, почему стучат пальцы в двигателе при разгоне. С этой целью создаются микропроцессоры для управления силовым агрегатом.

Создаваемые интеллектуальные датчики позволяют не только отслеживать все процессы, образующиеся и развивающиеся внутри цилиндров, но и корректировать их за счет изменения состава топливной смеси, а также путем изменения угла опережения зажигания.

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.

По способу крепления пальцы делятся на два вида: плавающие и фиксированные. В большинстве современных двигателей используются плавающие пальцы. Плавающими они называются потому, между ним и отверстием в поршне и отверстием в головке шатуна есть зазор. Фиксация поршневого пальца в таком соединении обеспечивается установкой стопорных колец.

Цветные метки внутри отверстия пальцев некоторых автомобилей заменяют номер запчасти при подборе запчастей для капремонта двигателя

Плавающий палец

Плавающий палец может вращаться как внутри поршня, так и в головке шатуна. В конструкциях с плавающим пальцем в верхнюю головку шатуна впрессовывается бронзовая втулка, уменьшающая трение.

Так как шатун, поршень и палец изготовлены из различных материалов, зазоры в соединениях калиброваны в зависимости от свойств металлов. Например, при комнатной температуре, палец должен входить во втулку шатуна без люфта. В отверстие поршня (при комнатной температуре) палец должен проходить с некоторым натягом.

Монтаж плавающего поршневого пальца

При монтаже или демонтаже поршня, его необходимо нагреть до температуры 65-85 °С (нагрев производят в воде). Когда же двигатель начнет работать, поршень разогревается, и зазор увеличивается, так как поршень и палец сделаны из разных материалов, расширяющихся по разному под воздействием высокой температуры.

Для монтажа фиксированного пальца шатун разогревают в печи до температуры более 200 градусов

Фиксированный палец

Фиксированным называется поршневой палец, не вращающийся ни в одном из соединяемых элементов. Фиксированные пальцы применяют в двигателях автомобилей семейства ВАЗ.

Монтаж фиксированного пальца

Монтаж фиксированного пальца осуществляется путем нагрева шатуна до температуры 240 °С в печи. В России, где автомобили до сих пор нередко ремонтируют в домашних условиях, шатуны часто нагревают на бытовой электроплитке или с помощью паяльной лампы.

Шатун довольно быстро остывает, и операцию по соединению поршневого пальца и шатуна необходимо выполнять очень быстро.

Для этого в раздвинутые предварительно губки тисков устанавливают вставки из мягкого металла (алюминий, медь и т.д.), и нагретый шатун быстро переносится к тискам и зажимается. Поршень устанавливается на место рукой. Подготовленный палец, надетый на специальную оправку с направляющей, быстро проталкивается в отверстие поршня и проходит сквозь отверстие в раскаленном шатуне. Когда детали остывают, отверстие в шатуне зажимает палец.

Смена поршневых пальцев и их ремонт

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=nofollow > Печать
• E-mail

Поршневые пальцы (рис. 94), благодаря плавающей посадке в бобышках поршня и в верхней головке шатуна, изнашиваются по окружности равномерно. Износ их и сопряженных с ними поверхностей приводит к стукам, которые устраняются заменой изношенных пальцев новыми, увеличенными по диаметру, без предварительной обработки сопряженных поверхностей или с обработкой их.

Для замены поршневых пальцев без предварительной обработки отверстий в поршне и в верхней головке шатуна применяются поршневые пальцы, увеличенные по диаметру на 0,08 мм. Применение пальцев двух других ремонтных размеров требует предварительной обработки отверстий в бобышках поршня и в верхней головке шатуна.

Для нормальной работы сочленения пальца с поршнем и шатуном эти детали подбираются соответствующим образом друг к другу.

Учитывая разницу в коэффициентах линейного расширения

алюминия и стали, поршневой палец подбирают к поршню таким образом, чтобы при нормальной комнатной температуре (20°С) он от усилия руки не входил бы в него, а при нагревании поршня в горячей воде до температуры 70°С входил бы в него свободно. Так как осуществить такой подбор в ремонтной практике довольно трудно, поршни отправляются в запасные части в сборе с подобранными к ним пальцами. Чтобы исключить возможность деформации поршней и повреждения поверхности отверстий в их бобышках, выпрессовывать поршневые пальцы из поршней надо также после предварительного нагревания их в горячей воде до температуры 70°С.

К шатуну поршневой пялец подбирается так, чтобы при нормальной комнатной температуре он плавно входил в отверстие верхней головки под легким усилием большого пальца руки, как это показано на рис. 95. Палец должен быть при этом слегка смазан маслом.

Ремонт поршневых пальцев состоит в перешлифовке их с больших ремонтных размеров на меньшие или в хромировавши с последующей обработкой под стандартный или ремонтный размер.

Пальцы, имеющие изломы., выкрашивание и трещины любого размера и расположения,, а также следы перегрева. (цвета побежалости) к ремонту не допускаются и подлежат браковке. Шлифовка пальцев может производиться как на бесцентрово-шлифовальных станках, так и на круглошлифовальных (на разжимной оправке). После шлифовки рекомендуется производить полировку пальцев.

Характеристика шлифовальных кругов, применяемых при обработке поршневых пальцев, приведена в табл. 27.

При отсутствии специальных станков полировку поршневых пальцев можно производить также при помощи притира, устройство которого понятно из рис. 96.

Внутренний диаметр D кольца притира должен соответствовать размеру пальца.

Палец устанавливают на разжимной оправке в трехкулачковый патрон токарного станка.

На внутреннюю поверхность кольца притира наносят притирочную пасту ГОИ-15, после чего притир надевают на вращающийся палец и вручную перемещают по его поверхности.

Технология производства пальцев

Работа над заказом начинается после получения от заказчика чертежа или эскиза детали. После это выполняется разработка программы, согласовываются требования к изделию, сроки выполнения работ и объем партии.

Сам процесс изготовления пальцев можно разделить на следующие производственные этапы:

1. Нарезка заготовок на ленточном станке по металлу в соответствии с заданными размерами.
2. Термическая обработка. Данная процедура предназначена для повышения пластичности и ударной вязкости заготовки при сохранении показателей твердости и пластичности металла. В процессе термического улучшения происходит стабилизация структуры стали, что оказывает положенное влияние на ее свойства.
3. Механическая обработка заготовки. На данном этапе изготовления пальцев выполняют протоку, сверление, торцевание и нарезание канавок под смазку. Работы осуществляются на высокоточном оборудовании, оснащенном числовым программным управлением, что позволяет добиться высокой точности размеров.
4. Поверхностная закалка пальца токами высокой частоты для достижения необходимой твердости. Величина данного показателя зависит от условий эксплуатации.
5. Отпуск – необходим для снижения остаточных напряжений структуры, которые неизбежно возникают при закалке. В результате обработке верхний слой заготовки приобретает высокую твердость с сохранением вязкости сердцевины.
6. Шлифование пальца – процедура поверхностной обработки пальца абразивными материалами для достижения чистоты и гладкости изделии, с заданной шероховатостью.
7. Контроль качества готового изделия и упаковка. Проверка и методы испытаний зависят от требований действующих стандартов, технических условий, а также особых пожеланий заказчика работ. По договоренности сторон, контроль соблюдения технологии может осуществляться сотрудниками независимых лабораторий.

Стоит заметить, что технология изготовления деталей и уровень контроля качества практически не отличается от заводских условий производства. При этом себестоимость изготовления будет ниже за счет отсутствия затрат на рекламу и маркетинг.

Отдельного упоминания заслуживают поршневые пальцы. Они предназначены для шарнирного соединения поршня с шатуном. Несмотря на схожие функции, к качеству поршневых пальцев предъявляют более высокие требования. В первую очередь это связано с тяжелыми условиями эксплуатации – деталь работает в условиях знакопеременной нагрузки, подвергаясь механическим и температурным воздействиям, а также усилиям изгиба и среза. Кроме того, для осуществления замены необходимо разбирать двигатель, что ведет к простоям транспорта и повышению себестоимости эксплуатации.

Рассмотрим особенности изготовления пальцев для поршней в условиях промышленного производства:

Как видите, к поршневым пальцам предъявляют особые требования по качеству материалов и точности геометрических размеров. Конструкторские отделы подбирают рабочие параметры исходя из условий и особенностей эксплуатации двигателя. Доступ к данной информации обычно закрыт. При самостоятельном изготовлении поршневых пальцев подобрать оптимальные рабочие параметры – практически неразрешимая задача. Поэтому поршневые пальцы, как и другие запчасти для двигателя лучше приобретать у официальных представителей завода-изготовителя.

Поршневые пальцы проточить на токарном

• Версия для печати

Поршневые пальцы проточить на токарном

Сообщение #1 Георг Ом » 18 июн 2017, 01:14

Поршневые пальцы проточить на токарном

Сообщение #2 chkmatulla » 18 июн 2017, 01:19

Поршневые пальцы проточить на токарном

Сообщение #3 T-Duke » 18 июн 2017, 01:57

Превосходно просто. Видимо или люди понятия не имеют о чем говорят, или пальцы у них не как у всех, а из параллельной вселенной из Ст3 сделанные. Проточить на токарном конечно можно, но токарный должен быть такой, который днем с огнем не сыщешь — специальный высокоточный хотя бы с аэростатическими, лучше с гидростатическими опорами и резец эльборовый. Такие вещи, как уже правильно заметили, все нормальные люди, на круглошлифе делают.

Ну если очень щекотит в одном месте на токарном обработать, то только не резцом. Или шлифприспособой, или на крайняк шкуркой с контролем микрометром. Остальное все на обычном токарном — из ряда «другая вселенная».

Оно конечно проще. И даже получится. Только это возвращение в 19 век, когда каждой детали, требовалась индивидуально подогнанная ответная деталь. Есть понятие стандартов и допусков. Если палец не лезет в стандартный поршень, который соответствует заводским размерам — значит проблема пальце. И нафиг его нужно менять. Ибо тогда получается вообще жуткий колхоз — нужно развернуть и поршень и шатун. То есть две стандартные детали увести от заводского размера в сторону непонятного размера пальца.

А если забить на стандартизацию, то почему бы и нет. Получится кастомный двигатель заточенный под конкретный поршневой палец