3.1.2. Поршневой палец

Поршневой палец является элементом шарнирного сочленения поршня с шатуном.

Во время работы двигателя палец подвергается воздействию переменных нагрузок от газовых и инерционных сил, имеет большие относительные скорости в бобышках поршня при высоких удельных давлениях между элементами сопряжения.

В соответствии с указанными условиями работы к конструкции поршневого пальца предъявляются требования высокой усталостной прочности, жёсткости и износостойкости при минимальной конструктивной массе.

В двигателе применены поршневые пальцы плавающего типа, обеспечивающие равномерный износ пальца по периметру его контактных поверхностей. Их применение упрощает также процедуру сборки-разборки узла палец-поршень-шатун. Палец фиксируется от осевых смещений в бобышках поршня стопорными разрезными пружинными кольцами круглого сечения.

Материал поршневых пальцев - среднеуглеродистая сталь марки 40ХН.

Для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости наружную поверхность пальца закаливают ТВЧ на глубину 1 мм.

Для уменьшения концентрации напряжений рабочая поверхность пальца полируется.

Оценка работоспособности поршневого пальца при принятых его конструктивных размерах производится для автомобильных двигателей на режиме максимального крутящего момента (,);

Размеры элементов поршневого пальца определены по статистическим данным [3]:

- длина пальца l_п

l_п = (0,85…0,9) D = 0,9 D = 0,9  74 = 66,6 мм;

- наружный диаметр пальца d_пн

d_пн = (0,2…0,28) D = 0,24 D = 0,28  74 = 20,72 мм;

- внутренний диаметр пальца d_пв

d_пв = (0,65…0,75) d_пн = 0,65 d_пн = 0,65  20,72 = 13,5 мм

α= d_пв/ d_пн=0,65.

Правильность принятого при компоновке узла наружного диаметра пальца d_пн, а также длин опорных участков бобышек поршня - l_б и верхней головки шатуна – а проверяется по удельным давлениям в бобышках поршня и в поршневой головке шатуна , характеризующим их износостойкость.

МПа,

–сила, прижимающая палец к бобышкам поршня

=

МН

кг/м²;

= 63,7 кг/м²– конструктивная масса поршневой группы без поршневого пальца;

= 91 кг/м² – конструктивная масса поршневой группы;

рад/с;

n_м = 0,7  n_ном = 0,7  5400 = 3780 мин^-1;

мм = 0,02109 м

l_б – опорная длина бобышки поршня, м.

МПа

–сила, прижимающая палец к верхней головке шатуна

=

мм = 0,0222 м

Значения q_б и q_ш, характерные для двигателей аналогичной конструкции –

[q_б]=30…35 МПа, [q_ш]=35…40 МПа. [3]

Правильность выбора величины , определяющей внутренний диаметр пальца, оценивается по следующим параметрам:

напряжение изгиба - и среза - τ

МПа;

МПа;

напряжения овализаци -

- величина максимальной диаметральной деформации пальца =

м;

Е = 1,95  10⁵ – модуль упругости материала пальца, МПа.

, ,_{параметры, определяемые по номограммам [3]}

Характерные значения напряжений и деформации поршневых пальцев современных двигателей [3]: [σ_и]=120…160 МПа; [τ]==80…120 МПа; [σ_ов]==110…140 МПа; м.

Все расчётные параметры, характеризующие напряжённо-деформированное состояние спроектированного поршневого пальца укладываются в статистически рекомендуемые пределы.