W każdym tłokowym silniku spalinowym istnieje część łącząca tłok z górną głowicą korbowodu - sworzeń tłokowy.Wszystko na temat sworzni tłokowych, ich cech konstrukcyjnych i sposobów montażu, a także prawidłowego doboru i wymiany różnych typów sworzni zostało szczegółowo opisane w artykule.
Co to jest sworzeń tłokowy
Sworzeń tłokowy (PP) jest częścią grupy tłoków silnika spalinowego;stalowy pusty cylinder, za pomocą którego zawiasowo zawieszony jest tłok i korbowód.
W tłokowych silnikach spalinowych przenoszenie i przekształcanie sił powstających w wyniku spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze odbywa się za pomocą grupy tłoków i mechanizmu korbowego.Głównymi częściami tych układów są tłok i korbowód z przegubem przegubowym, dzięki któremu możliwe jest odchylenie osi korbowodu od osi tłoka, gdy znajduje się on pomiędzy górnym i dolnym martwym punktem (GMP i GMP).Połączenie przegubowe tłoka i korbowodu realizowane jest za pomocą prostej części - sworznia tłokowego.
Sworzeń tłokowy rozwiązuje dwa kluczowe zadania:
● Pełni funkcję zawiasu pomiędzy tłokiem a korbowodem;
● Zapewnia przeniesienie sił i momentów obrotowych z korbowodu na tłok podczas uruchamiania silnika i z tłoka na korbowód podczas pracy silnika.
Oznacza to, że PP nie tylko łączy tłok i korbowód w jeden układ (który obejmuje również wał korbowy), ale także ogólnie zapewnia skoordynowane działanie grupy tłoków i mechanizmu korbowego silnika.Dlatego wszelkie awarie lub zużycie palca niekorzystnie wpływają na działanie całego zespołu napędowego, wymagając szybkiej naprawy.Ale przed zakupem nowych sworzni tłokowych powinieneś poznać ich konstrukcję i niektóre funkcje.
Rodzaje, urządzenie i charakterystyka sworzni tłokowych
Wszystkie obecnie stosowane sworznie tłokowe mają zasadniczo tę samą konstrukcję: generalnie jest to pusty w środku stalowy pręt o stosunkowo cienkich ściankach, osadzony w piastach tłoka i górnej główce korbowodu.Na końcach sworznia usunięto skosy (zewnętrzne i wewnętrzne), które zapewniają łatwy montaż części w tłoku lub korbowodzie, a także zapobiegają uszkodzeniu innych części w przypadku przypadkowego kontaktu z nimi.
Jednocześnie w palcach można wykonywać różne elementy pomocnicze:
● Sprowadzenie ścianek wewnętrznych w stożek od środka na zewnątrz w celu odciążenia palca przy jednoczesnym zachowaniu jego wytrzymałości;
● Wewnętrzne pasy pierścieniowe w środkowej części palca w celu jego utwardzenia;
● Boczne poprzeczne otwory do sztywnego mocowania sworznia w piaście tłoka.
Sworznie tłokowe wykonane są z miękkiego węgla konstrukcyjnego (15, 20, 45 i innych) oraz niektórych stali stopowych (najczęściej chromowych 20X, 40X, 45X, 20HNZA i innych).Zewnętrzna powierzchnia i niewielki pas na końcu części wykonanych ze stali miękkich są nawęglane i hartowane do głębokości 1,5 mm aż do osiągnięcia twardości 55-62 HRC (podczas gdy warstwa wewnętrzna ma twardość w zakresie 22- 30 HRC).Części wykonane ze stali średniowęglowych są zwykle utwardzane prądami o wysokiej częstotliwości.Po obróbce cieplnej zewnętrzna powierzchnia PP poddawana jest szlifowaniu.Hartowanie części zapewnia wysoką odporność jej zewnętrznej powierzchni na zużycie, a lepkość wewnętrznych warstw ścianki zachowuje zdolność palca do wytrzymywania obciążeń udarowych i wibracji.Szlifowanie powierzchni eliminuje obszary, w których występują niebezpieczne naprężenia, które podczas pracy silnika mogą prowadzić do zatarcia, stwardnienia, a nawet zniszczenia części.
Typowa konstrukcja tłoka z korbowodem
Jak już wskazano, sworzeń tłokowy znajduje się w tłoku i górnej główce korbowodu, łącząc te części w jeden układ.W tłoku tej części znajdują się dwa przedłużenia z poprzecznymi otworami - występy.Istnieją dwie opcje konstrukcyjne zawiasu między tłokiem a korbowodem:
● Z „pływającym” palcem;
● Z palcem wciśniętym w korbowód.
Drugi schemat jest najprościej zrealizowany: w tym przypadku PP jest wciskany w górną (jednoczęściową) główkę korbowodu, co zapobiega jego przemieszczeniu osiowemu, a w występach tłoka znajduje się z pewną szczeliną , co umożliwia obrót tłoka względem PP podczas pracy zespołu napędowego we wszystkich trybach.Szczelina zapewnia również smarowanie części trących (chociaż ze względu na małą szczelinę palec i stykające się z nim powierzchnie występów zawsze działają w trybie niedostatecznego smarowania).Schemat ten zastosowano w samochodach krajowych VAZ-2101, 2105, 2108, jest szeroko stosowany w nowoczesnych modelach produkcji zagranicznej.
Schemat „pływających” palców jest bardziej złożony, ponieważ ma kilka części pomocniczych.W tym schemacie PP z małą szczeliną jest montowany w obu częściach - zarówno w piastach tłoka, jak i w górnej głowicy korbowodu, co zapewnia jego swobodny obrót podczas pracy silnika.Aby zapobiec osiowemu przesunięciu palca, stosuje się sprężyste pierścienie ustalające, umieszczone w poprzek otworów w występach - pełnią one funkcję ograniczników PP, zapobiegając jego wypadaniu.Pierścienie mogą być wykonane z drutu sprężynowego o przekroju kołowym lub tłoczone z blachy.W tym drugim przypadku części mają przekrój prostokątny, a na obu końcach znajdują się otwory na narzędzie, ułatwiające montaż i demontaż pierścieni.
W niektórych przypadkach stosuje się grzybki blokujące lub zaślepki, które wykonane są z miękkiego metalu, dzięki czemu w kontakcie z nim nie uszkadzają lustra cylindrycznego.Świece stosowane są w silnikach dwusuwowych z określonym rozmieszczeniem okien dolotowych i wylotowych, uniemożliwiającym niepożądany przepływ gazu pomiędzy nimi.Czasami służy do mocowania części za pomocą śruby wkręcanej w dolną część piasty i w otwór na końcu PP.
Stałe i pływające sworznie tłokowe
PP, niezależnie od sposobu jego montażu, może mieć przemieszczenie względem osi tłoka, sięgające półtora lub więcej milimetrów.Przemieszczenie to ma na celu zmniejszenie obciążeń dynamicznych, jakim poddawany jest tłok, PP i głowica korbowodu w GMP i GMP.Tłok w swoim ruchu do GMP i do GMP dociska się do jednej ścianki cylindra, co również prowadzi do dociskania PP do jednej ze ścianek otworów wewnątrz występów.W rezultacie powstają siły, które utrudniają obrót PP w współpracujących częściach, a przy mijaniu GMP i GMP skręt może nastąpić gwałtownie – dzieje się to przy uderzeniu, które objawia się charakterystycznym stuknięciem.Czynniki te są precyzyjnie eliminowane poprzez zainstalowanie PP w tłoku z pewnym przesunięciem osi.
Jak wybrać i wymienić sworzeń tłokowy
Podczas pracy silnika, szczególnie w trybach przemiennych, palce poddawane są znacznym obciążeniom, zużywają się, mogą odkształcać się i wymagać wymiany.Konieczność wymiany palców sygnalizowana jest pogorszeniem kompresji i spadkiem właściwości dynamicznych silnika, co dodatkowo objawia się charakterystycznym stukaniem.
Naprawa zespołu napędowego w tym przypadku sprowadza się do wymiany palców, a czasami współpracujących części - tulei głowicy korbowodu w układach z „pływającym” PP, pierścieniami i innymi.Dobór nowych palców i innych części odbywa się zgodnie z wymiarami naprawy.Na przykład w przypadku większości silników domowych oferowane są części o trzech rozmiarach naprawy, różniących się o 0,004 mm (na przykład silniki VAZ często używają sworzni o średnicy 21,970–21,974 mm (1. kategoria), 21.974–21.978 mm (2. kategoria) i 21,978–21,982 mm (3. kategoria)).Umożliwia to dobór sworzni o różnych średnicach, biorąc pod uwagę wzrost średnic otworów w współpracujących częściach na skutek zużycia i późniejszego wytaczania.Wytaczanie wykonuje się zawsze dla tych samych wymiarów naprawy, a jeśli zużycie części przekracza określone zakresy, należy je wymienić.
Z reguły palce sprzedawane są w zestawach (2, 4 lub więcej sztuk), czasami razem z pierścieniami ustalającymi i innymi częściami.
Sworznie tłokowe różnych typów i sposoby ich mocowania w tłoku
Podczas naprawy grupy tłoków za pomocą „pływających” sworzni nie ma potrzeby stosowania specjalnego sprzętu - montaż części w piastach i głowicy korbowodu odbywa się ręcznie.Jeśli palec zostanie zmieniony podczas mocowania w korbowodzie, należy użyć specjalnego urządzenia do dociskania i dociskania PP (w najprostszym przypadku mogą to być tuleje i pręty, ale profesjonaliści używają bardziej skomplikowanych urządzeń zmechanizowanych, podobnych do imadła ).
W niektórych przypadkach montaż „pływającego” PP w występach odbywa się również w sposób interferencyjny, w tym celu tłok przed montażem podgrzewa się w wodzie lub innej cieczy do temperatury 55-70 ° C.Faktem jest, że aluminiowy tłok rozszerza się szybciej niż stalowy sworzeń, więc w nieogrzewanym silniku zwiększa się szczelina między częściami i pojawia się stukanie.Podczas instalowania PP w interferencji szczelina pojawia się dopiero po nagrzaniu silnika, co zapobiega uderzeniu części i odpowiednio stukaniu.
Należy zaznaczyć, że prace związane z wymianą sworzni tłokowych wymagają znacznego demontażu silnika, dlatego lepiej wykonywać je z odpowiednim doświadczeniem lub zaufaniem fachowców.Tylko przy odpowiednim doborze palców i właściwej naprawie grupa tłoków będzie działać niezawodnie i wydajnie, zapewniając wysoką wydajność jednostki napędowej.
Czas publikacji: 11 lipca 2023 r