Для чего предназначены и как устроены шатуны и их подшипники – Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Устройство шатуна

Шатун необходим для соединения поршня с коленчатым валом и передачи усилия от поршня к коленчатому валу. Шатун штампуется из стали.

Для повышения прочности шатуна его подвергают дробеструйной обработке.

Устройство шатуна:

1)      верхней головки 1;

2)      стержня 3;

3)      нижней головки 4 (с крышкой 6).

В верхней головке запрессовывается бронзовая втулка 2 . Во втулке и верхней головке шатуна есть специальные отверстия для подвода масла к изнашиваемой поверхности поршневого пальца. А стержень шатуна выполнен в двутавровом сечении.

Нижняя головка шатуна разъемная. Съемная часть нижней головки шатуна называется крышкой шатуна

. Крепится крышка к шатуну с помощью двух болтов с лысками (которые служат для того чтобы болты не проворачивались). Под подшипники скользящего типа 5 (вкладыши) в нижней головке шатуна и крышке в сборе выполняется расточка, в связи с этим крышки шатунов являются невзаимозаменяемыми. Для обеспечения правильной комплектации деталей на них выбиты порядковые номера. На теле и крышке шатуна есть специальные пазы в которые входят выступы на вкладышах. Шатунные и коренные  подшипники представляют собой тонкостенные вкладыши с рабочим слоем из свинцовой бронзы. В верхнем вкладыше есть отверстие для подвода масла и специальная канавка по которой масло распределяется. Вкладыши верхних и нижних коренных подшипников не взаимозаменяемы. Для предотвращения смещений и проворачиваний вкладышей, а также осевых смещений выполнены выступы усики. В случае необходимости ремонта блока, коленчатого вала и шатунов создан

перечень ремонтных размеров вкладышей.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Запрессовка поршневых пальцев из шатуна

2. Выпрессовка поршневых пальцев из шатуна
3. Ремонт шатуна современного двигателя грузового автомобиля

4. Звуки неисправностей двигателя (стуки двигателя)

5. Признаки и причины неисправностей двигателя автомобиля

6. Как проводится диагностика двигателя автомобиля

 

устройство, назначение, технические характеристики, особенности эксплуатации и ремонта

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет вращения коленчатого вала. Он вращается под воздействием шатунов, которые передают усилия на коленвал от поступательных движений поршней в цилиндрах. Чтобы шатуны могли работать в паре с коленчатым валом, применяется шатунный подшипник. Это подшипник скольжения в виде двух полуколец. Он обеспечивает возможность вращения коленчатого вала и долгую эксплуатацию двигателя. Давайте подробно рассмотрим данную деталь.

Общее описание

Подшипник шатуна (он же вкладыш) представляет собой подшипник скольжения. Он устанавливается в нижней головке шатуна и охватывает шейку коленчатого вала. Деталь представляет собой два полукольца из стали с специальным напылением – оно снижает трение. В полукольцах имеются канавки для смазки, а в одном полукольце есть отверстие для подачи масла.

Непосредственного контакта с шейкой коленчатого вала шатунный подшипник не имеет. Детали трутся в особом гидродинамическом режиме за счет масляной пленки, образующейся в зазоре между шейкой вала и подшипником.

Условия работы вкладышей двигателя

Благодаря образованию масляной пленки предотвращается локальная концентрация нагрузок. Но если будут созданы определенные условия, то нормальный для подшипника гидродинамический режим будет изменен на смешанный. Это может произойти, если в двигателе недостаточное давление масла, узел испытывает огромные нагрузи, вязкость масла низкая, смазка перегревается, на поверхности вала и подшипника имеется повышенная шероховатость. Также смешанный режим может возникнуть по причине грязного масла, деформации и геометрических дефектов подшипников.

В этом смешанном режиме у шатунного подшипника может возникнуть контакт с поверхностью шейки коленчатого вала, что может в дальнейшем стать причиной задиров, повышенного износа, спекания вала с подшипником.

Материалы и их характеристики

Материалы для изготовления этих деталей обязаны иметь массу иногда противоречивых характеристик и свойств. Вообще материал определяет надежность и качество подшипника. Разница между разными моделями — в материале и антифрикционном напылении.

Так, материал должен иметь достаточную усталостную прочность – это максимальные циклические нагрузки, которые элемент способен выдерживать в течение неограниченного числа циклов. Если превысить данную нагрузку, то начнут появляться трещины по причине усталости металла.

Еще одно важное свойство – сопротивление материала схватыванию. Это способность материала для коренных и шатунных подшипников сопротивляться спеканию с металлом вала в процессе непосредственного контакта.

Стойкость к износу – это свойство материала хранить свои геометрические размеры, несмотря на наличие абразивов в смазке, а также при условии прямого контакта с коленчатым валом. Материал должен иметь прирабатываемость. Это означает, что подшипник должен компенсировать незначительные дефекты коленчатого вала и гнезда в шатуне за счет локального износа или деформации. Материал должен иметь свойство захватывать абразив и грязь, которая циркулирует в масле. Также важное качество – стойкость к коррозии.

Долгая и надежная работа шатунных подшипников двигателей достигается только при помощи соединения специалистами высокой прочности материала с мягкостью. Вкладыш должен быть одновременно мягким и в то же время твердым. Это может казаться парадоксальным, но современные изделия соединяют все эти характеристики.

Устройство подшипника

На самом деле материал, из которого изготавливают данные детали, гораздо важнее, чем геометрические характеристики. Подшипник скольжения устроен из нескольких слоев. Можно выделить биметаллические элементы и триметаллические.

Биметаллический вкладыш

Вкладыши шатунного подшипника изготовлены из стального основания. Сталь обеспечивает детали необходимую жесткость, а также натяг.

Далее идет второй слой – антифрикционное напыление. Оно достаточно толстое – толщина составляет 0,3 миллиметра. Толщина этого слоя очень важна для подшипника. Он может прирабатываться даже к большим дефектам вала. Подшипник имеет высокие абсорбционные свойства. Состав антифрикционного слоя – от шести до двадцати процентов олова, а также от двух до четырех процентов кремния. В сплаве могут содержаться и такие элементы, как никель, медь, марганец, ванадий.

Триметаллический вкладыш

Здесь кроме основания из стали имеется еще и промежуточный медный слой – он содержит кроме меди до 25 % свинца и до 5 % олова. Антифрикционное напыление выполняется из сплава на основе свинца и олова. Покрытие не толстое – около 20 мкм. Такая толщина придает усталостную прочность, но антифрикционные свойства снижены. Также между основным и промежуточным слоем вкладыш покрывается никелем – толщина составляет не более 2 мкм.

Особенности эксплуатации

В процессе эксплуатации шатунный подшипник изнашивается, и это первая причина, по которой его меняют. Как бы ни пытался автовладелец сберечь эти элементы, но законы физики берут свое, и избежать этого никак нельзя. Антифрикционный слой стирается, у коленчатого вала появляется свободный ход, снижается давление масла и количество смазки. В результате из-за повышенного трения возникают поломки.

Еще одна ситуация – проворачивание вкладышей. Это тоже причина для замены. Вкладыш просто слипается с шейкой коленчатого вала. Двигатель глохнет. Среди причин – густая смазка с большим количеством мусора, отсутствие масла, несоблюдение моментов затяжки шатунных подшипников.

Заключение

Как видно, вкладыши – это небольшие, но очень важные детали для беспроблемной работы двигателя. Без них бы двигатель попросту не работал. Это технологичные изделия, способные выдерживать высокие нагрузки, большие температуры и запредельные обороты. И именно по причине наличия вкладышей в двигателе нужно чаще менять масло – грязь убивает подшипники. Сами элементы стоят не так дорого, однако для их замены нужно полностью разбирать двигатель. Эта работа не из легких, требующая знаний, опыта и наличия большого количества времени.

Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны

Шатун – это соединительная деталь между коленвалом и поршнем, основное назначение которой является преобразование поступательных движений поршня внутри цилиндра во вращательные движения коленчатого вала, с которого вращение передается на колеса автомобиля через трансмиссию.

Конструкция шатуна

Особенности конструкции шатунов напрямую зависят от типа мотора и схемы его компоновки. Так для бензиновых двигателей используются легкие шатуны, в дизелях — тяжелые.

Основные элементы шатуна – стержень, верхняя поршневая головка, нижняя кривошипная головка.

Поршневая головка соединена со стержнем поршневым пальцем, кривошипная головка – с шейкой коленвала.

Стержень

Данная деталь шатуна может иметь различный тип сечения, которое может быть похоже на прямоугольник, на круг, крест или может быты Н-образным. Некоторые типы двигателей оснащаются шатунами, в которых стержни имеют небольшую масляную канавку для своевременной подачи масла в поршневую головку.

В большинстве случаев верхний отдел кривошипной головки оснащается маленьким отверстием для разбрызгивания масла во внутренних полостях поршня и цилиндра.

Поршневая головка

Поршневая головка размещена вверху и является неразъемным шатунным элементом, конструкция которого напрямую зависит от метода установки поршневого пальца.

В двигателях, в которых установлен палец фиксированного типа, поршневая головка имеет специальное цилиндрическое отверстие для его установки. В ДВС с пальцем плавающего типа, такая головка комплектуется бронзовой или биметаллической втулкой.

В тех моделях двигателей, которые используют плавающий палец, но втулка не предусмотрена, вращательные движения пальца осуществляются в соответствующем отверстии головки.

С целью снижения значительных нагрузок на палец, некоторые модели ДВС комплектуются шатунами с поршневыми головками в форме трапеции.

Кривошипная головка

Головка шатуна, которая расположена внизу отличается разборной конструкцией, основным назначением которой является соединение двух механизмов – коленвала и самого шатуна.

Головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну крепежными болтами. Кроме всего прочего такая головка может иметь два типа разъемов по отношению к стержневой оси — косой (выполненный под углом) и прямой (выполненный перпендикулярно).

Длина цилиндрового блока зависит от толщины нижней головки. В головке  устанавливаются тонкие вкладыши подшипника скольжения, которые могут иметь от 2-х до 5-ти слоев, изготовленных из стальных полос, внутренняя часть которых покрывается защитным антифрикционным составом, соответствующим определенному типу двигателя.

Как правило, в современных ДВС применяются вкладыши, состоящие из 2-х и 3-х слоев. В двухслойном вкладыше на металлическую основу просто наносится слой антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется еще и изоляционный слой.

Чтобы снизить вибрации и шумы при работе двигателя, все установленные шатуны, а также их составные части должны иметь равную массу. Это значит, что в одном шатуне масса отдельной его детали должна быть одинаковой по отношению к массе аналогичной детали в другом шатуне.

Например, если масса стержня одного шатуна составляет 50 г., в таком случае во всех остальных шатунах стержни должны иметь аналогичную массу.

Подгонка массы шатунов происходит путем снятия тонкого металлического слоя с бобышек, которые располагаются на верхних шатунных головках. В некоторых случаях подобные бобышки находятся на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

Материалы для производства шатунов

Шатуны производятся двумя способами — штамповкой из высокопрочной стали или литьем из чугуна. В дизелях применяются шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки.

В некоторых видах бензиновых двигателей устанавливаются шатуны, производимые из порошкообразных металлов методом спекания.

Из-за напряженных условий работы данная деталь КШМ должна отличаться надежностью, долговечностью и износостойкостью.

Особое внимание уделяется не только изготовлению шатунов, но и болтов крепления. Для производства болтов используются легированные виды стали, обладающие высоким коэффициентом текучести, что в несколько раз выше, чем у высокоуглеродистых сталей.

Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности

Рассмотрим конструкционные особенности шатуна поршня, из чего его изготавливают, а также основные неисправности и способы их профилактики.

Конструкция шатуна

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

Шатун состоит из следующих элементов:

Поршневая головка

Поршневая (верхняя) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, а ее соединение с поршнем обеспечивает поршневой палец. Он может быть плавающим или фиксированным.

В первом случае в верхнюю головку помещаются бронзовые или биметаллические втулки. Но существуют модификации ДВС, где этих втулок нет, поэтому палец благодаря зазору свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данная деталь нормально функционировала, ей требуется достаточное количество смазки.

Фиксированные пальцы вставляются в цилиндрическое отверстие. Оно изготовлено с высокой точностью, а его диаметр меньше, чем у поршневого пальца. Благодаря этому обеспечивается необходимый уровень натяга.

Ввиду того, что на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки она имеет трапециевидную форму, благодаря чему увеличивается опорная поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Кривошипная (нижняя) 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 головке 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. В режиме «сухого трения» он очень быстро истирается.

Подобное покрытие может наноситься как на заводе-изготовителе, так и в домашних условиях при замене некоторых компонентов двигателя. Например, для таких задач подойдет антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.

Помимо подшипников скольжения его можно использовать для юбок поршней, коренных подшипников коленвала, втулок пальцев, распредвалов и дроссельных заслонок.

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 от задира в режиме масляного голодания и при холодном пуске двигателя

• Снижает расход топлива

• Уменьшает шум

• Отверждается при комнатной температуре

Совместно с покрытием рекомендуется использовать очиститель-активатор той же марки. 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 по сравнению с теми, что используются в бензиновых агрегатах. В спорткарах устанавливают шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.

Особенностью шатунов является то, что все они должны иметь одинаковый вес. В противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата. Это относится не только к шатуну, но и к но и обеим головкам детали.

Чтобы сделать их массу одинаковой для начала изделия взвешиваются на очень точных весах, а затем масса деталей подгоняется по самому легкому шатуну. Для этого с бобышек на головках детали и стержне снимают часть металла.

Из чего изготавливают шатуны?

Каждый производитель должен решить две задачи: уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но ввиду того, что на шатуны в процессе работы действуют высокие нагрузки, уменьшение их массы может пагубно отразиться на прочности изделий.

При массовом производстве шатуны изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет создать практически идеальное соотношение между прочностью и стоимостью детали. Такой метод подходит при производстве бензиновых двигателей.

В дизельных ДВС детали испытывают более высокие нагрузки, поэтому для производства поршней метод литья неуместен. Шатуны для агрегатов, работающих на тяжелом топливе изготавливают методом горячей ковки или горячей штамповки из легированной стали. Получаемые детали гораздо более прочные, чем литые, но их производство более затратное.

В двигателях мощных автомобилей и спорткаров используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Это позволяет снизить вес ДВС и увеличить его оборотистость. Вес алюминиевых и титановых шатунов на 50 % меньше, чем у стальных и чугунных.

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 из строя шатунов является износ деталей. Верхняя головка редко подвергаются 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.

Выходу из строя также подвержены подшипники нижней головки вследствие недостаточного смазывания. Определить такую неисправность можно посредством замятия вкладышей, удлинения шатунных болтов, темно-синего окраса шатунной головки и темных вкладышей. Но, если смазывание было достаточным, то причиной поломки может быть разрушение или износ самих подшипников.

К причинам выхода из строя шатуна также относится недостаточный уровень масла в двигателе, засорение масляного фильтра, несвоевременная замена масла в ДВС, загрязнение цилиндра абразивами и посторонними предметами, потеря маслом характеристик.

Ремонт шатунов

Шатуны ремонтируются в тех случаях, когда:

• Деформирован стержень

• Изношен зазор в верхней головке цилиндра

• Изношена поверхность и зазор в нижней части головки

Перед началом работ деталь тщательно осматривается, измеряется ее овал и диаметр, зазоры в верхней и нижней части шатуна при помощи нутрометра.

Если все показатели в норме, то замена шатуна не понадобится. При деформации стержня отверстия головок непараллельны, что приводит к перекосу цилиндра. Об этом свидетельствует повышенная шумность ДВС при работе на холостом ходу, а также происходит износ коленвала, головки шатуна, поршня и стенок цилиндра. Еще одним методом проверки шатуна на деформацию является раскачка детали, установленной на специальной проверочной плите.

После всех измерений можно приступать к ремонту. Его качество зависит от хорошего спецоборудования.

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 производится исходя из требуемого размера. Для этих целей используют расточный или универсальный станок. После этой операции выполняется хонингование.

Если зазор под поршневой палец увеличен, нужно заменить бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь примет нужный размер. Очень важно, чтобы отверстия головки и втулки совместились, так как масло, которое выходит из поршня, не попадет на поршневой палец.

Шатунные вкладыши рекомендуется дополнительно обработать антифрикционным покрытием.

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.

Шатун (деталь) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Шатун. Нехарактерная крученая деформация шатуна Анимация работы шатунов

Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца^[1]) и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение. Для облегчения ремонта кривошипно-шатунного механизма в шатунах обычно используют быстросъёмные вкладыши подшипника^[2], на которых нанесён антифрикционный слой (см. подшипник скольжения). Однако некоторые конструкции шатунов по-прежнему имеют заливку баббитом, при этом зазор регулируют выемом пластин между половинками шатуна (компрессоры, тихоходные судовые ДВС)^[3][4]. Шатуны с ограниченным ресурсом не имеют специального антифрикционного слоя (алюминиевые шатуны пусковых и спортивных двигателей, мотоблоков)^[5].

Шатун как элемент, необходимый для соединения поршня с коленчатым валом, применяется во всех существующих поршневых двигателях, за исключением двигателя Баландина, где усилие на вал передаётся не шатунным, а ползунным механизмом, а также шайбовых двигателях.

Конструкции шатунов

Шатуны различают по форме сечения стержня шатуна: двутавровые (применяются чаще всего), круглые, ромбические. Вторые обычны в судовых двигателях, по сверлению внутри подаётся смазка или охлаждение; третьи — в гоночных моторах с большой частотой вращения, где важно улучшение аэродинамики. Простые шатуны тихоходных механизмов имеют сечение прямоугольной формы^[6].

По форме кривошипной головки шатуны бывают простые, прицепные и вильчатые (вторые характерны для звездообразных и V-образных двигателей, вильчатые применяются в некоторых V- и W-образных двигателях). Ввиду более высоких газовых сил, при равном диаметре цилиндра необходимое сечение дизельного шатуна оказывается больше, поэтому дизельные шатуны тяжелее. Шатун испытывает сложное знакопеременное нагружение и рассчитывается отдельно по каждому своему элементу^[7].

В нижней головки шатуна чаще всего установлен подшипник скольжения, имеющий сменный вкладыш с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы (в дизелях, работающих на грязном по сере топливе), алюминиево-оловянным сплавом (чаще всего) или даже серебром (звездообразные быстроходные). Верхняя головка шатуна традиционно имеет бронзовую втулку, чаще всего со сверлением для подачи масла от подшипника нижней головки. Однако в двигателях с фиксацией поршневого пальца в шатуне (ранние модели ВАЗ) верхний шатунный подшипник отсутствует — нет ни втулки, ни роликов. Смотря по форсировке двигателя, шатуны могут иметь отверстие в кривошипной головке для подачи масла на гильзу цилиндра^[8].

Некоторые конструкции имеют подшипники качения в нижней и даже верхней головке шатуна, в этих случаях внутренняя поверхность шатуна закаливается. Такой шатун не имеет вкладышей и ремонтных размеров, при износе меняют обойму с роликами, по результатам обмеров — шатун и/или коленчатый вал. Применение — быстроходные двигатели с воздушным охлаждением, двигатели с кривошипно-камерной продувкой — то есть те, в которых труднее обеспечить достаточное количество масла под давлением. Но наибольшее распространение имеют обычные со втулками и плавающим пальцем^[9].

Разъёмные нижние головки шатунов могут быть прямыми, косыми (разъём под углом, для увеличения допустимого диаметра шейки). Соединение головок — болтовое, реже штифтами. В ранних конструкциях шатунные гайки контрились отгибными шайбами или проволокой. Половинки нижней головки шатуна должны точно, без сдвига прилегать друг другу, для чего применяют центрирование по шатунным болтам, зубцы^[10] или соединение шипом с последующей мехобработкой отверстия. В последние годы активно применяют разламываемые шатуны — у них разъёмную головку получают раскалыванием после глубокого охлаждения. Этим достигается максимальная точность при минимальной себестоимости. В случае применения вкладышей, последние удерживаются от проворота своими «усами», попадающими в паз головки^[11]. Крышки подшипников в любых моделях двигателей нельзя путать между собой.

На циклическую прочность шатуна влияет радиус перехода, угол заделки верхней головки шатуна, а также качество поверхности всей детали. Для создания сжимающих напряжений шатуны часто подвергают дробеструйной обработке (после объёмной закалки и отпуска), авиационные обычно полировали.

В качестве материала применяют обычно легированную (45Г2, 12ХН3А, 18ХНВА,…) или углеродистую сталь достаточной прокаливаемости: чем больше толщина сечения, тем более легированную сталь приходится применять. Для малоразмерных автомобильных двигателей обычным является применение селектированной по углероду закалённой стали; в тихоходных механизмах шатуны имеют большие сечения, и для увеличения 90% прокаливаемости возрастающее количество легирующих элементов недопустимо увеличивает их стоимость. Поэтому шатуны судовых ДВС изготавливают из нормализованной углеродистой стали типа Ст5 (Сталь 30, 35, 40)^[12].

Шатуны в одном двигателе подбирают по массе. Причём желательно подгонять отдельно массы верхней и нижней головки, используя для подпиливания приливы на крышке и верхней головке^[13]. Однако некоторые механики предпочитают более лёгкий путь — при ремонте взвесить новые шатуны и поршни, выстроить по весу одни по возрастанию, а вторые по убыванию, потом соединить. Так масса поршневого комплекта легко и просто получается почти одинаковой^[14].

Видео по теме

Устройство головок шатуна

Нижний подшипник шатуна в большинстве случаев разъёмный (может быть неразъёмным только при сборном коленвале), поэтому крышка соединяется с шатуном болтами (шпильками), реже штифтами. Шатунные болты изготовляют из качественных легированных сталей, подвергают закалке с отпуском, причём принимаются все меры по повышению усталостной прочности — плавный переход от резьбы, чистая обработка поверхности, поверхностное упрочнение. Это же относится и к шатунной гайке. Ввиду этого, шатунный болт не подлежит стандартизации, и всегда уникален.

Шатунные болты (шпильки) должны гарантировать нераскрытие стыка кривошипной головки, при этом болт испытывает переменное напряжение, зависящее от соотношения жёсткости болта и крышки. Чем меньше жёсткость болта (выше длина, меньше сечение), тем пульсации напряжений растяжения ниже. Как только происходит раскрытие стыка, пульсация напряжений возрастает в несколько раз, и болты обрывает очень быстро.

Кривошипная (мотылёвая) головка имеет установленные вкладыши, фиксирующиеся от проворачивания «усами», вставленными в пазы головки. В случае подшипника из баббита (применяются высокопрочные оловянно-свинцовые баббиты типа Б83), между половинками шатуна устанавливают пакет металлических прокладок, и по мере износа баббита их снимают при обслуживании судового дизеля. Если же шатун имеет подшипники качения, то они могут быть насыпными (иглы), либо иметь обойму для роликов (современное решение).

Верхняя головка шатуна в большинстве случаев имеет свёртную бронзовую втулку с отверстием для смазки. После запрессовки втулку разворачивают в размер пальца, обеспечивая нужную чистоту поверхности. Поскольку скорость вращения поршневого пальца невелика, долговечность узла во многих случаях обеспечивается при небольшом диаметре пальца и смазки разбрызгиванием. Ремонт верхней головки требуется редко, ресурс втулки достигает полного ресурса двигателя. Однако, возможны повреждения от гидроудара либо соударения поршня с головкой при попадании в камеру предметов. Стержень шатуна при этом также часто изгибается.

История

Самое раннее свидетельство применения шатунов датируется концом 3-го века н. э., когда в Римской империи на лесопилках в Иераполе, Малая Азия, были применены механизмы, похожие на современные шатуны-преобразователи вращательного движения водяного колеса в поступательное для привода пилы. Аналогичные механизмы были также обнаружены при раскопках в Эфесе, которые датируются VI веком н. э.

Между 1174 и 1200 гг. арабский ученый и изобретатель Аль-Джазари описал машину, конструкция которой включала шатун с коленчатым валом (кривошипно-шатунный механизм). Предназначалась такая машина для подъёма воды^[15].

В конструкциях машин кривошипы и шатуны обильно используются с XVI века, о чём свидетельствуют трактаты того времени: Агостино Рамелли The Diverse and Artifactitious Machines 1588 года, где изображены восемнадцать примеров. Число примеров растет в работе Theatrum Machinarum Novum от Георга Андреаса Бёклера, в которой присутствует до 45 различных машин.

См. также

Примечания

1. ↑ Поршневой палец (недоступная ссылка).
2. ↑ Шатун двигателя внутреннего сгорания | АВТОСТУК.РУ (рус.). autostuk.ru. Проверено 19 февраля 2018.
3. ↑ [http://mash-xxl.info/info/386331/ Баббиты для вкладышей шатунов — Энциклопедия по машиностроению XXL]. mash-xxl.info. Проверено 19 февраля 2018.
4. ↑ Шатуны — Моряк (рус.). seaspirit.ru. Проверено 19 февраля 2018.
5. ↑ Какой шатун выбрать (рус.). enginepower.pro. Проверено 19 февраля 2018.
6. ↑ Administrator. Шатуны. azbukadvs.ru. Проверено 20 февраля 2018.
7. ↑ [http://www.ngpedia.ru/id481899p1.html Стержень — шатун — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1] (рус.). www.ngpedia.ru. Проверено 20 февраля 2018.
8. ↑ Кривошипно-шатунный механизм | Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания. www.stroitelstvo-new.ru. Проверено 20 февраля 2018.
9. ↑ Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны (рус.), Автодромо — автоновости, тест-драйвы, обзоры, статьи, каталог авто и автосалонов, покупка и продажа автомобилей (18 апреля 2016). Проверено 20 февраля 2018.
10. ↑ [http://sinref.ru/000_uchebniki/00800ekscovatori/100_rukovodstvo-po-ekspluatacii-jcb-4cx/153.htm Вкладыши нижней головки шатуна (снятие и установка) дизельного двигателя Perkins]. sinref.ru. Проверено 20 февраля 2018.
11. ↑ Ремонт шатуннопоршневой группы Камаз (рус.). autoruk.ru. Проверено 20 февраля 2018.
12. ↑ Administrator. Шатуны (рус.). vdvizhke.ru. Проверено 20 февраля 2018.
13. ↑ Контент / Руководство / Поршни и шатуны — ВАЗ — ремонт, обслуживание, тюнинг (рус.). vazik.ru. Проверено 20 февраля 2018.
14. ↑ Балансировка шатунов и коленвала. — Форум Клуба PATRIOT 4×4 (англ.). www.patriot4x4.ru. Проверено 20 февраля 2018.
15. ↑ Что такое шатун и как он работает? (рус.). Проверено 19 февраля 2018.

Шатун и все,что нужно о нем знать.

 

Шатун – это соединительная деталь между коленвалом и поршнем, основное назначение которой является преобразование поступательных движений поршня внутри цилиндра во вращательные движения коленчатого вала, с которого вращение передается на колеса автомобиля через трансмиссию.

Материалы для производства шатунов

Шатуны производятся двумя способами — штамповкой из высокопрочной стали или литьем из чугуна. В дизелях применяются шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки.

В некоторых видах бензиновых двигателей устанавливаются шатуны, производимые из порошкообразных металлов методом спекания.

Из-за напряженных условий работы данная деталь КШМ должна отличаться надежностью, долговечностью и износостойкостью.

Особое внимание уделяется не только изготовлению шатунов, но и болтов крепления. Для производства болтов используются легированные виды стали, обладающие высоким коэффициентом текучести, что в несколько раз выше, чем у высокоуглеродистых сталей.

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.

Строение шатуна

Шатун имеет простое устройство, которое состоит из следующих элементов:

• стержня;
• поршневой головки;
• кривошипной головки.

Стержень представляет собой составной элемент шатуна, имеющий преимущественно двутавровое сечение. Некоторые модели имеют круглое, крестообразное, Н-образное или прямоугольное сечение шатунного стержня. В стержне присутствует канал, предназначенный для транспортировки масла к подшипнику головки поршня. 

поршневая головка — это проушина с цельной структурой, внутри которой расположена втулка. Втулка представляет собой скользящий подшипник, предназначенный для вращения пальца поршня. Материал изготовления втулки: бронза или сталь с оловом или свинцом. Структура поршневой головки зависит от размера поршневого пальца, а также от метода его крепления. Для того, чтобы уменьшить вес шатуна и, как следствие, нагрузку на поршневой палец, на некоторых автомобильных двигателях устанавливают шатуны с поршневой головкой в виде трапеции.

Кривошипная головка — механизм, предназначенный для соединения шатуна и коленчатого вала друг с другом. Большая часть шатунов оснащена разъемной кривошипной головкой, это объясняется способом сборки двигателя внутреннего сгорания. Крышка головки, расположенная в нижней части, прикрепляется болтами к шатуну. Иногда применяют бандажное или штифтовое крепление составных элементов головки. Разъем кривошипной головки бывает двух видов: прямой (расположен под углом 90 градусов относительно оси стержня), косой (под определенным углом к оси). Косой разъем используется для уменьшения размеров двигателя V-образной формы.

Профилированные стыковые поверхности головки обеспечивают препятствие при воздействии поперечных сил. При этом соединение может быть замковым или зубчатым. Самым современным и популярным является соединение, изготовленное методом раскалывания. Оно называется сплит-разъемом.

Внутри кривошипной головки шатуна расположен подшипник, который состоит из двух многослойных вкладышей. Количество слоев может варьироваться от двух до пяти в каждом. Наиболее широко используются вкладыши из двух и трех слоев. Двухслойный вкладыш изготовлен из стали с антифрикционной поверхностью. Трехслойный также состоит из стали, а антифрикционное покрытие разделяется специальной прокладкой.

Снятие и установка шатунно-поршневой группы

Снятие

Отдельно снять шатун с двигателя не получится, это возможно сделать только в сборе с установленным на шатун поршнем в сборе с пальцем и поршневыми кольцами. В некоторых случаях можно снять шатунно-поршневую группу без снятия двигателя с автомобиля. Иногда это выгодно в целях экономии времени, но всё же для обеспечения необходимой для проведения этого ремонта чистоты, без которой качественно выполнить ремонт затруднительно, лучше подобный ремонт выполнять на снятом двигателе. Тем более, что для выполнения этого ремонта всё равно придётся снимать головку блока цилиндров и масляный поддон двигателя. А при снятии головки блока цилиндров всё равно придётся снимать или отсоединять большинство жгутов проводов и вакуумных трубок.

 

Перед снятием шатунно-поршневой группы, следуя указаниям Руководства по ремонту автомобиля, снимите головку блока цилиндров и масляный поддон двигателя. Как снимать шатунно-поршневую группу обычно подробно описывается в Руководстве по ремонту автомобиля. Тут даются просто некоторые замечания, которые не всегда присутствуют в руководстве.

Перед откручиванием гаек (болтов) крепления крышки шатуна определите место нахождения меток, указывающих в какой цилиндр устанавливается данный шатун с поршнем и направление установки крышки относительно шатуна. Если подобные метки не обнаружены, что бывает крайне редко, нанесите их самостоятельно удобным способом. Несмотря на то, что крышка шатуна крепится всего двумя гайками (болтами), откручивайте гайки постепенно и поочерёдно. При чем при первом ослаблении затяжки гайки гайку допускается повернуть не более чем на ¼ оборота, а лучше меньше. После откручивания гаек снимите крышку шатуна. Примете меры, исключающие падение вкладыша из крышки шатуна. Шатунные болты изготавливаются из очень прочной стали, поэтому для уменьшения вероятности повреждения полированной поверхности шатунной шейки коленчатого вала и поверхности стенок цилиндров на шатунные болты необходимо установить специальные защитные и направляющие приспособления. При отсутствии подобных приспособлений, что бывает чаще всего, наденьте на болты куски шлангов из мягкого материала подходящего диаметра.

Для извлечения поршня из цилиндра установите коленчатый вал так, чтобы ось шатунной шейки совпала с продольной осью цилиндра. Примите меры предосторожности, исключающие падение поршня в сборе с шатуном. Поддерживая поршень снизу, лёгкими ударами деревянной ручки молотка по шатуну или болтам извлеките поршень из отверстия цилиндра.

Укладывайте все снятые детали так, чтобы была возможность установки этих деталей на то место, где они стояли до снятия. Это относится также к гайкам или вкладышам, даже если принято решение о замене вкладышей. По состоянию вкладышей можно определить некоторые неисправности двигателя. Укладывайте снятые детали только на чистую поверхность.

Проведите тщательный осмотр и необходимую дефектовку всех снятых деталей.

Соедините шатун с поршнем при помощи поршневого пальца и установите на поршень поршневые кольца. Некоторые советы по установке этих деталей даны в соответствующих статьях. Одновременно соберите все шатунно-поршневые группы двигателя.

Ещё раз проверьте, что замки поршневых колец установлены в соответствии с указаниями в Руководстве, а в случае отсутствия таких указаний установите замки соответствии с рекомендациями, данными в главе «Установка поршневых колец».

Обильно смажьте поршень, поршневые кольца и стенки цилиндров чистым моторным маслом. Смажьте внутреннюю поверхность специального приспособления для сжатия поршневых колец

Установите на поршень специальное приспособление и сожмите кольца. Иногда необходимо слегка обстучать приспособление молотком с пластмассовым бойком.

Установите на болты крышки крепления шатуна защитные приспособления или наденьте на болты отрезки шлангов. Осторожно вставьте шатун в отверстие цилиндра. Шатун с поршнем допускается устанавливать только в одном направлении, обычно направление установки указывается специальной меткой на днище поршня. Опустите поршень в цилиндр, пока специальное приспособление не коснётся поверхности блока цилиндров. Прижмите приспособление к поверхности блока цилиндров и нанесите несколько очень лёгких ударов торцом деревянной ручки молотка по всей окружности верхней кромки приспособления. Прижимая приспособление к поверхности блока цилиндров, лёгкими равномерными ударами деревянной ручки молотка, переместите поршень в отверстие цилиндра.

Выровняйте шатун относительно шейки коленчатого вала. Тщательно протрите поверхность шатуна, на которую устанавливается вкладыш подшипника. Убедитесь в идеальной чистоте этой поверхности. Осторожно установите в шатун ранее подобранный для этого цилиндра верхний вкладыш шатунного подшипника. Верхний вкладыш может отличаться от нижнего отсутствием канавки для масла. Верхний или нижний вкладыш определяется для нормального положения двигателя, поскольку при установке подсоединении шатуна на снятом двигателе двигатель, чаще всего находится в перевёрнутом состоянии, верхний вкладыш будет расположен внизу.

Если повторно устанавливаются снятые при разборке вкладыши, их необходимо установить на то место, в котором они находились до снятия. Не наносите масло на постель подшипника или на наружную поверхность вкладыша. Совместите, если имеется, фиксирующий усик вкладыша с соответствующей выемкой в шатуне.

Тщательно протрите внутреннюю поверхность крышки шатуна и наружную поверхность нижнего вкладыша. Не нанося масла на вкладыш и крышку, установите нижний вкладыш в крышку шатуна. Совместите усик крышки с пазом. Нанесите обильный слой чистого моторного масла на шатунную шейку коленчатого вала и на внутренние поверхности обоих вкладышей. Некоторые производители не рекомендуют наносить масло пальцем, а предлагают пользоваться для этого только специальной маслёнкой.

Ещё раз убедитесь, что устанавливаете крышку шатуна именно этого цилиндра и устанавливаете её в правильном направлении. Установите крышку с установленным вкладышем на болты. Прижимая крышку к шатуну, закрутите гайки от руки. Затягивайте гайки в строгом соответствии с указаниями руководства. При этом обязательно используйте динамометрический ключ, и если необходимо специальный транспортир для доворота гайки на установленный угол.

В такой же последовательности установите шатунно-поршневые группы остальных цилиндров. После выполнения этой работы обязательно убедитесь в лёгкости вращения коленчатого вала.



ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

• Mercedes-Benz Concept седан — видео трейлер
• Бмв е90: описание,обзор,фото,видео,комплектация,характеристики.
• Volkswagen c coupe gte: обзор,описание,фото,видео,комплектация.
• Бмв е39: обзор,описание,фото,видео,комплектация,характеристики
• Опель Зафира: обзор,описание,фото,видео,комплектация.
• Какую сигнализацию лучше поставить на автомобиль с автозапуском.
• КАК ПРОИЗВОДЯТ АВТОМОБИЛИ В ГЕРМАНИИ — немецкие авто видео.
• Новый Audi Q2 2016-2017 описание технические характеристики фото видео
• Volkswagen Amarok 2017 года фото видео обзор описание комплектация.
• Как выбрать самый экономичный кроссовер по расходу топлива?
• Список 8 самых странных велосипедов в мире
• Особенности выбора автомобиля Мерседес S 222 с пробегом
• Автомобильные турбокомпрессоры: особенности устройства и основные дефекты
• Особенности и преимущества программы Трейд-Ин
• Ауди Q3 2019 года: обзор,фото,характеристики,комплектации,цена