Смещение поршневого пальца для чего

Поршневой палец: описание,виды,применение,установка,фото,видео.

Поршневой палец – элемент кривошипно-шатунного механизма цилиндрической формы, который представляет собой ось перемещения шатуна в месте его соединения с поршнем и обеспечивает таким образом подвижное шарнирное соединение головки шатуна и поршня.

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.

По способу осевой фиксации пальцы делятся на две группы:

1 – фиксированные

2 – плавающие

2 – Зазор между пальцем и бобышкой поршня

5 – Стопорное кольцо пальца

6 – Бронзовая втулка поршневой головки шатуна

7 – Зазор между пальцем и бронзовой втулкой

На современных автомобильных двигателях наибольшее распространение нашли плавающие пальцы.

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.

Плавающий

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

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.

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

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.

Повреждения поршней из-за поломанных стопоров пальцев

Описание повреждения I

На обеих сторонах поршня концы отверстия пальцев сильно изношены. Повреждения распространяются отчасти вверх до участка колец. При демонтаже поршней в выточке для стопорного кольца не было стопорного кольца. Он выскочил в работе и поломался. Второе стопорное кольцо повреждено, но при демонтаже поршней оно еще находилось в выточке. Поршневой палец в работе выходил наружу до рабочей поверхности из-за отсутствия стопора пальца. Очевидно палец своей торцевой стороной долгое время имел контакт с рабочей поверхностью цилиндра. Из-за этого торцевая сторона имеет бочкообразную поверхность от износа.

Описание повреждения II

В этом случае перемещение под наклоном также привело к выбиванию стопора пальца. Из-за перемещения поршня в цилиндре под наклоном и односторонней нагрузки поршневого пальца последний поломался и вслед за этим также поломался поршень. На рис. очень четко показана асимметричная поверхность как следствие движения поршня в цилиндре под наклоном.

Оценка повреждения

Стопоры пальцев, выполненные в виде проволочных пружинных колец или колец Зегера, в работе выталкиваются или выбиваются только в результате осевого смещения поршневого пальца. Предпосылкой является их правильная вставка и отсутствие повреждений. Осевое смещение в поршневом пальце возникает всегда в таком случае, если в работе ось поршневого пальца не параллельна оси коленчатого вала.

Это обычно имеет место в том случае, если из-за изогнутого шатуна возникает сильное наклонное положение поршня. В результате этого в ходах возникает переменное осевое смещение, от которого стопорное кольцо, находящееся в основном направлении давления, все-таки выбивается из выточки. Выскочившее стопорное кольцо заклинивается между выходящим наружу поршневым пальцем, поршнем и рабочей поверхностью цилиндра.

Вследствие износа оно ломается на несколько частей. Как показано на рис., частицы разрушают материал поршня во время его хода вверх и вниз своими динамическими силами в течение очень короткого времени. Отдельные обломки при этом перемещаются через пустотелый поршневой палец и вызывают на противоположной стороне поршня также соответствующие повреждения.

Возможные причины повреждения

осевое смещение поршневого пальца в работе двигателя в результате:

1. прогиба или скручивание шатуна
2. косо просверленных бобышек шатунов (непараллельность осей)
3. косо расточенных цилиндров
4. слишком большого зазора шатунов, особенно в сочетании с асимметричными стержнями шатунов использование изношенных или поврежденных стопорных колец.
5. ненадлежаще установленные стопорные кольца.

Смещение поршневого пальца для чего

Поршневой палец способен обеспечивать шарнирное соединение верхней головки шатуна и самого поршня. При условии работающего двигателя на поршневой палец воздействуют существенные переменные силы. Следственно, само изделие и отверстие под него сопрягаются с минимальным зазором, который обеспечивает смазку. В двигателях ВАЗ реализованы 2 типа шарнирного соединения по схеме «поршень-палец-шатун». Так в моделях 2101, 21011, 2105, 2108, 21083 установка пальца происходит в верхней головке шатуна с достаточно плотной посадкой, которая исключит всякое вращение. Если отверстие выполняется с расчетом на зазор, будет обеспеченно свободное вращение изделия.

Далее происходит отказ от данной схемы, и производитель переходит на схему, подразумевающую «плавающий» палец. Она реализована на поршнях 21213, 2110, 2112, 21124, 21126, 11194, 21128. Здесь палец установлен с минимальным зазором, как в поршневом отверстии, так и в головке шатуна. Дабы исключить возможность смещения пальца по оси, в отверстиях под поршень и в нем самом установлены стопорные кольца. В ходе своей работы палец может проворачиваться, чем обеспечивается равномерный износ поверхностей.

Для того чтобы обеспечить надежную смазку пальцев, в бобышках предусматриваются специализированные отверстия.

В результате замера отверстий для поршневого пальца изделиям присваивают категорию: 1, 2 или 3. Разница в замерах каждой последующей составляет 0,004мм. Категория обозначена номерным клеймом на днище изделия. Дабы обеспечить нужный зазор по наружному диаметру поршневые пальцы так же делят на три класса, и отличие в них составляет те же 0,004 мм. Их маркировку производят на торце пальца посредством красок: синяя – 1й класс, зеленая – 2й, красная – 3й. В хоте сборки к поршню 1й категории подбирают палец 1го класса и т.д.

Главная особенность работы шатунного механизма – это прижатие поршня к одной стороне цилиндра в результате достижения верхней мертвой точки и к другой стороне после ее прохождения. Следовательно, при приближении к ВМТ на поршень будет действовать максимальная нагрузка, а значит, возрастет и сила давления на палец. Растущие силы трения не позволяют поршню поворачиваться на пальце. В этой связи поворот нередко происходит скачкообразно, ударяясь о стенку цилиндра.

Дабы снизить шум и динамические нагрузки разработчики нередко применяют поршни, имеющие смещённое отверстие под палец. Ось отверстия в ходе работы смещается по горизонтальной плоскости относительно оси поршня. При запущенном двигателе это влечет за собой возникновение момента силы, который способствует преодолению силы трения. Это конструктивное решение позволило добиться плавной смене точек контакта цилиндра и поршня. В обязательном порядке данные изделия имеют метки, помогающие правильно ориентировать его при установке. Тем не менее, стук в цилиндре будет напрямую зависеть от износа юбки и цилиндров.

Выпускаются и поршни с вертикальным смещением оси пальца. Именно оно приводит к уменьшению компрессионной высоты. Кроме того, для тюнинговой доработки двигателя применяют поршни с дополнительным смещением указанной оси отверстия вверх. Основная характеристика данных поршней – величина смещения, обозначающая изменение положения отверстия под палец, относительно стандартных параметров изделия.

Golf2club.com – Volkswagen Golf 2 клуб

Golf 2 восстановление.

Stics 26 Mar 2014 13:23

Поссчитал в % на сколько маленькие КВ хуже больших при прочих равных параметрах двигателя.

За 100 % был взят КВ от 1,9 td с ходом поршня 95,5, остальные КВ в порядке убывания хода прошня: 2,0 1,8 1,9 1,6

• • Ход поршня: 92,8
  • % момента при полном обороте КВ: 97,48
  • % момента при оптимальном положении КВ: 96,91
  • % разница в объёме двигателя 97,17
• • Ход поршня: 86,4
  • % момента при полном обороте КВ: 91,41
  • % момента при оптимальном положении КВ: 89,67
  • % разница в объёме двигателя 90,47
• • Ход поршня: 85,4
  • % момента при полном обороте КВ: 90,45
  • % момента при оптимальном положении КВ: 88,55
  • % разница в объёме двигателя 89,42
• • Ход поршня: 77,4
  • % момента при полном обороте КВ: 82,65
  • % момента при оптимальном положении КВ: 79,60
  • % разница в объёме двигателя 81,04

А так ли плох КВ от 2,0 двигателей? момента меньше только на 2,52%, шатун ближе к оси КВ на 1,35 мм

dimasik2104 26 Mar 2014 18:06

Stics 27 Mar 2014 22:09

Денег нет, почта ништяки не везёт. Интерактива не будет, будут расчёты мудовые рыдания.

Решил погуглить, для чего в поршнях палец смещён.

Гугл утверждает, что для того, чтобы поршень более плавно перекладывался. По мнению гугла, плавность перекладывания поршня обеспечивается снижением трения в паре палец-шатун. И вот, смещение пальца создаёт на поршне момент, направленный в сторону, противоположной направлению возникающёй силы трения.

Как-же на самом деле перекладывается поршень?

Начну с трения пары поршень-палец.

Шатун вращается вокруг наклоняется относительно поршня. Наклон в одну сторону начинается чуть позже 90 0 до вмт, и в противоположную сторону чуть раньше 90 0 после вмт. Угловые скорости растут по мере приближения к вмт и нмт. Угловая скорость в вмт выше, чем нмт. Чёто я отклонился от сути. В общем ускорение угловой скорости вблизи вмт близко к 0, дополнительных усилий для смещения шатуна таким образом, практически не требуется.

Теперь про момент возникающий из-за давления над поршнем.

Возьмём к примеру положение поршня в вмт и палец по центру поршня. Давление давит с обеих сторон от пальца на одинаковую площадь, момента в результате не производится. Что-же до вмт и после вмт? То-же самое.

Что со смещённым пальцем? Площадь поршня со стороны, куда смещён палец меньше, на противоположную часть давление больше, создаётся момент прижимающий юбку поршня к стенке цилиндра, со стороны, куда смещён палец. Что-же до вмт и после вмт? То-же самое.

Теперь собственно про перекладку поршня.
Возьмём к примеру положение поршня до вмт и палец по центру поршня. Сжимаемая смесь давит на поршень, поршень давит на шатун, шатун давит на кв. Поскольку шатунная шейка кв находится не на одной оси с цилиндром, часть давления прередаётся через поршень на стенку цилиндра находящуюся с противоположной стороны, от шатунной шейки. При приближении шейки к оси цилиндра, давление на стенку цилиндра уменьшается, в вмт оно полностью исчезает, после вмт начинает увеличиваться, но поскольку шейка находится с противоположной стороны, поршень прижимается к противоположной стенке. Так и происходит перекладка поршня.

Что со смещённым поршнем? Тоже самое, только перекладка не в вмт, а когда шейка будет на одной оси со смещённым пальцем.

На самом деле, со смещённым пальцем не так. Там ведь ещё есть момент из-за разной площади поршня над сторонами поршня относительно пальца.

Таким образом, при смещении пальца в сторону такта сжатия перекладка происходит намного раньше, и при более низком давлении.

На что ещё повлияет смещение пальца?

При такте сжатия: угол между шатуном и осью цилиндра меньше, меньше прижатие поршня к цилиндру, легче сжимать смесь.

При рабочем такте: угол между шатуном и осью цилиндра больше, больше прижатие поршня к цилиндру, меньше момента идёт на кв.

Учитывая разницу в прижатии поршня к противоположным стенкам цилиндра, прижатие одной юбки в результате разницы давлений над поршнем, более раннюю перекладку поршня, получается, что поршень значительно большую часть времени ездит только по одной стенке цилиндра.

Да и у сгорающей смеси давление выше, чем у сжимаемой.

В результате расчётов мудовых рыданий, я так и не понял, зачем палец смещают в поршне.

Роман80391 27 Mar 2014 22:56

Я вспотел,пока прочел это сообщение,по несколько раз перечитывал фразы,пока понял,о чем говоришь,но тоже не понял,зачем это надо.

koncedalov 28 Mar 2014 08:45

Насколько я понимаю, суть вот в чем:

Шатун постоянно находится под разным углом к оси цилиндра (кроме мертвых точек), поэтому сила, действующая на поршень раскладывается на две:

– первая направлена вдоль шатуна (а он, напомню, находится под углом к оси цилиндра)

– а вторая направлена вбок, в стенку цилиндра.

Ну а суперпозиция этих двух сил направлена ровно вдоль оси цилиндра.

Сам процесс выглядит так. На такте сжатия силы, действующие на поршень (инерционные, давление сжимаемой смеси) не такие уж большие, ну и хрен с ними. Но дальше начинается рабочий ход, во время которого газы давят на поршень ну скажем с силой 10000 Ньютонов (1 тонна). Эта сила раскладывается на две – поршень давит на шатун с силой 9000 Ньютонов (приложены вдоль шатуна), и с силой 1000 Ньютонов давит в стенку цилиндра. То есть, нагрузка на стенку цилиндра уже существенна. Но хуже всего то, что это нагрузка возникает очень резко, двигатель-то крутится очень быстро, и это ударная нагрузка. Так вот. Чтобы не было именно ударной нагрузки, поршневой палец и смещают. В результате, в начале рабочего хода давление газов сначала наклонит поршень (из-за разности площадей половинок поршня) и прижмет поршень нижней юбкой к стенке, а потом уже прижмется и верхняя часть (из-за той самой боковой силы в 1000 Ньютонов). В результате резкого “удара” уже не будет. Как-то так..

Stics 28 Mar 2014 21:01

В споре рождается истина.

Шатун постоянно находится под разным углом к оси цилиндра (кроме мертвых точек), поэтому сила, действующая на поршень раскладывается на две:
– первая направлена вдоль шатуна (а он, напомню, находится под углом к оси цилиндра)
– а вторая направлена вбок, в стенку цилиндра.
Ну а суперпозиция этих двух сил направлена ровно вдоль оси цилиндра.

Да, две силы.
Рассмотрим причины возникновения каждой из них и их вектор:
Возьмем некоторый промежуток после вмт, как наиболее типичный.
Давление в цилиндре давит на поршень, и из-за специфической формы поршня и цилиндра, это давление направлено вдоль оси цилиндра. Т.е. это и есть результирующий вектор обеих сил. Но не он давит на кв.
Указанная выше сила давления газов в камере сгорания передаётся через поршень вниз, пока не достигнет пальца, тут и появляются две силы. Причина появления давления на стенку цилиндра наверно очевидна. Шатунная шейка находится в стороне от оси цилиндра, давление газов давит немного мимо, ответная реакция шатуна давит вдоль шатуна, с той-же силой, которая передаётся с поршня на шатун. Сумма сил давления газов, и реакции шатуна и давит на стенку. Вектор получившейся силы направлен по касательной к окружности, центром котторой являестя шатунная шейка, а сама окружность проходит через палец. При нахождении поршня вблизи вмт и нмт сила давления на стенку направлена практически перпендикулярно к оси цилиндра, при повороте кв вектор силы давления на цилиндр начинает смещаться в сторону кв. На величину смещения вектора влияют длина шатуна и радиус кв (тот самый r/s). Теперь про величину силы давления на стенку. Сила эта равна произведению силы давления газов на синус угла между шатуном и осью цилиндра. Максимальный угол между шатуном и осью цилиндра зависит тоже от r/s.

Сам процесс выглядит так. На такте сжатия силы, действующие на поршень (инерционные, давление сжимаемой смеси) не такие уж большие, ну и хрен с ними. Но дальше начинается рабочий ход, во время которого газы давят на поршень ну скажем с силой 10000 Ньютонов (1 тонна). Эта сила раскладывается на две – поршень давит на шатун с силой 9000 Ньютонов (приложены вдоль шатуна), и с силой 1000 Ньютонов давит в стенку цилиндра. То есть, нагрузка на стенку цилиндра уже существенна. Но хуже всего то, что это нагрузка возникает очень резко, двигатель-то крутится очень быстро, и это ударная нагрузка. Так вот. Чтобы не было именно ударной нагрузки, поршневой палец и смещают.

Теперь перейдём к неточностям:
Давление на стенку появляется не в вмт, а в начале такта сжатия, растёт по мере роста давления газов.
Давление газов растёт сачало медленно, в результате сжатия смеси. При зажигании смеси и начале её горения увеличение давления ускоряется. Рост давления в этот период идёт пропорционально с увеличением фронта пламени. Т.е. давление на стенку после зажигания должно скачкообразно увеличиться, но по мере приближения поршня к вмт, угол между шатуном и осью цилиндра приближается к 0, а вместе с ним приближается к 0 и синус этого угла. В вмт давление на стенку цилиндра отсуиствует, векторы сил на поршне и шатуне совпадают.После прохождения вмт угол начинает расти, сила давления на стенку начинает расти, от нуля, не резко, а плавно.

В остальном да, смещённый палец переложит поршень раньше, при более низком давлении.

а потом уже прижмется и верхняя часть

Я пока про кольца и верхнюю часть поршня не думал. Верхняя часть точно к стенке цилиндра прижимается, или она через кольца на цилиндр опирается?

Теперь снова про палец, мысли пришедшие пока сидел на работе.
Смещение даёт момент прижимающий одну юбку. Отклонение шейки кв прижимает противоположную юбку. При росте давление прижим от пальца увеличиваестя, прижим от шатунной шейки уменьшается из-за приближении её к оси цилиндра поршень перекладывается до вмт. Вот кв вращается с постоянной частотой, поршень перекладывается в одной и той-же точке. Что произойдёт при изменении частоты вращения кв? Вал приближается к вмт быстрее, прижим от шатунной шейки уменьшается так-же как и при медленном вращении, так как он зависит только от угла шатун-ось цилиндра. Сила прижима от смещённого пальца в свою очередь зависит от давления газов. А давление газов в случае увеличения частоты вращения кв падает, т.к. вал повернулся быстрее, а фронт пламени распространяется с прежней скоростью. При одинаковом положении кв давление от шейки кв тоже самое, а давление от смещения пальца меньше. Поршень переложится позже, ближе к вмт.

Опять-же непонятно, зачем всё это?

Stics 29 Mar 2014 21:48

Верхняя часть точно к стенке цилиндра прижимается, или она через кольца на цилиндр опирается?

Да, в такте сжатия и в рабочем такте поршень прижат к стенке цилиндра по всей высоте. В этом и есть суть смещённого пальца.

При отсутствии смещения ось поршня всегда параллельна оси цилиндра. Поршень при перекладке в вмт отклоняется от одной стенке и прижимается к другой одновременно по всей высоте.

При смещении пальца юбка перемещается к другой стенке до того, как перемещается дно поршня.