Общая характеристика деталей шатунно-поршневой группы двс и характерные износы (дефекты)

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.

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.

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.

  1. Рукоятка приспособления
  2. Центрирующий фланец пальца
  3. Устанавливаемый палец
  4. Направляющая втулка
  5. Колпачковая гайка

Специальное приспособление для установки поршневого пальца автомобиля ВАЗ.

Поршневой палец — плавающий тип

Поршневой палец плавающего типа удерживается в бобышках поршня распорными пружинами.  

Поршневой палец плавающего типа изготовлен из стали и для облегчения высверлен. От осевого смещения он стопорится двумя пружинными кольцами.  

Поршневой палец плавающего типа, полый, изготовлен из легированной стали. Его осевое перемещение ограничивается внутренним поясом юбки поршня. Палец установлен в двух стальных втулках с заливкой из свинцовистой бронзы, закрепленных в бобышках вставки винтами.  

Поршневой палец плавающего типа, удерживается в бобышках двумя алюминиевыми заглушками.  

Поршневой палец плавающего типа, трубчатый, изготовлен из цементируемой стали, от боковых перемещений удерживается пружинными стопорными кольцами, вставленными в заточки бобышек поршня. Смазка пальца осуществляется брызгами масла, проникающими во внутреннюю полость цилиндра из кривошипной камеры. Капли масла стекают в отверстие к головке шатуна, через которое попадают на поверхность пальца.  

Поршневой палец плавающего типа имеет форму пустотелого цилиндра. Пальцы изготовляются из стали и подвергаются закалке токами высокой частоты. От продольного перемещения палец удерживается двумя пружинными стопорными кольцами.  

Поршневой палец плавающего типа стальной, цементированный, полый.  

Поршневой палец плавающего типа стальной цементированный полый.  

Зазор между поршневым пальцем плавающего типа и отверстиями в бобышках поршня устанавливается 0 025 — 0 045 мм; при эксплуатации допускается до 0 075 мм. Зазор между поршневым пальцем и верхней головкой шатуна устанавливается 0 03 — 0 05 мм, при эксплуатации допускается до 0 3 мм.  

Сочленение шатуна с поршнем осуществляется при помощи поршневого пальца плавающего типа с бронзовой втулкой. Нижняя головка шатуна разъемная. Вкладыши бронзовые, тонкостенные, состоят из двух половин, залитых баббитом.  

Поршень имеет два уплотнительных и два маслосъемных кольца, а также поршневой палец плавающего типа.  

Поршень — чугунный с четырьмя компрессионными и одним маслосъемным кольцами; при помощи поршневого пальца плавающего типа соединяется с верхней головкой шатуна.  

Поршень отливается из алюминиевого сплава. Поршневой палец плавающего типа от осевого смещения предохраняется стопорными кольцами. На головке поршня расположены четыре поршневых кольца — три компрессионных и одно маслоейемное. Наружные боковые поверхности второго и третьего колец обработаны с очень небольшой конусностью; кольца устанавливаются большим основанием конуса вниз. Маслосъемное кольцо комбинированное и изготовляется в двух вариантах: тройным, составленным из двух чугунных колец скребкового типа и сталь — ного кольца между ними, и двойным с расширителем. На чугунных кольцах трущаяся поверхность хромирована.  

На днище поршня сделана сферическая выемка, которая расположена у выходного отверстия канала камеры сгорания симметрично относительно ее оси. Поршневой палец плавающего типа предохраняется от осевого перемещения пружинными проволочными кольцами.  

В бобышки поршня запрессованы бронзовые втулки — подшипники поршневого пальца. Поршневой палец плавающего типа зафиксирован в осевом направлении двумя дюралюминиевыми заглушками. С одной стороны заглушка имеет вид цилиндра и входит во внутреннюю расточку пальца, а с другой — сферическую поверхность, которая скользит по поверхности гильзы цилиндра.  

Поршневой палец

Поршневой палец, удерживаемый двумя стопорными кольцами только от осевых перемещений, во время работы двигателя имеет возможность свободно проворачиваться в бобышках поршня и в верхней головке шатуна; поэтому поршневой палец изнашивается незначительно и равномерно по всей длине.  

Поршневой палец, увеличенный на 0 08 мм, также служит для эксплуатационного ремонта.  

Поршневые кольца.  

Поршневой палец 3 ( см. рис. 31) пустотелый, изготовленный из стали 12ХНЗА, предназначен для соединения поршня с шатуном. Палец плавающего типа, так как он не закреплен ни в верхней головке шатуна, ни в бобышках поршня. Осевое перемещение пальца ограничивается заглушками 1 из алюминиевого сплава. Отверстия а в заглушках предназначены для выхода воздуха из полости пальца при установке заглушек.  

Поршневой палец изготовляют из легированной или малоуглеродистой стали. Наружная поверхность его цементируется или закаливается токами высокой частоты. В современных двигателях используются пустотелые плавающие пальцы, свободно устанавливаемые как в поршне, так и в верхней головке шатуна. От осевого смещения пальцы предохраняются пружинными кольцами.  

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он вставляется в отверстия бобышек поршня и в отверстие верхней головки шатуна. Поршневой палец может свободно проворачиваться как в бобышках, так и в шейке шатуна. От продольного перемещения палец стопорится с двух сторон пружинящими стопорными кольцами, которые входят в канавки бобышек поршня.  

Поршневой палец необходим для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он выполнен из специальной стали в виде пустотелого короткого стержня. Чтобы при работе двигателя палец не выходил из бобышек поршня и не царапал зеркало цилиндра, его закрепляют при помощи пружинящих колец или другим способом.  

Поршневой палец служит для подвижного соединения шатуна с поршнем. В зависимости от конструкции различают плавающие пальцы, свободно перемещающиеся в верхней головке шатуна и бабыш-ках поршня, и неподвижные, закрепленные в поршне.  

Поршневой палец — деталь, предназначенная для соединения поршня с шатуном ( фиг. Выполняемые варианты соединения поршня с шатуном: палец неподвижен относительно поршня ( фиг.  

Поршневой палец 2, шарнирно соединяющий поршень с шатуном, изготавливают из стали в виде пустотелого цилиндра.  

Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Палец изготовлен в виде пустотелого цилиндрического стержня, наружная

Поршневой палец служит для подвижного соединения поршня с шатуном.  

Поршневой палец должен быть проверен ( фиг.  

Поршневой палец, служащий для подвижного соединения поршня с шатуном, изготовляют пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты и закрепляют в бобышках поршня с помощью двух стопорных колец. Такое крепление позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня.  

Поршневые кольца.  

Плавающий

Плавающим называется палец, установленный с необходимым зазором, и в верхней головке шатуна, и в бобышках поршня. В этом случае осевая фиксация поршневого пальца осуществляется за счёт стопорных колец, устанавливаемых в специальные проточки в бобышках поршня. Во время работы плавающий палец вращается и в головке шатуна и в бобышках поршня. При таком соединении необходимо обеспечить рекомендованный зазор как между пальцем и бобышками поршня, так и между пальцем и втулкой поршневой головки шатуна. В двигателе с плавающим поршневым пальцем для уменьшения трения в поршневую головку шатуна устанавливается бронзовая втулка. Из-за различного температурного коэффициента расширения материалов, из которых изготовлены шатун, поршневой палец и поршень эти зазоры различны.

При комнатной температуре во втулку верхней головки шатуна палец должен входить плотно без люфта и качания. А в бобышки поршня, в холодном состоянии, поршень должен входить с небольшим натягом.

Поэтому перед снятием или установкой плавающего пальца поршень необходимо нагреть в воде до температуры 60? ? 85? С.

Диагностика и контроль

Диагностика износа соединения пальцев с головкой шатуна и бобышками поршня ведется по стукам и шумам. Прослушивают мембранным или электронным стетоскопом стуки в зоне верхней части цилиндра (характерный звук высокого тока).

Контроль размеров пальца ведётся микрометром или скобами. Контролируется наружный диаметр в двух плоскостях, овальность и конусность. Твердость поверхности поршневых пальцев контролируется по Роквеллу, обычно выборочно на линиях завода-изготовителя. Контроль по массе для избежания неравномерности ведётся при сборке для всей поршневой группе в сборе.

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.

Поршневой палец

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он представляет собой трубку, проходящую через верхнюю головку шатуна и установленную концами в бобышки поршня. Крепление поршневого пальца в бобышках осуществляется двумя стопорными пружинными кольцами, расположенными в специальных канавках бобышек. Такое крепление позволяет пальцу (в этом случае он называется плавающим) проворачиваться. Вся его поверхность становится рабочей, и он меньше изнашивается. Ось пальца в бобышках поршня может быть смещена относительно оси цилиндра на 1,5…2,0 мм в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.

Поршневые пальцы изготавливают из высококачественной стали. Для обеспечения высокой износоустойчивости их наружную цилиндрическую поверхность подвергают закалке или цементации, а затем шлифуют и полируют.

Поршневая группа состоит из довольно большого числа деталей (поршень, кольца, палец), масса которых по технологическим причинам может колебаться; в некоторых пределах. Если различие в массе поршневых групп в разных цилиндрах будет значительным, то при работе двигателя возникнут дополнительные инерционные нагрузки. Поэтому поршневые группы для одного двигателя подбирают так, чтобы они несущественно отличались по массе (для тяжелых двигателей не более чем на 10 г).

Шатунная группа кривошипно-шатунного механизма состоит из:

  • шатуна
  • верхней и нижней головок шатуна
  • подшипников
  • шатунных болтов с гайками и элементами их фиксации

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.

Установка плавающего поршневого пальца

Для обеспечения необходимого зазора (натяга) в соединении с пальцем, поршни в зависимости от диаметра отверстия под поршневой палец и пальцы в зависимости от наружного диаметра обычно делятся на несколько размерных групп (классов). Группа поршня и пальца обычно отмечаются цветной меткой на внутренней стороне днища или на бобышке поршня. На поршневом пальце цветовая метка обычно наносится на торцевую поверхность. Если поршневой палец устанавливается в отверстие поршня с натягом. Сначала проверяется зазор в соединении поршневого пальца и шатуна. При комнатной температуре (20? С) смазанный моторным маслом палец должен входить во втулку верхней головки шатуны под усилием большого пальца. Проверив цветовые метки на поршне и пальце, нагреваем поршень в ванне с горячей водой, в которой поддерживается температура 60? ? 85? С. Смазанный моторным маслом палец должен легко входить в отверстие поршня. После остывания палец должен быть неподвижным или вращаться с усилием в бобышке поршня, но легко вращаться во втулке верхней головки шатуна. Некоторые производители рекомендуют снимать и устанавливать поршневой палец при помощи специального приспособления.

Установка плавающего поршневого пальца

Для обеспечения необходимого зазора (натяга) в соединении с пальцем, поршни в зависимости от диаметра отверстия под поршневой палец и пальцы в зависимости от наружного диаметра обычно делятся на несколько размерных групп (классов). Группа поршня и пальца обычно отмечаются цветной меткой на внутренней стороне днища или на бобышке поршня. На поршневом пальце цветовая метка обычно наносится на торцевую поверхность. Если поршневой палец устанавливается в отверстие поршня с натягом. Сначала проверяется зазор в соединении поршневого пальца и шатуна. При комнатной температуре (20? С) смазанный моторным маслом палец должен входить во втулку верхней головки шатуны под усилием большого пальца. Проверив цветовые метки на поршне и пальце, нагреваем поршень в ванне с горячей водой, в которой поддерживается температура 60? ? 85? С. Смазанный моторным маслом палец должен легко входить в отверстие поршня. После остывания палец должен быть неподвижным или вращаться с усилием в бобышке поршня, но легко вращаться во втулке верхней головки шатуна. Некоторые производители рекомендуют снимать и устанавливать поршневой палец при помощи специального приспособления. Иногда поршневой палец устанавливается с установленным зазором и во втулку верхней головки шатуна и в отверстия бобышек поршня. В этом случае нагревать поршень нет необходимости, и палец легко вращается при комнатной температуре и в верхней головке шатуна и в бобышках поршня.

Всегда применяйте только новые стопорные кольца поршневого пальца и устанавливайте стопорные кольца в строгом соответствии с руководством по ремонту. Направление зазоров стопорных колец, чаще всего, должны быть направлены в сторону нижней части поршня.

Ремонтный комплект, состоящий из поршня, подобранного к поршню поршневого пальца и плоских стопорных колец.

Ремонтный комплект, состоящий из поршней, поршневых пальцев, поршневых колец и круглых стопорных колец.

Плоские стопорные кольца поршневого пальца

Плавающий поршневой палец с комплектом круглых стопорных колец

В любом случае перед установкой поршневого пальца внимательно ознакомьтесь с руководством по ремонту ремонтируемого автомобиля.

Смазка поршневого пальца Работающий под большой механической и термической нагрузкой поршневой палец должен получать необходимую смазку. Плавающий поршневой палец в соединении с поршневой головкой шатуна смазывается через отверстие в головке шатуна и бронзовой втулке. Масло в это отверстие поступает из внутренней полости поршня, куда оно вбрызгивается масляной форсункой или поступает через отверстия в поршне от маслосъёмных колец.

Смазка шарнирного соединения поршневого пальца с поршнем. Масло поступает по специальным масляным каналам от маслосъёмных поршневых колец.

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 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

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.

Типология и классификация

Классификатор ЕСКД «Классификатор изделий и КД машиностроения и приборостроения» относит поршневые пальцы к 71 классу общемашиностроительных деталей — тела вращения.

В Российской Федерации требования к производству поршневых пальцев нормируются:

  • ГОСТ Р 53443-2009 Автомобильные транспортные средства. Пальцы поршневые двигателей. Общие технические требования и методы испытаний.
  • ОСТ 23.3.13-86 Пальцы поршневые тракторных и комбайновых дизелей. Общие технические условия.

В деталях машин поршневой палец в соединениях с поршнем и шатуном образует по классификации И. И. Артоболевского кинематическую пару с одной степенью свободы. Эта кинематическая пара относится к высшим, то есть имеет контакт по поверхности.

С точки зрения динамического расчета ДВС поршневые пальцы относятся в группе поршня, которая вызывает силы инерции поступательно движущихся масс. С точки зрения видов нагружения поршневой палец относится к стержням, рассчитываемым на срез и смятие. С учетом малых плечей действия сил (расстояние между головкой шатуна и бобышкой поршня очень мало относительно общей длины опор пальца) расчет на изгиб не производится.

Внешние изображения

По конструкции поршневые пальцы делятся на:

  • сплошные (у ДВС малых размерностей, например в авиамоделизме);
  • полые (основная масса ДВС).

По посадкам деталей в шарнире:

  • палец — бобышки с зазором, палец — головка шатуна с зазором (т. н. «плавающий палец», наиболее распространенная схема);
  • палец — бобышки с зазором, палец — головка шатуна с натягом (не требует осевой фиксации, но выше износ бобышек):
  • палец — бобышки с натягом, палец — головка шатуна с зазором (практически не используется).

С этим читают