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 этой статье.
Что такое шатун и какое место он занимает в двигателе?
Шатун — составная часть кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей внутреннего сгорания всех типов;Разъемная деталь, предназначенная для соединения поршня с соответствующей шейкой коленчатого вала.
Эта деталь выполняет в двигателе несколько функций:
● Механическое соединение поршня и коленчатого вала;
● Передача от поршня к коленчатому валу моментов, возникающих при рабочем ходе;
● Преобразование возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала;
● Смазка подается к поршневому пальцу, стенкам поршня (для дополнительного охлаждения) и цилиндру, а также к деталям ГРМ в силовых агрегатах с нижним распределительным валом.
В моторах количество шатунов равно числу поршней, каждый шатун соединен с поршнем (через бронзовую втулку и палец), а нижняя часть соединена с соответствующей шейкой коленчатого вала (через подшипники скольжения).В результате образуется шарнирная конструкция, обеспечивающая свободное перемещение поршня в вертикальной плоскости.
Шатуны играют важную роль в работе силового агрегата, и их поломка зачастую полностью выводит из строя двигатель.Но для правильного выбора и замены этой детали необходимо разобраться в ее конструкции и особенностях.
Типы и конструкция шатунов
На сегодняшний день существует два основных типа шатунов:
● Стандартные – обычные шатуны, используемые во всех типах поршневых двигателей;
● Парный (шарнирный) - узел, состоящий из обычного шатуна и шарнирно прикрепленного к нему шатуна без кривошипной головки, такие узлы применяются в V-образных двигателях.
Конструкция шатунов двигателя внутреннего сгорания отработана и практически доведена до совершенства (насколько это возможно при современном развитии техники), поэтому, несмотря на огромное разнообразие двигателей, все эти детали устроены одинаково.
Шатун представляет собой разборную (составную) деталь, в которой различают три части:
● Род;
● Поршневая (верхняя) головка;
● Кривошипная (нижняя) головка со съемной (съемной) крышкой.
Шатун, верхняя головка и половина нижней головки представляют собой одну деталь, все эти детали формируются сразу при изготовлении шатуна.Крышка нижней головки представляет собой отдельную деталь, которая тем или иным образом соединена с шатуном.Каждая из частей шатуна имеет свои конструктивные особенности и функциональные возможности.
Конструкция шатуна
Стержень.Это основа шатуна, соединяющего головки и обеспечивающего передачу усилия от головки поршня к кривошипу.Длина штока определяет высоту поршней и их ход, а также общую высоту двигателя.Для достижения необходимой жесткости к стержням крепят различные профили:
● двутавр с расположением полок перпендикулярно или параллельно осям головок;
● Крестообразный.
Чаще всего стержню придают двутавровый профиль с продольным расположением полок (справа и слева, если смотреть на шатун по осям головок), остальные профили применяют реже.
Внутри шатуна просверлен канал для подачи масла из нижней головки в верхнюю, в некоторых шатунах из центрального канала выполнены боковые отводы для разбрызгивания масла на стенки цилиндров и другие детали.На двутавровых стержнях вместо просверленного канала может быть использована металлическая маслоподающая трубка, соединенная со стержнем металлическими скобами.
Обычно стержень маркируется и маркируется для правильной установки детали.
Головка поршня.В головке вырезано отверстие, в которое запрессована бронзовая втулка, играющая роль подшипника скольжения.Поршневой палец установлен во втулке с небольшим зазором.Для смазки трущихся поверхностей пальца и втулки в последней выполнено отверстие, обеспечивающее поступление масла из канала внутри шатуна.
Провернуть голову.Эта головка разъемная, ее нижняя часть выполнена в виде съемной крышки, закрепленной на шатуне.Разъем может быть:
● Прямой – плоскость разъема расположена под прямым углом к стержню;
● Наклонный – плоскость разъема выполнена под определенным углом.
| Шатун с прямым разъемом крышки | Шатун с разъемом косой крышки |
Наиболее распространены детали с прямым разъемом, шатуны с косым разъемом чаще применяются на V-образных силовых агрегатах и дизелях, они более удобны при монтаже и уменьшают габариты силового агрегата.Крышку можно прикрепить к шатуну болтами и шпильками, реже применяют штифт и другие соединения.Болтов может быть два или четыре (по два с каждой стороны), их гайки фиксируются специальными стопорными шайбами или шплинтами.Для обеспечения максимальной надежности соединения болты могут иметь сложный профиль и дополняться вспомогательными деталями (центрирующими втулками), поэтому крепления шатунов различных типов не являются взаимозаменяемыми.
Крышку можно изготовить одновременно с шатуном или отдельно.В первом случае после формирования шатуна нижняя головка разбивается на две части, чтобы сделать крышку.Для обеспечения надежного соединения и обеспечения устойчивости соединения при возникновении поперечных моментов стыковочные поверхности шатуна и крышки профилированы (зубчатые, с прямоугольным замком и т. д.).Независимо от технологии изготовления шатуна, отверстие в нижней головке растачивается в сборе с крышкой, поэтому эти детали следует использовать только парами, они не взаимозаменяемы.Для предотвращения запотевания шатуна и крышки на них делаются отметки в виде меток различной формы или цифр.
Конструкция шатунов различных типов
Внутри кривошипной головки установлен коренной подшипник (вкладыш), выполненный в виде двух полуколец.Для фиксации вкладышей внутри головки имеются два или четыре паза (паза), в которые входят соответствующие усы на вкладышах.На внешней поверхности головки может быть предусмотрено выходное отверстие масляного канала для распыления масла на стенки цилиндра и другие детали.
В шарнирных шатунах над головкой выполнен выступ с расточенным отверстием, в который вставляется палец нижней головки прицепного шатуна.Сам прицепной шатун имеет устройство, аналогичное обычному шатуну, но его нижняя головка имеет небольшой диаметр и является неразборной.
Шатуны изготавливаются методом штамповки или ковки, однако крышка нижней головки может быть отлита.Для изготовления этих деталей используются различные марки углеродистых и легированных сталей, способных нормально работать при высоких механических и термических нагрузках.
Вопросы обслуживания, ремонта и замены шатунов
Шатуны в процессе работы двигателя подвергаются незначительному износу (поскольку основные нагрузки воспринимают вкладыши в нижней головке и втулка в верхней головке), а деформации и поломки в них возникают либо при серьезных неисправностях двигателя, либо в результате его длительное интенсивное использование.Однако при выполнении некоторых ремонтных работ приходится демонтировать и разбирать шатуны, а капитальный ремонт силового агрегата часто сопровождается заменой шатунов и сопутствующих деталей.
Разборка, демонтаж и последующая установка шатунов требует соблюдения определенных правил:
● Крышки нижних головок следует устанавливать только на «родные» шатуны, поломка крышки требует полной замены шатуна;
● При установке шатунов необходимо соблюдать порядок их установки – каждый шатун должен занимать свое место и иметь правильную пространственную ориентацию;
● Затягивание гаек или болтов должно осуществляться с определенным усилием (с использованием динамометрического ключа).
Особое внимание следует уделить ориентации шатуна в пространстве.На штоке обычно имеется метка, которая при установке на рядный мотор должна быть обращена к его передней части и совпадать с направлением стрелки на поршне.У V-образных моторов в одном ряду метка и стрелка должны смотреть в одну сторону (обычно левый ряд), а во втором ряду – в разные стороны.Такое расположение обеспечивает балансировку КШМ и двигателя в целом.
При поломке крышки, перекручивании, прогибах и других деформациях, а также при разрушении шатуны заменяются полностью.Новый шатун должен быть того же типа и каталожного номера, что и тот, который был установлен на моторе ранее, но эту деталь все равно нужно подбирать по весу, чтобы сохранить балансировку двигателя.В идеале все шатунно-поршневые группы двигателя должны иметь одинаковый вес, но в действительности все шатуны, поршни, пальцы и вкладыши имеют разную массу (особенно если используются детали ремонтных размеров), поэтому детали приходится взвешивать. и комплектуется по весу.Вес шатуна определяется с учетом веса каждой его головки.
Разборку, замену и сборку шатунов и шатунно-поршневых групп необходимо производить в строгом соответствии с инструкциями по ремонту и эксплуатации автомобиля.В дальнейшем шатуны не нуждаются в особом обслуживании.При правильном подборе и установке шатунов двигатель обеспечит необходимую производительность в любых условиях эксплуатации.
Время публикации: 05 августа 2023 г.