Поршневой палец. Нож из поршневого пальца


Поршневой палец

Поршневой палец - деталь, обеспечивающая подвижное соединение шатуна и поршня. Представляет собой деталь цилиндрической формы, отдаленно напоминающую палец.

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. 

Способы осевой фиксации поршневого пальца

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. 

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.

blamper.ru

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.

 

 

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

Newer news items:

Older news items:

azbukadvs.ru

Поршни и поршневые пальцы.

 

На наружной поверхности поршня, канавок и у отверстий под поршневой палец не допускаются раковины, неметаллические включения, вмя­тины и другие дефекты.

Особые требования предъявляются к овальности и конусообразности цилиндрической поверхности поршня и отверстий под поршневые пальцы.

Не допускается перекос поршня в цилиндре, поэтому отклонение оси отверстия под палец от перпендикулярности должно быть не более 0,02 мм на 100 мм длины.

Шероховатость наружной цилиндрической поверхности по­ршня и отверстий допускается под поршневые пальцы 1,25...0.32 мкм. торцовых поверхностей канавок поршня- 2,5 мкм.

Дефектация и ремонт. В процессе эксплуатации наблюдается уменьшение наружного диаметра цилиндрической поверхности поршня, искажение ее геометрической формы, увеличение размеров канавок под поршневые кольца искажение формы и увеличение диаметра отверстий в бобышках появление трещин, задиров и рисок на рабочих поверхностях, выкрашивания, трещины у алюминиевых поршней. Для установления вели­чины износа проводят проверку привалки (цептровки) поршня, измеряя зазоры между гилъзой цилиндра и поршнем при положении поршня в верхней и нижней мертвых точках (рис. 2.29). Измерения проводят щупом при снятых поршневых кольцах. Разность зазоров, измеренных в верхней и нижней мертвых точках (ВМТ и НМТ) не должна превышать 0,05…0,07 мм. износ диаметра поршня измеряют в трех параллельных сечениях по высоте и в двух плоскостях: вдоль оси вала и перпендикулярно к ней.

Сечения при измерении располагают следующим образом: первое - на 2...5мм выше верхнего компрессионного, кольца, второе — по оси отверстии для поршневого пальца и третье - на 2...3 мм выше нижнего маслосъемного кольца.

Рис. 2.29 Схема проверки центровки поршня:

S1 и S2 – зазоры, ВМТ – верхняя мертвая точка, НМТ – нижняя мертвая точка.

 

 

 

Рис. 78. Стяжное кокильное приспособление для заливки баббитовой опору поршня:

1 -баббитовая заливка: г — кокиль; Л — стяжная лента: 4 — болт

 

Поршни изготовляют из чугунов СЧ 18, СЧ 21 и СЧ 24, автоматной стали А12 и алюминиевых сплавов АЛ10В.

Износ Поверхности поршня происходит глав­ным образом в тронковой части е плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала. Измерения для определения овальности и конусности выполняют вдоль оси вала и перпендикулярно к ней в трех сечениях по высоте: на 2-5 мм выше верхнего уплотнительного кольца, по оси отверстия для поршневого пальца и на 2-3 мм выше нижнего маслосъемного кольца. Допускают износ поршня 0,1-0,15 мм на 100 мм диаметра при диаметрах цилиндра до 150 мм и 0,2 — 0,3 мм при диаметрах цилиндра 150 мм и выше, при этом зазор в паре поршень - цилиндр не должен превышать трехкратной величины первоначального, а овальность и конусность — поля допуска посадки.

При износе отверстий в бобышках поршня зазор в сопряже­нии поршень — поршневой палец увеличивается, и в компрессоре появляется характерный стук. Износ отверстий измеряют всредней части бобышки в вертикальной игоризонтальной плоскостях.

При дефектадии отверстий в бобышке поршня для поршне­вого пальца допускают увеличение зазора не более чем на 0,001 от первоначального при условии замены пальца для обеспече­ния требуемой посадки.

Отверстия при ремонте растачивают и ставят поршневойпалец большего ремонтного размера. В алюминиевых поршняхсо втулками изношенную-втулку выпрессовывают, запрессовывают новую и развертывают ее до номинального размера.

Износ поясков всасывающего клапана на теле прямоточного поршня происходит от ударов пластин и от попадания на уплотнительные поверхности твердых частиц — окалины, продуктов механического износа. При восстановлении поврежденных по­верхностей притиркой или проточкой необходимо также изме­нять размеры сопряженных деталей для сохранения неизменны­ми высоты подъема клапанных пластин » линейного мертвого пространства. Срыв и забоины резьбы в отверстиях не допуска­ются. Риски, Натиры и забоины зачищают шабером и абразив­ным полотном.

В многоцилиндровых компрессорах при ремонте проверяют,чтобы массы поршней различались не более чем на 5 % (примассе поршня до 100 кг).

При токарной обработке тронковых поршней в качестве базы для проверки и обработки наружной цилиндрической поверх­ности берут внутреннюю Цилиндрическую поверхность нижней части («юбки») поршня или гнезда под клапан. Основной ба­зой для проверки и обработки отверстий для поршневого паль­ца служат торец юбки и основная цилиндрическая поверхность поршня.

Шероховатость обработки цилиндрической поверхности; поршня не должна превышать Ка0,40—0,16 мкм для малых и Ка 0,80 мкм для средних компрессоров, поверхности в бобыш­ках под палец не более Ка0,40 мкм, боковых поверхностей ка­навок-под уплотнительные кольца — Яа 1,6 мкм. Твердость по­верхности составляет для чугунных поршней НВ 170—240, для алюминиевых — НВ 85 (рис. 79).

 

Рис. 79. Эскизы поршня (а) и поршневого пальца (б) компрессора П-220Тонкое растачивание отверстий ведут в приспособлениях с обязательной последующей проверкой перпендикулярности осей пальца и поршня.

Ремонт поршневых пальцев. Износ поршневых пальцев опре­деляют визуально — трещины, сколы, риски, выкрашивание цементируемого слоя, осповидные повреждения, цвета побежалости от нагрева в случае заедания в подшипнике и из­мерением диаметра, овальности и конусности. Пальцы с явны­ми дефектами, с шероховатостью поверхности более Rа 0,100 мкм, с износом более 0,05 мм на 10 мм диаметра подле­жат замене. Измерения пальцев ведут в вертикальной и гори­зонтальной плоскостях в четырех сечениях (в середине бобышек и два во втулке шатуна). Допускают уменьшение диаметре dmin пальцев (в мм), предельную величину овальности и ко­нусности Δс (в мм) для компрессоров в зависимости от хода поршня (в мм).

Ход поршня dminΔс

50,66 — 0,015

70 (R12) 27,98 0,02

70(R22, R717) 27,96 0,015

82 49,98 0,02

130 — 0,02

Изношенные пальцы восстанавливают пластической деформацией (раздачей), электролитическим хромированием или металлизацией. При определении величины слоя покрытия учиты­вают припуск на шлифование (0,015—0,025 мм). При ремонте раздачей пальцы нагревают, подвергают деформации, протачи­вают, цементируют, закаливают и шлифуют под номинальный размер. Иногда практикуют установление ремонтных размеров при замене пальцев.

Рис 80. Конструкция поршневого уплотнителя крейцкопфных компрессоров из полимерных материалов:

1 – уплотнительное кольцо прямоугольного сечения с экспандером; 2 – сдвоенное кольцо; 3 – кольцо, армированное пружинящим элементом; 4 – кольцо с сечением в виде параллелограмма; 5 – манжетное уплотнение; 6 – направляющие и опорные кольца, разрезные для вертикальных компрессоров 7 – опорный башмак горизонтальных компрессоров; 8 – 16 – экспандеры: термофиксированный пружинящий (8), из плоской стальной ленты (9), рессорного типа (10), волновой (11-14), тангенциаьный, свернутый из цилиндрической пружины (15), тангенциальный из плоской пружины (16).

Ремонт и изготовление поршневых колец. Поршневые коль­ца чрезвычайно разнообразны по конструкции (рис, 80), кото­рая зависит от давления сжатия, рода сжимаемого газа, мате­риала кольца, количества смазки и вида трения.

Основные сведения о поршневых кольцах. Холодильные компрессоры выпускают с чугунными одинарными кольцами прямоугольного сечения или с кольцами из полимер­ных и графитовых материалов, также одинарными и прямо­угольного сечения, с экспандера­ми— подкладными пружинящими кольцами. В настоящее время со­временные быстроходные- компрес­соры выпускают с кольцами из де­шевых и технологичных материалов на основе полиамидов с прорезью-замком: прямым, косым или вна­хлестку (рис. 81). Замок внахлест­ку на полимерных кольцах неслож­но изготовлять на приспособлении.

Величина теплового зазора в замке поршневого кольца зависит от материала кольца и рассчитыва­ется, исходя из необходимости ком­пенсации теплового расширения. Для металлических колец она опре­деляется нормалями. Заводы-изго­товители холодильных компрессо­ров указывают величину теплового зазора в замке в документации. За­зор в замке уплотнительного метал­лического кольца при установке в цилиндр составляет 0,004-диаметра

 

 

 

Рис.81. Типы замков поршневых колеи (а —прямой, б —косой, в — вы­хлопной) и приспособление для прорезания замка внахлест на полимерных кольцах (г):

1—Станина; 2 — нож; 3 — рычаг

 

Похожие статьи:

poznayka.org


Смотрите также