Поршневой палец используется для шарнирного соединения поршня и шатуна. Поршневой палец представляет собой пустотелый (для снижения массы) гладкий цилиндрический стержень. Палец изготавливается из высококачественной стали, далее его наружная поверхность подвергается термообработке (цементация и закалка), шлифовке и полировке. Поршневой палец в процессе работы подвергается высоким циклическим динамическим нагрузкам. Вследствие создаваемого шатуном качательного характера движения формируются неблагоприятные условия для смазывания, что приводит к работе пальца в режиме полужидкостного трения и влечёт за собой его неравномерный износ. Все эти факторы предъявляют к характеристикам поршневого пальца следующие обязательные требования: лёгкость, прочность, износостойкость.
Поршневые пальцы подразделяются на три типа (в зависимости от способа крепления):
1) – Крепление в бобышках поршня (применяются ограниченно);
2) – Крепление в верхней головке шатуна;
3) – Плавающее крепление.
Широкое распространение в современных двигателях (дизельных и бензиновых) получили плавающие поршневые пальцы, которые в процессе работы двигателя свободно вращаются не только в бобышках поршня, но и во втулке верхней головки шатуна. За счёт этого между трущимися элементами снижается относительная скорость скольжения, а износ пальца становится более равномерным. Данные поршневые пальцы устанавливаются на следующие двигатели: АМЗ, СМД, Д-240, КамАЗ, ЯМЗ, ЗИЛ-130, Д-50, ЗМЗ-53 и прочие.
Проворачивание поршневого пальца в бобышках происходит только после нагрева поршня (из алюминиевого сплава) до 100-120 градусов Цельсия. Фиксация плавающих пальцев в осевом направлении, как правило, осуществляется посредством пружинных стопорных колец из стали, которые устанавливаются в канавках, выполненных путём проточки в бобышках поршня (по обе стороны пальца) [рис. 1] и [рис. 2]. Данный способ фиксации не только прост и надёжен, но и позволяет несколько уменьшить опорную длину бобышек.
Рис. 1. Поршень двигателя внутреннего сгорания.
а) – Поршень дизельного двигателя А-41;
1) – Днище поршня;
2) – Камера сгорания;
3) – Уплотняющая часть поршня;
4) – Юбка (направляющая часть) поршня;
5) – Канал в стержне шатуна;
6) – Шатун;
7) – Втулка верхней головки шатуна;
8) – Бобышка поршня;
9) – Канавка для маслосъёмного кольца;
10) – Поршневой палец;
11) – Стопорное кольцо;
12) – Канавки для компрессионных колец;
13) – Кольцевая канавка;
14) – Отверстие для стока масла;
б) – Головки поршней;
1) – Д-21А1, Д-144;
2) – А-41, СМД-60, А-01, двигателей семейства КамАЗ и ЯМЗ;
3) – Д-160, Д-240;
в) – Поршень бензинового двигателя ЗМЗ-53.
Поршневые пальцы с плотной посадкой в верхней головке шатуна используются в двигателях ВАЗ. Данные пальцы способны проворачиваться только в бобышках.
Рис. 2. Шатун с поршнем. Дизельный двигатель Д-240.
1) – Отверстие в верхней головке шатуна;
2) – Верхняя головка шатуна;
3) – Поршневой палец;
4) – Втулка;
5) – Стержень шатуна;
6) – Нижняя головка шатуна;
7) – Вкладыши;
8) – Крышка нижней головки шатуна;
9) – Гайка;
10) – Стопорная шайба;
11) – Болт.