Поршневой палец работает при резко изменяющейся знакопеременной нагрузке и условиях, трудных для обеспечения надежной смазки. Учитывая условия работы пальца, его изготовляют из сталей, обладающих достаточной вязкостью (сердцевина) и высокой износостойкостью (поверхность). Широкое распространение для изготовления пальцев получили стали: 20, 15ХА. 15ХМА, 40ХА, 12Х2Н4А, 12ХНЗА, 18ХНМА.

Поверхность пальцев из углеродистых сталей подвергают закалке при нагревании ТВЧ. Поверхность пальцев, изготовленных из малоуглеродистых сталей, цементируют на глубину 0,8÷1,5 мм. После термической обработки твердость поверхности пальца должна быть не ниже НRС 50—62. Шероховатость поверхности не ниже 10-го класса по ГОСТ 2789—73.

Значительное повышение прочности пальца без изменения его размеров получается за счет высокой чистоты обработки обеих поверхностей и термохимической обработки (цементация, азотирование обеих поверхностей).

Износостойкость пальца и поверхности бобышки поршня обеспечивается допустимой величиной удельной нагрузки пальца на втулку шатуна и бобышки ^{поршня.}

^{Удельная нагрузка на втулку шатуна (МПа)}

_, (40)

где Р_г — сила давления газов; Р_{j пор.гр} — сила инерции поршневой группы в

в. м. т.; а_ш — длина втулки шатуна; d_п.н—диаметр пальца.

Допускаемые значения q_ш = 20÷50 МПа (200÷500 кгс/см²).

Удельная нагрузка на бобышку

, (41)

где l_б — длина бобышки; .

Допускаемая величина нагрузки на бобышку q_б =15÷35 МПа (150÷350 кгс/см²).

Напряжение (МПа) изгиба пальца определяют по формуле, предложенной Р. С. Кинасошвили,

, (42)

где ; ; l_б — длина бобышки; b — расстояние между бобышками; а_ш — длина втулки шатуна.

Максимальное касательное напряжение в нейтральной плоскости балки (МПа)

. (43)

Допускаемые напряжения на изгиб для пальцев, изготовленных из легированных сталей, = 250÷500 МПа, для малоуглеродистых сталей (сталь 15 и 20) = 120÷150 МПа.

Допускаемые напряжения на срез для легированных сталей =110÷220 МПа, для углеродистых сталей = 60÷100 МПа.

Максимальная овализация пальца под нагрузкой

, (44)

где — поправочный коэффициент; l_п — длина пальца; Е—модуль упругости материала пальца, для стали Е = 2•10⁵ МПа.

Для автотракторных двигателей допускается не более 0,05 мм или .

В результате овализации пальца (рис. 34) в нем возникают напряжения изгиба, которые для точек 1÷4 будут

(45)

(46)

, (47)

. (48)

Значения К в зависимости от α можно принять по графику (рис. 35).

Рис. 34. Характер изменения напря- Рис. 35. Характер изменения коэффи-
жений в поверхностных волокнах циента К в зависимости от α

Напряжения от овализации в точке 4 у пальцев автотракторных двигателей 110÷200 МПа.

Монтажный зазор между пальцем и бобышками поршня

(49)

где — коэффициент линейного расширения материала пальца; — коэффициент линейного расширения материала поршня; = 110÷120 — температура, на которую нагревается палец, °С; = 120÷135 — температура, на которую нагревается бобышка поршня, °С.

У современных автомобильных двигателей . Зазоры пальца в шатуне Δ = 5÷10 мкм, в бобышках алюминиевого поршня Δ = 3÷7 мкм.