Что такое шатун в двигателе: Шатун двигателя и какие шатуны бывают.

Шатун двигателя и какие шатуны бывают.

Приветствую всех гостей моего сайта. Многие наверное заметили, что у меня уже есть достаточное количество статей про разные поршни, от простых до керамических. Но внезапно спохватившись, я осознал, что у меня на сайте нет ни одной статьи, про не менее важную и нагруженную деталь любого двигателя внутреннего сгорания — шатун. В ДВС эта деталь испытывает такие же нагрузки как и поршень, и даже больше. А важность качественного изготовления шатуна, ещё более значима, так как в нём находятся два подшипника, скольжения или качения, а сил, воздействующих на шатун, даже больше чем у поршня. В этой статье я попытаюсь рассказать всё, ну или почти всё о шатуне, рассказать какие они бывают, и т. д. и т. п.

Основная задача детали двигателя, называемой шатун, это превращение поступательного движения поршня (вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя головка шатуна соединена через стальной палец с поршнем, и воспринимает на себя давление газов сгорающей топливо-воздушной смеси. А нижняя головка шатуна передаёт давление газов на кривошипно-шатунный механизм коленвала и заставляет его крутиться. И при этих казалось бы простых движениях, шатун испытывает колосальные ,и в тоже время неравномерные (переменные) нагрузки.

К тому же в начале такта впуска и в конце такта сжатия, шатун тянет на себя и поршень и собственный вес, и всё это на больших оборотах, в итоге силы инерции пытаются его растянуть (разорвать). А на рабочем такте двигателя и такте выпуска, шатун наоборот сжимается от давления газов, давящих на поршень, и от сопротивляющегося коленчатого вала. То есть на больших оборотах, нагрузка на разрыв и нагрузка на сжатие, чередуются очень резко и быстро. Теперь я думаю вы представили, как и в каких условиях приходится работать этой детали.

Поэтому и требования о качестве изготовления шатуна, очень высоки. Ведь если он хоть немного не выдержит нагрузки и чуть деформируется, то поршневую группу тут же перекосит и начнёт прихватывать, а подшипники в его головках будут работать с перекосом, естественно перекос подшипников будет и при трении на шейках коленвала (и поршневого пальца тоже). В таком случае, ресурс двигателя резко устремится к нулю, к тому же как известно, поршневая и коленвал — это самые дорогие детали двигателя.

Шатун и подшипники его головок двухтактного 50 кубового мотора

Значит ясно, чтобы шатун выдержал вышеперечисленные нагрузки, его необходимо изготовить из прочной и высококачественной стали. А к шатунам и к материалу их изготовления у спортивного двигателя (форсированного, с надувом), требования ещё более жёсткие. При изготовлении, заготовку штампуют, и очень тщательно следят за образованием соответствующего профиля, который придает конструктивную жесткость детали. Так же очень важна полная одинаковость (особенно по весу) изготовления шатунов для многоцилиндровых двигателей, ведь если будет расхождение по массе даже на пару граммов, то повышенная вибрация на высоких оборотах, будет очень ощутима и вредна. Неудобство от вибрации будет ощущаться как водителем, так и самим двигателем, в итоге разрушение коренных подшипников коленвала, может произойти за считанные километры. Поэтому если вам придётся поменять один из нескольких шатунов вашего двигателя, настоятельно советую убедиться в том, что новый шатун весит точно столько же как и остальные шатуны.

Предостережение.

Многие «Кулибины», разобрав свой двигатель и увидев впервые шатуны, удивляются какой же он,, или они шероховатые. Тут же в их светлой голове возникает мысль: а не пригладить ли их наждаком или напильником. Всем настоятельно советую — не нужно, здесь народное творчество неуместно. И объясню почему: ведь при штамповке самым прочным получается верхний (наружный) слой металла, и именно поэтому все шатуны серийных двигателей не обрабатываются снаружи, после штамповки.

Шатуны мотоцикла Урал, вымирающая конструкция из-за плохой смазки подшипников и их малого ресурса. На фото Б — нормальный двутавровый шатун, а на фото В — шатун непрочной формы.

Ещё следует обратить внимание на центральную часть шатуна (стержень), которая имеет двутавровое сечение (исключение составляют шатуны некоторых моделей мотоциклов Урал). Многих «Кулибиных», у которых постоянно чешутся руки, так и подмывает пройтись по граням двутавра с болгаркой. Они обычно мыслят так: мол куда столько лишнего металла и веса, а вот если это дело удалить и этим облегчить шатун, то мотор закрутится веселее. Но ребятки, неужели вы умнее японских инженеров, которые годами только и думают, как заставить крутиться двигатель резвее и выжать из него максимальную мощность. Посмотрите на фото (специально помещённое мной внизу текста) шатунов с японских спортбайков, у которых мощи явно поболее чем у вашего оппозита. Почему то на них двутавровое сечение сохранено. А дело в том, что именно двутавровая форма придаёт шатуну максимальную жёсткость на кручение и на изгиб, особенно при передаче переменных усилий. Жаль что это не понимают многие народные умельцы и инженеры Ирбитского завода, на мотоциклах Урал, как я уже говорил стоят шатуны странной формы (см. фото) Но на некоторых моделях Уралов, стоят нормальные двутавровые шатуны. Наверное Ирбитский завод решил поэкспериментировать.

Только вот жаль, что результаты экспериментов отразятся на потребителе.  Завод в Киеве по изготовлению мотоциклов Днепр, в этом плане намного умнее, и шатуны их мотоциклов, практически не отличаются от шатунов импортных мотоциклов (см. предпоследнее фото внизу текста).

Правильная доработка шатуна

И всё же шатун можно доработать и облегчить, но делать это нужно правильно, особенно если вы при тюнинге двигателя параллельно облегчаете поршневую. Как известно облегчение деталей уменьшает силы инерционных нагрузок (особенно на больших оборотах). При облегчении деталей главное не переусердствовать, так как правильная технология облегчения веса, позволяет облегчить стержень шатуна всего на 10 — 15 %. Для этого шатун фрезеруют, а не пользуются обычной болгаркой, так как фрезерный станок (особенно с ЧПУ) позволяет снять лишний слой металла абсолютно одинаково с обеих сторон детали. После фрезеровки поверхность шатуна необходимо тщательно отшлифовать и затем отполировать. Полировка поверхности шатуна обязательна, так как после фрезерной обработки поверхности металла, у шатуна не остаётся упрочнённого верхнего слоя, а микронеровности, оставленные фрезой фрезерного станка, становятся концентратором напряжений на поверхности детали и их важно удалить (сгладить). И если эти неровности не убрать, то при очень высоких оборотах, на шатуне в местах микронеровностей появятся трещины, и возможен обрыв шатуна.

Верхняя часть шатуна (головка).

На шатунах разных двигателей как верхняя часть, так и нижняя, может быть разной. Нагрузки при работе мотора, на верхнюю часть приходятся меньшие, чем на нижнюю (подшипник кривошипа), соответственно от этого и диаметр на верхней головке меньше, чем на нижней. А вообще существует три способа соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна.

Самый древний способ, это запрессовка поршневого пальца в головку шатуна (а в поршне палец сидит на свободной посадке). И этот способ некоторыми мотоциклистами самодельщиками имеющими Урал, применяется и поныне, когда некоторые из них устанавливают поршни от древних автомобилей (например от классических жигулей). Некоторые преимущества такого сочленения деталей всё же есть, например полное отсутствие люфта между пальцем и шатуном, что позволяет свести диаметр головки к минимуму. От этого немного снижается (совсем чуть чуть) масса и естественно происходит некоторое (опять же чуть чуть) снижение инерционных сил.

И все эти небольшие достоинства снижаются куда более ощутимыми недостатками, а именно: поршневой палец не вращается в отверстии головки, а вращается в алюминиевых бобышках поршня. Это приводит к достаточно быстрому (по сравнению с другими способами соединения) однобокому износу бобышек поршня (получаются овальные, и в двигателе появляется неприятный стук). К тому же при сборке деталей таким способом, нужно иметь небольшие навыки термиста. То есть если не нагреть головку шатуна до 150 — 200 градусов (а палец желательно охладить в морозилке), то деталь не установишь. Так же нужно успеть выставить детали ровно (палец относительно поршня), и если не успеешь, то нагреваемый от соприкосновения с горячей деталью палец намертво обожмётся остывающей головкой, и палец так и останется стоять криво, относительно поршня. Короче нужны определённые навыки.

Второй способ соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна, это плавающий палец (палец подвижен в отверстии головки). При таком соединении, в верхнюю головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка, и в сопряжении с поршневым пальцем, втулка представляет собой подшипник скольжения, а так же применяют ещё и подшипник качения — роликовый (чаще на двухтактных моторах). В таком способе необходимо ограничить осевое перемещение пальца, и для этого и предназначены стопорные кольца, которые защёлкиваются в проточках бобышек поршня. В таком сопряжении в верхней головке шатуна сверлят отверстие или два отверстия, для лучшего подвода смазки при работе. Ресурс деталей при соединении вторым способом, увеличивается примерно в два раза.

Как я уже говорил, применяют или подшипник скольжения — втулку, или подшипник качения — сепаратор с роликами. В верхней головке шатуна четырёхтактных двигателей, применяют втулку (бронзовую). И при нормальной смазке четырёхтакников, она способна пережить несколько капитальных ремонтов двигателя. В головках шатуна двухтактных двигателей, по крайней мере современных, используют игольчатый (роликовый) подшипник качения, и это естественно, так как условия смазки этого сопряжения, в двухтактных моторах значительно хуже, так как здесь не подаётся чистое масло, а топливно-воздушно-масляная смесь. И замечу, что подшипник качения, не отличается долговечностью в режиме работы тяни-толкай (а шатун имеет именно такой режим работы), и довольно быстро изнашивается и начинает стучать (вспомните новые 12 вольтовые Явы, которые начинали стучать намного раньше, чем их более древние 6 вольтовые модели, в которых устанавливалась бронзовая втулка в головке шатуна).

Время бежит, моторы совершенствовались в повышении мощности, и казалось бы, что в сочленении пальца и головки шатуна уже ничего не придумаешь получше и совершеннее. Но неугомонная инженерная мысль не давала уснуть многим инженерам и изобретателям. Но сначала на спортивных моторах, а затем и на серийных, отказались от втулки в головке шатуна. И вот уже лет 25, как на импортных моторах в шатунах втулки нет вообще. Стальной  поршневой палец ходит (плавает) непосредственно в отверстии стального шатуна. И в условиях современной смазочной системы, и качественного синтетического масла, такое сопряжение деталей работает великолепно. Такое сопряжение позволило значительно уменьшить головку шатуна, и свести зазор между пальцем и отверстием головки к минимуму.

Естественно все эти приколы даются не просто так: сам шатун изготовлен из сверхтвёрдой, сверхпрочной и от этого очень износостойкой стали, а палец покрывается специальным износостойким покрытием. Естественно такие шатуны и пальцы значительно дороже обычных.

Нижняя часть шатуна (кривошипная нижняя головка).

Здесь так же различия зависят от тактов мотора. В кривошипно-шатунном механизме двухтактного двигателя устанавливают роликовый подшипник качения. Он по конструкции почти такой же как и в верхней головке шатуна, но естественно значительно мощнее и массивнее. И нижняя головка любого шатуна, испытывает нагрузки намного большие чем поршневая группа двигателя. Кстати на древних моторах (например БМВ и Цюндапп вермахта, К-750, М-72, или мотоциклов Урал) в нижней головке шатуна также устанавливали подшипник качения, и ресурс коленвала таких моторов очень маленький — всего 15 тысяч км.

В современных четырёхтактных двигателях (например у японских или европейских спортбайков, или продвинутых дорожников, и практически во всех автомобильных двигателях) нижняя головка шатуна разъёмная, и с шейкой коленчатого вала контактирует через подшипники скольжения — вкладыши. Основа вкладышей стальная, а сверху нанесён мягкий антифрикционный слой.

Г — шатун Днепра, Д и Е — шатуны зарубежных мотоциклов.

На шатуне с вкладышами имеются специальные шатунные болты, которые обеспечивают жёсткость и точность фиксации частей (половинок) нижней головки шатуна. Эти болты изготавливают из прочной высоколегированной стали и к тому же ещё и подвергаются термообработке (закаливаются и отпускаются). Это важно, так как болт из обычного металла, при работе шатуна вытянулся бы, и отверстие нижней головки шатуна потеряло бы форму идеального круга (стало бы овальным). А в овальном отверстии сразу бы появился стук, и ударные нагрузки быстро бы доканали сопряжение. Так же шатунные болты выполняют функцию точных фиксаторов шатунной крышки относительно самого шатуна, из-за того, что диаметр шатунных болтов выдерживается при изготовлении очень точно (да и сами болты плотно входят в свои отверстия). Гайки шатунных болтов изготавливают из той же прочной стали, что и болты, и имеют особую самоконтрящую их площадку. Но бывают гайки с отверстием для шплинта, который надёжно страхует их от отворачивания. Гайки с отверстиями бывают на некоторых европейских моторах и на нашем хорошо знакомом двигателе мотоцикла Днепр. Кстати, как я уже отмечал, шатуны Днепра, почти такие же как и шатуны импортных мотоциклов (см. фото), только в них стоит всё та же бронзовая втулка, а гайки шатунных болтов стоят вверху, а не внизу.

Хочу отметить, что очень важно чтобы вкладыши прилегали к постелям в шатуне очень плотно и без зазоров, ведь чем плотнее прилегают вкладыши к металлу шатуна, тем интенсивнее отводится тепло от него (тепло отводится через плёнку масла и коленчатый вал). От этого зависит нормальная температура при работе и долговечность подшипника скольжения. И если обнаружите при вскрытии двигателя и замерах, что овальность отверстий превышает 0,05 мм, то такие вкладыши необходимо менять (подробнее о ремонте двигателя можно почитать вот здесь).

Ну и естественно нельзя переворачивать или менять местами крышки нижних головок шатунов. Ведь отверстия под вкладыши обрабатывают на заводе по отдельности на каждом шатуне (обрабатывают пару — шатун с крышкой), в итоге каждый шатун только со своей крышкой имеет идеальный круг. А при замене крышки этот круг естественно нарушается. Чтобы ремонтники не ошибались, на шатуне и его крышке ставят клеймо или метки (если вдруг их не найдёте на деталях, то ставьте свои). Оба клейма (и на крышке и на шатуне) при сборке должны оказаться на одной стороне шатуна и иметь одинаковую маркировку.

И последнее: при ремонте двигателя советую проверять шатуны (особенно отечественные) на прямолинейность и параллельность верхней и нижней головок шатуна, это очень важно для нормальной работы мотора. Как это сделать можно посмотреть в этой статье.

Вот вроде бы и всё самое главное о шатуне, что как я думаю полезно знать каждому ремонтнику и не только ему. У кого возникнут вопросы, пишите. Удачи всем!

 

Шатун двигателя: устройство, предназначение

При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т. к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения. Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.

Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.

Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность. Однако, проблема заключается в том, что, например, для дизельных двигателей шатуны всегда будут тяжелее, чем для бензиновых. Это обусловлено принципом работы самого ДВС.

Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала. Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.

Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.

Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться.

Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.

Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными. Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.

Определение поломки шатуна и пути решения проблемы

Ремонт шатунов двигателя — работа не сложная. Хотя при поломке последствия могут быть очень плачевными, поэтому важно уметь определять поломку этой детали и пути быстрого ремонта.

Первый признак поломки — стук в двигателе. Но многие могут спутать его со звукам распредвала, клапана или других элементов двигателя. Перепутать стук шатунов двигателя с другими звуками очень сложно. Он очень сильно похож на частый и громкий стук молотка.

Для того чтобы проверить в каком цилиндре поломка нужно попробовать снять провода с крышки трамблёра, но делать это нужно последовательно. Сняв один из проводов звук в двигателе уменьшится — это значит, что поломка скрыта именно в этом цилиндре.

На инжекторных двигателях сделать это немного сложнее. На модификации с фишками, нужно снять фишку с катушки зажигания, тем самым отключив нужный цилиндр.

После того как вы определили в каком цилиндре поломка — разберите двигатель и проверьте все шатуны. Если окажется что помимо сломанного шатуна в двигателе есть ещё и гнутые, то проблема может возникнуть в том, что с одной стороны поршень будет испытывать большее трение, а с другой пропускать масло, что впоследствии приведёт к образованию нагара.

Определить гнутый шатун очень просто. Для этого вам понадобится плоская поверхность и наждачная бумага. Натяните бумагу на поверхность и потрите об неё каждый шатун поршневой головкой. Если шатун ровный, то поверхность верхней головки будет равномерно блестящая. Если же шатун кривой, то поверхность будет блестеть не равномерно. В случае если шатун кривой — его так же следует заменить.

Менять шатун нужно в нескольких случаях:

• Деформирован стержень
• Появились зазоры в верхней или нижней части головки

Какие же могут быть причины обрыва шатуна в двигателе? Очень просто!

1. Поддерживайте достаточный уровень масла
2. Меняйте фильтр, не допускайте его загрязнения
3. Меняйте масло каждые 7-12 тыс км

Перед началом восстановления шатунов двигателявнимательно осмотрите все шатуны и проверьте какие из них можно отремонтировать, а какие следует заменить.

Чтобы хорошо и правильно отремонтировать шатун, желательно использовать специализированное оборудование, если у вас такого оборудования нет, то лучше доверить дело профессионалам.

Во-первых, для того чтобы привести нижний шатун в идеальное заводское состояние — вам нужно обточить крышку головки. Слой, который вы снимите, должен быть минимальным. После проведения операции установить головку в прежнее положение и затяните болты.

Во-вторых, помните, что нельзя растачивать головку больше установленного диаметра. Для того чтобы не превысить допустимое значение — расточку следует выполнять на специализированном станке.

В-третьих, после расточки шатуна может увеличиться зазор под поршневым пальцем в головке. Для решения этой проблемы нужно заменить бронзовую втулку, после чего она примет требуемый диаметр.

Что такое шатун и как он работает?

Шатуном называют составляющий элемент кривошипно-шатунного механизма, который соединяет поршень и коленчатый вал. Зачем же нужен шатун? Он предназначается для передачи крутящего момента к колёсам транспортного средства и преобразования этого крутящего момента во вращательные движения.

Начало истории шатунов относится к третьему столетию нашей эры. Тогда на лесопилках Римской империи были применены подобные механизмы в конструкции привода пил. В двенадцатом столетии нашей эры учёный Аль-Джазари описал машину для подъёма воды, которая включала в себя шатуны и коленчатый вал. Это был такой себе предок современного кривошипно-шатунного механизма. А повсеместное использование кривошипно-шатунных механизмов в разнообразных машинах началось в 16 столетии нашей эры и не закончилось по сей день.

1. Конструкция шатуна.

Шатун автомобильного двигателя соединяет поршень двигателя и коленчатый вал. Его предназначение состоит в том, чтобы передавать во время работы усилие от вала на поршень и в обратном направлении. Во время рабочего процесса шатун совершает очень сложные движения. Верхняя головка вместе с поршнем делает возвратно-поступательные движения, а нижняя головка – круговые. При этих движениях на шатун действуют высокие нагрузки, так что его конструкция должна выдерживать высокие нагрузки. Конструкция шатуна предусматривает такие составляющие:

1. Верхняя головка шатуна (поршневая головка).

2. Нижняя головка шатуна (кривошипная).

3. Силовой стержень, соединяющий головки шатуна.

Верхняя головка шатуна соединяется с поршнем при помощи поршневого пальца (из-за этого её и называют поршневой головкой). Она имеет цельную неразборную конструкцию, которая определяется способом крепления поршневого пальца. Если поршневой палец фиксированный, значит в головке шатуна будет цилиндрическое отверстие, изготовленное с высокой степенью точности для обеспечения необходимого уровня натяга во время соединения с пальцем. Натяг значит, что диаметр поршневого пальца будет больше, чем диаметр отверстия в шатунной головке. Если поршневой палец плавающий, то в верхнюю головку впрессовываются специальные втулки из бронзы или биметаллические.

Но бывают двигатели с плавающим пальцем, в которых отсутствуют втулки и поршневой палец попросту вращается в отверстии шатунной головки благодаря зазору. В таком случае, обязательно используется смазка, которая подаётся к поршневому пальцу. Так как на верхнюю шатунную головку приходиться очень большая нагрузка, она изготавливается в виде трапеции, дабы увеличить опорную поверхность во время работы поршня.

Нижняя головка шатуна конструктивно соединяется с шатунными шейками коленчатого вала. Эта головка разборная и состоит из верхней части и крышки нижней головки. Верхняя часть – это одно целое с шатуном. Она растачивается на заводе производителя с установленной крышкой, так что каждая крышка может использоваться исключительно со своим подогнанным шатуном. Во время ремонта обязательно стоит это учитывать и никогда не менять крышку. Крышка соединяется с шатуном при помощи специальных шатунных болтов, которые определяют положение шатунной крышки относительно всего шатуна.

В нижней шатунной головке также имеются вкладыши подшипников скольжения, которые конструктивно напоминают корневые подшипники коленчатого вала. Эти подшипники изготавливают из стальной ленты, внутренняя поверхность которой покрыта антифрикционным сплавом. Этот сплав очень износостойкий, но только при наличии необходимого количества смазочного материала.

2. Стержень шатуна.

У большинства производителей автомобилей, ориентированных на массовый рынок, стержень шатуна расширяется к его нижней головке и имеет двутавровую форму. У дизельных двигателей шатуны более массивны и прочны, чем у бензиновых двигателей.

Некоторые двигатели оснащаются шатунами и других форм, к примеру, в спортивных авто, в которых имеются алюминиевые шатуны. Обычно, стержень шатуна имеет внутренний просверленный канал для подачи масла в верхнюю головку. Иногда, этот канал также ведёт и к нижней головке, откуда масло разбрызгивается в полости цилиндра и поршня.

Все шатуны двигателя должны иметь одинаковый вес, чтобы вибрации от двигателя были минимальными. Кроме того, совпадать должен не только вес всего шатуна, но и вес верхних головок и нижних головок. Для достижения одинакового веса используют очень точные весы, а потом подгоняют вес по самому лёгкому шатуну, аккуратно снимая часть металла с бобышек (металлические наплывы на поверхности шатунов) на головках и на стержне шатуна.

3. Материалы, из которых изготавливаются шатуны.

В целях уменьшения вибраций и повышения мощности двигателя инженеры пытаются сделать шатуны и все остальные детали кривошипно-шатунного механизма максимально лёгкими. Но облегчение конструкции провоцирует снижение прочности детали. А ведь шатун работает под высокой нагрузкой и требует соответствующего заряда прочности. Помимо этого, в массовом производстве немалое значение имеет и себестоимость материалов для изготовления шатунов. Так что при подборе материалов для шатунов производители идут на компромисс между этими двумя аспектами.

Из чего делают шатун?

В целях экономии ресурсов и снижения себестоимости готовой продукции, двигательные шатуны в массовом производстве изготавливаются из специального чугуна методом литья. Такой подход вполне приемлем для бензиновых двигателей серийного выпуска, так как обеспечивает почти идеальный компромисс между стоимостью и прочностью.

Что касается дизельных двигателей, то их детали, в том числе и шатуны, находятся под значительно большей нагрузкой, нежели детали бензиновых двигателей. Поэтому аналогичный подход здесь неуместен. Шатуны для таких двигателей производят методом горячей ковки или горячей штамповки. А в качестве материала используют специальную легированную сталь. Кованный шатун намного прочнее литого шатуна, но и более дорогой в производстве.

Как отличить литой шатун от кованного? Это делается по боковому шву. У кованного шатуна этот шов широкий, а у литого – очень узкий. Одним из современных способов изготовления шатунов является использование порошковых материалов, из которых методом спекания производят шатуны. Подобный способ производства обеспечивает намного более высокую прочность.

Если рассматривать элитные и спортивные автомобили, в производстве которых стоимость материалов уходит на второй план, то в них часто используют титановые и алюминиевые сплавы. Это помогает заметно снизить вес всей конструкции, и повысить обороты двигателя. Шатуны из титана и алюминия весят на 50% меньше, чем шатуны из стали и чугуна.

Большое значение имеет то, какой материал используется для производства болтов крепления крышки от шатунной головки. Для этого используют высоколегированную сталь с высоким пределом текучести (в 2-3 раза больше, чем в углеродистой стали).

4. Установка шатуна.

Во время работы шатуны часто деформируются, так как испытывают очень высокие нагрузки. Но вот при ремонте двигателя на них мало обращают внимания. И зря. Ведь деформированный шатун значительно ухудшает работу всего двигателя. Поэтому во время ремонта обязательно рекомендуем тщательно проверять и этот компонент тоже. Для диагностики шатуна его необходимо сначала снять, а потом придётся смонтировать обратно.

Как снять шатун?

Из автомобиля невозможно отдельно снять шатун. Это выполнимо только вместе со снятием поршня, шатунного пальца и поршневого кольца, то есть всей шатунно-поршневой группы механизмов. Шатунно-поршневую группу можно снять и без снятия всего двигателя. Это крайне выгодно, если нужно сэкономить время. Но всё-таки для большей надёжности лучше проводить подобный ремонт со снятием всего двигателя. Так вы проверите абсолютно все механизмы и, возможно, предупредите усугубление сложившейся ситуации, которая пока что незаметна.

Этапы снятия шатунно-поршневой группы:

1. Демонтировать масляный поддон двигателя и головку от блока цилиндров.

2. Найти метки, которые указывают цилиндр, где располагается тот или иной шатун и направление, в котором нужно устанавливать крышку шатуна. Если вы не нашли метки, то сделайте их самостоятельно (в большинстве случаев они есть, так что будьте бдительны).

3. Постепенно открутить гайки или болты, которыми крепиться крышка от шатуна. Поворачивать нужно постепенно по четверти оборота каждый раз. Во время выкручивания болтов, на них стоит одеть защитные приспособления (подойдут и куски мягкого шланга с подходящим диаметром). Эти защитные приспособления уменьшат вероятность повреждения полированной поверхности всех деталей.

4. Демонтировать крышку шатуна и при этом не допустить выпадения из неё вкладыша.

5. Поставить коленвал таким образом, чтобы продольная ось цилиндра совпала с осью шатунной шейки

6. Аккуратно извлечь сам поршень, придерживая его снизу и ударяя легонько деревянным молотком по болтам или по шатуну.

7. Все детали укладывать поочерёдно в последовательности их снятия на чистую поверхность. Чтобы не забыть, можно даже записать или подписать детали.

Установка шатуна вместе с установкой всей шатунно-поршневой группы производиться следующим образом:

1. Перед установкой обязательно проверить все составляющий на предмет дефектов и, при необходимости, устранить эти дефекты.

2. С помощью поршневого пальца соединить поршень с шатуном.

3. Смонтировать поршневые кольца на поршень и проверить установку всех их замков согласно правилам.

4. Стенки цилиндра, поршень и поршневые кольца смазать чистым специальным моторным маслом.

5. Провести сжатие поршневых колец с помощью спецприспособления, которое предварительно следует смазать моторным маслом. Может понадобиться постучать по приспособлению молоточком.

6. Смонтировать шатун в отверстие цилиндра. Делать это можно только в одном направлении с направлением поршня, которое указывается специальной меткой на дне поршня.

7. Шатун выровнять относительно шейки коленвала.

8. Поверхность шатуна, куда устанавливается вкладыш подшипника, тщательно протереть. Потом установить в шатун нужный вкладыш подшипника. Обязательно убедитесь, что устанавливаете именно тот подшипник, который там раньше и стоял. Это важно, так как детали вместе уже притёрлись, и установка не той детали может повлиять на качество работы всего механизма.

9. На болты крепления шатунной крышки одеть защитные приспособления (куски шлангов) и прикрутить эту крышку к шатуну. Сначала закрутить болты руками, а потом – строго следуя руководству по эксплуатации транспортного средства. Для этого используют динамометрический ключ и специальный транспортир.

Подобная процедура установки проводится со всеми имеющимися в двигателе транспортного средства шатунами.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности

Рассмотрим конструкционные особенности шатуна поршня, основные проблемы, которые могут возникать при его работе, и способы их профилактики.

Конструкция шатуна

Шатун передает энергию от поршня к коленчатому валу. При этом он совершает два вида движения: круговое и возвратно-поступательное. Первое происходит в месте соединения его нижней головки с коленвалом, второе – в зоне соединения верхней головки с поршнем. Вследствие такой конструкции шатун постоянно испытывает высокие нагрузки во время работы.

Шатун поршня состоит из следующих элементов.

Поршневая головка

Верхняя (поршневая) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, которая соединяется с поршнем при помощи пальца: плавающего или фиксированного.

В верхней головке плавающего пальца обычно расположены бронзовые или биметаллические втулки. Если их нет, палец свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данный механизм функционировал нормально, ему требуется достаточное количество смазки.

Чтобы обеспечить необходимый уровень натяга, фиксированный палец вставляется в цилиндрическое отверстие меньшего диаметра.

Так как на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки, она имеет трапециевидную форму. Это позволяет увеличить опорную поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Нижняя (кривошипная) головка соединяет коленчатый вал и шатун. Многие шатуны обладают разъемной кривошипной головкой, что зависит от метода сборки двигателя. Крышку головки с шатуном соединяют болты, штифты или бандажное крепление.

На каждый шатун можно установить только ту крышку, которой он оснащался с завода, так как она обладает определенным весом и размером. При ремонте данную деталь заменить нельзя.

По расположению стержня головка может быть прямой или косой. Последняя характерна для V-образных двигателей и используется для уменьшения размеров силового агрегата.

В нижней части шатунной головки располагаются подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Их изготавливают из стальной ленты, которая изнутри обработана антифрикционным материалом с высокими износостойкими характеристиками. Особенностью этого слоя является то, что он работает только в присутствии моторного масла, а в режиме «сухого трения» очень быстро истирается.

Покрытие может наноситься как на заводе-изготовителе, так и при дальнейшем обслуживании двигателя в условиях гаража или автосервиса. Для защиты подшипников скольжения и других деталей силового агрегата оптимально подходит антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.

Чаще всего его применяют на юбках поршней, дроссельных заслонках, вкладышах распредвала, подшипниках скольжения.

MODENGY Для деталей ДВС обладает следующими преимуществами:

• Имеет широкий диапазон рабочих температур: от -70 до +260 °C

• Повышает КПД двигателя

• Снижает трение и износ

• Защищает детали от задиров в режиме масляного голодания

• Снижает расход топлива

• Отверждается при комнатной температуре

Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель‑активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия с основанием.

Силовой стержень

Силовой стержень многих шатунов имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях используются более прочные и массивные детали, чем в бензиновых. В спорткарах устанавливаются шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.

Все шатуны должны иметь одинаковый вес, в противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата.

Из чего изготавливают шатуны?

Каждый производитель стремится уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но так как на шатуны в процессе работы двигателя воздействуют высокие нагрузки, уменьшать их массу нежелательно – это может пагубно отразиться на прочности изделий.

При массовом производстве шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет добиться практически идеального соотношения прочности и стоимости деталей.

В дизельных силовых агрегатах шатуны испытывают более высокие нагрузки, поэтому их производят из легированной стали методом горячей ковки или горячей штамповки. Получаемые детали прочнее, но при этом дороже литых.

В мощных автомобилях и спорткарах используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Они в два раза легче стальных и чугунных, что позволяет снизить вес двигателя и увеличить его оборотистость.

Большое значение играет конструкционный материал, из которого изготовлены болты крепления крышки шатунной головки. Их производят из высоколегированной стали, предел текучести которой в 2-3 раза больше, чем у обычной углеродистой.

Почему шатуны выходят из строя?

Основной причиной выхода шатунов из строя является износ деталей. Верхняя головка редко подвергается ремонту, а рабочий ресурс втулки нередко оказывается равен ресурсу самого двигателя.

Нарушение формы или разрушение шатуна может произойти вследствие гидроудара, попадания внутрь двигателя абразивных веществ и посторонних предметов, соударения головки блока и поршня.

Подшипники нижней головки могут выйти из строя вследствие недостаточного смазывания. Определить такую неисправность можно по замятию вкладышей, удлинению шатунных болтов, темно-синему окрасу шатунной головки и потемнению вкладышей.

К поломке шатуна приводит недостаточный уровень масла в двигателе, засорение масляного фильтра, загрязнение цилиндра абразивами и посторонними предметами.

Ремонт шатунов

Шатуны нуждаются в ремонте, если наблюдаются:

• Деформация стержня

• Износ зазора в верхней головке цилиндра

• Износ поверхности и зазора в нижней части головки

Перед началом работ шатун тщательно осматривается, при помощи нутрометра измеряется диаметр детали, зазоры в верхней и нижней части.

Если все показатели в норме, менять шатун не потребуется. При деформации стержня отверстия головок перестают быть параллельными, что приводит к перекосу цилиндра. Об этом свидетельствуют повышенная шумность двигателя при работе на холостом ходу, следы износа на коленвале, головке шатуна, поршне и стенках цилиндра. Еще одним методом проверки шатуна на деформацию является его раскачка на специальной проверочной плите.

После проведения всех необходимых измерений приступают к ремонту.

Чтобы получить нужную геометрию зазора нижнего шатуна, необходимо убрать небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этого крышка ставится назад и фиксируется при помощи болтов.

Расточка отверстия головки по требуемому размеру производится на расточном или универсальном станке. После операции выполняется хонингование.

Если зазор под поршневой палец увеличен, бронзовая втулка под верхнюю головку меняется, и новая деталь принимает нужный размер. Очень важно, чтобы отверстия головки и втулки совместились. В этом случае масло не будет попадать на поршневой палец.

Шатунные вкладыши и юбки поршней рекомендуется дополнительно обработать антифрикционным покрытием.

Шатун не терпит суеты. Изнашивание шатуна. Проверка шатуна. Ремонт шатунов

Спросите любого механика: какие детали традиционно ремонтируют при капитальном ремонте двигателя? Ответ будет незамедлительным: блок цилиндров и коленчатый вал. Далее многие укажут головку блока цилиндров. И лишь некоторые добавят к этому «комплекту» шатуны.

А между тем шатун — деталь не менее ответственная, чем поршень, вкладыш коленчатого вала или направляющая втулка клапана. И никак не второстепенная — дефекты шатунов встречаются в ремонтной практике буквально на каждом шагу.
Почему же о них забывают? Предпочитают сразу менять на новые? Или просто не замечают дефектов? А может быть, не все знают, как проверить и отремонтировать шатуны?

Иными словами, есть над чем поразмыслить…

Некоторые заблуждения и «мифы», связанные с шатунами, довольно живучи. Начнем с основного заблуждения: большинство механиков считают, что шатуны не изнашиваются! Да и чему изнашиваться — поверхности шатуна, к примеру, ВАЗОВСКОГО двигателя сами не образуют пар трения — в нижней головке шатуна устанавливаются вкладыши, а в верхней неподвижно запрессован поршневой палец. Правда, боковые поверхности нижней головки шатуна трутся о щеки коленвала, но степень износа здесь настолько мала, что ее можно даже не принимать во внимание.

Что же получается — установил новые поршни и пальцы, заменил вкладыши в нижней головке — и собирай двигатель? Многие так и делают, собирают, как говорится, не думая. Да и о чем думать, если клиент над душой стоит, торопит?

Торопливость — она известно, где хороша, но только не в моторном деле. Когда автомобиль с недавно отремонтированным, но уже стучащим мотором вернется обратно, начинается поиск виновных. А здесь так: или сам водитель виноват — не умеет ездить, или шлифовщик — плохо сделал коленвал. И невдомек иному механику, что это его «работа». Потому что…

Точно определить, параллельны ли оси отверстий головок, можно с помощью специальных измерительных приспособлений фирмы Sunnen.

Шатун тоже изнашивается

Возьмите в руки старый шатун с изрядно походившего мотора — на первый взгляд ничего примечательного. Но только на первый взгляд.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram — https://t.me/autoexpert_consulting_com
Это удобно! Актуальные новости и профессиональные статьи.
Всё о рынке Automotive Aftermarket: авторемонт, автозапчасти, моторные масла, автохимия, оборудование для СТО, автобизнес в лицах, шины, грузовой сервис.

Вспомним: шатун — один из элементов кривошипно-шатунного механизма, в котором он связывает поступательно движущийся поршень и вращающийся коленчатый вал. Нагрузки на шатун могут достигать десятков тонн, причем являются знакопеременными, т. е. сжатие и растяжение шатуна чередуются в течение одного оборота коленвала.

Теперь представим: в таком режиме шатун работает многие годы, сотни тысяч километров. Поэтому не будет ничего удивительного в том, что в металле шатуна будут накапливаться остаточные деформации. Невооруженным глазом их не видно, но стоит воспользоваться соответствующими приборами, как картина прояснится — «потянут» шатун, деформировался.

Еще хуже, когда на какой-нибудь …надцатой тысяче автомобиль заедет в глубокую лужу. Гидроудар в цилиндре, сами знаете, дело серьезное (см. № 4/2000), но, допустим, обошлось. Только шатун все равно хоть немного, но деформировался. А потом, много позже, случилось, к примеру, еще одно происшествие: зубчатый ремень оборвался, клапаны погнулись. Головку сняли, все, что надо, заменили, но глубоко в двигатель залезать не стали — не тот, вроде бы, случай. А зря — при ударе поршня по клапанам действие получается равным противодействию. И шатун может еще немного деформироваться.

В общем, когда такой двигатель попадает в ремонт, внешний вид шатунов оказывается весьма обманчивым — за мнимым благополучием могут скрываться серьезные дефекты — следы прошлых поломок и нештатных ситуаций в эксплуатации. Выявить их не так просто. Но что вы скажете, если в двигатель при сборке попадает явно дефектный шатун?

Стандартная ситуация — застучал шатунный вкладыш. Многие механики сразу бросаются в бой: ну просто бегут со всех ног шлифовать коленчатый вал в следующий ремонтный размер. Спросите у них, где шатун, который стоял на поврежденной шейке? Больше половины ответят, что он нормальный. А некоторые, особо умелые, вообще себя не утруждают-вынимают, а затем ставят коленвал с новыми вкладышами, даже не разбирая двигателя.

Между тем шатун после перегрева, задира, расплавления или проворачивания вкладышей повреждается со стопроцентной вероятностью. Это покажут не только измерительные приборы, но и просто внешний осмотр: нижняя головка будет иметь характерный перегретый вид со следами цветов «побежалости», а ее отверстие станет некруглым, овальным.

Не лучше обстоит дело и с верхней головкой шатуна. К примеру, выпрессовали палец, нагрели шатун, установили новый поршень с пальцем. А померил ли кто-нибудь натяг пальца в отверстии головки? Многим некогда, торопятся, у других даже приборов нет проверить. Только когда потом палец вылезет и продерет цилиндр, будет поздно — повторный ремонт, скорее всего, окажется дороже и сложнее первого.

Почему палец может вылезти из отверстия, понятно — натяг слишком мал или его нет совсем. А это вполне возможно, если, например, в прошлом «ремонте» верхняя головка была сильно перегрета перед сборкой шатуна с поршнем (такое бывает при использовании ацетиленокислородной горелки).

В конструкциях с плавающим пальцем нередко оказывается изношенной бронзовая втулка верхней головки шатуна. Причем оценить степень износа на ощупь, без измерений, практически невозможно. Особенно обманчивая картина возникает в случае, если палец смазан маслом — люфт пальца не чувствуется даже при большом зазоре во втулке.

Таким образом, без соответствующей проверки нельзя определить ни дальнейшую пригодность шатуна к работе, ни объем необходимого ремонта. Поэтому главный вопрос — это…

Как проверить шатун?

Проверка шатуна обычно проводится в несколько этапов. Начинают чаще всего с проверки геометрии отверстий. Для этого шатун разбирают, моют, а затем собирают с затяжкой болтов (гаек) крепления крышки рабочим моментом. Далее нутромером проверяют диаметр отверстия нижней головки — он должен соответствовать размеру, рекомендованному заводом-изготовителем, а все отклонения формы отверстия (эллипсность) должны укладываться в допуск на размер отверстия (обычно 0,015 мм). Аналогичным образом проверяют и верхнюю головку шатуна. Здесь контролируют отклонения формы (эллипсность не более 0,01 мм), а также величину диаметра отверстия, которая должна обеспечить гарантированный минимальный натяг в прессовом соединении с пальцем (0,02-0,025 мм) или максимальный зазор во втулке (0,015-0,02 мм) «плавающего» пальца.

Все эти измерения выполнить несложно, нужно лишь время и аккуратность. Другое дело — проверить деформацию стержня шатуна.

Деформация стержня обычно выражается в том, что оси верхней и нижней головок шатуна оказываются непараллельны. Измерить эту непараллельность наиболее точно можно с помощью специального измерительного прибора или приспособления. К сожалению, пока наличие подобных приборов на СТО или в мастерских скорее исключение, чем правило. Поэтому иногда применяют более простые методы проверки, не требующие дорогостоящей оснастки.

Один из возможных альтернативных способов — проверка на поверочной плите. Шатун кладется на плиту, и покачиванием определяется, насколько он деформирован. Разновидность способа-прикладывание к боковой плоскости шатуна лекальной линейки и оценка непараллельности плоскостей верхней и нижней головок. Иногда шатуны проверяют «на скалке» — надевают с малым зазором несколько шатунов верхней головкой на стержень, а деформацию оценивают по просветам между боковыми плоскостями нижних головок шатунов. Но так или иначе, а подобные способы измерения получаются неточными и для некоторых шатунов вообще не годятся (шатуны с разной шириной верхней и нижней головок). Практика, тем не менее, показывает, что стремиться точно измерить непараллельность осей отверстий головок совсем не обязательно — достаточно и приближенных способов. Объясняется это тем, что параллельность осей нетрудно восстановить с помощью правильно выбранной технологии ремонта.

После того, как шатун проверен, можно приступать к ремонту. Сразу оговоримся — отремонтировать удается шатун с любым из описанных выше дефектов. Правда, при этом требуется оценить эффективность ремонта — с точки зрения надежности двигателя в последующей эксплуатации и экономических соображений. Последнее часто является причиной отказа от ремонта в пользу покупки новых шатунов (для некоторых отечественных двигателей ремонт иногда получается близким к замене по стоимости). Однако приобретенные новые шатуны нередко оказываются хуже по качеству (см. № 10/1999). Это значит, что альтернативы ремонту практически нет. Весь вопрос лишь в том…

Проще всего измерить геометрию отверстия нутромером (а), но иногда используют и специальные приборы

Как правильно отремонтировать шатун?

То, что шатун — деталь для ремонта серьезная, — свидетельствуют факты: все иностранные фирмы-производители станков для ремонта деталей двигателей имеют в своей программе и станки для ремонта шатунов. Поэтому без хорошего оборудования браться за такое дело бессмысленно — ошибка будет стоить дорого.

Не менее важен еще один факт: при серийном заводском ремонте двигателей западные фирмы ремонтируют шатуны в обязательном порядке. Так что шатунов, поставленных в двигатель без ремонта, как это еще делают у нас в России, вы там не увидите.

Стандартным видом ремонта шатунов можно назвать ремонт отверстия нижней головки при небольшом отклонении его размера от исходного (номинального) значения. Суть этой операции сводится к тому, что диаметр отверстия восстанавливается до номинального размера, заданного заводом — изготовителем двигателя.

Технология такого ремонта достаточно проста. Вначале крышку шатуна «занижают» (т. е. обрабатывают) по плоскости разъема на небольшую величину — около 0,05-0,1 мм. Это может быть выполнено различными способами, включая шлифование, фрезерование или (при небольшом припуске) притирку. Далее шатун собирается, болты затягиваются рабочим моментом, после чего отверстие обрабатывается в номинальный размер.

Для обработки отверстия в рамках этой технологии чаще всего используются горизонтально-хонинговальные станки — они обеспечивают высокую точность (отклонение размеров и формы отверстия в пределах 0,005-0,010 мм) и производительность.

Однако применение данной технологии возможно только при малых деформациях или износе отверстия нижней головки. Дело в том, что при хонинговании базирование шатуна на станке выполняется по поверхности самого отверстия. А это значит, что перекос осей головок, если он имел место до ремонта, сохранится и после него. Более того, возможен и дополнительный перекос, если отверстие сильно повреждено, и требуется большой припуск на его обработку.

В подобных случаях применяют растачивание отверстий. Этот процесс существенно отличается от предыдущего. Так, нередко приходится «занижать» плоскость разъема не только крышки, но и самого шатуна, иначе около разъема могут остаться необработанные участки поверхности. Кроме того, в процессе растачивания отверстия обеспечивается строгая параллельность осей отверстий головок, поскольку за базу принимается одно из отверстий.

Растачивание выполняется на специализированных расточных станках для шатунов, но с помощью специальной оснастки шатун можно расточить и на универсальном станке (к примеру, на токарном). Для получения высокой чистоты обработанной поверхности после растачивания проводится финишная обработка — хонингование.

При ремонте нижней головки следует помнить, что межцентровое расстояние между отверстиями головок всегда уменьшается, причем тем больше, чем больше припуск на обработку отверстия. Это может быть критично для дизелей, где укорочение шатуна даже на 0,1 мм заметно уменьшает степень сжатия и негативно влияет на работу данного цилиндра.

Выдержать требуемое межцентровое расстояние удается с помощью обработки отверстия верхней головки шатуна. Суть этой технологии в том, чтобы заменить в верхней головке втулку и точно расточить отверстие под палец (втулка всегда имеет припуск в пределах 0,3-0,5 мм), приняв за базу отверстие нижней головки и обеспечив заданное межцентровое расстояние. Точно так же поступают и в случае, когда втулка верхней головки изношена и требуется ее замена.

Описанные технологии ремонта обеспечивают высокую надежность работы шатунов и применимы для подавляющего большинства двигателей. Но все-таки из любых правил есть исключения. Поэтому иногда бывает полезно знать…

Для обработки плоскости разъема служит cпециализированный станок фирмы Sunnen (а), но с тем же успехом это можно сделать на универсальном оборудовании, если использовать специальную оснастку (б).

Некоторые «хитрости» в ремонте шатунов

Современные высокофорсированные двигатели характеризуются очень высокой нагруженностью деталей, в том числе шатунов. При неисправности системы смазки, когда происходит задир и расплавление вкладышей, нижняя головка шатуна испытывает значительный перегрев, при котором в материале появляются большие остаточные напряжения и деформации. В дальнейшей эксплуатации после ремонта нижняя головка может снова деформироваться, если в процессе ремонта напряжения не будут сняты, к примеру, старением (выдержка при температуре около 200°С).

Перегрев нижней головки нередко приводит и к перегреву шатунных болтов, прочность которых при этом падает. Для исключения неприятностей (обрыв болта) рекомендуется заменять болты на новые.

Для некоторых двигателей (из отечественных стоит упомянуть КамАЗ) при ремонте не требуется обработка плоскости разъема — достаточно расточить отверстие в ремонтный размер под соответствующие ремонтные вкладыши. Напротив, ряд моделей двигателей Opel, Ford, BMW имеют полученный в результате хрупкого излома так называемый «колотый» стык крышки с шатуном, что делает ремонт нижней головки невозможным традиционными методами.

Отметим, что на отдельных моделях моторов Volvo, Mazda, Alfa Romeo разъем крышки выполнен со шлицами. Подобные шатуны также ремонтопригодны, но занижение «шлицевой» поверхности перед ремонтом — весьма трудоемкая операция.

Если в верхней головке шатуна натяг недостаточен для фиксации пальца, единственный способ ремонта — использование пальца с увеличенным диаметром. Таким же способом можно восстановить зазор в отверстии и без замены втулки. В некоторых случаях данное решение оказывается единственным — например, для шатунов с «плавающим» пальцем, не имеющих втулки (некоторые двигатели GM). При этом отверстие предварительно хонингуется для восстановления его геометрии.

После ремонта за счет снятия металла нижняя головка шатуна становится легче. Если припуск при обработке был значительным и отличался для одного комплекта шатунов, то нелишней будет проверка, а возможно, и подгонка шатунов по массе. Для отечественных моторов требование подгонки массы становится обязательным, учитывая нестабильное качество изготовления. Эта работа требует аккуратности, как и все другие операции по ремонту шатунов, но только так можно быть уверенным в том, что отремонтированный шатун пройдет не меньше нового.

Специализированный расточный станок для шатунов — оборудование не из дешевых (а). Альтернативное решение — токарный станок со специальной оснасткой (б).

Хонингование — основной способ окончательной обработки отверстий шатунов, применяется как финишная операция после растачивания.

После грамотного ремонта восстановленный шатун трудно отличить от нового.

ДМИТРИЙ ДАНЬШОВ, директор фирмы «Механика»,

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Авторская статья «Шатун не терпит суеты» на сайте инженерной-технологической компании Механика

Спросите любого механика: какие детали традиционно ремонтируют при капитальном ремонте двигателя? Ответ будет незамедлительным: блок цилиндров и коленчатый вал. Далее многие укажут головку блока цилиндров. И лишь некоторые добавят к этому «комплекту» шатуны. А между тем шатун — деталь не менее ответственная, чем поршень, вкладыш коленчатого вала или направляющая втулка клапана. И никак не второстепенная — дефекты шатунов встречаются в ремонтной практике буквально на каждом шагу. Почему же о них забывают? Предпочитают сразу менять на новые? Или просто не замечают дефектов? А может быть, не все знают, как проверить и отремонтировать шатуны? Иными словами, есть над чем поразмыслить… Некоторые заблуждения и «мифы», связанные с шатунами, довольно живучи. Начнем с основного заблуждения: большинство механиков считают, что шатуны не изнашиваются! Да и чему изнашиваться — поверхности шатуна, к примеру, ВАЗовского двигателя сами не образуют пар трения — в нижней головке шатуна устанавливаются вкладыши, а в верхней неподвижно запрессован поршневой палец. Правда, боковые поверхности нижней головки шатуна трутся о щеки коленвала, но степень износа здесь настолько мала, что ее можно даже не принимать во внимание. Что же получается — установил новые поршни и пальцы, заменил вкладыши в нижней головке — и собирай двигатель? Многие так и делают, собирают, как говорится, не думая. Да и о чем думать, если клиент над душой стоит, торопит? Торопливость — она известно где хороша, но только не в моторном деле. Когда автомобиль с недавно отремонтированным, но уже стучащим, мотором вернется обратно, начинается поиск виновных. А здесь так: или сам водитель виноват — не умеет ездить, или шлифовщик — плохо сделал коленвал. И невдомек иному механику, что это его «работа». Потому что… Шатун тоже изнашивается Возьмите в руки старый шатун с изрядно походившего мотора — на первый взгляд ничего примечательного. Но только на первый взгляд. Вспомним: шатун — один из элементов кривошипно-шатунного механизма, в котором он связывает поступательно движущийся поршень и вращающийся коленчатый вал. Нагрузки на шатун могут достигать десятков тонн, причем являются знакопеременными, т.е. сжатие и растяжение шатуна чередуются в течение одного оборота коленвала. Теперь представим: в таком режиме шатун работает многие годы, сотни тысяч километров. Поэтому не будет ничего удивительного в том, что в металле шатуна будут накапливаться остаточные деформации. Невооруженным глазом их не видно, но стоит воспользоваться соответствующими приборами, как картина прояснится — «потянут» шатун, деформировался. Еще хуже, когда на какой-нибудь …надцатой тысяче автомобиль заедет в глубокую лужу. Гидроудар в цилиндре, сами знаете, дело серьезное (см. № 4/2000), но, допустим, обошлось. Только шатун все равно хоть немного, но деформировался. А потом, много позже, случилось, к примеру, еще одно происшествие: зубчатый ремень оборвался, клапаны погнулись. Головку сняли, все, что надо, заменили, но глубоко в двигатель залезать не стали — не тот, вроде бы, случай. А зря — при ударе поршня по клапанам действие получается равным противодействию. И шатун может еще немного деформироваться. В общем, когда такой двигатель попадает в ремонт, внешний вид шатунов оказывается весьма обманчивым — за мнимым благополучием могут скрываться серьезные дефекты — следы прошлых поломок и нештатных ситуаций в эксплуатации. Выявить их не так просто. Но что вы скажете, если в двигатель при сборке попадает явно дефектный шатун?
Стандартная ситуация — застучал шатунный вкладыш. Многие механики сразу бросаются в бой: ну просто бегут со всех ног шлифовать коленчатый вал в следующий ремонтный размер. Спросите у них, где шатун, который стоял на поврежденной шейке? Больше половины ответят, что он нормальный. А некоторые, особо умелые, вообще себя не утруждают — вынимают, а затем ставят коленвал с новыми вкладышами, даже не разбирая двигателя. Между тем шатун после перегрева, задира, расплавления или проворачивания вкладышей повреждается со стопроцентной вероятностью. Это покажут не только измерительные приборы, но и просто внешний осмотр: нижняя головка будет иметь характерный перегретый вид со следами цветов «побежалости», а ее отверстие станет некруглым, овальным. Не лучше обстоит дело и с верхней головкой шатуна. К примеру, выпрессовали палец, нагрели шатун, установили новый поршень с пальцем. А померил ли кто-нибудь натяг пальца в отверстии головки? Многим некогда, торопятся, у других даже приборов нет проверить. Только когда потом палец вылезет и продерет цилиндр, будет поздно — повторный ремонт, скорее всего, окажется дороже и сложнее первого.	Точно определить, параллельны ли оси отверстий головок, можно с помощью специальных измерительных приспособлений фирмы Sunnen
Почему палец может вылезти из отверстия, понятно — натяг слишком мал или его нет совсем. А это вполне возможно, если, например, в прошлом «ремонте» верхняя головка была сильно перегрета перед сборкой шатуна с поршнем (такое бывает при использовании ацетиленокислородной горелки). В конструкциях с плавающим пальцем нередко оказывается изношенной бронзовая втулка верхней головки шатуна. Причем оценить степень износа на ощупь, без измерений, практически невозможно. Особенно обманчивая картина возникает в случае, если палец смазан маслом — люфт пальца не чувствуется даже при большом зазоре во втулке. Таким образом, без соответствующей проверки нельзя определить ни дальнейшую пригодность шатуна к работе, ни объем необходимого ремонта. Поэтому главный вопрос — это…	Проще всего измерить геометрию отверстия нутромером, но иногда используют и специальные приборы
Как проверить шатун? Проверка шатуна обычно проводится в несколько этапов. Начинают чаще всего с проверки геометрии отверстий. Для этого шатун разбирают, моют, а затем собирают с затяжкой болтов (гаек) крепления крышки рабочим моментом. Далее нутромером проверяют диаметр отверстия нижней головки — он должен соответствовать размеру, рекомендованному заводом-изготовителем, а все отклонения формы отверстия (эллипсность) должны укладываться в допуск на размер отверстия (обычно 0,015 мм). Аналогичным образом проверяют и верхнюю головку шатуна. Здесь контролируют отклонения формы (эллипсность не более 0,01 мм), а также величину диаметра отверстия, которая должна обеспечить гарантированный минимальный натяг в прессовом соединении с пальцем (0,02-0,025 мм) или максимальный зазор во втулке (0,015-0,02 мм) «плавающего» пальца. Все эти измерения выполнить несложно, нужно лишь время и аккуратность. Другое дело — проверить деформацию стержня шатуна.	Для обработки плоскости разъема служит специализированный станок фирмы Sunnen, но с тем же успехом это можно сделать на универсальном оборудовании, если использовать специальную оснастку
Деформация стержня обычно выражается в том, что оси верхней и нижней головок шатуна оказываются непараллельны. Измерить эту непараллельность наиболее точно можно с помощью специального измерительного прибора или приспособления. К сожалению, пока наличие подобных приборов на СТО или в мастерских скорее исключение, чем правило. Поэтому иногда применяют более простые методы проверки, не требующие дорогостоящей оснастки.
Один из возможных альтернативных способов — проверка на поверочной плите. Шатун кладется на плиту, и покачиванием определяется, насколько он деформирован. Разновидность способа — прикладывание к боковой плоскости шатуна лекальной линейки и оценка непараллельности плоскостей верхней и нижней головок. Иногда шатуны проверяют «на скалке» — надевают с малым зазором несколько шатунов верхней головкой на стержень, а деформацию оценивают по просветам между боковыми плоскостями нижних головок шатунов. Но так или иначе, а подобные способы измерения получаются неточными и для некоторых шатунов вообще не годятся (шатуны с разной шириной верхней и нижней головок). Практика тем не менее показывает, что стремиться точно измерить непараллельность осей отверстий головок совсем не обязательно — достаточно и приближенных способов. Объясняется это тем, что параллельность осей нетрудно восстановить с помощью правильно выбранной технологии ремонта.	Специализированный расточный станок для шатунов — оборудование не из дешевых Альтернативное решение — токарный станок со специальной оснасткой
После того, как шатун проверен, можно приступать к ремонту. Сразу оговоримся — отремонтировать удается шатун с любым из описанных выше дефектов. Правда, при этом требуется оценить эффективность ремонта — с точки зрения надежности двигателя в последующей эксплуатации и экономических соображений. Последнее часто является причиной отказа от ремонта в пользу покупки новых шатунов (для некоторых отечественных двигателей ремонт иногда получается близким к замене по стоимости). Однако приобретенные новые шатуны нередко оказываются хуже по качеству (см. № 10/1999). Это значит, что альтернативы ремонту практически нет. Весь вопрос лишь в том… Как правильно отремонтировать шатун? То, что шатун — деталь для ремонта серьезная, — свидетельствуют факты: все иностранные фирмы — производители станков для ремонта деталей двигателей имеют в своей программе и станки для ремонта шатунов. Поэтому без хорошего оборудования браться за такое дело бессмысленно — ошибка будет стоить дорого. Не менее важен еще один факт: при серийном заводском ремонте двигателей западные фирмы ремонтируют шатуны в обязательном порядке. Так что шатунов, поставленных в двигатель без ремонта, как это еще делают у нас в России, вы там не увидите. Стандартным видом ремонта шатунов можно назвать ремонт отверстия нижней головки при небольшом отклонении его размера от исходного (номинального) значения. Суть этой операции сводится к тому, что диаметр отверстия восстанавливается до номинального размера, заданного заводом — изготовителем двигателя. Технология такого ремонта достаточно проста. Вначале крышку шатуна «занижают» (т.е. обрабатывают) по плоскости разъема на небольшую величину — около 0,05-0,1 мм. Это может быть выполнено различными способами, включая шлифование, фрезерование или (при небольшом припуске) притирку. Далее шатун собирается, болты затягиваются рабочим моментом, после чего отверстие обрабатывается в номинальный размер. Для обработки отверстия в рамках этой технологии чаще всего используются горизонтально-хонинговальные станки — они обеспечивают высокую точность (отклонение размеров и формы отверстия в пределах 0,005-0,010 мм) и производительность. Однако применение данной технологии возможно только при малых деформациях или износе отверстия нижней головки. Дело в том, что при хонинговании базирование шатуна на станке выполняется по поверхности самого отверстия. А это значит, что перекос осей головок, если он имел место до ремонта, сохранится и после него. Более того, возможен и дополнительный перекос, если отверстие сильно повреждено, и требуется большой припуск на его обработку. В подобных случаях применяют растачивание отверстий. Этот процесс существенно отличается от предыдущего. Так, нередко приходится «занижать» плоскость разъема не только крышки, но и самого шатуна, иначе около разъема могут остаться необработанные участки поверхности. Кроме того, в процессе растачивания отверстия обеспечивается строгая параллельность осей отверстий головок, поскольку за базу принимается одно из отверстий.	После грамотного ремонта восстановленный шатун трудно отличить от нового
Растачивание выполняется на специализированных расточных станках для шатунов, но с помощью специальной оснастки шатун можно расточить и на универсальном станке (к примеру, на токарном). Для получения высокой чистоты обработанной поверхности после растачивания проводится финишная обработка — хонингование. При ремонте нижней головки следует помнить, что межцентровое расстояние между отверстиями головок всегда уменьшается, причем тем больше, чем больше припуск на обработку отверстия. Это может быть критично для дизелей, где укорочение шатуна даже на 0,1 мм заметно уменьшает степень сжатия и негативно влияет на работу данного цилиндра. Выдержать требуемое межцентровое расстояние удается с помощью обработки отверстия верхней головки шатуна. Суть этой технологии в том, чтобы заменить в верхней головке втулку и точно расточить отверстие под палец (втулка всегда имеет припуск в пределах 0,3-0,5 мм), приняв за базу отверстие нижней головки и обеспечив заданное межцентровое расстояние. Точно так же поступают и в случае, когда втулка верхней головки изношена и требуется ее замена. Описанные технологии ремонта обеспечивают высокую надежность работы шатунов и применимы для подавляющего большинства двигателей. Но все-таки из любых правил есть исключения. Поэтому иногда бывает полезно знать… Некоторые «хитрости» в ремонте шатунов Современные высокофорсированные двигатели характеризуются очень высокой нагруженностью деталей, в том числе шатунов. При неисправности системы смазки, когда происходит задир и расплавление вкладышей, нижняя головка шатуна испытывает значительный перегрев, при котором в материале появляются большие остаточные напряжения и деформации. В дальнейшей эксплуатации после ремонта нижняя головка может снова деформироваться, если в процессе ремонта напряжения не будут сняты, к примеру, старением (выдержка при температуре около 200°С).	Хонингование — основной способ обработки отверстий шатунов, применяется и как финишная операция после растачивания
Перегрев нижней головки нередко приводит и к перегреву шатунных болтов, прочность которых при этом падает. Для исключения неприятностей (обрыв болта) рекомендуется заменять болты на новые. Для некоторых двигателей (из отечественных стоит упомянуть КамАЗ) при ремонте не требуется обработка плоскости разъема — достаточно расточить отверстие в ремонтный размер под соответствующие ремонтные вкладыши. Напротив, ряд моделей двигателей Opel, Ford, BMW имеют полученный в результате хрупкого излома так называемый «колотый» стык крышки с шатуном, что делает ремонт нижней головки невозможным традиционными методами. Отметим, что на отдельных моделях моторов Volvo, Mazda, Alfa Romeo стык крышки с шатуном выполнен со шлицами. Подобные шатуны также ремонтопригодны, но занижение «шлицевой» поверхности перед ремонтом — весьма трудоемкая операция. Если в верхней головке шатуна натяг недостаточен для фиксации пальца, единственный способ ремонта—использование пальца с увеличенным диаметром. Таким же способом можно восстановить зазор в отверстии и без замены втулки. В некоторых случаях данное решение оказывается единственным — например, для шатунов с «плавающим» пальцем, не имеющих втулки (некоторые двигатели GM). При этом отверстие предварительно хонингуется для восстановления его геометрии. После ремонта, за счет снятия металла, нижняя головка шатуна становится легче. Если припуск при обработке был значительным и отличался для одного комплекта шатунов, то нелишней будет проверка, а возможно, и подгонка шатунов по массе. Для отечественных моторов требование подгонки массы становится обязательным, учитывая нестабильное качество изготовления. Эта работа требует аккуратности, как и все другие операции по ремонту шатунов, но только так можно быть уверенным в том, что отремонтированный шатун пройдет не меньше нового. Справка «АБС-авто» Качественно отремонтировать шатуны, а также блоки цилиндров, головки и коленчатые валы можно, обратившись на фирмы «Механика», тел.: (095) 366-9065, 406-0015, 389-1988, и «Технолуч», тел.: (095) 235-0095. Кроме того, на фирме «Механика» можно приобрести специализированное оборудование для ремонта деталей двигателей. (Журнал «АБС», ноябрь 2000) ДМИТРИЙ ДАНЬШОВ, директор фирмы «Механика», АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Шатун: надежное плечо кривошипно-шатунного механизма

Шатун: надежное плечо кривошипно-шатунного механизма

В работе кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей одну из ключевых ролей играют детали, соединяющие поршни и коленчатый вал — шатуны. О том, что такое шатун, каких типов бывают эти детали и как они устроены, а также о правильном выборе, ремонте и замене шатунов — читайте в данной статье.

Что такое шатун и какое место он занимает в двигателе?

Шатун — компонент кривошипно-шатунного механизма поршневых ДВС всех типов; разъемная деталь, предназначенная для соединения поршня с соответствующей шейкой коленчатого вала.

Эта деталь выполняет несколько функций в двигателе:

• Механическое соединение поршня и коленвала;
• Передача от поршня на коленчатый вал моментов, возникающих во время рабочего хода;
• Преобразование возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленвала;
• Подача смазочного материала на поршневой палец, стенки поршня (для дополнительного охлаждения) и цилиндра, а также на детали ГРМ в силовых агрегатах с нижним расположением распределительного вала.

В моторах число шатунов равно числу поршней, каждый шатун верхней частью соединен с поршнем (через бронзовую втулку и палец), а нижней — с соответствующей шейкой коленвала (через подшипники скольжения). В результате образуется шарнирная конструкция, обеспечивающая свободное движение поршня в вертикальной плоскости.

Шатуны играют важную роль в работе силового агрегата, и их поломка зачастую полностью выводит мотор из строя. Но для верного выбора и замены этой детали необходимо разобраться в ее конструкции и особенностях.

Типы и конструкция шатунов

Конструкция шатуна

Сегодня существует два основных конструктивных типа шатунов:

• Стандартные — обычные шатуны, используемые во всех типах поршневых двигателей;
• Спаренные (сочлененные) — узел, состоящий из обычного шатуна и шарнирно соединенного с ним шатуна без кривошипной головки, такие узлы находят применение в V-образных моторах.

Конструкция шатунов ДВС устоялась и практически доведена до совершенства (насколько это возможно при современном развитии техники), поэтому, несмотря на огромное разнообразие двигателей, все эти детали устроены принципиально одинаково.

Шатун — разборная (составная) деталь, в которой выделяются три части:

• Стержень;
• Поршневая (верхняя) головка;
• Кривошипная (нижняя) головка со съемной (отъемной) крышкой.

Стержень, верхняя головка и половина нижней головки являются одной деталью, все эти части формируются сразу при изготовлении шатуна. Крышка нижней головки является отдельной деталью, которая тем или иным способом соединяется с шатуном. Каждая из частей шатуна имеет свои конструктивные особенности и функционал.

Стержень. Это основа шатуна, соединяющая головки и обеспечивающая передачу усилия от поршневой головки на кривошипную. От длины стержня зависит высота поршней и их ход, а также и общая высота двигателя. Стержням для достижения необходимой жесткости придаются различные профили:

• Двутавровый с расположением полок перпендикулярно или параллельно осям головок;
• Крестообразный.

Наиболее часто стержню придается двутавровый профиль с продольным расположением полок (справа и слева, если смотреть на шатун вдоль осей головок), остальные профили используются реже.

Внутри стержня высверлен канал для подачи масла от нижней головки на верхнюю, в некоторых шатунах выполняются боковые отводы от центрального канала для разбрызгивания масла на стенки цилиндра и другие детали. На двутавровых стержнях вместо высверленного канала может использоваться металлическая маслоподводящая трубка, соединенная со стержнем металлическими скобами.

Обычно на стержень наносится маркировка и метки для верного монтажа детали.

Поршневая головка. В головке выточено отверстие, в которое запрессована бронзовая втулка, играющая роль подшипника скольжения. Во втулку с небольшим зазором устанавливается поршневой палец. Для смазки поверхностей трения пальца и втулки в последней выполнено отверстие, обеспечивающее поступление масла из канала внутри стержня шатуна.

Кривошипная головка. Эта головка — разъемная, ее нижняя часть изготовлена в виде съемной крышки, монтируемой на шатун. Разъем может быть:

• Прямой — плоскость разъема находится под прямым углом к стержню;
• Косой — плоскость разъема выполнена под некоторым углом.

Шатун с прямым разъемом крышки	Шатун с косым разъемом крышки

Конструкция шатунов различных типов

Наиболее широко распространены детали с прямым разъемом, шатуны с косым разъемом чаще используются на V-образных силовых агрегатах и на дизелях, они более удобны для монтажа и снижают размеры силового агрегата. Крышка может крепиться к шатуну с помощью болтов и шпилек, реже используется штифтовое и иные соединения. Болтов может быть два или четыре (по два на каждую сторону), их гайки фиксируются специальными стопорными шайбами или шплинтами. Болты для обеспечения максимальной надежности соединения могут иметь сложный профиль и дополняться вспомогательными деталями (центрирующими втулками) поэтому крепеж шатунов различных типов не взаимозаменяем.

Крышка может изготавливаться заодно с шатуном или отдельно. В первом случае после формирования шатуна нижняя головка раскалывается на две части для изготовления крышки. Для обеспечения надежного соединения и обеспечения устойчивости соединения при возникновении поперечных моментов поверхности стыкования шатуна и крышки выполняются профилированными (зубчатыми, с прямоугольным замком и т.д.). Независимо от технологии изготовления шатуна, отверстие в нижней головке растачивается в сборе с крышкой, поэтому данные детали должны использоваться только в паре, они не взаимозаменяемы. Для предотвращения распаривания шатуна и крышки на них выполняются маркеры в виде меток различной формы или цифр.

Внутрь кривошипной головки устанавливается коренной подшипник (вкладыш), выполненный в виде двух полуколец. Для фиксации вкладышей внутри головки имеются две или четыре выточки (пазы), в которые входят соответствующие усы на вкладышах. На внешней поверхности головки может быть предусмотрен выход масляного канала для разбрызгивания масла на стенки цилиндра и другие детали.

У сочлененных шатунов над головкой выполняется выступ с расточенным отверстием, в который вставляется палец нижней головки прицепного шатуна. Сам прицепной шатун имеет аналогичное обычному шатуну устройство, однако его нижняя головка имеет малый диаметр и неразборная.

Шатуны изготавливаются штамповкой или ковкой, однако крышка нижней головки может быть литой. Для изготовления этих деталей используются различные марки углеродистых и легированных сталей, которые могут нормально работать под высокими механическими и тепловыми нагрузками.

Вопросы обслуживания, ремонта и замены шатунов

Шатуны во время работы двигателя подвергаются незначительному износу (так как основные нагрузки воспринимают вкладыши в нижней головке и втулка в верхней), а деформации и поломки в них возникают либо при серьезных неисправностях двигателя или в результате его длительной интенсивной эксплуатации. Однако при выполнении некоторых ремонтных работ приходится демонтировать и разбирать шатуны, а капитальный ремонт силового агрегата зачастую сопровождается заменой шатунов и сопряженных с ними деталей.

Разборка, демонтаж и последующий монтаж шатунов требует соблюдения некоторых правил:

• Крышки нижних головок должны устанавливаться только на «родные» шатуны, поломка крышки требует полной замены шатуна;
• При монтаже шатунов необходимо соблюдать их порядок установки — каждый шатун должен занимать свое место и иметь правильную пространственную ориентацию;
• Затяжка гаек или болтов должна выполняться с определенным усилием (с применением динамометрического ключа).

Особое внимание необходимо уделять ориентации шатуна в пространстве. На стержне обычно имеется метка, которая при монтаже на рядный мотор должна быть обращена к его передней части и совпадать с направлением стрелки на поршне. В V-образных моторах в одном ряду метка и стрелка должны смотреть в одну сторону (обычно это левый ряд), а на втором ряду — в разные. Таким расположением обеспечивается балансировка КШМ и мотора в целом.

При поломке крышки, в случае возникновения кручений, прогибов и других деформаций, а также при разрушении шатуны полностью заменяются. Новый шатун должны быть того же типа и каталожного номера, что и установленный на моторе ранее, однако эту деталь еще необходимо подбирать по весу для сохранения балансировки двигателя. В идеальном случае все шатунно-поршневые группы двигателя должны иметь одинаковый вес, однако в реальности все шатуны, поршни, пальцы и вкладыши имеют неодинаковые массы (особенно, если используются детали ремонтных размеров), поэтому детали приходится взвешивать и комплектовать по весу. Вес шатунов определяется с учетом веса каждой из его головок.

Разборку, замену и сборку шатунов и шатунно-поршневых групп необходимо выполнять в строгом соответствии с инструкцией по ремонту и ТО транспортного средства. В дальнейшем шатуны не нуждаются в специальном обслуживании. При правильном подборе и монтаже шатунов двигатель будет обеспечивать необходимые рабочие характеристики в любых условиях эксплуатации.

Другие статьи

#Палец штанги реактивной

Палец штанги реактивной: прочная основа шарниров штанг

23.06.2021 | Статьи о запасных частях

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

#Клапан МАЗ включения привода сцепления

Клапан МАЗ включения привода сцепления

16.06.2021 | Статьи о запасных частях

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

Шатуны — обзор

10.6.3 Характеристики трения подшипников поршневого узла

Шатунные малые и большие подшипники представляют собой подшипники в поршневом узле. Они работают в суровых условиях при высоких динамических нагрузках и относительно низких скоростях шейки (например, Zhang et al. , 2004). Их моменты трения важны для точности расчета динамики поршневого узла. Сила трения поршневого пальца напрямую влияет на наклон юбки поршня.Их моменты трения необходимо включить в баланс моментов уравнений динамики поршневого узла. Их моменты трения в подшипниках могут быть рассчитаны либо с помощью упрощенного подхода с использованием эквивалентного граничного коэффициента трения, умноженного на действующую нагрузку и радиус подшипника, либо с помощью более сложного подхода, включающего уравнения трения гидродинамической смазки, представленные в предыдущем разделе.

Сухара и др. (1997) измерил трение в подшипнике втулки поршневого пальца полуплавающего поршневого пальца с запрессовкой в ​​автомобильном бензиновом двигателе.Они обнаружили, что сила трения подшипника поршневого пальца увеличивается с давлением в цилиндре во второй половине такта сжатия, такте расширения и первой половине такта выпуска. Они заметили резкий скачок силы трения при полной нагрузке сразу после ВМТ срабатывания, когда давление в цилиндре было самым высоким. Еще один гораздо меньший выброс произошел при угле поворота коленвала 90 ° после ВМТ срабатывания, когда шатун изменил направление. Пики силы трения указывали на характеристики граничной смазки поршневого пальца в этих областях.Сухара и др. (1997) обнаружил, что трение поршневого пальца находилось в диапазоне от 6,5% (при половинной нагрузке) до 16% (при полной нагрузке) среднего эффективного давления трения (FMEP) юбки поршня и колец, и им нельзя было пренебречь. Их результаты очень похожи на результаты аналитического моделирования, когда при моделировании предполагается граничное трение для поршневого пальца (Xin, 1999). Поршневой палец и узкий конец шатуна лишь слегка качаются вперед и назад. Силу трения поршневого пальца можно рассчитать, умножив нагрузку на палец на эквивалентный коэффициент трения.

Очень интересная диаграмма Стрибека была опубликована Suhara et al. (1997 г.) для подшипника поршневого пальца. Они заметили, что коэффициент трения уменьшается по мере уменьшения рабочего параметра во второй половине такта сжатия, что указывает на операцию гидродинамической смазки. Коэффициент трения резко увеличивается по мере дальнейшего уменьшения рабочего параметра в течение первой половины хода расширения, указывая на то, что подшипник поршневого пальца работает в режиме смешанной смазки.Сухара и др. (1997) полагал, что повышающийся высокий коэффициент трения с рабочим параметром во второй половине такта расширения был вызван очень тонкой масляной пленкой, которая не утолщалась при увеличении рабочего параметра. Это свидетельствовало о недостаточных поставках смазочного масла в этом регионе. Они указали, что улучшение конструкции для уменьшения трения должно быть подчеркнуто как для режима граничной смазки в первой половине такта расширения, так и для режима масляного голодания во второй половине такта расширения.

Небольшое уменьшение шероховатости поверхности может значительно снизить трение поршневого пальца, как указано Suhara et al. (1997) в своем обширном экспериментальном исследовании различных эффектов конструкции на трение поршневого пальца. Улучшение материала подшипника втулки пальца также имеет большое влияние на снижение трения. Уменьшение зазора в подшипнике выступа поршневого пальца, например, для снижения шума, может привести к увеличению трения в режиме граничной смазки из-за более серьезных неровностей контактов, особенно при полной нагрузке и высоком давлении в цилиндре.Чрезмерное уменьшение длины поршневого пальца и толщины стенки по причине уменьшения веса может привести к значительному увеличению нагрузки на агрегат и деформации подшипника выступа пальца. Это может привести к увеличению граничного трения и износа, если не будут приняты другие конструктивные меры для противовеса (например, использование лучшего материала подшипника, уменьшение шероховатости поверхности, улучшение подачи масла).

Шатун: определение, функции, типы, детали, проблема

Шатун , также называемый шатун , является одной из основных частей двигателя внутреннего сгорания.Хотя он также используется в паровом двигателе, но очень важен для транспортных средств.

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, что способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Деталь функционирует как плечо рычага, и она должна передавать сжимающие и растягивающие усилия от поршня и вращаться с обоих концов.

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, материал, детали, работу и схему шатунов.

Определение шатуна

Шатун или шатун преобразует линейное движение вверх и вниз или возвратно-поступательное движение поршня в круговое движение коленчатого вала. Во время процесса он испытывает растяжение, компрессионный изгиб и коробление.

Прочтите Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

Материалы шатуна

Шатуны обычно изготавливаются из литого алюминиевого сплава, который помогает выдерживать нагрузки, возникающие во время процесса.

При массовом производстве шатун обычно изготавливается из стали. Для высокопроизводительных применений используются заготовки, которые изготавливаются из цельной заготовки, а не отливаются или кованы.

Однако чугун можно использовать для более дешевых и низкопроизводительных применений, таких как мотороллеры.

Конструкция Номенклатура

• A = площадь поперечного сечения шатуна.
• L = длина шатуна.
• C = предел текучести при сжатии.
• Wcr = нагрузка от повреждения или продольного изгиба.
• Ixx = момент инерции секции относительно оси x
• Iyy = момент инерции секции относительно оси y соответственно.
• Kxx = радиус вращения секции относительно оси x
• Kyy = радиус вращения секции относительно оси y соответственно.
• D = Диаметр поршня r = Радиус кривошипа

Детали шатуна

Шатун в двигателе внутреннего сгорания состоит из большого конца , стержня и малого конца .

Поршни соединяются с малым концом шатуна с помощью поршневого пальца или пальца, который может поворачиваться в поршне. Этот штифт обеспечивает точку поворота между поршнем и шатуном. Поршневой палец удерживается на месте пружинным зажимом или фиксатором поршневого пальца.

Шатунная часть шатуна крепится к шатунной шейке с помощью подшипника скольжения, что снижает трение. Но в некоторых двигателях меньшего размера используются подшипники, чтобы избежать необходимости смазки насоса.

Обычно в подшипнике на большом конце шатуна просверливается точечное отверстие.Это позволяет смазочному маслу закачиваться в упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец.

Наконец, на частях шатуна шатун может вращаться с обоих концов, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун совершает возвратно-поступательное движение вокруг коленчатого вала.

Читайте: понимание бензинового двигателя

Функции Conrod

• Основная функция шатуна — создавать связь между поршнем и коленчатым валом для передачи мощности.
• Шатун помогает подавать смазочное масло к стенкам цилиндра и поршневому пальцу или поршневому пальцу.

Типы шатуна Типы шатунов

зависят от материала, из которого они сделаны. Ниже представлены различные типы доступных шатунов:

Шатуны для заготовок: Заготовки шатунов

изготавливаются из цельного куска стали или алюминия. Он легче, прочнее и долговечнее, чем другие виды шатунов.Шатуны из заготовок обычно используются для ходовых автомобилей высокого класса.

Изделие иногда предназначено для уменьшения концентраторов напряжений и облегчения проникновения в естественную зернистость материала заготовки.

Литой стержень:

Литой стержень более предпочтителен производителями, так как он способен выдерживать нагрузку стандартного двигателя. Стоимость производства ниже, но не может использоваться в приложениях с высокой мощностью от 450 до 6000 об / мин.

Литые шатуны имеют заметный шов посередине, что отличает их от кованых.

Кованый стержень: Кованые стержни

изготавливаются путем придания зерну выбранного материала формы стержня. Материалом может быть стальной сплав или алюминий в зависимости от требуемых свойств.

Ну, производители поковок используют разные виды стальных сплавов, хрома и никелевых сплавов. Конечный продукт не должен быть ломким. Сплав никеля или хрома увеличивает прочность шатуна.

Металлический порошок: Шатун

из порошкового металла также является подходящим выбором для производителей.Он производится из металлической порошковой смеси, которую прессуют в форму и нагревают при высоких температурах. Он плавит смесь в твердую форму.

Может потребоваться легкая механическая обработка, но продукт выходит из формы в основном в виде готового продукта. Шатуны из порошкового металла дешевле в производстве, чем стальные, и прочнее, чем литые.

Прочтите: Классификации двигателей внутреннего сгорания

Проблемы шатуна

Шатун может испытывать проблемы во время работы.Это потому, что он испытывает различные напряжения в камере сгорания. Некоторые из этих проблем можно исправить, а некоторые потребовали полной замены шатуна. Во время работы шток растягивается и сжимается, что может привести к его поломке. Сломанный шток может полностью повредить двигатель. Ниже приведена неисправность, возникающая на шатуне:

Усталость:

Это основная причина поломки шатуна. Часто встречается в старых двигателях.Сжатие и растяжение стержня во время процесса происходит тысячи раз в минуту. Это в конечном итоге приводит к износу детали, пока она не сломается. Отсутствие масла и наличие грязи в двигателе могут ускорить решение этой проблемы.

Новые двигатели также могут испытывать усталость в соединении, если двигатель ремонтируется. Что ж, такое бывает, когда используются дешевые запчасти или неправильные.

Гидрозамок:

Гидрозамок возникает, когда вода проникает в камеру поршня и приводит к деформации шатуна.Обычно это происходит, когда автомобиль проезжает затопленную улицу.

Небольшое количество воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание, которые легко устранить. Однако, если в цилиндре много воды, все пространство для времени искры занято, что может привести к изгибу или разрыву штока цилиндра.

Превышение оборотов:

Превышение оборотов — это неисправность, которая возникает в новых высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это означает, что состояние шатуна находится под угрозой.Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах.

Отказ контакта:

Поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем, изнашивается и выходит из строя. В некоторых двигателях это приводит к катастрофическому отказу двигателя. Это когда шатун идет к блоку двигателя или когда коленчатый вал погнут.

Читайте: Типы автомобильных двигателей

В некоторых двигателях вызывает потерю мощности. В таком случае двигатель остановился сразу после поломки пальца.Есть вероятность, что двигатель спасут, иначе может произойти полная поломка.

Вот и все по артикулу «шатун». Надеюсь, вам понравилось чтение, если вы так любезно комментируете, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!

Что такое шатун двигателя и зачем он вам нужен?

При покупке автомобиля, нового или подержанного, что самое важное, на что вам нужно обратить внимание? Если вы составите список самых важных или наименее важных вещей, вы, вероятно, получите:

• Двигатель
• Коробка передач
• Подвеска
• Кузов

Короче говоря, двигатель можно охарактеризовать как сердце автомобиля, и вам нужно будет продолжать работать должным образом.

Что такое шатун двигателя?

Ни один двигатель не может работать без двигателя, а двигатель не может работать без основы. Шатун двигателя составляет основу двигателя и является одной из самых важных частей, обеспечивающих его работу. Он используется для соединения пистолета с кривошипом или коленчатым валом в двигателе.

Зачем нужен хороший шатун двигателя?

Чтобы узнать, как они могут вам помочь, сначала разберитесь, как они работают.

Поршень создает толчок или тягу, которые передаются на коленчатый вал. Затем его работа заключается в преобразовании энергии, также называемой возвратно-поступательным движением, во вращательную силу. Следовательно, это приведет к вращению двигателя из-за этих важных вещей. Без них двигатель не может нормально работать.

Они обладают основными функциями, которые позволяют двигателю работать эффективно. Некоторые из этих функций включают:

1. Вращение коленчатого вала.

Функция коленчатого вала заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращающую силу, необходимую автомобилю. Этому способствует поршень, который толкает и передает эту преобразовательную силу на коленчатый вал. Поршень перемещается тысячу раз за минуту. Таким образом, он должен работать как можно более плавно. Всего этого не может быть без шатуна.

2. Выдерживает давление поршня.

Во-первых, это легкий выбор для вас, который понравится вашей кошке.Двигатель вашего автомобиля испытывает сильное давление из-за нагрузки поршня. Процесс вращения также вызывает нагрев двигателя, что, в свою очередь, вызывает повышение температуры. Процесс сгорания создает большую нагрузку на шатуны. Но они созданы, чтобы выдерживать все это давление и температуру.

3. Движение жидкости

Движение между коленчатым валом и поршнем заставляет соединительный шток обеспечивать движение жидкости. Без них не было бы механического движения между поршнем и коленчатым валом.

4. Помощь в строительстве высокопроизводительного автомобиля

Как было сказано ранее, двигатель не может работать без шатуна. Самая важная особенность, которую следует учитывать больше всего, — это однородность формы. Есть четыре различных типа соединительных стержней. В их числе:

1) Морской тип

2) Фиксированное проектирование

3) Суставной

4) Лезвие

Выбор правильного стержня имеет решающее значение. Несмотря на то, что нет необходимости регулярно их заменять, рекомендуется регулярно проверять их на наличие повреждений или деформаций.Условия эксплуатации не всегда благоприятны, поэтому качество материала должно быть на высшем уровне.

Материал должен быть высокого качества, лучше всего из стали 4340. Алюминий — тоже хороший вариант, но, как инженер или владелец автомобиля, следует опасаться подделок. Однако определить подделку на глаз непросто, одно из их качеств — легко ломается. Вот и все.

Назначение шатуна

Шатуны используются во многих ситуациях, чаще всего в двигателях автомобилей.Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и необходимы для правильной работы двигателя внутреннего сгорания. Назначение соединительного стержня — обеспечить движение жидкости между поршнями и коленчатым валом.

Применения

Шатуны широко используются в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания. Во всех легковых и грузовых автомобилях, использующих этот тип двигателя, используются шатуны. В сельскохозяйственном оборудовании, таком как тракторы и комбайны, также используются шатуны.Даже в строительной технике, такой как бульдозеры, используются двигатели внутреннего сгорания, поэтому требуются шатуны.

Факты

Все шатуны для автомобильного использования должны быть легкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать и передавать усилие от поршней на коленчатый вал двигателя. Отверстия на обоих концах шатуна обработаны так, чтобы они идеально соединялись с поршнями и коленчатым валом. Шатуны доступны в различных размерах и из различных материалов, идеально подходящих для определенных ситуаций.

Поставщики

В настоящее время существует несколько производителей различных типов шатунов. Windsor — компания, специализирующаяся на производстве и продаже всех типов шатунов. Omkar Motors — еще одна компания, которая производит детали двигателей, включая шатуны. В основном они занимаются запасными частями для новых моделей автомобилей, в том числе производимых Chevrolet, Hyundai, Ford, Toyota и Mitsubishi. Соединительные стержни из стеклопластика производят шатуны, которые используются во многих гоночных двигателях по всему миру.

Материалы

Есть несколько материалов, которые обычно используются при создании шатунов. Шатуны обычно выковывают из легированной стали. Стержни, изготовленные по этому методу, способны выдерживать очень большие нагрузки без скручивания, щелчков и изгибов. Алюминий и титан — это материалы, которые также используются при производстве шатунов для высокопроизводительных транспортных средств.

Предупреждения

Поскольку двигатель внутреннего сгорания зависит от надлежащего функционирования его шатунов, крайне важно, чтобы шатун был изготовлен надлежащим образом из качественного материала.На всех шатунах должны быть указаны крутящие моменты. Шатун с ненадлежащими характеристиками крутящего момента может выйти из строя и вызвать серьезное повреждение двигателя внутреннего сгорания.

Шатуны — поршневой двигатель

Шатун — это звено, передающее силы между поршнем и коленчатым валом. [Рис. 1] Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться жесткими под нагрузкой, и в то же время быть достаточно легкими, чтобы уменьшить силы инерции, возникающие, когда шток и поршень останавливаются, меняют направление и снова запускаются в конце каждого хода.

Рисунок 2. Узел шатуна

Главная и шарнирно-сочлененная штанга в сборе

Узел ведущего и шарнирно-сочлененного стержня обычно используется в радиальных двигателях. В радиальном двигателе поршень одного цилиндра в каждом ряду соединен с коленчатым валом с помощью ведущего штока. Все остальные поршни в ряду соединены с ведущим штоком шарнирно-сочлененными шатунами. В 18-цилиндровом двигателе, имеющем два ряда цилиндров, есть две ведущие тяги и 16 шарнирных тяг.Шарнирно-сочлененные стержни изготовлены из кованого стального сплава в форме I или H, обозначающей форму поперечного сечения. Бронзовые втулки запрессовываются в отверстия на каждом конце шарнирного штока для обеспечения подшипников шарнирного пальца и поршневого пальца.

Главный стержень служит связующим звеном между поршневым пальцем и шатунной шейкой. Конец шатунной шейки или шатуна содержит подшипник шатунной шейки или ведущего штока. Фланцы вокруг шатуна предназначены для крепления шарнирных штанг.Шарнирные штанги прикреплены к ведущей штанге с помощью поворотных пальцев, которые во время сборки вдавливаются в отверстия во фланцах ведущей штанги. Подшипник скольжения, обычно называемый втулкой поршневого пальца, установлен на поршневом конце ведущего штока, чтобы принять поршневой палец.

Когда используется коленчатый вал с разъемным шлицем или разъемным зажимом, используется цельный ведущий стержень. Ведущий и шарнирный стержни собираются и затем устанавливаются на шатунную шейку; Затем секции коленчатого вала соединяются вместе.В двигателях, в которых используется цельный коленчатый вал, большой конец ведущей штанги разделен, как и подшипник ведущей штанги. Основная часть ведущей тяги установлена ​​на шатунной шейке; Затем крышка подшипника устанавливается на место и прикручивается к ведущей штанге. Центры шатунов не совпадают с центром шатунной шейки. Таким образом, в то время как центр шатунной шейки описывает истинную окружность для каждого оборота коленчатого вала, центры шарнирных пальцев описывают эллиптическую траекторию. [Рис. 3] Эллиптические траектории симметричны относительно центральной линии, проходящей через цилиндр главной тяги.Видно, что основные диаметры эллипсов не совпадают. Таким образом, тяги имеют разные степени угловатости относительно центра хода кривошипа.

Рис. 3. Эллиптическая траектория перемещения поворотных пальцев в шарнирно-сочлененной штанге в сборе

Из-за разной угловатости соединительных тяг и эллиптического движения шарнирных пальцев не все поршни перемещаются на одинаковую величину в каждом цилиндре для заданного количества градусов хода кривошипа.Это изменение положения поршня между цилиндрами может существенно повлиять на работу двигателя. Чтобы свести к минимуму влияние этих факторов на клапаны и момент зажигания, отверстия под шарнирные штифты во фланце ведущей штанги расположены не на одинаковом расстоянии от центра шатунной шейки, тем самым компенсируя до некоторой степени эффект угловатости стержня тяги.

Другой метод минимизации неблагоприятного воздействия на работу двигателя — использование компенсированного магнето. В этом магнето кулачок прерывателя имеет количество выступов, равное количеству цилиндров двигателя.Чтобы компенсировать изменение положения поршня из-за углового положения стержня тяги, выступы кулачка выключателя отшлифованы с неравномерным расстоянием между ними. Это позволяет контактам прерывателя размыкаться, когда поршень находится в правильном положении срабатывания зажигания.

Поворотный палец

Поворотные штифты имеют прочную конструкцию, за исключением отверстий для масла, просверленных в штифтах, которые смазывают втулки поворотных пальцев. Эти штифты могут быть установлены путем вдавливания в отверстия во фланцах ведущего стержня, чтобы предотвратить их проворачивание в ведущем стержне.Шарнирные пальцы также могут быть установлены со свободной посадкой, чтобы они могли проворачиваться в отверстиях фланца ведущей тяги, а также во втулках шарнирной тяги. Они называются полностью плавающими шарнирными пальцами. При любом типе установки стопорная пластина с каждой стороны удерживает штифт поворотного кулака и предотвращает боковое смещение.

Шатуны плоского типа

Шатуны плоского типа используются в рядных и оппозитных двигателях. Конец штока, прикрепленный к шатунной шейке, снабжен крышкой и двухсекционным подшипником.Крышка подшипника удерживается на конце штока болтами или шпильками. Для обеспечения надлежащей посадки и баланса шатуны всегда следует заменять в том же цилиндре и в том же относительном положении.

Вилка и стержень отвала в сборе

Узел стержня вилки и лезвия используется в основном в двигателях V-образного типа. Вилочный стержень разделен на конце шатунной шейки, чтобы обеспечить место для стержня лопасти между зубцами. На конце шатуна коленчатого вала используется одинарный подшипник, состоящий из двух частей. В современных двигателях этот тип шатуна используется нечасто.
СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ Типы двигателей Поршневые двигатели

Коленчатые валы
Поршни
Цилиндры
Порядок работы

Шатун | History Wiki

Файл: Поршень и шатун.jpg Поршень

(вверху) и шатун от типичного автомобильного двигателя (масштаб в сантиметрах)

В поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением шатун или шатун соединяет поршень с кривошип или коленчатый вал.

Свидетельства наличия шатуна появляются на лесопилке в Иераполе (Малая Азия) в конце III века.Он также появляется на двух лесопильных заводах VI века, раскопанных в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания. ^[1]

В Китае кривошипно-шатунный механизм появился в 5-м веке, а в 6-м веке — кривошипно-шатунный механизм с поршневым штоком. ^[2]

Где-то между 1174 и 1206 годами арабский изобретатель и инженер Аль-Джазари изобрел машину, которая впервые включала шатун с коленчатым валом, чтобы перекачивать воду как часть водоподъемной машины. ^{[3] [4]}

Двигатели внутреннего сгорания [править | править источник]

Файл: Четырехтактный двигатель diagram.jpg

Компоненты типичного четырехтактного поршневого двигателя DOHC. (E) Выпускной распредвал, (I) Впускной распределительный вал, (S) Свеча зажигания, (V) Клапаны, (P) Поршень, (R) Шатун, (C) Коленчатый вал, (W) Водяная рубашка для потока охлаждающей жидкости.

Файл: Неисправный поршень и шатун.jpg

Отказ шатуна — одна из наиболее частых причин катастрофического отказа двигателя.

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания шатуны обычно изготавливаются из стали для серийных двигателей, но могут быть из алюминия (для легкости и способности поглощать сильные удары за счет долговечности) или титана (для комбинации прочности и легкости за счет доступности) для двигателей с высокими рабочими характеристиками или из чугуна для таких применений, как мотороллеры. Они не закреплены жестко на обоих концах, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться по мере того, как шток перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала.Шатуны, особенно в гоночных двигателях, можно назвать шатунами «заготовок», если они изготовлены из цельной металлической заготовки, а не отливаются.

Малый конец прикрепляется к поршневому пальцу, поршневому пальцу (обычный британский термин) или наручному пальцу, который в настоящее время чаще всего запрессовывается в шатун, но может поворачиваться в поршне, конструкция «плавающего наручного пальца» . Шатун соединяется с шейкой подшипника на ходу кривошипа, работая на сменных вкладышах подшипника, доступных через болты шатуна , которые удерживают «крышку» подшипника на головке шатуна; Обычно в подшипнике и большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазывающее моторное масло под давлением брызгает на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец.

Шатун находится под огромным напряжением от возвратно-поступательной нагрузки, представленной поршнем, фактически растягиваясь и сжимаясь при каждом обороте, и нагрузка увеличивается до третьей степени с увеличением частоты вращения двигателя. Отказ шатуна, обычно называемый «выбросом шатуна», является одной из наиболее распространенных причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, поскольку часто сломанный стержень проходит через боковую часть картера, что приводит к неисправности двигателя; это может быть результатом усталости рядом с физическим дефектом штока, нарушения смазки в подшипнике из-за неправильного обслуживания или из-за отказа болтов штока из-за дефекта, неправильной затяжки или повторного использования уже использованных (напряженных) болтов, если это не так. рекомендуемые.Несмотря на то, что они часто возникают на телевизионных соревнованиях по автомобильным соревнованиям, такие сбои довольно редко встречаются на серийных автомобилях при обычной повседневной вождении. Это связано с тем, что производимые автозапчасти имеют гораздо больший коэффициент безопасности и часто более систематический контроль качества.

При создании двигателя с высокими рабочими характеристиками большое внимание уделяется шатунам, устранению концентраторов напряжений с помощью таких методов, как шлифование краев стержня до плавного радиуса, дробеструйное упрочнение для создания сжимающих поверхностных напряжений (для предотвращения образования трещин), балансировка всех узлов шатуна / поршня на один и тот же вес и магнафлюкс, чтобы выявить в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу штока из строя под нагрузкой.Кроме того, большое внимание уделяется затяжке болтов шатуна с точным указанным значением; часто эти болты необходимо заменить, а не использовать повторно. Большой конец штока изготавливается как единое целое и разрезается или раскалывается надвое, чтобы обеспечить точную посадку вокруг вкладыша подшипника большого конца. Следовательно, «крышки» шатунов не являются взаимозаменяемыми между шатунами, и при восстановлении двигателя необходимо следить за тем, чтобы крышки разных шатунов не перепутались. Как на шатуне, так и на крышке подшипника обычно тиснится соответствующий номер позиции в блоке цилиндров.

Последние двигатели, такие как 4,6-литровый двигатель Ford и 2,0-литровый двигатель Chrysler, имеют шатуны, изготовленные с использованием порошковой металлургии, что позволяет более точно контролировать размер и вес при меньшем количестве механической обработки и меньшем количестве лишней массы, которую необходимо обработать для балансировки. Затем крышка отделяется от стержня в процессе разрушения, что приводит к неровной поверхности сопряжения из-за зерна металлического порошка. Это гарантирует, что при повторной сборке крышка будет идеально расположена по отношению к штоку, по сравнению с небольшими перекосами, которые могут возникнуть, если обе сопрягаемые поверхности будут плоскими.

Основным источником износа двигателя является боковое усилие, действующее на поршень через шатун коленчатым валом, которое обычно изнашивает цилиндр, приобретая овальное поперечное сечение, а не круглое, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец относительно вала. стенки цилиндров. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этой боковой силы и, следовательно, продлевают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня является фиксированным числом, определяемым фиксированным расстоянием между осью коленчатого вала и верхней частью блока цилиндров, где крепится головка блока цилиндров; таким образом, для данного блока цилиндров более длинный ход поршня, обеспечивающий больший рабочий объем и мощность двигателя, требует более короткого шатуна (или поршня с меньшей высотой сжатия), что приводит к ускоренному износу цилиндра.

Составные стержни [править | править источник]

Многоцилиндровые многорядные двигатели, такие как V-12, имеют мало места для многих шатунных шейек на ограниченной длине коленчатого вала. Это трудный для решения компромисс, и его последствия часто приводили к отказу двигателей (Sunbeam Arab, Rolls-Royce Vulture).

Самым простым решением, почти универсальным для двигателей дорожных автомобилей, является использование простых стержней, в которых цилиндры с обоих сторон имеют общую цапфу.Для этого требуется, чтобы стержневые подшипники были на уже , что увеличивает нагрузку на подшипник и увеличивает риск выхода из строя высокопроизводительного двигателя. Это также означает, что противоположные цилиндры не совсем выровнены друг с другом.

Файл: Шатуны Renault 190HP fig5.jpg

Шарнирно-сочлененные шатуны в авиадвигателе времен Первой мировой войны

В некоторых типах двигателей используются ведущие / ведомые стержни, а не простой тип, показанный на рисунке выше. Главный стержень несет один или несколько кольцевых штифтов, к которым болтами прикреплены большие концы подчиненных стержней гораздо меньшего размера на других цилиндрах.Радиальные двигатели обычно имеют главный шток для одного цилиндра и подчиненные штоки для всех других цилиндров в том же ряду. В некоторых конструкциях V-образных двигателей используется шток ведущий / ведомый для каждой пары противоположных цилиндров. Недостатком этого является то, что ход вспомогательного стержня немного короче главного, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе, что катастрофически характерно для Sunbeam Arab.

Обычное решение для высокопроизводительных авиадвигателей — «раздвоенный» шатун. Один стержень разделен на две части на большом конце, а другой утончен, чтобы поместиться в эту вилку.Журнал по-прежнему используется между цилиндрами. Rolls-Royce Merlin использовал этот стиль «вилки и лезвия».

Файл: 60163 Шатуны Tornado.jpg

60163 Шатуны Tornado

В паровозах шатунные штифты обычно устанавливаются непосредственно на одной или нескольких парах ведущих колес, а ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны, также называемые коренными стержнями ( в практике США ), проходят между кривошипными штифтами и крейцкопфами, где они соединяются с поршневыми штоками.Крейцкопфы или направляющие ствола также используются в больших дизельных двигателях, изготовленных для морских перевозок. Подобные штанги между ведущими колесами называются стяжными тягами ( в британской практике ).

Шатуны небольших паровозов обычно имеют прямоугольное сечение, но на небольших локомотивах иногда используются стержни морского типа с круглым сечением. Стивен Левин, который строил как локомотивы, так и судовые двигатели, часто использовал круглые стержни.У компании Gresley A4 Pacifics, такой как Mallard, был шатун из легированной стали с перегородкой толщиной всего 3/8 дюйма.

На пароходах Western Rivers шатуны правильно называются питманами , а иногда неправильно называются рычагами шатунов.

1. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161
2. ↑ Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технологию», Философия и социальное действие II (1-2): 1-33 [4], http: / / citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.122.293&rep=rep1&type=pdf#page=12, получено 13 марта 2010 г.
3. ↑ Ахмад И Хассан, Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине
4. ↑ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 1435850661

• Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Journal of Roman Archeology 20 : 138–163

Руководство покупателя шатуна

— Блог MaXpeedingRods

ЧТО ТАКОЕ СОЕДИНИТЕЛЬ?

Шатун — это компонент двигателя, который передает движение от поршня к коленчатому валу и действует как плечо рычага.Шатуны обычно изготавливаются из литых или кованых стальных сплавов и рассчитаны на то, чтобы выдерживать динамические нагрузки от сгорания и движения поршня.

КАК РАБОТАЕТ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ШТАБА?

Шатун используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Как следует из названия, он соединяет поршень с коленчатым валом. Шатуны имеют два конца — малый конец и большой конец. Маленький конец соединен с поршневым пальцем, а большой конец — с кривошипными пальцами.У малого конца может быть цельное или раздвоенное ушко (почти всегда цельное в автомобильных двигателях), но у большого конца всегда разрезное (часто цельное в двигателях небольших мотоциклов). Разъемный заплечик собирается с крышкой шатуна и болтами шатуна.
Иногда в хвостовике просверливают отверстие для масла, чтобы обеспечить поток смазочного масла от большого конца к малому концу. Масло поступает к большому концу через коленчатый вал от масляного насоса и проходит к поршневому пальцу и поршню через малый конец. Шатун в процессе эксплуатации подвергается комбинированным осевым и изгибающим напряжениям.Давление газа сгорания и силы инерции создают осевые напряжения, в то время как изгибающие напряжения возникают из-за центробежных эффектов. Чтобы свести к минимуму эти инерционные нагрузки, шатун должен быть как можно более прочным и легким.

КАК ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЕ ШАТУНЫ?

Шатуны подвергаются большей нагрузке, чем любой другой компонент двигателя. Выбор самого сильного удилища для достижения поставленной цели абсолютно необходим. Как мы все знаем, если шатун выходит из строя, двигатель может перейти в утиль за доли секунды.
Как выбрать подходящие шатуны для вашего двигателя? Это не так просто, как кажется. При создании двигателя очень важно, какие шатуны выбрать. Шатуны играют огромную роль в производительности и долговечности вашего двигателя. И есть несколько факторов, которые вы должны учитывать при выборе шатунов. В большинстве случаев вы будете выбирать между двутавровой балкой и двутавровой балкой.

I БАЛКА VS H БАЛКА

Чтобы понять, почему они называются двутавровыми и двутавровыми шатунами, необходимо посмотреть на их поперечное сечение.Вы должны смотреть на шток сверху, как если бы вы смотрели на него сверху отверстия цилиндра. Затем вы отрезаете верхнюю половину стержня и получаете поперечное сечение. Поперечное сечение двутавровой балки обозначается заглавной буквой H, а поперечное сечение двутавровой балки — заглавной буквой I. Теперь, когда мы знаем, почему они называются двутавровой балкой и двутавровой балкой, давайте посмотрим, какая из них лучше. Какой из них вы должны бросить в свой драгоценный двигатель? Что ж, буду с вами честен. Двутавровая балка и двутавровая балка — очень противоречивая тема.

В течение некоторого времени существовало популярное мнение, что конструкция двутавровой балки прочнее, а конструкция двутавровой балки легче. Исходя из этого, двутавровая балка якобы лучше подходила для высоких давлений сгорания, связанных с принудительной индукцией, а двутавровая балка лучше подходила для высокооборотных безнаддувных двигателей, поскольку она легче. В лучшем случае это практическое правило. Честно говоря, это даже не практическое правило, потому что сегодня у нас так много исключений из этого правила, что оно просто больше не выдерживает критики.
Вы также можете услышать, что двутавровая балка лучше справляется с нормальной нагрузкой, а двутавровая балка лучше справляется с аномальными силами. Если мы сильно упрощаем это, это означает, что двутавровая балка лучше сопротивляется изгибу сбоку, в то время как двутавровая балка лучше сопротивляется изгибу у лица. Опять же, это практическое правило, и положения в конструкции являются ключевыми для того, чтобы стержень выдерживал как нормальные, так и аномальные силы в двигателе. Если стержень изготовлен из правильного материала и если конструкция включает этот материал в нужных местах, можно сделать так, чтобы двутавровая балка и двутавровая балка одинаково хорошо справлялись с аномальными и нормальными силами.

Итак, что выбрать? Если вы автомобильный энтузиаст, строящий двигатель для улицы, для некоторых трековых дней или, может быть, для любительских гонок. Это вообще не имеет значения. Любая конструкция будет работать хорошо, и вам действительно не следует так сильно сосредотачиваться на том, является ли стержень двутавровым или двутавровым, вместо этого вам следует сосредоточиться на материале, из которого сделан стержень, и на том, как он сделан.

ШАТУНЫ ИЗ СТАЛИ И АЛЮМИНИЯ

Когда дело доходит до материалов, большинство шатунов делают из стали, но для дрэг-рейсинга алюминиевые шатуны также являются заманчивым выбором.Многие производители изготавливают стальные стержни различных конструкций и могут быть литыми, коваными или заготовками. Большинство послепродажных стальных шатунов изготавливаются из кованой стали, и существуют разные стили кованой стали в зависимости от марки материала, для сильно модифицированных конкурентных приложений, большинство производителей, включая нас (MaXpeedingRods), используют сталь 4340.

Мы знаем, что алюминий — гораздо более слабый материал, чем сталь. В то время как высокоуглеродистая сталь обычно имеет предел прочности на разрыв около 200.00 фунтов на квадратный дюйм, алюминий выдерживает только 95000 фунтов на квадратный дюйм. Так почему, черт возьми, вы помещаете в двигатель что-то, что вдвое слабее, и подвергаете его всем экстремальным нагрузкам при работе двигателя? Потому что алюминий намного легче стали! И когда дело доходит до двигателя, свет — это правильно! Чем легче вращающийся узел вашего двигателя — тем лучше!

Алюминиевые стержни также могут действовать как амортизаторы. Поскольку они как бы немного уступают пиковым нагрузкам, присутствующим в двигателе, они помогают поглощать эти нагрузки и переносить меньшую нагрузку на подшипники и коленчатый вал.Но за все преимущества приходится платить. Алюминий имеет гораздо более короткий усталостный ресурс по сравнению со сталью, и двигатели с алюминиевыми стержнями должны быть нагреты медленно и полностью, прежде чем вы сможете по ним биться, а после того, как вы бьете по ним, вы должны дать им немного остыть. Еще кое-что, что вам нужно учитывать при установке алюминиевых стержней в двигатель, — это зазор. Иногда они не очищают ваш картер, например пояски или основания цилиндров, и вам нужно адаптировать их к шатунам.

ПОЧЕМУ КУПИТЬ СОЕДИНИТЕЛИ НА MAXPEEDINGRODS?

Все шатуны MaXpeedingRods подвергаются прецизионной горячей штамповке с последующей обработкой на станке с ЧПУ для обеспечения идеальной посадки и отделки.
Все шатуны MaxPeedingRods изготовлены из стали 4340 и проходят многоступенчатую термообработку, поверхностную обработку, а также рентгеновское излучение и магнитную плавку.
MaXpeedingRods предлагает безупречный опыт покупок в Интернете, а упрощенный интерфейс электронной коммерции позволяет легко найти нужные шатуны.
MaXpeedingRods предлагает широкий выбор шатунов как в спортивном, так и в уличном исполнении.

Шатуны — спортивные характеристики
• Кованая 4340 аэрокосмическая сталь
• Уникальный процесс титанового покрытия
• Оснащен болтами ARP L19
• Профессиональный дизайн и производство прецизионных обрабатывающих центров
• Хонинговальный станок US SUNENEN профессиональное хонингование
• 100 % Рентгеновский, ультразвуковой, магнитопорошковый контроль
• Многоступенчатая термообработка и профессиональная дробеструйная обработка для снятия напряжения
• Один шатун выдерживает более 250 л.с. .5 г

Шатуны — Street Performance
• Кованая сталь 4340 для аэрокосмической промышленности
• Со стандартными болтами ARP 2000 (модернизируемый болт ARP L19 или ARP 625+)
• Профессиональный дизайн и производство прецизионных обрабатывающих центров
• Профессиональное хонингование хонинговальных станков US SUNENEN
• 100% рентгеновский, ультразвуковой и магнитопорошковый контроль
• Многоступенчатая термообработка и профессиональная дробеструйная обработка для устранения напряжений
• Один шатун выдерживает более 200 л.с. / -1г

КАКОВЫ СИМПТОМЫ НЕИСПРАВНОСТИ ШАТУРА ВАШЕГО АВТОМОБИЛЯ?

Шатун должен быть прочным и долговечным, чтобы двигатель выжил.Если он слишком слаб, чтобы справиться с нагрузкой сгорания, то все давление изнашивает его и искривляет его.
Что касается водителя, они смогут заметить, когда это произойдет, потому что будут присутствовать некоторые очень заметные симптомы. Ниже приведены 4 основных симптома неисправности шатуна.

1. Мало моторного масла
   Если у вас неисправный или неисправный шатун, это может привести к тому, что ваш двигатель потребляет слишком много масла. Из-за этого вы можете обнаружить, что в вашем двигателе всегда низкий уровень масла.Либо это, либо имеющееся масло нужно будет менять чаще, чем обычно.
2. Стук двигателя
   Когда ваш двигатель включен и работает, вы можете услышать стук, исходящий от него. Это будет повторяющийся стук, который усиливается по мере увеличения оборотов двигателя. Звуки могут исчезнуть через короткое время, как только масло получит возможность циркулировать по компонентам двигателя и смазать их.
3. Пониженное давление масла
   Неисправный шатун может иметь разрушительные последствия для давления масла в вашем двигателе.На вашем двигателе может быть датчик давления масла, который покажет вам, когда в нем низкое давление масла. У вас может быть предупреждающая лампа на вашей приборной панели, которая также сообщит вам об этом. Если у вас низкое давление масла, это означает, что масло не может должным образом циркулировать в двигателе. Это может привести к перегреву двигателя, если проблема не будет решена быстро.
4. Изогнутый или поврежденный стержень
   Если вы подозреваете, что у вас погнут или поврежден шатун на основании других симптомов, которые могут присутствовать, вам необходимо самостоятельно визуально осмотреть стержень, чтобы узнать, в каком состоянии он находится.Для этого потребуется разобрать двигатель, а это должен делать только механик.

КАК УСТАНОВИТЬ ШАТУНКИ В АВТОМОБИЛЬ?

1. Все шатуны необходимо полностью очистить подходящим очистителем и просушить сжатым воздухом перед ослаблением креплений и снятием колпачков.
2. На каждой стороне большого конца стержня нанесены номера, выгравированные лазером, поэтому вы можете легко и точно собрать правильный колпачок, чтобы он соответствовал корпусу стержня. Не меняйте местами шатуны и колпачки.

   No related posts.