logo
ЛЕКЦИЯ_КШМ

2.3.1. Поршневая головка шатуна

Конструкция и форма ПГШ определяются размерами поршневого пальца и способом его крепления. При фиксации поршневого пальца в шатуне ПГШ изготавливается без втулки. Фиксация осуществляется за счёт гарантированного температурного натяга при сборке (20…40 мкм). При плавающей конструкции поршневого пальца в ПГШ с натягом запрессовывается бронзовая втулка толщиной 1 - 4 мм, которая обрабатывается под заданный размер поршневого пальца после запрессовки. Для подачи масла на поверхность поршневого пальца в верхней части ПГШ выполняют отверстия (накопители масла).

В автотракторных двигателях (АТД) сила давления газов Рг может значительно превышать силу инерции ВПМ Pj. Поэтому при одинаковой площади опорной поверхности толщина масляного слоя между пальцем и нижней поверхностью шатуна будет меньше в силу больших удельных давлений, чем в верхней поверхности. Для выравнивания толщины масляного слоя уменьшают опорную поверхность верхней половины втулки за счёт фрезерования углубления в её средней части. В дизелях разница между Рг и Pj наиболее ощутима, для этой цели ПГШ выполняют с наклонными торцевыми плоскостями таким образом, чтобы максимальные величины удельных давлений пальца на верхнюю и нижнюю половины втулки были одинаковыми. Смазка поршневого пальца, как правило, осуществляется разбрызгиванием. Капельки масла попадают в ПГШ через одно или несколько отверстий. В форсированных дизелях смазка поршневого пальца происходит под давлением через продольное сверление в стержне шатуна (ЯМЗ, А - 41). Двигатели, в которых применяется струйное охлаждение днища поршня, имеют на поршневой головке распылитель.

В верхней части ПГШ имеется технологическая площадка для подгонки масс шатунов ( 2 г).

Тонкостенные бронзовые втулки, устанавливаемые в ПГШ при плавающем пальце, изготавливают из листовой бронзы с последующей обработкой до толщины 0,8…2,5 мм. Материалы бронзовых втулок должны иметь хорошую износостойкость и сопротивление усталостным напряжениям (алюминиево-железистая бронза Бр АЖ 9-4, оловянисто-цинковая бронза Бр ОЦС 4-4-2,5 и оловянисто-фосфоритная бронза Бр.ОФ6,5-0,15). Зазор между пальцем и бронзовой втулкой лежит в пределах = (0,0004…0,001)dп.

Во время процессов впуска и выпуска ПГШ подвергается следующим видам нагрузок.

  1. Разрыву силами инерции поршневой группы, достигающими своего максимального значения при положении поршня в ВМТ в тактах впуска и выпуска, и сжатию от силы давления газов за вычетом силы инерции ВПД массы поршня во время такта рабочего хода. Амплитуды циклов напряжений близки к пределу текучести.

2) Кроме того, ПГШ испытывает предварительные напряжения от запрессовки в нее с некоторым натягом  бронзовой втулки и от последующего увеличения на величину t вследствие разности коэффициентов линейного расширения материалов головки и втулки.

Наружная поверхность ПГШ имеет плавное сочленение со стержнем шатуна, что обеспечивает понижение концентрации напряжений, максимальные значения которых достигаются именно в этой области. Упрочнению ПГШ способствуют следующие конструктивные мероприятия:

 увеличение радиуса перехода от стержня к головке и уменьшение сужения стержня у головки до полного его устранения;

 создание приливов металла в зоне перехода

 выполнение третьей полки вдоль оси стержня;

 смещение оси поршневого пальца относительно оси головки вертикальном направлении;

 придание арочной формы стержню шатуна, что снижает концентрацию напряжений в зоне под поршневой головкой;

 расположение полок шатуна в плоскости его качания, что устраняет консольность ПГШ в направлении оси пальца.