У будь-якому поршневому двигуні внутрішнього згоряння є деталь, яка з'єднує поршень з верхньою головкою шатуна - поршневий палець.Все про поршневих пальцях, їх конструктивних особливостях і способах установки, а також про правильний вибір і заміну різних видів пальців докладно описано в статті.
Що таке поршневий палець
Поршневий палець (ПП) — складова частина поршневої групи двигуна внутрішнього згоряння;сталевий порожнистий циліндр, за допомогою якого шарнірно з'єднані поршень і шатун.
У поршневих двигунах внутрішнього згоряння передача і перетворення сил, що виникають при згорянні паливно-повітряної суміші в циліндрі, здійснюється поршневою групою і кривошипно-шатунним механізмом.До основних частин цих систем відносяться поршень і шатун з шарнірним з'єднанням, завдяки якому можливе відхилення осі шатуна від осі поршня при його знаходженні між верхньою і нижньою мертвими точками (ВМТ і ВМТ).Шарнірне з'єднання поршня і шатуна здійснюється за допомогою простої деталі - поршневого пальця.
Поршневий палець вирішує дві основні задачі:
● Виконує роль шарніра між поршнем і шатуном;
● Забезпечує передачу зусиль і моментів від шатуна до поршня при пуску двигуна і від поршня до шатуна при працюючому двигуні.
Тобто ПП не тільки з'єднує поршень і шатун в єдину систему (куди входить і колінчастий вал), але і в цілому забезпечує злагоджену роботу поршневої групи і кривошипно-шатунного механізму двигуна.Тому будь-які несправності або знос пальця негативно позначаються на роботі всього силового агрегату, вимагаючи якнайшвидшого ремонту.Але перед покупкою нових поршневих пальців слід розібратися в їх конструкції і деяких особливостях.
Типи, пристрій і характеристики поршневих пальців
Всі використовувані в даний час поршневі пальці мають по суті однакову конструкцію: в основному це порожнистий сталевий стрижень з відносно тонкими стінками, встановленими в бобишках поршня і верхній головці шатуна.На кінцях цапфи зняті фаски (зовнішня і внутрішня), які забезпечують легку установку деталі в поршень або шатун, а також запобігають пошкодженню інших деталей при випадковому дотику до них.
При цьому в пальцях можуть виконуватися різні допоміжні елементи:
● Зведення внутрішніх стінок в конус від центру назовні з метою полегшення пальця при збереженні його міцності;
● Внутрішні кільцеві ремені в центральній частині пальця для його зміцнення;
● Бічні поперечні отвори для жорсткої фіксації пальця у втулці поршня.
Поршневі пальці виготовляють з м'яких конструкційних вуглецевих (15, 20, 45 та інших) і деяких легованих (зазвичай хромистих 20Х, 40Х, 45Х, 20ХНЗА та інших) сталей.Зовнішню поверхню і невеликий ремінь на торці деталей з м'яких сталей науглерожують і загартовують на глибину 1,5 мм до досягнення твердості 55-62 HRC (внутрішній шар має твердість в діапазоні 22- 30 HRC).Деталі із середньовуглецевих сталей зазвичай гартують струмами високої частоти.Після термічної обробки зовнішню поверхню ПП піддають шліфуванню.Загартування деталі забезпечує високу стійкість її зовнішньої поверхні до зношування, а в'язкість внутрішніх шарів стінки зберігає здатність пальця витримувати ударні навантаження і вібрації.Поверхневе шліфування усуває ділянки з небезпечними напругами, які під час роботи двигуна можуть призвести до задирів, загартування або навіть руйнування деталей.
Типова конструкція поршня з шатуном
Як уже вказувалося, поршневий палець розташований в поршні і верхній головці шатуна, з'єднуючи ці частини в одну систему.У поршні для цієї деталі є два розширення з поперечними отворами - бобишки.Існує два варіанти конструкції шарніра між поршнем і шатуном:
● З «плаваючим» пальцем;
● Пальцем, втиснутим у шатун.
Найбільш просто реалізована друга схема: в цьому випадку ПП впресований у верхню (цілісну) головку шатуна, що запобігає його осьове зміщення, а в бобишках поршня він розташований з певним зазором. , що дає можливість повертати поршень відносно ПП при роботі силового агрегату на всіх режимах.Також зазор забезпечує змащення деталей, що труться (хоча через невеликий зазор палець і контактні з ним поверхні бобишок завжди працюють в режимі недостатнього змащення).Ця схема застосовувалася на вітчизняних автомобілях ВАЗ-2101, 2105, 2108, широко використовується на сучасних моделях іноземного виробництва.
Схема «плаваючого» пальця більш складна, так як має кілька допоміжних частин.У цій схемі ПП з невеликим зазором встановлений в обох частинах - і в бобишках поршня, і у верхній головці шатуна, це забезпечує його вільне обертання при роботі двигуна.Для запобігання осьового зміщення пальця використовуються пружинні стопорні кільця, розташовані поперек отворів в бобишках - вони служать упорами для ПП, запобігаючи його випадання.Кільця можуть бути виготовлені з пружинного дроту круглого перерізу або штамповані з листового металу.В останньому випадку деталі мають прямокутний перетин, а для зручності установки і зняття кілець з обох кінців передбачені отвори під інструмент.
У деяких випадках використовуються стопорні грибки або заглушки, вони виготовлені з м'якого металу, тому не пошкоджують дзеркало циліндра при контакті з ним.Пробки використовуються в двотактних двигунах з певним розташуванням впускних і випускних вікон, що запобігає небажаному потоку газу між ними.Іноді використовується для фіксації деталі шурупом, вкрученим в нижню частину бобишки і в отвір на торці ПП.
Нерухомі та плаваючі поршневі пальці
ПП, незалежно від способу його установки, може мати зміщення відносно осі поршня, що досягає півтора і більше міліметрів.Це зміщення спрямоване на зменшення динамічних навантажень, яким піддаються поршень, ПП і головка шатуна під час ВМТ і ВМТ.Поршень у своєму русі до ВМТ і до ВМТ притискається до однієї стінки циліндра, що також призводить до притискання ПП до однієї стінки отворів всередині бобишок.В результаті виникають сили, що ускладнюють поворот ПП в сполучених частинах, а при проходженні ВМТ і ВМТ поворот може відбуватися різко - це відбувається при ударі, який проявляється характерним стуком.Ці фактори точно усуваються установкою ПП в поршні з деяким зміщенням осі.
Як вибрати і замінити поршневий палець
Під час роботи двигуна, особливо в знакозмінних режимах, пальці піддаються значним навантаженням, вони зношуються, можуть деформуватися і вимагають заміни.Про необхідність заміни пальців говорить погіршення компресії і зниження динамічних характеристик двигуна, що додатково проявляється характерним стуком.
Ремонт силового агрегату в цьому випадку зводиться до заміни пальців, а іноді і сполучних деталей - втулок головки шатуна в системах з «плаваючим» ПП, кільця та ін.Підбір нових пальців та інших деталей здійснюється за ремонтними розмірами.Наприклад, для більшості вітчизняних двигунів пропонуються деталі трьох ремонтних розмірів, що відрізняються на 0,004 мм (наприклад, в двигунах ВАЗ часто використовуються цапфи діаметром 21,970-21,974 мм (1 категорія), 21,974-21,978 мм (2 категорія) і 21,978-21,982 мм (3-я категорія)).Це дає можливість підібрати штифти різного діаметру з урахуванням збільшення діаметрів отворів у сполучених деталях за рахунок зносу та подальшого розточування.Розточування завжди виконується для одних і тих же ремонтних розмірів, і якщо знос деталей перевищує задані межі, то їх необхідно замінити.
Як правило, пальці продаються наборами (2, 4 і більше штук), іноді разом зі стопорними кільцями та іншими деталями.
Поршневі пальці різних типів і способи їх фіксації в поршні
При ремонті поршневої групи з «плаваючими» пальцями немає необхідності використовувати спеціальне обладнання - установка деталей в бобишки і головку шатуна виконується ручним зусиллям.Якщо змінюється палець з фіксацією в шатуні, то доведеться використовувати спеціальне пристосування для пресування і пресування ПП (в найпростішому випадку це можуть бути втулки і тяги, але професіонали використовують більш складні механізовані пристрої, схожі на лещата). ).
У деяких випадках установка «плаваючого» ПП в бобишки також проводиться в натяг, для цього перед установкою поршень нагрівають у воді або іншій рідині до 55-70 ° С.Справа в тому, що алюмінієвий поршень розширюється швидше сталевого пальця, тому на непрогрітому двигуні збільшується зазор між деталями і з'являється стукіт.При установці ПП в натяг, зазор виникає тільки при прогріванні мотора, що запобігає удари деталей і, відповідно, стукіт.
Слід зазначити, що роботи по заміні поршневих пальців вимагають значного розбирання двигуна, тому їх краще виконувати, маючи відповідний досвід або довіритися професіоналам.Тільки при правильному підборі пальців і грамотному ремонті поршнева група буде функціонувати надійно і ефективно, забезпечуючи високу продуктивність силового агрегату.
Час публікації: 11 липня 2023 р