Шатун это: Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт

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 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 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.

Ремонт и восстановление шатунов двигателя автомобиля

Эту статью, вроде, естественно начать фразой: «Шатун является важным узлом двигателя внутреннего сгорания». Написал, прочитал и понял, что фраза-то, никуда не годиться! Во-первых, шатуны используются не только в двигателях внутреннего сгорания, но и, например, в паровых двигателях. Во-вторых, кажется, «неважных» узлов и деталей в двигателях попросту нет. Все они важные. И, на конец, шатуны применяются не во всех типах двигателей внутреннего сгорания. Ладно. Попробуем тогда начать иначе.

Шатун служит для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. В большинстве поршневых двигателей внутреннего сгорания, при помощи шатуна, возвратно-поступательное движение поршня преобразуется, через посредство поршневого пальца, во вращательное движение коленчатого вала. В процессе работы двигателя шатун испытывает значительные знакопеременные нагрузки и приходится ему нелегко, даже при штатной работе двигателя. Естественный износ не обходит шатуны стороной. Если же происходят такие неприятности, как потеря давления масла или гидроудар, то одним из их обязательных последствий являются деформации шатунов различной степени тяжести. Поэтому при «переборке» двигателя (неважно какими причинами она спровоцирована) рекомендуется обязательно обратить внимание на состояние шатунов.

В двигателях внутреннего сгорания применяется великое разнообразие шатунов

Шатуны могут различаться, как материалами изготовления, так и конструкциями. В формате этой небольшой статьи мы расскажем только о наиболее распространенных шатунах и методах их ремонта и восстановления.

Наибольшее распространение на сегодняшний день имеют шатуны, изготовленные из чугуна с плавающей посадкой поршневого пальца в верхней головке шатуна (ВГШ) и разъемной нижней головкой шатуна (НГШ). Не так часто, но встречаются шатуны с прессовой посадкой поршневого пальца (всем известные примеры – двигатели ВАЗ 2101 и ВАЗ21083). По НГШ шатуны различаются конструкцией разъема. Разъем может быть плоским или разрывным. Реже встречаются штифтовые, зубчатые или ступенчатые разъемы.

В процессе эксплуатации двигателя шатунные вкладыши, а также втулки ВГШ, изнашиваются. По мере развития износа зазоры между шатунными шейками коленчатого вала и шатунными вкладышами или между поршневыми пальцами и втулками ВГШ увеличиваются и в какой-то момент износ развивается на столько, что происходит «пробой» масляного клина и металл начинает контактировать с металлом. Внешне это проявляется, как «стук» двигателя. Так вот, если дело дошло до стука, то при ремонте двигателя простая замена вкладышей или поршней с пальцами (смотря где «стучало») скорее всего проблемы не решит или решит на непродолжительное время. Как правило после стука «по шатунным шейкам» требуется шлифовка коленчатого вала, ну и ремонт НГШ. Если «застучал» палец, то не обойтись без ремонта ВГШ.

Для большинства шатунов различными производителями выпускаются втулки ВГШ

Ремонт ВГШ осуществляется следующим образом: Изношенную втулку выпрессовывают и проверяют геометрию посадочного места. Если его параметры находятся за пределами допуска, то шатун следует заменить т.к. отремонтировать его, не внося изменений в конструкцию двигателя, невозможно. Если параметры в пределах допуска, то вместо изношенной втулки ВГШ запрессовывают новую. После запрессовки втулку растачивают, базируясь от НГШ чтобы обеспечить соосность, что очень важно. После расточки втулку хонингуют, что позволяет создать необходимую шероховатость поверхности, а также выполнить технические требования по диаметру НГШ и соответственно зазору между поршневым пальцем и втулкой. Если «разбивается» ВГШ в шатуне с прессовой посадкой поршневого пальца, то восстановление такого шатуна без внесения изменений в конструкцию двигателя невозможно и не рекомендуется. Решением проблемы является замена шатуна.

Ремонт шатуна не предусмотрен?

Ремонтные (увеличенные по наружному радиусу) шатунные вкладыши для подавляющего большинства двигателей не предусмотрены и промышленно не выпускаются. Поэтому ремонт НГШ производится следующим образом: Крышку шатуна занижают, обрабатывая плоскости разъема на плоскошлифовальном станке, затем шатун собирают, затянув крепежные гайки надлежащим моментом, и растачивают НГШ в заводской размер базируясь от ВГШ для обеспечения соосности и сохранения межосевого расстояния. Так это делается в случае НГШ с плоским разъемом.

Если разъем штифтовой, то перед занижением штифты необходимо удалить, а перед сборкой шатуна установить на место. При этом случается, что глубину отверстий под штифты необходимо увеличить на величину занижения крышки.

В случае с шатунами, имеющими зубчатый или ступенчатый разъем НГШ, занижение производится методом сложной фрезеровки с сохранением конфигурации поверхности разъема.

Особенности ремонта шатуна

А вот если шатун имеет разрывной разъем, что все чаще встречается в последние годы, то восстановить такой шатун без внесения изменений в конструкцию двигателя невозможно. Если шатун этого типа поврежден его следует заменить.

И напоследок, один существенный момент! В ряде случаев, если шатун сильно пострадал (обычно это происходит при длительном перемещении «на стучащем моторе») восстановить геометрию НГШ без изменения межосевого расстояния не представляется возможным. В таком случае, особенно если двигатель дизельный, шатун лучше заменить. Если все-таки выполняется ремонт, то при сборке двигателя совершенно необходимо проверить выступание поршней и, если это требуется, обработать плоскость разъема блока цилиндров на соответствующую величину. Впрочем, проверка выступания поршней при любой сборке двигателя, никогда не является лишней

Полную информацию по ремонту шатунов вы можете получить по телефонам: +7 (495) 777-68- 39

Шатуны для тюнинга двигателя машины

Деталь, соединяющую коленвал и поршень двигателя называют – шатун. Расскажем про шатуны для тюнинга двигателя авто — зачем нужны и что дают, если сделать облегчение. Как уменьшить вес стандартного шатуна.

Для чего нужны

При тюнинге двигателя увеличение его объема — один из лучших способов для наибольшей прибавки мощности. Но помните, что увеличивая ход коленвала, но используя стандартные шатуны обычной длины, поршни получают большую боковую нагрузку. Это ведет к механическим потерям и уменьшения крутящего момента на выходе. Для достижения максимального эффекта необходимо при увеличении хода коленвала увеличивать высоту шатуна. Использование более длинных деталей потребует изготовление кованых поршней с меньшей высотой. Это вызвано тем, что используя большой ход коленчатого вала и высокие шатуны, не хватит высоты блока цилиндров, чтобы уместить в него стандартный поршень.

Одна из важнейших вещей при подготовке шатунов для модернизированного двигателя — это их прямизна. Изогнутые, или слегка деформированные детали уменьшат мощность мотора, т. к. они удерживают поршень в отверстии цилиндра под углом, увеличивая трение. Поэтому проверка совмещения является обязательной операцией при сборке форсированного мотора.

Уменьшение веса

Важным фактором является вес. Большинство имеет большие балансировочные подушки на обоих концах. Эти подушки можно уменьшить, соответствующим образом уменьшая его массу. Убедитесь, что на них останется достаточно материала, т. е. что облегченные шатуны могут быть отбалансированы перед окончательной сборкой.

Уменьшая подушки балансировки и убирая лишний вес, можно уменьшить общую массу примерно на 10%. Например, комплект из 4 штук можно уменьшить на 900 грамм. Это не увеличит мощности, но улучшит реакцию на открывание дроссельной заслонки, что улучшит разгон автомобиля. Т.е. двигатель будет быстрее раскручиваться и работать на высоких оборотах больше времени.

Также снижается инертность работы мотора, что скажется на уменьшении механических потерь и снижения бокового давления на поршень.

Обзор шатунов — в чём отличие

Перед тем как шатуны пойдут на «облегчение», их нужно проверить на наличие поверхностных трещин. Если намереваетесь серьёзно их обработать, то рекомендуется проверить их до и после обработки, для выявления возможных трещин вблизи поверхности. Небольшие поверхностные дефекты могут быть удалены простой шлифовкой. Если проверка выявила наличие серьезных трещин, то его нужно заменить.

Многие автолюбители пытаются уменьшить вес самостоятельно. Для этого берут болгарку и срезают всё лишнее. Это делать опасно из-за возможного разрушения детали в будущем. Не понятно, как поведёт себя облегченный шатун и не разрушит ли он весь мотор. Если собираете двигатель для тюнинга авто, то покупайте заводские детали с облегчением или делаете на фрезерном станке. Стоимость тюнинговых не так велика, а гарантий намного больше.

Болты шатунов являются деталями, на которые часто не обращают внимания. Но если болты растянулись под нагрузкой, то зажимной эффект будет уменьшен, и шатун ослабит захват вкладышей подшипников. Правило выбора простое: покупайте лучшие (дорогие) болты, которые можете найти.

Почему может шатун оборваться

«При разгоне безо всяких предварительных стуков при переключении на 5-ю передачу (скорость 85-90 км/ч) услышал бах — и через долю секунды мотор заклинил» — этими словами начиналось первое же сообщение в обсуждении на форуме ABW.BY статьи «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун», в которой рассматривался реальный случай обрыва шатуна, а также рассказывалось, какими были последствия произошедшего и что к ним привело.

Затем читатель пояснил, что, когда двигатель заклинивал, его спасло то, что нога была на педали сцепления. В момент резкого торможения автомобиля Ford Mondeo 1.8 TD заклинившим мотором водитель выжал педаль сцепления, а также выключил передачу, хотя и сам не понял, как успел это сделать.  

Далее в сообщении было сказано: «А всего-то лопнул болт на шатуне 1-го цилиндра, с другой стороны его оборвало по двутавру…

Шатун вывесился вниз и попал под движущийся коленвал, который этим уже V-образным шатуном проломал блок, оторвав кусок блока с 1-м и 2-м цилиндрами, кронштейном ТНВД и самим ТНВД…

Порвало ремень ТНВД… Мотор оторвался от кронштейнов и почти прокрутился под капотом. Половина оставшегося блока пошла мелкой сеткой трещин и развалилась при разборке останков на кусочки. «Голова» почти целая, пригнуло слегка пару клапанов. Зрелище не для слабонервных, фото есть покруче, чем в статье. Если редакции интересно, можете взять фото и сделать статью-хоррор».

Нам, разумеется, стало интересно, а поскольку вы видите фотографии, объяснять, что мы получили их от читателя, разместившего процитированное выше сообщение, не требуется. Однако на хоррорах мы не специализируемся — это не наш профиль. По-человечески посочувствовать по поводу произошедшего — другое дело, а уж попробовать разобраться, почему приключилась такая катавасия, и предупредить других автовладельцев, что не нужно делать, чтобы и они когда-нибудь не столкнулись с чем-то подобным, и вовсе наша, можно сказать, прямая обязанность.

Итак, шатун. Вместе с поршнями и коленчатым валом шатуны составляют кривошипно-шатунный механизм, благодаря которому энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Шатуну отводится роль звена, шарнирно связывающего поршень и коленчатый вал друг с другом.

Конструкция шатуна так же незамысловата, как и его функциональное назначение. Отверстие в верхней головке шатуна является посадочным для поршневого пальца, служащего осью для соединения шатуна с поршнем. В одних шатунах поршневой палец свободно вращается в верхней головке, в других он зафиксирован. В первом случае палец называют плавающим. В конструкциях с плавающим пальцем для уменьшения трения и износа в сочленении «палец — шатун» в верхней головке шатуна предусматривается подшипник скольжения. Для этого в головку запрессовывают тонкостенную втулку. В случае зафиксированного пальца необходимости во втулке нет.

Нижней головкой, иногда именуемой кривошипной, шатун соединяется с шейкой коленвала. Нижняя головка разъемная. Крышка крепится к верхней части шатуна двумя болтами. Снова имеются варианты — крепление осуществляется при помощи болтов с гайками, либо гайки отсутствуют, а болты по резьбе вкручиваются в верхнюю часть шатуна.

Поверхности нижней головки являются постелями для шатунных вкладышей, образующих подшипник скольжения. Осталось упомянуть, что та часть шатуна, которая находится между головками и имеет двутавровое сечение, называется стержнем. 

Покончив на этом знакомство с устройством шатуна, перейдем к выяснению причин его поломок.

Шатун никогда просто так разорваться не может — это не та деталь, чтобы поломаться ни с того ни с сего. Да, его проектируют, стараясь максимально облегчить, дабы уменьшить силы инерции, возникающие при движении шатуна. Однако на первом плане все-таки прочность, ибо что может натворить шатун в случае обрыва, после просмотра полученных нами фотографий объяснять не нужно.

Почему же тогда изредка шатун все же ломается? Без причины, как известно, и рак на горе не свистит. Причиной обрыва шатуна в статье «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун» было разгильдяйское поведение владельца автомобиля, не удосужившегося в течение двух месяцев после покупки хотя бы раз-другой проверить, есть ли в двигателе масло. Из-за недостаточной смазки шатунные вкладыши прихватило к шейке коленвала, они провернулись, появился стук, а беспечное продолжение эксплуатации мотора в таком состоянии закончилось обрывом шатуна по стержню.

В условиях масляного голодания может оказаться и подшипник скольжения в верхней головке шатуна в конструкциях с плавающим пальцем, а также сопряжение поршневого пальца с бобышками поршня. В этом случае втулка способна провернуться, а палец — заклинить как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Не всегда подобная оказия заканчивалась «рукой дружбы», показанной шатуном, но бывало и такое. 

Еще одна угроза для двигателя со стороны шатуна появляется при заклинивании поршня в цилиндре, например, из-за перегрева. Не будем сбрасывать со счета также возможность заводского брака при изготовлении шатуна. Пусть вероятность брака статистически весьма невелика, но она существует. Однако к произошедшему в двигателе Mondeo указанные причины поломок шатуна отношения не имеют.

Тогда что же? В сообщении владельца Mondeo было сказано, что «всего-то лопнул болт на шатуне». Это подсказало, в какую сторону надо копать. Во время телефонного разговора выяснилась новая подробность — незадолго до случившегося двигатель ремонтировали, шатуны при этом разбирали.

У повторной сборки шатунов после ремонта несколько подводных камней. Первый — важно не перепутать крышки шатунов. Несмотря на внешнюю схожесть, они невзаимозаменяемые, каждая крышка подходит только к тому шатуну, с которым идет в сборе. А если крышки не перепутаны, не менее важно при установке случайно не повернуть их на 180 градусов. К чему приводит путаница, мы рассказывали в статье «Урок не пошел впрок, или Почему может заклинить двигатель». Правда, там при ремонте перепутали крышки коренных подшипников коленвала, но рассказанное справедливо и для шатунных подшипников.  

Второй подводный камень — момент затяжки болтов. Его величина строго регламентирована. Если момент затяжки окажется меньше нормы, возможно самопроизвольное отворачивание гаек либо болтов, если гайки не предусмотрены. Ослабление крепежа ведет к обрыву шатунного болта или разрушению нижней головки шатуна с противоположной стороны от болта, потерявшего затяжку. В этом случае на крышке шатуна под гайкой или головкой болта, потерявшего затяжку, можно увидеть наклепанную поверхность, а поломке нередко предшествует стук. По словам владельца Mondeo, предварительных стуков не было, значит, опять не то.

Похоже, болты были затянуты на совесть. Увы, излишнее усердие при их затяжке тоже чревато. При превышении момента затяжки сверх нормы болты способны вытягиваться, а это и есть предпосылка для последующего их обрыва — на этот раз без каких-либо предварительных стуков. И не всегда вытягивание болтов так же хорошо видно, как на приведенном фото. Неспроста во многих инструкциях по ремонту число повторных применений старых болтов ограничивается, а перед затяжкой рекомендуется проверить длину болтов. Если она превосходит максимально допустимое значение, которое указано в инструкции, болты необходимо заменить новыми.

И вновь уточняющая подробность от владельца Mondeo: при ремонте болты оставили старые. По всей видимости, это и было причиной того, что один из них впоследствии лопнул, ведь, как гласит народная мудрость, рвется там, где тонко.

Наш вердикт

Редко, но метко — именно так можно в двух словах охарактеризовать частоту, с которой случаются поломки шатунов, и тяжесть их последствий для двигателя. Но все в наших руках — и без того небольшое количество поломок можно сократить, так как многие из них вызваны «рукотворными» причинами. 

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и владельца автомобиля 
ABW.BY

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 выступа поршневого пальца полуфланцевого запрессованного поршневого пальца автомобильного бензинового двигателя.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. Другой гораздо меньший пик 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 отметили, что необходимо сделать упор на усовершенствование конструкции для уменьшения трения 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 | Инжиниринг | Fandom

Поршень

(вверху) и шатун типичного автомобильного двигателя (шкала в сантиметрах)

В поршневом двигателе шатун или шатун соединяет поршень с кривошипом или коленчатым валом.

Двигатели внутреннего сгорания [править | править источник]

Сделано из [править | править источник]

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания шатуны обычно изготавливаются из стали [1] для серийных двигателей, но могут быть из алюминия [2] (для легкости и способности поглощать высокие удары за счет долговечности) или титан [3] (для сочетания прочности и легкости за счет доступности) для двигателей с высокими рабочими характеристиками или из чугуна [4] для таких применений, как мотороллеры.

Детали монтажа [править | править источник]

Они не закреплены жестко на обоих концах, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться при движении штока вверх и вниз и при вращении вокруг коленчатого вала.

Малый конец прикрепляется к поршневому пальцу или пальцу, который в настоящее время чаще всего запрессовывается [5] в шатун, но может поворачиваться в поршне, как «плавающий палец на запястье». Головка шатуна соединяется с шейкой подшипника на ходу кривошипа, работая на сменных вкладышах подшипника, доступных через болты шатуна [6] , которые удерживают «крышку» подшипника на головке шатуна; Обычно в подшипнике и большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазочное масло под давлением [7] разбрызгивается на упорную сторону стенки цилиндра для смазки хода поршней и поршневых колец.

Рабочие [править | править источник]

Шатун находится под огромным напряжением от возвратно-поступательной нагрузки, представленной поршнем, фактически растягиваясь и расслабляясь при каждом вращении, и нагрузка быстро увеличивается с увеличением скорости двигателя.

отказов [править | править источник]

Выход из строя шатуна — одна из наиболее частых причин катастрофических отказов двигателя в автомобилях, когда сломанный стержень часто проходит через боковую часть картера, что приводит к неисправности двигателя; это может быть результатом перегрева, физического дефекта штока, отказа смазки в подшипнике из-за неправильного обслуживания или выхода из строя болтов штока из-за дефекта, неправильной затяжки или повторного использования уже использованных (напряженных) болтов, если это не так. рекомендуемые.

Надежность [править | править источник]

К счастью, несмотря на их частое появление на телевизионных автомобильных соревнованиях, такие сбои довольно редко встречаются на серийных автомобилях при обычной повседневной вождении.

Производство

[редактировать | править источник]

При создании двигателя с высокими рабочими характеристиками большое внимание уделяется шатунам, устранению концентраторов напряжений с помощью таких методов, как шлифование краев шатуна до плавного радиуса, дробеструйная обработка для снятия внутреннего напряжения, уравновешивание всех узлов шатуна / поршня с одинаковый вес и магнитное плавление, чтобы выявить невидимые в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу стержня 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.

Более поздняя производственная технология заключается в изготовлении стержня как единой детали из металлического порошка, что позволяет более точно контролировать размер и вес с меньшими затратами на обработку и меньшим количеством 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.

Износ двигателя [править | править источник]

Основным источником износа двигателя является боковое усилие, прилагаемое коленчатым валом к ​​поршню через шатун, которое обычно изнашивает цилиндр до овального [8] поперечного сечения, а не круглого, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец против стенок цилиндра. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этой боковой силы и, следовательно, увеличивают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня представляет собой фиксированное число, определяемое 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.

Смазка [править | править источник]

Смазка изнашиваемых поверхностей играет важную роль в износе двигателя. Поэтому используемый смазочный материал [9] играет важную роль. Самой последней технологией является добавление ПТФЭ [10] к смазке в той или иной форме.

В паровозе шатунные шейки часто устанавливаются непосредственно на одной или нескольких парах ведущих колес, и ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны, также называемые коренными шатунами , проходят между шатунными шейками и подшипниками крейцкопфа, где они соединяются с поршневыми штоками.

См. Также номенклатуру паровозов.

Шатун: определение, функции, типы, детали, проблема

Шатун , который также называют 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 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: Классификация 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 время искры занято, что может привести к изгибу или разрыву штока цилиндра.

Превышение реввинга:

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!

Шатун | History Wiki

Файл: Поршень и шатун.jpg Поршень

(вверху) и шатун 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 в 5 веке появились кривошипно-шатунные механизмы, а в 6-м веке — кривошипно-шатунные механизмы со штоком поршня. ^[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: Схема четырехтактного двигателя.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 чаще всего изготавливаются из стали для серийных двигателей, но могут быть из алюминия (для легкости и способности поглощать высокие 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 наконечник 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» . Головка шатуна 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 частых причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, поскольку часто сломанный стержень проходит через боковую часть картера и, таким образом, 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 такие сбои часто возникают на телевизионных соревнованиях по автомобильным соревнованиям, на серийных автомобилях при повседневной эксплуатации такие сбои довольно редки. 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), уравновешивание всех узлов шатуна / поршня на одинаковый вес и магнафлюкс, чтобы выявить в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу штока из строя под напряжением.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 с меньшими затратами на механическую обработку и меньшую избыточную массу, 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, прилагаемое к поршню 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, увеличивают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня представляет собой фиксированное число, определяемое 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.Это требует, 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: Renault 190HP conrods 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 вспомогательной штанги немного короче, чем ход ведущей, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе, что катастрофически характерно для Sunbeam Arab.

Обычным решением для высокопроизводительных авиадвигателей является «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 кривошипные 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 шатунными шейками и крейцкопфами, где они соединяются со штоками поршня. 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 соединительные штанги правильно называются «шатуны» , , 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 социальные действия 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 Хасан, 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», Журнал римской археологии 20 : 138–163

Технология шатуна: кованые и стальные стержни

Возможно, ни одна часть двигателя не подвергается такому напряжению, как шатуны.Разработанные для передачи линейного движения и энергии, производимой в камере сгорания, во вращательное движение коленчатого вала, шатуны также служат ключевым компонентом в управлении теми же событиями и изменяют долговечность и срок службы двигателя.

«Комплект стержней должен быть адаптирован к двигателю и потребностям клиента», — говорит Керри Новак из Crower.

Комплект стержней должен быть адаптирован к двигателю и потребностям клиента. -Керри Новак, Crower

Несмотря на то, что для изготовления шатунов используются разные материалы, это обсуждение будет сосредоточено на стали, особенно на заготовке и кованой стали 4340.За советом экспертов мы связались с некоторыми из ведущих представителей удилищной промышленности, в том числе с Новаком из Кроуэра, Дэвидом Личем из Lunati, Аланом Дэвисом из Eagle Specialty Products и Майклом Токарчиком из Мэнли. Мы также обратились к Брайану Нилену из Late Model Engines за дополнительной информацией.

Понимание напряжений в стержнях

Шатуны подвергаются как сжимающим, так и растягивающим усилиям в течение 720 градусов четырехтактного цикла сгорания. На такте сжатия давление внутри цилиндра увеличивается, давя на шток.В зависимости от степени сжатия вашего двигателя, сумматоров мощности и т. Д. Это давление может расти быстро и круто.

Степень сжатия, давление наддува, угол опережения зажигания, перекрытие распределительных валов, мощность в лошадиных силах, крутящий момент, частота вращения двигателя и многие другие факторы влияют на нагрузку на шатуны.

На стороне сгорания стержень должен выдерживать резкое и резкое изменение направления в дополнение к давлению, создаваемому горящими и расширяющимися газами сгорания. Эту нагрузку на шток можно рассчитать, умножив площадь отверстия (квадрат радиуса отверстия, умноженный на пи) на давление в цилиндре.Например, отверстие диаметром 4 дюйма будет иметь площадь поверхности 12,566 дюйма. При давлении в камере 1000 фунтов на квадратный дюйм совокупное давление на стержень в этой точке сгорания будет 12566 фунтов на квадратный дюйм. И не забывайте, что свеча сработает непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней мертвой точки, что означает, что шток все еще находится на подъеме, поскольку горючая смесь воспламеняется, что еще больше увеличивает давление в цилиндре, которое шток должен преодолеть.

Эта точка цикла сгорания также поднимает проблему преждевременного зажигания, детонации и пропусков зажигания.Зная, что давление в цилиндре увеличивается после воспламенения топливовоздушной смеси, предварительное зажигание увеличивает нагрузку на шток раньше, дополнительно нагружая его сжимающей силой. Если событие предварительного воспламенения является сильным или достаточно частым, стержень может быть нагружен сверх его предела.

Двутавровая балка и двутавровая балка

Стержни с двутавровой балкой

были созданы по необходимости во время Второй мировой войны, когда произошли отказы стержней в самолетах-истребителях, когда летчики-истребители союзников использовали закись азота для увеличения скорости отрыва во время собачьих боев.

Есть постоянные споры о том, что лучше, двутавровая балка или двутавровая балка. Стержни двутавровых балок обычно более жесткие и могут лучше распределять нагрузки и сжимающие силы, приложенные к ним. Они могут быть идеальными для низкооборотных двигателей с сумматорами мощности. У этой улучшенной силы есть компромиссы. Стержни двутавровой балки могут быть тяжелее, иногда на 100 граммов больше, чем сопоставимая двутавровая балка, и требуют большего зазора, что следует учитывать при использовании кривошипов толкателя и кулачков большого диаметра. Они также требуют дополнительной обработки в процессе производства, что увеличивает их расходы.

Стержни двутавровой балки

могут снизить вес и обеспечить дополнительный зазор при небольшом снижении прочности. Эта потеря прочности минимальна в стержнях двутавровой балки высокого класса, если используемые материалы такие же, как у сопоставимой двутавровой балки. В конструкцию может быть добавлен дополнительный материал для дальнейшего усиления двутавровой балки, но в некоторых случаях это может привести к тому, что общий вес приблизится к аналогичной двутавровой балке. Двутавровые балки обычно предпочтительны для приложений с более высокими оборотами.

Учитывая напряжение этих событий, можно было бы предположить, что такт выпуска будет легче всего на шатуне.Цель состоит в том, чтобы просто переместить поршень, чтобы протолкнуть отработанные газы через открытый выпускной клапан. Это, по сути, самое опасное время во всем процессе сгорания для шатуна. Как объясняет Майкл Токарчик из Manley: «Причина, по которой в этом цикле не происходит буферизации давления в цилиндре». Во многих распределительных валах, имеющих хотя бы некоторые типы перекрытия впускных и выпускных клапанов, отсутствует демпфирующее давление, замедляющее поршень.

Когда кривошип снова совершает поворот через верхнюю мертвую точку, инерционные силы продолжают приводить поршень в движение вверх.Это конец такта выпуска и начало такта впуска. В этот момент стержень подвергается растягивающему напряжению. Большой конец должен совпадать с кривошипом и начинать движение в обратном направлении, в то время как меньший конец должен оставаться с поршнем и продолжать движение вверх. По словам Токарчика, именно здесь Мэнли видит больше всего отказов в шатунах.

Во время всех этих изменений направления оба конца штока подвергаются напряжению, что в конечном итоге может привести к овальному отверстию подшипников или полному выходу из строя.

Производственный процесс

Сегодня для изготовления высокопроизводительных шатунов используются два производственных процесса: ковка и заготовка. У обоих процессов есть уникальные плюсы и минусы, и при использовании качественных производственных процессов и материалов в обоих случаях получается очень прочный готовый продукт.

Ковка

Ковка — это производственный процесс, в котором используются штампы инструментов, воздействие высоких температур и давления. Матрица по сути является негативом стержня, похожим на пресс-форму.Заготовку из металла нагревают до температуры, при которой она становится ковкой, а затем вдавливают в матрицу с помощью высокого давления, что часто называют ударом молотка. Металл принимает форму необработанного шатуна, который затем поступает на окончательную обработку. Это включает в себя обрезку и калибровку стержня для торцевой крышки, сверление отверстий для болтов стержня и запрессовку втулок. Стержни также могут быть сняты напряжения, подвергнуты термообработке и точно настроены на нужный вес.

Слева: необработанная поковка от Eagle Specialty Products перед окончательной обработкой.Справа: Готовый кованый стержень с двутавровой балкой Eagle, готовый к отправке.

Выравнивание зерен является ключевым фактором прочности кованых стержней. «Процесс горячей штамповки также сжимает и правильно выравнивает зернистую структуру металла для повышения прочности», — поясняет Lunati’s Leach.

«Кованая деталь прессуется таким образом, чтобы волокна металла были выровнены, чтобы лучше выдерживать нагрузки, которым они подвергаются», — повторяет Дэвис из Eagle, добавляя, что шерсть вокруг большого конца стержень дополнительно увеличивает его общую прочность.

Возможно, самый большой недостаток кованых стержней — это первоначальная стоимость производства. Производство штампов может стоить десятки тысяч долларов, причем для каждой конструкции требуется специальный штамп. Эти матрицы со временем изнашиваются и подлежат замене. Для внесения изменений в конструкцию требуется либо новая матрица, либо изменение процесса окончательной обработки. Хотя ковка обеспечивает повышенную прочность, она также лучше всего подходит для крупносерийного производства, позволяющего компании добиться рентабельности инвестиций.

Заготовка

Шатуны для заготовок изготовлены из цельного куска плоской кованой стали.Они проектируются с использованием компьютерной программы типа CAD, а затем индивидуально вырезаются из материала заготовки с помощью водяной струи или другого станка с ЧПУ.

«Вы можете изготовить шатун для конкретного применения, то есть шатуны могут быть адаптированы к конкретным потребностям каждого двигателя», — говорит Новак. Из-за этой гибкости небо буквально является пределом того, что может быть спроектировано и произведено.

Слева: Заготовка стержня Crower Billet. Справа: Готовый стержень двутавровой балки Crower.

Поскольку процесс изготовления стержней-заготовок не зависит от переоборудования инструментов или новых штампов, конструкции можно легко изменить, чтобы учесть изменения в требованиях к прочности, весу, длине стержня, диаметру кривошипа и пальца, смазке и т. Д.

«Мы можем взять удочку из нашей конструкции Maxi-Light, которая может выдерживать 450 лошадиных сил, и, используя эту базовую удочку в качестве чертежа, спроектировать удочку, которая может иметь такие же размеры, специально адаптированные для приложений, которые вырабатывают более 2000 лошадиных сил», — говорит Новак.

Гибкость производства штанг для заготовок позволяет производить все, от штанги для мотоциклов до высокопроизводительных двигателей V8 и даже высокопроизводительных дизелей для больших буровых установок.

Такие быстрые производственные возможности позволяют производителям стержней для заготовок изготавливать стержни для снегохода или мотоцикла вплоть до дизельного двигателя большой установки на том же оборудовании.

Обратной стороной заготовки по сравнению с поковкой является зернистая структура прутка. Поскольку стержень для заготовки вырезается из плоской стали, зерно не закручивается и не течет вокруг большого конца стержня, как в кованых изделиях. При использовании стержня для заготовки зерно остается прямым или вертикальным по всей длине стержня.

Поскольку прутковые заготовки часто производятся небольшими партиями или в нестандартных конфигурациях, может потребоваться больше времени на создание дизайна, настройку станка и окончательную чистовую обработку. Из-за дополнительных трудозатрат и меньшего производственного цикла заготовки стержней могут быть дороже, чем кованые стержни из того же материала.

Материалы

Прочность прутка в кованой или заготовке во многом определяется используемыми материалами. Когда дело доходит до дрэг-рейсинга и уличных гонок, производители двигателей сделали сталь предпочтительным материалом для большинства применений.

Почему сталь

Не вся легированная сталь 4340 одинакова. Поэтому очень важно знать сталелитейный завод, точный сплав материала и иметь дело только с самыми уважаемыми поставщиками металла. -Дэвид Лич, Лунати

Раньше в двигателях с высокими оборотами использовался алюминий или другие экзотические материалы, чтобы придать стержням высокую прочность и легкий вес.Однако по мере роста затрат и развития конструкции двигателей строители вернулись к производству стали.

Брайан Нилен из Late Model Engines (LME) объясняет: «Вес под булавкой на запястье не так важен, как вес над ним». Это лишь одна из причин, по которой многие гонщики и производители двигателей возвращаются к стали. Стоимость, долговечность и долговечность — вот некоторые из других.

Еще одним важным фактором является клиренс. В высокоскоростных гоночных двигателях, таких как Pro Stock, стабильность клапанного механизма становится все более важной.Правила Pro Stock допускают больший диаметр распредвала, а кулачки с большим отверстием обеспечивают более высокий подъем клапана в дополнение к повышению жесткости и устойчивости клапанного механизма. Дополнительный материал, необходимый для алюминиевых стержней, часто влияет на зазоры между стержнем и распределительным валом. Благодаря использованию высокопрочного стального стержня можно без помех использовать большие отверстия для кулачков.

Использование высококачественной стали 4340 обязательно для обеспечения максимально прочного шатуна.

Наиболее распространенным типом стали, используемой для высокопроизводительных шатунов, является хромомолибденовая сталь 4340.4340 имеет предел прочности на разрыв 145 000 фунтов на квадратный дюйм. Его твердость, пластичность и другие свойства будут варьироваться в зависимости от применяемой термической обработки. 4340 также может называться сталью авиационного или авиационного качества.

Весь процесс производства стали также определяет прочность этих материалов. Простое обозначение стали 4340 не обязательно означает, что два поставщика стали производят конечный продукт в соответствии с одними и теми же стандартами или с использованием одинаковых процессов.

«Не вся легированная сталь 4340 одинакова», — говорит Лич.«Поэтому очень важно знать сталелитейный завод, точный сплав материала и иметь дело только с самыми уважаемыми поставщиками металла».

Качественные болты шатуна также имеют решающее значение для прочности шатуна.

Термическая обработка, волочение, твердость, пластичность и структура зерна — все это играет жизненно важную роль в качестве стали, влияя, таким образом, на конечные характеристики шатуна.

Болты тяги

Все производители стержней подчеркивают важность болтов для стержней.Ни один другой крепеж в автомобиле не подвергается такому напряжению, как болт тяги.

«Назначение болта штока — сохранить круглое отверстие и поддерживать надлежащую предварительную нагрузку на стыке корпуса и крышки — в верхней мертвой точке во время такта выпуска», — говорит Токарчик из Мэнли.

Это момент, когда болт стержня подвергается наибольшей нагрузке и часто случаются выходы из строя стержня-болта. Как объяснялось ранее, такт сгорания создает нагрузку на болты штока, но инерционные события, происходящие в верхней мертвой точке во время такта выпуска, могут привести к большим потерям.

Строители должны следовать инструкциям производителя стержневых болтов при установке.

«Существует множество изобретений для стержневых болтов, а некоторые производители двигателей даже разработали свои собственные. Дело в том, что вы должны придерживаться того, что рекомендует производитель стержневого болта для смазки и процедуры затяжки, и не отклоняться от этого », — говорит Дэвис.

Выбор стержня

Выбор подходящего шатуна для вашего применения так же важен, как и выбор правильного распределительного вала. Это также связано с процессом, в котором вы должны знать несколько вещей о своей комбинации, прежде чем принимать решение. Проконсультируйтесь с изготовителем двигателя и его производителем.

«Когда мы проектируем кованую деталь, мы хотим сделать ее достаточно прочной, чтобы выдержать то, что, как мы ожидаем, будут использовать наши клиенты. Он также должен быть достаточно легким, чтобы работать в нужном диапазоне оборотов », — говорит Дэвис.

Есть несколько факторов, которые, по мнению опрошенных, следует учитывать при выборе штанг.Помимо основных характеристик двигателя, таких как ход и рабочий объем, вам также необходимо знать следующее:

В конце концов, если ваши компоненты не соответствуют уровням мощности, которые они видят, не имеет значения, кто ваш производитель двигателей. -Брайан Нилен, LME

• Масса поршневого пакета (поршень с кольцами)
• Рабочие об / мин
• Мощность
• Момент
• Тип блока
• Материал кривошипа
• Степень сжатия
• Головки
• Характеристики кулачка
• Масса автомобиля
• Передаточное число

Выбор стержня в конечном итоге сводится к тому, чтобы полагаться на производителя и производителя двигателя, которые предоставят надлежащий комплект для конкретного применения двигателя. Нилен говорит нам: «В конце концов, если ваши компоненты не соответствуют тем уровням мощности, которые они видят, не имеет значения, кто ваш производитель двигателей». Выбор подходящего шатуна для двигателя поможет обеспечить наилучшие результаты в день гонки, а также продлит срок службы этого двигателя.

Как правильно установить крепеж шатуна!

Правильная установка шатунов — залог долгого срока службы двигателя. Здесь мы рассмотрим различные способы выполнения этой задачи, и какой из них работает лучше всего.

Возможно, в двигателе внутреннего сгорания нет более важного компонента, чем крепеж шатуна. Независимо от того, использует ли конкретный шатун конфигурацию болт / гайка или конфигурацию болта с головкой под ключ, характеристики крепежа шатуна имеют решающее значение. Понимание деталей правильной установки важно как для опытных производителей двигателей, так и для новичков.

Правильная установка крепежа шатуна имеет первостепенное значение для продления срока службы двигателя.

Шатун предназначен для принятия возвратно-поступательного движения поршня в канале ствола и превращения его во вращательное движение коленчатого вала, превращая силы сгорания в силы тяги. Крепежные детали, которые удерживают большой конец стержня вместе, могут сломать или сломать ваш высокопроизводительный двигатель.

Каждый фиксатор шатуна должен поддерживать свою зажимную нагрузку независимо от того, находится ли шатун в нижней мертвой точке (НМТ) или в верхней мертвой точке (ВМТ) в отверстии цилиндра.В ВМТ сложная задача крепежа — не допустить отслоения шатуна на его большом конце и позволить поршню врезаться в головку блока цилиндров.

«Стержневой болт по сути представляет собой чрезвычайно жесткую пружину, и мы полагаемся на эластичность материала при растяжении и отскоке, чтобы поддерживать правильную зажимную нагрузку во время работы», — говорит Майкл Скин, технический торговый представитель K1 Technologies.

Датчик натяжения болтов, такой как этот прибор от ARP, необходим для правильной установки крепежных элементов шатуна. Датчик позволяет сравнивать длину неустановленного болта с установленным болтом, показывая, насколько точно болт растянулся.

Независимо от того, что вы слышали в другом месте, проверка растяжения крепежа — лучший способ убедиться, что крепеж шатуна установлен правильно.

«Рекомендуемый метод точной затяжки болтов штанги — использовать метод растяжения для правильной предварительной затяжки болта. Этот метод рекомендуется независимо от ситуации в двигателе, материала стержня или крепежа », — говорит Скин.

Это связано с тем, что простое измерение крутящего момента не дает точной информации о том, насколько растянута крепежная деталь, а также о ее зажимной нагрузке; вместо этого измерение крутящего момента просто дает вам величину трения, необходимое для поворота застежки. На это может повлиять использование смазочного масла, молибденовой смазки или любой другой жидкости, которую вы видели на протяжении многих лет для установки болтов шатуна, и это определенно не самый точный способ определить, обеспечивает ли крепеж надлежащий зажим. нагрузка на шатун.

Измерить растяжение шатуна несложно, но для этого необходимо использовать датчик растяжения, который можно приобрести у ARP и других источников.

«Если болт недостаточно растянут, зажимного усилия не хватит, чтобы удерживать шток на месте. Это может привести к выкручиванию подшипника или поломке болта. В качестве альтернативы, если болт будет растянут сверх предела текучести крепежа, возможно, что болт выйдет из строя », — говорит Скин.

Перед установкой крышки и крепежа шатуна первым делом убедитесь, что у вас есть блокнот под рукой, чтобы записывать ваши измерения и предотвращать путаницу.Перед установкой каждую застежку необходимо измерить, чтобы отметить ее свободную длину в расслабленном состоянии. Каждый комплект шатунов K1 Technologies поставляется с крепежными деталями ARP 2000, которые имеют углубления на каждом конце крепежа, чтобы калибр можно было правильно отцентрировать на креплении для измерения его длины.

Угловой щуп также можно использовать как метод установки крепежа шатуна. Это приемлемый метод, хотя и не такой точный, как растяжение болтов.

Перед приложением крутящего момента вставьте концы шарика датчика натяжения в углубления на застежке.Вы почувствуете, что датчик растяжения встал на место в ямках. Обязательно отрегулируйте внешнее кольцо индикатора часового типа, чтобы убедиться, что оно находится в нулевом положении на лицевой стороне индикатора. Каждый крепеж будет иметь спецификацию растяжения, которую K1 Technologies предоставляет вместе с комплектом шатуна.

Здесь следует обратить внимание на два важных момента: убедитесь, что вы используете точный динамометрический ключ, и вы должны иметь возможность затянуть крепеж одним движением. Если вы остановитесь на полпути, он может дать неточные показания.Также необходимо иметь тиски для шатуна, чтобы удерживать шток в стабильном состоянии во время процесса измерения растяжения.

Наличие надежного и точного динамометрического ключа очень важно, но этого недостаточно. На динамометрический ключ может влиять несколько внешних факторов, и его всегда следует использовать вместе с измерителем натяжения стержневого болта.

Теперь вы можете заметить, что мы упомянули об использовании динамометрического ключа сразу после того, как сказали не использовать динамометрический ключ. Ну, это потому, что вы можете использовать динамометрический ключ как своего рода резервную копию измерителя натяжения.

Под этим мы подразумеваем следующее: как только вы определите, какой крутящий момент требуется для достижения надлежащего растяжения крепежа, вы можете определить значение крутящего момента, необходимое для достижения такого растяжения, а затем продублировать это значение на остальных крепежных элементах. Но вы можете видеть, насколько важным элементом этого процесса является надежный динамометрический ключ. Если гаечный ключ плохой, значения будут неверными, и вы рискуете чрезмерно растянуть крепеж, что приведет к его разрушению. Если болт растягивается до предела текучести, он деформируется безвозвратно — а мы этого не хотим.

После того, как вы определили значение крутящего момента, необходимое для растягивания крепежа до нужной длины, можно повторить повторение для остальных крепежных элементов. Тем не менее, по-прежнему уместно продолжать измерять длину застежки в свободном и растянутом состоянии по мере необходимости.

Тщательная и правильная установка крепежных деталей для стержневых болтов обеспечит отличный старт вашему двигателю! Когда дело доходит до этого, использование подходящих инструментов — датчика растяжения, тисков шатуна и динамометрического ключа — может существенно повлиять на конструкцию вашего двигателя.

Следует особо отметить, что использование смазки может повлиять и повлияет на растяжение болта, поскольку оно снижает трение. Из-за этого использование метода растяжения болта, без сомнения, является наиболее точным, потому что, если вы полагаетесь только на значения крутящего момента, вы можете получить значительно разную степень растяжения крепежа в зависимости от того, сколько смазки вы нанесете на нижнюю сторону крепежа.

«Затягивание крепежа только по крутящему моменту не является приемлемым методом установки крышки стержня и никогда не должно использоваться.Поскольку значение крутящего момента измеряет только сопротивление вращению, количество и тип смазки могут привести к слишком большому количеству переменных, чтобы убедиться, что крепежный элемент предварительно нагружен правильно », — говорит Скин.

Критически важно: при снятии, если длина крепежа изменится более чем на 0,001 дюйма от предварительно установленной длины — да, вы должны измерить болты при разборке — ее необходимо заменить, так как она была растянута за пределы проектных ограничений.

Наконец, для случаев, когда метод растяжения просто невозможен по той или иной причине, Скин говорит, что у K1 есть опция.

«Хотя растяжение является рекомендуемым методом закрепления крепежных деталей при установке крышек штанг, мы предлагаем спецификации для затяжки с крутящим моментом + угол. Этот метод требует небольшого начального крутящего момента, за которым следует определенное количество градусов, и зависит от точного шага резьбы для правильного растяжения крепежа », — говорит Скин.

Для получения дополнительной информации посетите блог K1 Technologies!

Физика шатуна — NASA Speed ​​News Magazine

Безусловно, один из наиболее важных компонентов двигателя является одним из наиболее подверженных нагрузкам.Шатуны берут энергию от процесса сгорания и преобразуют ее во вращение коленчатого вала, что, конечно же, и заставляет вещи работать.

Чем больше мощности вы хотите получить, тем больше оборотов в минуту вам нужно, тем больше нагружаются стержни, и это не однозначно. Стержни подвергаются напряжениям растяжения, сжатия и изгиба, и их устойчивость ко всем трем условиям зависит от конструкции, материалов и производства.

«При растяжении, сжатии и небольшом изгибе возникает большая сила, поэтому мы обращаем внимание именно на это, — сказал Клейтон Стотерс, главный инженер Wiseco.«Инерционный корпус также довольно тяжело воздействует на шатуны, потому что 10 000 об / мин — это большая нагрузка, поэтому мы внимательно следим за растягивающей нагрузкой.

Когда поршень поднимается в верхнюю мертвую точку и коленчатый вал начинает вторую половину своего вращения, вытягивая большой конец штока, два конца штока по существу отрываются друг от друга. Это растягивающая нагрузка, и она также возникает, когда вы отпускаете газ и замедляете движение. Это создает нагрузку на крышку стержня и болты стержня, которые также передают свою нагрузку на большой конец стержня.

Сжимающая нагрузка возникает, когда поршень передает нагрузку от сгорания на палец кисти, а также на шатун и коленчатый вал. Нагрузка сжатия также возникает на такте сжатия, хотя и в меньшей степени. Шатун также подвергается изгибающим напряжениям, которые возрастают соразмерно частоте вращения и выходной мощности.

«Судя по тому, что я видел, переходы между балкой и большим концом и там, где луч переходит в малый конец, эти два радиуса определенно испытывают наибольшее напряжение в большинстве случаев, на которые я смотрел», — Стотерс сказал.

Вот где в игру вступают дизайн, материалы и производство. При разработке своих новых удилищ BoostLine компания Wiseco стремилась превзойти спецификации рынка. Как сообщается, стержни BoostLine, идеально подходящие для применения с форсированными двигателями до 2000 лошадиных сил или для перестроенных двигателей для гонок на выносливость, имеют на 60% больше прочности на изгиб по сравнению со стержнями с двутавровой балкой. Компания провела значительные испытания готового продукта, но также первоначально с помощью анализа методом конечных элементов.

«Анализ методом конечных элементов — это, по сути, способ численного расчета напряжений в шатуне, и мы можем сделать это на компьютере, а это значит, что мы можем пройти через множество различных деталей», — сказал Стотерс. «Мы можем изменить дизайн. Мы можем изменить нагрузку, чтобы смоделировать то, что, по нашему мнению, увидит удочка. Очевидно, что нет полной замены физического тестирования, и моделировать то, что стержень будет видеть внутри двигателя, чрезвычайно сложно, потому что происходит много всего, но нам нравится упрощать и рассматривать то, что я называю каждым случаем нагружения отдельно. ”

Чтобы выдерживать тяжелые нагрузки, инженеры Wiseco разработали стержни BoostLine с использованием японских спецификаций и из хромомолибденовой стали 4340. Он кованый, что может прибавлять в весе, но прочность материала первоклассная.

«При ковке вы берете материал и нагреваете его до любой температуры, которая должна быть для этого материала, чтобы он стал пластичным, а затем вы прессовали его с помощью большой ковочной машины в форму», — сказал Ник Дибласи, глобальный менеджер по автомобильной продукции и менеджер инжиниринг для Wiseco.«Это не наливает. По сути, вы берете очень горячий кусок материала и разбиваете его, придавая ему форму формы, и это выравнивает структуру зерна, чтобы стать прочнее. Таким образом, кованый кусок материала всегда будет прочнее, чем его заготовка ».

С точки зрения конструкции, три кармана на большом конце удилища BoostLine уменьшают вес в точках напряжения, где удилище было усилено. Wiseco также использует болты стержня ARP и включает инструкции по установке и смазке резьбы к каждому набору.

Wiseco рекомендует использовать датчик растяжения стержневого болта, а не установку крутящего момента для сборки двигателя. Это растяжение, как указал Стотерс, является ключом к поддержанию прижимной силы. В общем, это от 0,004 до 0,006 дюйма натяжения — примерно такой же толщины, как лист бумаги.

«Это чрезвычайно важно для обеспечения того, чтобы трение между болтами, смазкой и самим стержнем соответствовало испытаниям, которые мы провели», — сказал Стотерс.

В некоторых случаях штоки в конечном итоге весят больше стандартного, но меньше в других случаях, вероятно, когда используются заводские турбины.Стержни BoostLine — излишки для многих приложений двигателей, которые обычно встречаются в выходные дни НАСА. Однако для приложений с высокой мощностью или в случаях, когда надежность имеет первостепенное значение, они могут соответствовать всем требованиям. Boostline имеет номера деталей для двигателей Chevrolet с большим и малым блоком, двигателей GM LS, модульных двигателей Ford и двигателей Coyote, а также для популярных двигателей Honda, Mitsubishi, Nissan, Subaru, Toyota и VW.