Палец шатуна: Поршневой палец — Википедия – 403 — Доступ запрещён

Содержание

Шатун и поршневой палец | Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Наиболее распространенными в двигателях являются стальные шатуны. Они или штампуются (для уменьшения стоимости), или изготавливаются ковкой (более дорогие, но прочные), но в обоих случаях обязательно подвергаются упрочнению, в том числе и закалке. В некоторых последних моделях используются шатуны из алюминиевых сплавов и проводятся эксперименты по применению шатунов из композитных материалов, когда алюминий упрочняется керамическими волокнами. В высокофорсированных двигателях спортивных автомобилей, как правило, используются шатуны из сплава титана.

Поршневой палец может иметь возможность проворачиваться как в головке шатуна, так и в бобышках поршня. В этом случае он фиксируется от продольного перемещения специальны­ми стопорными кольцами, а между пальцем и внутренней поверхностью головки шатуна устанавливается втулка из антифрикционного материала. Такой поршне­вой палец называется «плавающим». Преимущество «плавающего» пальца –  его равномерный износ по окружности, а также большая надежность работы (на слу­чай заклинивания в шатуне или в бобышках). Поршневые пальцы «не плавающего» типа запрессованы в верхней головке шатуна и проворачиваются только в бобышках поршня. В этом случае стопорные кольца и втулка не нужны и конструкция получается проще и легче.

Нижняя головка шатуна должна быть разбор­ной, чтобы иметь возможность соединения с шейкой коленчатого вала, а две части шатуна соединяются болтами. Сейчас многие фирмы не разрезают нижнюю головку шатуна, а подвергают закаленные шатуны контролируемому раскалыванию нижней головки. Когда нижняя головка собирается, обе ее части стыкуются практически идеально, обеспечивая полное совпадение раз­лома во всех направлениях, это кроме всего прочего не позволяет их перепутать при установке, в случае ремонта.
Крышки подшипни­ков коленчатого вала изготовленные методом отламывания

Рис. Крышки подшипни­ков коленчатого вала изготовленные методом отламывания

В настоящее время такой же способ применяют и при изготовлении крышек ко­ренных подшипников коленчатого вала.

Поршневые пальцы

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.

В процессе работы двигателя как поршень, так и поршневой палец подвержены серьезным нагрузкам. На палец воздействует давление на такте сжатия топливно-воздушной смеси, сила расширяющихся газов после их воспламенения, инерция, изгибающее усилие и т.д. С учетом таких нагрузок материалом изготовления поршневых пальцев выступает закаленная сталь. Форсированные двигатели сравнительно со штатными вариантами получают поршневой палец с более твердой поверхностью из легированной стали.

Конструктивно поршневой палец имеет внутреннее отверстие для облегчения детали. Малый вес означает снижение инерционных потерь и рост КПД двигателя. При этом палец должен оставаться прочным и износостойким в условиях запредельных нагрузок. В массовом производстве отверстие поршневого пальца имеет простую цилиндрическую форму. Подобное решение позволяет снизить затраты в процессе изготовления.

Еще одним вариантом внутреннего отверстия пальца является выполнение открытых наружу отверстий-конусов ( разновидность с конической перемычкой или без таковой). Конусы сужаются в середине поршневого пальца.

Подобные решения позволяют эффективно снизить вес детали и сохранить необходимую прочность, но имеют высокую себестоимость для массового производства. По этой причине пальцы данного типа обычно ставятся на спортивные и форсированные двигатели, при изготовлении которых конечная стоимость изготовления имеет второстепенное значение.

Поршневые пальцы по способу установки бывают двух типов:

  • фиксированный поршневой палец;
  • плавающий поршневой палец;
Фиксированный палец предполагает плотную посадку в натяг для надежной осевой фиксации. Такое крепление означает отсутствие вращения пальца в месте установки (верхняя головка шатуна или отверстия бобышек поршня).

Фиксированное соединение обычно реализуется в верхней головке шатуна. Поршневой палец при таком способе крепления вращается в отверстиях бобышек поршня, где предусмотрен определенный зазор. Установка фиксированного поршневого пальца во время ремонта ДВС становится возможной после значительного нагрева шатуна.

Плавающий палец означает установку детали с определенным зазором как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Фиксация поршневого пальца в этом случае реализуется при помощи специальных стопорных колец.

Указанные стопорные кольца плавающего поршневого пальца устанавливаются в проточки, которые выполнены в бобышках поршня. Также в моторах с плавающим поршневым пальцем в верхней головке шатуна дополнительно установлена бронзовая втулка для минимизации трения.

Поршневые пальцы плавающего типа нуждаются в смазке, так как область шарнирного соединения с головкой шатуна сильно нагружена. Головка шатуна и втулка головки имеют специальное отверстие, через которое моторное масло проникает из внутренней полости поршня. Что касается указанной полости, смазка подается туда от маслосъемных поршневых колец через специальные отверстия в поршне или может впрыскиваться при помощи масляных форсунок системы смазки двигателя.

Читайте также

О достоинствах плавающей посадки поршневого пальца



Технологический процесс сборки является заключительным этапом изготовления изделия. От качества сборки зависит ресурс изделия в целом. Некачественная сборка даже деталей, изготовленных с соблюдением всех технических требований, неминуемо приведет к снижению ресурса узла. Примером некачественной сборки могут быть: перекос собираемых деталей, снижение величины натяга, повреждение сопрягаемых поверхностей, что в конечном итоге приводит к повышенному шуму и вибрациях при работе и снижению долговечности узла. В статье приводится обзор двух методов посадки поршневого пальце в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна:

1) Посадка, при которой палец запрессован в бобышки, свободно вращается во втулке.

2) Плавающая посадка, при которой палец свободно вращается как в бобышках, так и во втулке

Также будет сравнен ресурс данного соединения при сборке этими методами.

Описание конструкции узла, его служебного назначения, особенностей сборки, показателей точности деталей

В статье объектом рассмотрения является соединение поршневого пальца с поршнем и шатуном двигателя Иж Планета 5. Общий вид силового агрегата представлен на рисунке 1:

Рис. 1. Общий вид силового агрегата

Двигатель Иж Планета 5 имеет следующие технические характеристики:

– Тип двигателя двухтактный одноцилиндровый

– Диаметр цилиндра, мм 72

– Ход поршня, мм 85

– Степень сжатия 8,2–8,7

– Рабочий объем: 346 см3

– Максимальная мощность двигателя, л.с. 22 при 4850 об/мин

Поршневой палец служит для соединения поршня с шатуном. Данное соединения представлено на рисунке 2:

Рис. 2. Соединение поршня с шатуном

Поршневой палец (1) устанавливается в бобышки поршня (2) и во втулку (4) верхней головки шатуна (3). Палец фиксируется в бобышках с помощью стопорных колец (5). Существует 3 способа сборки данного соединения:

1) Палец установлен с натягом в бобышках поршня, с зазором во втулке шатуна

2) Палец установлен с зазором в бобышках поршня, но с натягом во втулке шатуна

3) Плавающая посадка, при которой палец установлен с зазором как в бобышках поршня, так и во втулке шатуна

В данном двигателе палец установлен с натягом в бобышках поршня, с зазором во втулке верхней головки шатуна.

Сборка пальца, который имеет посадку с натягом, имеет некоторые недостатки. Во-первых, для сборки будет необходим нагрев охватывающей детали, так как применение холодной запрессовки крайне нежелательно (возможно повреждение шатуна). Во-вторых, при посадке с натягом, у пальца неравномерно изнашивается рабочая поверхность, что приводит к снижению ресурса соединения.

Этих недостатков лишена плавающая посадка пальца, при которой палец устанавливается в бобышки поршня и во втулку шатуна от усилия руки, отпадает необходимость в использовании термического метода сборки. Также при такой посадке, палец имеет возможность проворачивания, при этом рабочая поверхность равномерность изнашивается.

Эксперимент

В эксперименте использованы два двигателя Иж Планета 5, приобретены 2 комплекта запасных частей производства ОАО Ижмаш- поршней первого ремонта, поршневых колец, поршневых пальцев, стопорных колец. Произведена:

1) Расточка цилиндра с тепловым зазором 0,05 мм

2) Замена втулок верхних головок шатуна, с последующими доработками развертыванием

3) Установка зазора в замке поршневых колец 0,3 мм

4) Доработка бобышек поршня из 2 комплекта развертываем для обеспечения посадки пальца с зазором

Произведено измерение микрометром, штангенциркулем размеров и проведен анализ показателей качества собираемых деталей, который представлен в таблице 1.

Таблица 1

Анализ показателей качества деталей

Таким образом, размеры находятся в пределах поля допуска, что позволяет судить о качестве собираемых деталей.

Произведена сборка двух двигателей, произведена обкатка с соблюдением рекомендаций завода-изготовителя в течение 2000 км, посторонний стуков не выявлено.

Условия работы двигателей

Мотоциклы эксплуатируются в одинаковых условиях:

– Мотоциклы эксплуатируются преимущественно по дорогам с асфальтовым покрытием

– Крейсерская скорость мотоциклов на шоссе 80–90 км/ч, обороты двигателя при этом составляют 2800–3200 об/мин, городском цикле диапазон оборотов составляет 2000–2500 км/ч. Для двигателя Иж Планета 5 такой режим эксплуатации является наиболее оптимальным с точки зрения ресурса

– Расход топлива для обоих двигателей составил 4–4.5 литра на 100 км пробега, что показывает отличное общее техническое состояние двигателей

– Угол опережения выставлен 3,25 мм до ВМТ

– Смазка двигателей осуществляется смесью бензина АИ 92 с маслом Лукойл 2T в пропорции 1:25

– Техническое обслуживание каждые 5000 км пробега (замена масла в КПП, чистка и регулировка карбюратора, очистка наружных поверхностей двигателей от загрязнений)

Результаты эксперимента

Через 20000 км произведена разборка двигателей с последующей дефектовкой:

Двигатель № 1(посадка пальца с натягом в бобышках)

При эксплуатации обнаружен легкий металлический стук при работе холодного двигателя, при прогреве стук пропадал. Позволяет косвенно судить о начальном износе соединения палец-втулка. Произведено 4 измерения пальца и втулки. Результаты показаны в таблице 2.

Таблица 2

Деталь

измерения

Поле рассеяния размера

1

2

3

4

Палец

14,856мм

14,944мм

14,953мм

14,663мм

0,088мм

Втулка

15,102мм

15,354мм

15,283мм

15,424мм

0,322мм

Выводы: показатели точности превышают допустимые пределы, достаточно большое поле рассеяния размеров, что позволяет судить о неравномерном износе деталей.

Двигатель № 2 (плавающая посадка пальца)

При эксплуатации посторонний стуков не обнаружено. Произведено 4 измерения пальца, втулки и бобышек. Результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3

Деталь

измерения

Поле рассеяния размера

1

2

3

4

Палец

15,002

15,002

15,003

15,001

0,002

Втулка

15,01

15,012

15,011

15,01

0,002

Бобышки

15,025

15,025

15,024

15,025

0,001

Выводы: показатели точности находятся в пределах поля допуска, имеется незначительное поле рассеяния размеров.

Заключение

Таким образом, анализируя результаты эксперимента, выявили следующие достоинства плавающей посадки поршневого пальца, по сравнению с посадкой с натягом:

– Простота технологического процесса сборки

– Равномерный износ рабочей поверхности деталей

– Больший ресурс работы

Литература:

  1. К. П. Быков, П. В. Грищенко; ред. Т. А. Шленчик. Мотоцикл «Иж». Эксплуатация, ремонт, каталог деталей: пособие по ремонту. — Чернигов: ПКФ «Ранок», 2000. — 208 с.
  2. Тамаркин М. А., Давыдова И. В., Тищенко Э. Э. Технология сборочного производства. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. — 270 с.

Основные термины (генерируются автоматически): бобышка поршня, палец, поршневой палец, втулка шатуна, верхняя головка шатуна, двигатель, втулка, плавающая посадка, общий вид, некачественная сборка.

Поршневой палец

Поршневой палец — деталь, обеспечивающая подвижное соединение шатуна и поршня. Представляет собой деталь цилиндрической формы, отдаленно напоминающую палец.

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. 

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

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

Фиксированный палец

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. 

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.

Баллада о кривых шаловливых ручонках — журнал «АБС-авто»

Баллада о кривых  шаловливых ручонках

Обычно в балладах рассказывается о чем-то трагическом и монументальном. Вот, например, у Пушкина: взял вещий Олег в руки череп коня, а из оного черепа как выскочит змея в плохом настроении – и нет князя! Но наша баллада будет не о соблюдении техники безопасности (как у Александра Сергеевича), а о халтуре и ее последствиях при проведении ремонтных работ – как у английского поэта и священника XVII века Джорджа Герберта. Напомню, в этой балладе кузнец не забил гвоздь в подкову – и армия проиграла сражение.

Вступление. Металлолом

Итак, привез клиент на станцию старенькую машину – почините, говорит, ей мотор. Он работает, однако что-то плохо: греется, масло «жрет», да и вообще что-то там странно постукивает. Отвечают ему на СТО: «Конечно! Вот прям сейчас и починим вашу железную лошадку!».

Долго ли, коротко ли, но не прошло и пары-тройки месяцев, как машину возвращают счастливому владельцу. С новыми поршнями, кольцами, вкладышами, клапанами, прокладками и другими разными красивыми детальками. Катайся и радуйся!

Но радость, как это иногда случается, длилась недолго – не проехав и тысячи километров, двигатель «сдох» – а фактически взорвался, окончательно и бесповоротно. И восстановлению не подлежит, даже с использованием самых «древних» способов: уже ничего нельзя ни подварить, ни расточить, ни приклепать. Некуда и нечего. Груда железа, которой путь только на свалку.

Гильза цилиндра разрушилась, а двигатель превратился в груду железа...Гильза цилиндра разрушилась, а двигатель превратился в груду железа…Обрыв тарелки клапана для камеры сгорания никогда не проходит бесследноОбрыв тарелки клапана для камеры сгорания никогда не проходит бесследноА вот и сам «оборванец» — судя по соседнему гнутому клапану,
обрыв случился от удара поршняА вот и сам «оборванец» — судя по соседнему гнутому клапану, обрыв случился от удара поршня

Автовладелец возвращается на СТО в «расстроенных чувствах» – и спрашивает: «Ну как же так?». А ему в ответ: «Ну, мы ж говорили, что не хватает деталей? А Вы подписали бумагу, в которой прописано, что наш сервис не отвечает за качество деталей, которые Вы нам не подвезли. Что Вы ж теперь от нас хотите?».

На что автовладелец говорит, что да, действительно – такую бумагу подписывал. Да – не подвез всех деталей. Но разве должен мотор вот так вот взрываться? Кажется, что дело тут нечисто…

И в самом деле – а что такого сделали ремонтники, чтобы из плохо, но работающего двигателя «соорудить» такую кучу металлолома?

Сюжет. Между молотом и наковальней

Разборка двигателя показала, что один поршень в моторе полностью разрушился: от него остались лишь мелкие кусочки. Но одновременно с этим «приказал долго жить» и выпускной клапан в этом же цилиндре. А это – вполне себе характерная поломка, которая может указать на виновника происшествия.

Дело в том, что когда обрывается клапан и разрушается поршень, то в 99,9% случаев «виноват» клапан. Традиционный «сценарий» развития такой поломки следующий: когда на средних оборотах двигателя (по какой-то причине) разрушается клапан, его тарелка, оторвавшись от стержня и перемещаясь в цилиндре хаотично, попадает между поршнем и головкой блока.

Поршень фактически вбивает тарелку в стенку камеры сгорания, но его прочность в любом случае ниже прочности головки блока. Несколько таких ходов – и осколки поршня вместе с тарелкой осыпаются в поддон картера. Ну а дальше по цепочке – дыра в блоке цилиндров, убитая головка блока, коленвал. Свалка, в общем… Что на первый взгляд, полностью соответствовало общей картине происшествия.

Эксперт, проводивший исследование по просьбе владельца, не стал себя утруждать разными версиями и сразу сделал вывод о том, что поломка двигателя произошла вследствие разрушения клапана. Ну а клапану, очевидно, «помогли» ремонтники – якобы чего-то там не так точили, резали или притирали. Хотя никаких особых признаков кривого точения найти так и не удалось…

Естественно, выводы экспертизы не понравились руководству СТО – дескать, мы же предупреждали клиента, что он не предоставил всех необходимых запчастей, а значит, мы можем ставить что угодно – и ответственности ни за что мы не несем. А вот и бумага, подписанная клиентом…

Ну, раз такое дело – решили сделать еще одну экспертизу. И совершенно неожиданно выяснился крайне странный, интересный и серьезный факт.

В исследуемом двигателе применяется неподвижная посадка поршневых пальцев в верхних головках шатунов – ее также называют прессовой. Если палец запрессован в отверстие шатуна, то он будет сидеть неподвижно, а поршень сможет вращаться на пальце. Но оказалось, что почти все пальцы в данном моторе свободно «ходят» (а проще говоря, болтаются) в отверстиях шатунов. Причем некоторые из них можно было просто вытащить рукой.

В большинстве шатунов пальцы легко сдвигались и даже вынимались от рукиВ большинстве шатунов пальцы легко сдвигались и даже вынимались от рукиПри сдвиге пальца упором служит поверхность цилиндра, где от пальца остается
характерная «канава»При сдвиге пальца упором служит поверхность цилиндра, где от пальца остается характерная «канава»

К чему это привело? «Болтающийся» палец во время работы двигателя сдвигается в шатуне от своего нормального среднего положения до упора в ту или другую сторону. Упор этот – стенка цилиндра, которую палец начинает грызть своей острой кромкой и прогрызает в ней огромную «канаву». В большинстве цилиндров мотора такие «канавы» обнаружились. А в том цилиндре, где рухнул поршень, канава оказалась самой глубокой и широкой…

Если выдвинуть палец до упора в стенку цилиндра, то окажется, что у него остается опора только на одну бобышку поршня, а на второй бобышке опоры пальца практически нет: его торец «зацепляет» только за самый край отверстия. Тогда при работе двигателя край этой бобышки на поршнях очень быстро срабатывается, а от возрастающих ударных нагрузок на палец другая бобышка быстро разрушается. Вместе со всем поршнем.

Признаки этой неисправности очевидны – «канава» на стенке цилиндра, на одной бобышке следы перекоса пальца (на обоих краях отверстия есть характерный износ), а на другой – «разбитый» внутренний край.

На пальце видны не только разбитые края, но и несимметричные следы приработки и даже следы приработки к отверстию в шатуне, с которым он должен быть неподвижно соединен. Именно такая картина и обнаружилась на большинстве поршней двигателя.

Кульминация. Конфликт в металле

Причина поломки мотора стала более понятной. Но вот что послужило появлению этой самой причины? И соответственно – кто виноват? И с чего это вдруг отверстия в шатунах увеличились? Или это пальцы уменьшились? А почему тогда до ремонта ничего не увеличивалось и не уменьшалось?

При сдвиге до упора палец теряет
опору на одну из бобышек...При сдвиге до упора палец теряет опору на одну из бобышек…

Для выяснения причины и виновника необходимо пройти по всей цепочке – от момента приема двигателя в ремонт до поломки. И сравнить состояние деталей, найти все факторы, которые могли оказать критическое воздействие. Когда такую работу провели, выяснилось, что ни в эксплуатации, ни при разборке узла (при выпрессовке пальца из головки шатуна) никаких критических сил не возникает. Под подозрением осталась единственная операция – сборка поршня с шатуном.

...что видно по характерной выработке на краю отверстия бобышки…что видно по характерной выработке на краю отверстия бобышки

Из многолетней и широко известной ремонтной практики: чтобы собрать конструкцию «шатун – поршень», верхнюю часть шатуна надо нагреть, чтобы отверстие верхней головки расширилось, и «натяг» пальца в отверстии превратился в зазор – тогда с помощью специальной оправки можно «от руки» вставить холодный палец на место.

Весь вопрос состоит в том, до какой температуры допустимо нагревать шатун? На головках шатунов была выявлена окалина, они приобрели серый цвет – что говорит о том, что нагреты они были выше 300°С. Хотя по известным данным температура головок не должна превышать 200°С.

Ну и что тут такого? – думает иной начинающий механик, обладатель «шаловливых кривых ручонок». Железка же: нагрел побольше, чтобы палец легче встал на место!

Да, действительно, при перегреве шатуна палец легко встанет. Но вот потом обязательно начнутся большие проблемы – что, собственно, в данном случае и произошло. Когда холодный палец соприкасается с перегретым шатуном, место контакта начинает интенсивно охлаждаться. И металл пытается сжаться на внутренней поверхности отверстия. Но перегрет-то (и расширен) весь объем металла головки шатуна. И естест­венно, сильно нагретые наружные слои верхней головки стараются «не пустить» внутренние сжаться. В результате такого «конфликта» слоев в головке возникают буквально «зверские» напряжения растяжения.

Несимметричные следы приработки на пальце — типичные признаки его сдвига и вращения
в отверстии верхней головки шатунаНесимметричные следы приработки на пальце — типичные признаки его сдвига и вращения в отверстии верхней головки шатуна

Но головка-то перегрета, а прочность металла снижена! Результат очевиден – если напряжения превысят предел пластичности металла при данной температуре нагрева, то после остывания в детали возникнут остаточные деформации. То есть диаметр отверстия в верхней головке шатуна просто увеличится, а палец потеряет натяг. И чем выше температура перегрева, тем ярче будет проявляться этот эффект.

«Полуфинал» истории – технические подробности и «шаловливые кривые ручонки»

Каждый уважающий себя ремонтник-профессионал, прежде чем приступить к работе с двигателем, сначала читал книги, инструкции и статьи по теме. В частности, по замене поршней написано много – и давно уже существует широко известная технология определения температуры нагрева шатунов, даже если в мастерской нет печи с контролем температуры (которой, кстати, не бывает ни в частном гараже, ни на СТО у дилера).

Эта технология была разработана еще в те времена, когда для ремонта ВАЗовских автомобилей у советских ремонтников, кроме гаечных ключей и отверток, в общем-то, ничего и не было. Поэтому нагревание шатуна проводилось с использованием «подручных средств», в частности, обычной бытовой электроплитки.

Все очень просто: шатун кладется на плитку верхней головкой, а на нее – кусочек мыла. И вот когда постепенно, минут через 15, мыло приобретет темно-коричневый цвет, значит, все, головка нагрета до искомых 200°С – можно собирать.

Отметим также, что в прошлом некоторые механики предпочитали нагревать шатуны паяльной лампой, но такой способ давно вышел из употребления – он опасен не только в помещении, но даже на улице.

Это все медленные способы нагрева – перегреть шатун теоретически можно, но «упаришься» ждать, пока он перегреется. А вот быстрый нагрев опасен, поскольку приводит к неконтролируемому перегреву. Например, нагревать деталь с помощью газовой горелки (даже при использовании мыла в качестве «индикатора») категорически нельзя – нагрев будет столь быстрым и интенсивным, что мыло даже не успеет отреагировать.

Но халтурщик с «шаловливыми кривыми ручонками» такими сложными материями не «заморачивается». И книг не читает – хотя в них все написано, подробно и тщательно. Он хватает сразу горелку, благо она тут же, рядом, у ребят в кузовном цехе… Раз – и готово.

Финал – с юридической моралью

У подавляющего большинства автомобилей разборка-сборка поршней и шатунов предусмотрена в ремонтной технологии и подробно изложена в ремонтной документации. Однако в исследуемом двигателе все наоборот – ремонт узла «шатун – поршень» вообще запрещен: производитель автомобиля в документации предусматривает лишь замену всего узла в сборе. О чем так и сказано – разбирать запрещено.

Очевидно, если двигатель достаточно старый, найти узел становится очень трудно или вообще невозможно – производитель его просто перестал выпускать. А вот отдельно поршень с пальцем найти легко: по прошествии 5–7 лет их различные типоразмеры уже производит множество независимых фирм. Именно так и случилось с упомянутым двигателем – шатуны в сборе с поршнями оказались несбыточной мечтой владельца, пришлось покупать поршневые группы. В надежде на то, что операция по перепрессовке поршней на шатунах не станет большой проблемой.

Но не тут-то было. Потому что в этот момент в нашей балладе опять появляется руководство СТО. Как только выяснилось, что найти узел «шатун – поршень» в сборе клиент не смог, то это самое руководство вызвало его «на ковер». И заявило, что для того чтобы отремонтировать мотор, придется нарушить все самые железные правила «мануала» и пойти на совершенно смертельный риск – собрать узел самим. Но поскольку оно (руководство то есть) ничего гарантировать при таком серьезнейшем нарушении инструкций не может (и даже наоборот) – то клиент обязан подписать «отказную» бумагу. Дескать, шатуны нуждаются в обязательной замене, но клиент их не предоставил. И потому СТО ни за что не отвечает.

Владелец, уверенный, что на станции работают порядочные люди и хорошие профессионалы, а также вспоминающий, что когда-то он и сам своими руками собирал поршни с шатунами на своих «жигулях», с легкостью подписывает документ. Что дальше, известно – шатуны перегревают, пальцы теряют натяг, мотор собирают с этим дефектом, выпускают машину, и через 1000 км мотор взрывается.

Итак, «кто виноват» в данной коллизии? То есть – кто будет платить за «банкет»?

С одной стороны, СТО нарушило инструкцию производителя: тот самый «мануал». Но – по настоянию клиента, о чем есть соответствующий документ, им подписанный. При этом (хотя производитель не указал, как разбирать и собирать узел) существуют общеизвестные методы сборки таких узлов. Которые надо выполнять – если, несмотря на запрет производителя, принято решение о выполнении запрещенной работы.

То есть, если уж нарушаешь, то нарушай правильно! Такой вышел парадокс – нарушая «мануал», на СТО могли его нарушить «правильно», и тогда мотор ездил бы долго и счастливо, но нарушили его «неправильно» – и мотор скоропостижно «умер». И третий вариант – вообще ничего не нарушать, а просто положить разобранный мотор в багажник и отправить клиента на все четыре стороны. Самый безопасный. Но почти без денег.

СТО выбрало путь нарушения, и можно предположить, что общеизвестной технологией сборки пренебрегли лишь потому, что у СТО была «индульгенция», по которой клиент отказывается от возможных претензий. То есть, не исключено, просто «дали потренироваться» ученику. А почему нет – за все же клиент платит, не так ли?

С юридической точки зрения, согласно известным «Правилам оказания услуг/выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту автотранспортных средств» при невозможности проведения каких-либо работ исполнитель обязан своевременно предупредить заказчика и составить документ, в котором указать не устраненные неисправности. При этом исполнитель вправе расторгнуть договор и потребовать возмещения своих затрат. Но не обязан…

Казалось бы, все было сделано «по закону»: и заказчик был предупрежден, и бумага составлена, и даже работа какая-то выполнена. Но полностью испорчена. При этом исполнитель не воспользовался своим правом расторгнуть договор, понадеявшись на свою юридическую грамотность, но полностью упустил техническую сторону дела, проявив полную техническую неграмотность и халатность. Халтура, одним словом. Почему?

Все очень просто: если не можешь качественно выполнить работу, то и не берись за нее. Благо закон тебе такую возможность предоставляет. А если взялся, то не обкладывайся «индульгенциями»: они не спасут. Еще и деньги взял за работу? Да ты просто «попал», и теперь будешь нести ответственность «по полной».

Вот такая баллада получилась, такая мораль…

  • Александр Хрулев, канд. техн. наук, директор фирмы «АБ-Инжиниринг»

Проверка поршневых пальцев и шатунов

Поршневой палец

Проверьте поршневой палец, отверстие в верхней головке шатуна и отверстие в поршне на наличие износа или повреждений, обращая особое внимание на состояние втулки в верхней головке шатуна. Если поршневой палец, отверстие в верхней головке шатуна или в поршне имеют чрезмерный износ или повреждены, замените палец, шатун и/или поршень.

Зазор поршневого пальца

Проверьте зазоры между поршневым пальцем и втулкой в верхней головке шатуна и между поршневым пальцем и отверстием в поршне. Замените шатун и/или поршень, если его верхняя головка сильно изношена или имеет повреждения или если измеренный зазор превышает предельное значение.

Рис. 2.142. Измерение зазора поршневого пальца

Зазор между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна: 0,003–0,014 мм.

Поршень: 0,006–0,017 мм.

Диаметр отверстия в верхней головке шатуна: 20,003–20,011 мм.

Диаметр поршневого пальца: 19,997–20,000 мм.

Диаметр отверстия под поршневой палец: 20,006–20,014 мм.

Боковой зазор нижней головки шатуна

Рис. 2.143. Измерение зазора нижней головки шатуна

Проверьте боковой зазор нижней головки шатуна, при этом шатун со вкладышами должен быть установлен на соответствующей шатунной шейке. Если измеренный зазор, превышает предельное значение, замените шатун.

Номинальное значение зазора: 0,25–0,40 мм.

Предельное значениезазора: 0,55 мм.

Проверка шатуна

Рис. 2.144. Проверка шатуна

Закрепите шатун на установочном штифте, чтобы проверить его на наличие изгиба и скручивания. Если предельные значения превышены, замените шатун.

Геометрия шатуна

Предельное значение по изгибу: 0,05 мм.

Предельное значение по скручиванию: 0,10 мм.

Запрессовка поршневого пальца в верхнюю головку шатуна

 

В двигателях «Жигулей» поршневой палец запрессовывается в нагретую головку шатуна. Расчетный натяг в соединении должен быть примерно 0,04 мм. В соединении палец—поршень расчетный зазор около 0,01 мм. При температуре поршня и пальца, равной 20 °С, последний должен легко проталкиваться в поршень усилием руки. А вот смазанный моторным маслом палец не должен выпадать из поршня в вертикальном положении.
У двигателей ВАЗ-2101, -2103 (диаметр цилиндра 76 мм) для запрессовки пальца рекомендуется использовать приспособление А.60325 с размером, определяющим положение пальца, равным 2+од мм. Для двигателей ВАЗ-2105, -2106 (диаметр цилиндра 79 мм) предназначено другое приспособление 02.7853.9500 с соответствующим размером, равным 4,7+0Д мм.
Как видим, рекомендуемые допуски размеров в первом случае 0,2 мм, во втором 0,1 мм. По идее, приспособление должно обеспечивать симметричное положение пальца в шатуне и соответственно в поршне (с допускаемыми отклонениями). Однако, практика показывает, что длины частей пальца, выступающих из верхней головки шатуна, могут отличаться на 1 мм и более. Это происходит из-за различных расстояний между внутренними торцевыми плоскостями бобышек поршней, поставляемых в запасные части. К тому же, могут существенно отличаться по длине поршневые пальцы (свободный размер). Таким образом, рекомендуемые заводом приспособления можно использовать не всегда
Для выхода из этого положения вместо двух приспособлений используется одно, но регулируемое (рис. 1).

Запрессовка поршневого пальца в верхнюю головку шатуна

Регулируемый размер А* вычисляется по формуле
А=0,5 (D-B-C+27) мм,
где В — длина пальца;
С — расстояние между внутренними торцевыми плоскостями бобышек поршня;
D — диаметр цилиндра;
27 — ширина верхней головки шатуна (выдерживается точно).
Пример расчета: D=79; В=67,3; С=31,2.
А=0,5 (79-67,3-31,2+27) = 3,75 мм.
Заметим, что у приспособления 02.7853.9500
этот размер равен 4,7+0д мм.
Напомним, что винт 7 (см. рис. 1) затягивается неплотно, чтобы не произошло заклинивания при удлинении пальца от контакта с нагретой головкой шатуна. При запрессовке (установке) пальца поршень должен прижиматься к верхней головке шатуна, как показано на рис. 1. Операция должна проводиться очень быстро, так как быстро охлаждающийся шатун может «схватить» палец до полной его запрессовки, а в охлажденном шатуне положение пальца уже не изменить.
На практике довольно часто приходится сталкиваться со случаями, когда приспособления ВАЗ и рассматриваемое регулируемое приспособление просто неприменимы.
Дело в том, что у поршневых пальцев, поставляемых в запасные части, отверстие не предназначено для использования упомянутых приспособлений. Впечатление такое, что и сверление этих пальцев производится с двух сторон, при этом нет точного совпадения осей отверстий.
В результате, стержень оправки приспособления диаметром 14,9±0,03 мм или просто не вставить в палец или, из-за очень плотной посадки, не извлечь из пальца при снятой направляющей втулке примерно в течение 30 мин. Попытки «подкорректировать» отверстие рассверливанием оканчивается неудачей. Палец цементирован и закален ТВЧ, при этом и поверхность отверстия оказывается повышенной твердости.

Оправка для запрессовки поршневого пальца

Для описанных случаев надо изготовить короткую оправку (рис. 2) с диаметром стержня 14,5 мм. (Кстати, встречаются пальцы, где невозможно вставить оправку и с диаметром стержня в 14 мм.)
На оправке (см. рис. 2) палец не фиксируется. Другой вариант короткой оправки, но с фиксацией пальца показан на рис. 3.

Запрессовка поршневого пальца в верхнюю головку шатуна

Технология запрессовки (установки) пальца короткими оправками. Поршень кладем на деревянную подкладку (см. рис. 3). Вставляем между бобышками поршня нагретую головку шатуна, придерживая его рукой в рукавице за нижнюю часть. Другой рукой устанавливаем палец в отверстие бобышек поршня и в верхнюю головку шатуна (усилие незначительное) так, чтобы палец выступал из поршня на 5…7 мм. Оправкой с отрегулированным размером А вставляем палец окончательно. Иногда приходится по оправке слегка постучать молотком.
Если палец просто проваливается до деревянной подкладки, это в подавляющем большинстве случаев означает, что шатун непригоден для перепрессов-ки пальца.
Пригодность шатунов для перепрессовки проверяется при помощи приспособления, рассмотренного ниже. Расчетный натяг в соединении палец — верхняя головка шатуна у «Жигулей» должен быть в пределах 0,010…0,042 мм. Не следует забывать и о проверке соединения палец — бобышка поршня (расчетный зазор 0,008…0,016 мм).

Метки: запрессовка, поршневые пальцы

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о