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 = 0,88 D = 0,88  85 = 74,8 мм;

- наружный диаметр пальца d_пн

d_пн = (0,2…0,28) D = 0,28 D = 0,28  85 = 23,8 мм;

- внутренний диаметр пальца d_пв

d_пв = (0,65…0,75) d_пн = 0,68 d_пн = 0,68  23,8 = 16,18 мм

α= d_пв/ d_пн=0,679.

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

_{= 0,7 * 104,55 = 73,18} кг/м²;

= 73,18 кг/м²– конструктивная масса поршневой группы без поршневого пальца;

= 104,55 кг/м² – конструктивная масса поршневой группы;

_{= (3,14 * 3500)/30 = 366,3} рад/с;

n_м = 0,7  n_ном = 0,7  5000 = 3500 мин^-1;

_{= 0,5(74,8 – 34)=20,4} мм = 0,0204 м

l_б – опорная длина бобышки поршня, м.

МПа

–сила, прижимающая палец к верхней головке шатуна

=

мм = 0,03145 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.