0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шатуны двигателей почему крышки шатунов не взаимозаменяемые

Отличие 16-клапанных двигателей ВАЗ от предшественников

Самый «маленький» из 16-клапанных двигателей Волжского автозавода – ВАЗ-11194 рабочим объемом 1,4 л. Производятся и две модели объемом 1,6 л – уже несколько устаревший ВАЗ-21124 и его более современный и мощный вариант ВАЗ-21126, постепенно вытесняющий на конвейере предшественника.

Давайте же знакомиться с их начинкой.

Блоки цилиндров 21124 и 21126 отлиты из чугуна. По сравнению с прежним, полуторалитровым аналогом 2112 они на 2,3 мм выше (расстояние от оси коренных подшипников до верхней плоскости блока). Диаметр цилиндров двигателей 21124 и 21126 одинаковый – 82 мм. Для селективной сборки двигателя блоки 21124 по диаметру цилиндра поделены на пять классов через 0,01 мм (А, В, С, D, Е). У блока 21126 три класса через те же 0,01 мм (А, В, С). Клеймо класса цилиндра расположено на нижней плоскости блока.

Прочие размеры блоков идентичны. Но есть отличия в требованиях к обработке стенок цилиндров. Хонингование цилиндров 21124 выполняется по технологии и требованиям АВТОВАЗа, а 21126 – в соответствии с более жесткими требованиями фирмы Federal Mogul, обусловившими ужесточение требований к шероховатости рабочих поверхностей. Чтобы не перепутать блоки, кроме маркировки, сделанной в отливке на левой стенке блока, серийный номер нанесен на задней стенке рядом с четвертым цилиндром. Блок 21124 окрашен в синий цвет, а 21126 – в серый.

Блок цилиндров двигателя 11194 по конструкции аналогичен блоку 21126, но диаметр цилиндра меньше – 76,5 мм против 82 мм. Обработка стенок цилиндров – тоже в соответствии с требованиями фирмы Federal Mogul. Маркировка на тех же местах, окрашен блок в синий цвет. Кроме этого, в блоке 11194 между цилиндрами есть протоки рубашки охлаждения, а у двигателей 1,6 л их нет. Для селективной сборки двигателя блоки 11194 по диаметру цилиндра поделены на три класса через 0,01 мм (А, В, С).

В двигателе 21124 применяется шатун 2110 – стальной, двутаврового сечения, со сталебронзовой втулкой в верхней головке и осевой фиксацией по нижней головке (на фото сверху). Крышка шатуна крепится двумя болтами, запрессованными в шатун. По диаметру отверстия втулки под поршневой палец шатуны подразделяются на три класса через 0,004 мм. Номер класса отверстия нанесен на верхней головке шатуна.

В двигателях 11194 и 21126 используется шатун 11194, не взаимозаменяемый с шатуном 2110. Новый шатун, хотя и подрос с 121 мм до 133,5 мм, стал легче – в среднем, «похудел» с 683 до 412 г, что серьезно снизило инерционные нагрузки. Его осевую фиксацию обеспечивает верхняя(!) головка – по поршню. При этом стальная деталь контактирует с алюминиевой, что уменьшает потери на трение по сравнению с двигателем 21124, где стальной шатун трется о чугунные поверхности коленчатого вала, да и скорость трения ниже. Нижняя головка, выполненная по разрывной технологии, стала изящней. Ее крышка крепится к шатуну двумя болтами. Удлинение шатуна уменьшило силу бокового давления поршня на цилиндр.

Новый шатун не имеет разделения на классы по диаметру отверстия верхней головки – и маркировки на нем нет. Но шатуны подразделяют на классы по массе. Для шатуна 2110 предусмотрено 9 классов, с допуском внутри класса ± 5 г. Маркировка буквенная, выбита на верхней головке шатуна (Ф, Л, Б, Х, М, В, Ц, Н, Г). У шатуна 11194 три класса, по количеству черных меток на нижней крышке. Разница между классами ± 7 граммов. На двигателе 11194 допускается установка шатунов с одной либо двумя метками, для 21126 – с двумя либо тремя.

Момент затяжки гаек шатуна 2110 двигателя 21124 – 50,9 +2,6 Н.м. Болты шатуна 11194 (двигателей 11194/21126) затягивают в два приёма по методике: 20 Н.м + 135°. Болты шатуна 11194 гарантированно выдерживают три разборки-сборки. Первая разборка шатуна произведена уже при сборке двигателя на АВТОВАЗе. Возможна и вторая разборка на АВТОВАЗе – например, при выборочном контроле качества двигателя. Так как на практике сложно учесть реальное количество предыдущих ремонтов, при каждой разборке шатуна 11194 его болты рекомендуют заменять новыми.

Справа поршень 21124. Диаметр 82 мм, глубина лунок под клапаны 5,53 мм. (У прежнего 2112 – 3,19 мм для впускных и 3,06 – для выпускных.) Слева облегченный поршень 11194 – диаметр 76,5 мм, лунки неглубоки, а 21126 отличается лишь диаметром – 82 мм. Отверстие для пальца в поршне 21124 смещено влево на 1 мм, а в поршнях 11194 и 21126 на 0,5 мм – если смотреть навстречу стрелке на днище поршня. Именно так его и ориентируют при сборке двигателя, чтобы при «перекладке» в ВМТ он не стучал . Поршни 21124 поделены по диаметру юбки на 5 классов (A, B, C, D, E) через 0,01 мм. У поршней 11194 и 21126 три класса (A, B, C) через 0,01 мм. Маркировка – на днищах.

У шатуна 11194 поверхность сопряжения крышки с телом не гладкая (механически обработанная), как у 2110, а рельефная, получаемая изломом. Технология излома шатунов обеспечивает гораздо лучшую итоговую «круглость» отверстия нижней головки, чем у шатуна 2110.

Термические нагрузки 16-клапанных двигателей выше, чем 8-клапанных, поэтому у всех трех блоков во вторую, третью, четвертую и пятую опоры коренных подшипников запрессованы форсунки, подающие масло для охлаждения поршней.

Коленчатый вал всех трех двигателей единый, изготовлен из высокопрочного чугуна.
Радиус кривошипа 37,8 мм, соответственно, ход поршня – 75,6 мм.
Маркировка «11183» сделана в отливке на шестой щеке противовеса.

Если сравнить массу комплекта «поршень, палец, стопорные и поршневые кольца, шатун и вкладыши» для двигателей 21124 и 21126, то получится, что обновленный вариант на 437,2 г легче.
В частности, масса поршня 21126 – 244 г против 355 г у 21124.
Масса нового шатуна 412 г взамен 683 г у старого.
Новые шатуны, поршни, кольца, пальцы производства Federal Mogul.

Двигатель 21126 получил новый механизм натяжения ремня ГРМ.
В связи с этим передняя часть головки блока изменена (на фото справа).
На передней стенке увеличены опорные поверхности бобышек под
ролики привода ремня ГРМ, и вместо шпилек теперь резьбовые отверстия.

Отличить головку блока двигателя 21124 от 21126 можно по номеру 2112 на отливке, на правой стенке между третьим и четвертым цилиндрами.
Корпус подшипников (верхняя плита головки, на фото она светлей) у обеих конструкций одинаковый. Перед его установкой сопрягаемую поверхность необходимо смазать анаэробным герметиком «Анатерм-506» либо «Локтайт-574».
Привычный для многих автолюбителей силиконовый герметик для этой операции непригоден.

Объем камеры сгорания в головке блока 11194 меньше, чем у 1,6-литровых моторов.
Эта головка невзаимозаменяема с 21124 и 21126, а механизм натяжения ремня ГРМ аналогичен 21126, поэтому на передней стенке – широкие опорные поверхности под ролики и резьбовые отверстия под болты их крепления. Номер головки находится на приливе с правой стороны.

Гидротолкатели (наружный диаметр 30 мм), клапанные пружины, впускные и
выпускные клапаны (не путать их!) у всех трех двигателей взаимозаменяемы.
При монтаже головки цилиндров необходимо убедиться в том, что в тело головки
запрессован противодренажный клапан. Он препятствует сливу масла из каналов головки цилиндров в поддон на заглушенном двигателе и ускоряет поступление масла к гидротолкателям при пуске после длительной стоянки.

Читать еще:  Газель с двигателем каменс какое льют масло

Поршневой палец стальной, трубчатого сечения, плавающего типа (свободно вращается в бобышках поршня и втулке шатуна). От осевого перемещения в бобышках поршня он зафиксирован стопорными кольцами. По наружному диаметру пальцы двигателя 21124 разделены на три класса через 0,004 мм. Маркировка нанесена на торце краской. Самый «тонкий» с голубой меткой, далее следует зеленый и красный. Наружный диаметр поршневого пальца двигателей 11194 и 21126 единый – разбивки на классы нет. Наружный диаметр поршневого пальца 21124 – 22 мм, 11194 и 21126 – 18 мм. Длина пальца 21124 – 60,5 мм, масса 110 г. Длина пальца 11194 – 48 мм, масса 62,5 г. Палец 21126 при длине 53 мм имеет массу 69,5 г.

Впускные распределительные валы на двигателях 11194, 21124 и 21126 взаимозаменяемы. Аналогичная ситуация с выпускными. А вот между теми и другими есть отличия в фазах открытия и закрытия клапанов. Чтобы не путать валы, на впускном рядом с первым кулачком отлита реборда (стрелка), а между вторым и третьим – номер, две последние цифры которого «15». У выпускного вала реборды нет, а номер заканчивается на «14».

Двигатель. Шатуны.

Привет друзья!
Продолжаю сборку и подгонку деталей для двигателя. В данной теме про шатуны. Тему выкладываю просто как отчетную, просто «главную» часть работ выполнял не я, а специалисты на заводе «Авиадвигатель» г.Пермь.
Как писал ранее в анонсе, каждой детали будет уделено внимание и проведена та или иная работа.
Шатуны двигателя 4G69 кованые, стальные. Классической двутавровой конструкции. Палец в верхней головке имеет прессовую посадку, диаметр 22мм. В теле шатуна есть масляная форсунка направленная в сторону впускных клапанов. При проходе масляного канала происходит впрыск масла на стенку цилиндра.
Шатуны очень легкие. Когда разбирал двигатель, выпрессовал их из поршней, взвесил.

Вес составляет 547г. Обрадовало то, что вес всех шатунов совпадал грамм в грамм. То есть, шатуны в сборе имели одинаковый вес. Но не все так гладко как показалось на первый взгляд.
Разбираем шатуны, перевешиваем отдельно шатуны, отдельно крышки.
Вес гаек одинаковый у всех, ровно 10г.
вес шатуна / вес крышки
1) 367 / 170
2)368 / 169
3)370 / 167
4)371 / 166
О чем это говорит? Шатуны разбалансированны. Т.е. общий центр масс у всех шатунов разный. И если взвесить отдельно верхние головки и нижние у всех шатунов, масса будет отличаться. Возможно, что для обычного двигателя это посчитали нормальным и допустимым иметь одинаковый вес, но разную развесовку по центрам.
Тут необходимо сделать небольшое отступление. О изготовлении шатунов. Помнится в давние времена в толмудах по сборке писалось, что крышки шатунов не взаимозаменяемые. Объяснялось это тем, что шатунная отливка, после отрезания крышки, и затягивании её нужным моментом обрабатывается в сборе. Разумеется, при установке крышки от другого шатуна отверстие будет не круглым или со смещенной осью.
В современном производстве, конечно давно уже так не делают. Поковки шатуна и крышки делаются и обрабатываются отдельно на станках с ЧПУ. Примерно об этом же написано в мануале по сборке. А именно, крышки шатунов метить при разборке, желательно не перепутать. Если перепутали, собирать замок к замку.
На каждой крышке нанесена лазерная маркировка.

Попробовал все крышки на разных шатунах с затягиванием моментом на КВ. При сборке замок к замку, идеальное совпадение в любой вариации. При установке замков на 180* вал зажимает. Т.е. не круглость отверстия. Думаю сделано специально.
Теперь представьте, что вы перепутали крышки. Да, они собрались правильно. Но вес самого легкого шатуна и самой легкой крышки будет отличаться от самых тяжелых на 8г. Это уже много.
Ну и самое главное, шатуны надо отбалансировать. Чтобы центр масс у всех шатунов находился в одной точке.
Как я писал выше, работы по балансировке проводились на заводе «Авиадвигатель». Сам процесс в фотографиях показать не могу.
Прежде чем отдать детали в работу, немного убрал «лишнего» металла. Хотя особо убирать тут нечего, иначе просто ослабится прочность. Что убрал? Конкретно, сточил цифры и буквы на шатуне
, подравнял шов, обработал металл вокруг маслофорсунки, вот в общем то и все мои работы.

Для работы использую набор Гравер фирмы Омакс

Очень полезная штука в хозяйстве, особенно если точите железки разные, портирование и т.д. Рекомендую.
Шатуны можно было отполировать в зеркало как поршни. Но не вижу в этом практического смысла. Поэтому, чтоб не удорожать процесс, попросил только балансировку.
Через пару дней шатуны принесли с завода.
Конечно, не терпелось посмотреть, что сделали. Головки всех шатунов обточены, нижние головки не у всех.
Перевесил все детали. Полное совпадение грамм в грамм.

Устройство автомобилей

Детали шатунной группы

Шатунная группа

Шатунная группа образует промежуточное шарнирное звено между прямолинейно перемещающимся поршнем и вращающимся коленчатым валом. Она включает в себя шатун, шатунные вкладыши, втулку верхней головки шатуна и крепежные детали, к которым относятся болты и гайки нижней головки шатуна, выполняемой чаще всего разъемной (см. рис. 1).
Детали шатунной группы несут значительные механические нагрузки, принимаемые от поршня через поршневой палец и передаваемые далее деталям группы коленчатого вала, а также значительные инерционные нагрузки, обусловленные сложным знакопеременным движением шатуна.

По этим причинам к конструкции деталей шатунной группы предъявляются определенные требования, направленные на обеспечение их надежной и безотказной работы, а также приемлемой долговечности, поскольку ремонт и замена этих деталей связаны с ремонтными работами значительной трудоемкости.

Шатун

Основной деталью шатунной группы является шатун – металлический стержень с головками на обоих концах, шарнирно соединяющий поршень и коленчатый вал. Шатун воспринимает усилие со стороны газов при рабочем ходе от поршневого пальца и передает его кривошипу коленчатого вала, а также обеспечивает перемещение поршневой группы при совершении промежуточных процессов (тактов).
Верхняя головка шатуна качается на поршневом пальце через специальную втулку, а нижняя вращается относительно шатунной шейки посредством подшипников скольжения (вкладышей).

Анализ кинематики движения шатуна показывает, что его верхняя головка перемещается возвратно-поступательно совместно с поршнем. Совершая при этом цикличные угловые колебания небольшой амплитуды.
Нижняя головка шатуна вращается вместе с кривошипом коленчатого вала, при этом она тоже совершает колебания небольшой амплитуды относительно оси цилиндра.
Стержень шатуна совершает сложное циклическое движение в плоскости, перпендикулярной коленчатому валу.

Механические нагрузки, действующие на шатун, очень разнообразны и изменяются по величине и направлению во время работы двигателя. Набольшие напряжения обусловлены силами сжатия при рабочем ходе поршня, поэтому расчеты на прочность для шатунов выполняют по сжимающей нагрузке.
Растягивающие усилия при вспомогательных тактах, а также напряжения, вызванные силами трения и инерции значительно меньше сжимающих сил, тем не менее, при конструировании шатунов (особенно высоконагруженных и быстроходных двигателей) приходится учитывать и их.

Читать еще:  Двигатель 406 как регулировать грм

К шатунам предъявляются следующие требования:

  • высокая усталостная прочность при динамических нагрузках;
  • высокая жесткость головок и стержня;
  • минимальная масса и габариты (размеры шатуна не должны препятствовать его проходу через цилиндр при сборке двигателя);
  • простота и технологичность конструкции.

В зависимости от компоновки двигателя могут применяться различные типы шатунов. В однорядных и V-образных двигателях со смещенными цилиндрами правого и левого ряда наибольшее распространение получили простые одинарные шатуны (рис. 1), непосредственно сопрягаемые с шатунной шейкой коленчатого вала. Реже встречаются в двухрядных и многорядных двигателях с цилиндрами, расположенными в одной поперечной плоскости, сочлененные шатуны (рис. 2).

Сочлененные шатуны могут быть:

  • вильчатыми (рис. 2, а) с нижними головками, расположенными соосно шатунной шейке;
  • главными (рис. 2, б) и прицепными (рис. 2, в) с нижними головками, размещенными вне центра шатунной шейки.

В последнем случае оси нижних головок главного и прицепного шатунов движутся по разным траекториям.

Конструкция верхней головки шатуна зависит от способов фиксации поршневого пальца. В случае жесткого закрепления поршневого пальца в верхней головке шатуна он запрессовывается в головку с гарантированным натягом.

При установке плавающего пальца в верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку, толщиной 0,8…2,5 мм.

Для подгонки шатуна по массе и расположению центра масс на верхней головке имеется прилив 1 (рис. 3). Чтобы обеспечить равномерное давление на опорную поверхность втулки, поперечное сечение верхней головки делается с утолщением в центре.

Для смазывания поршневого пальца в менее нагруженной части верхней головки шатуна выполняют отверстия или прорези (рис. 3, б, в).

Учитывая значительные отличия величин сжатия и растяжения, верхние головки шатунов дизельных двигателей иногда выполняют с наклонными торцевыми плоскостями (рис. 3, г). При этом давление на нижнюю и верхнюю половины головки сравниваются, а масляный слой имеет более равномерную толщину по окружности.

В наиболее нагруженных двигателях применяют подачу масла к поршневому пальцу под давлением через канал в стержне шатуна (рис. 3, д, е). При этом появляется возможность принудительного струйного охлаждения днища поршня через распылитель 2 на верхней головке.

С точки зрения прочности самым опасным сечением верхней головки является сечение в месте ее перехода в стержень (рис. 1, точка А), расположение которого определяется углом φЗ .
Для упрочнения верхней головки выполняют плавный переход (галтель) к стержню или создают прилив металла в зоне перехода.

Стержень шатуна должен обладать высокой жесткостью и прочностью. Этим требованиям отвечает стержень двутавровой формы поперечного сечения, который имеет высокую жесткость по оси х-х (рис. 1).
Такая форма стержня выгодна и с точки зрения уменьшения массы шатуна, а также экономии металла.
Размер поперечного сечения стержня шатуна плавно возрастает от верхней до нижней головки.

Нижняя головка шатуна обеспечивает вращательное движение шатуна вокруг шейки коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника. Для обеспечения сборки механизма нижние головки шатунов выполняются разъемными (разрезными). Крышка нижней головки крепится к шатуну с помощью шатунных болтов, шпилек или конических штифтов (рис. 2).

Для обеспечения правильных переходов отверстия под шатунный вкладыш нижняя головка обрабатывается в сборе с крышкой. Поэтому крышки нижних головок шатунов не взаимозаменяемы.

Плоскость разъема нижней головки чаще всего перпендикулярна оси стержня шатуна (рис. 1). Однако в дизелях, имеющих относительно большие диаметры шатунных шеек, коленчатого вала иногда применяют косой разъем нижней головки (рис. 4).
Если же применять обычный перпендикулярный разъем, нижняя головка может не пройти сквозь цилиндр при монтаже или демонтаже

Для точной центровки крышки относительно шатуна применяют призонные болты (имеющие точно обработанный направляющий поясок), а также треугольные шлицы, буртики и фиксирующие штифты.

Шатунные вкладыши , являясь подшипниками скольжения, обеспечивают вращение шатуна относительно коленчатого вала с минимальным трением и изнашиванием.

Шатунные вкладыши работают в более тяжелых условиях, чем коренные, так как нагружены неравномерно. Они выполняются аналогично вкладышам коренных подшипников и из того же материала. Осевой зазор, которому соответствует возможное перемещение шатуна вдоль шатунной шейки, не должен превышать 0,2…0,3 мм.

Шатунные болты затягиваются с усилием; момент затяжки должен в 2…3 раза превышать момент растяжения, возникающий при работе двигателя.

Болт должен исключать напряжения, перекосы. Должна быть предусмотрена надежная фиксация, препятствующая самоотворачиванию болта.

Напряжения в болте и гайке, возникающие при затяжке, снимаются обратным поворотом гайки на небольшой угол. Болты выполняют фасонными с таким расчетом, чтобы минимальное сечение тела было меньше ослабленного внутреннего диаметра резьбы.
Радиусы перехода от головки к телу и от тела к резьбе выполняются достаточно большими.

Для предотвращения проворачивания головок болтов при затяжке гаек на их боковой поверхности выполняется лыска (срез), которая упирается в выступ нижней головки шатуна. Гайки и болты от самоотворачивания предохраняются шплинтами и стопорными шайбами с отгибаемыми краями. Гайки шатунных болтов иногда делают самоконтрящимися (обжатые по краям).

Из каких металлов изготавливают шатуны?

Для изготовления шатунов бензиновых двигателей используются углеродистые или легированные стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р, а для дизельных двигателей – высокопрочные легированные стали 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХНЗА, 40Х2МА и др.
Шатуны могут отливаться, также, из высокопрочных титановых сплавов или композитных материалов.

Чаще всего шатуны изготавливаются методом горячей штамповки с последующим механической обработкой рабочих поверхностей. Для повышения прочности шатуны подвергаются термической обработке. Для того, чтобы повысить усталостную прочность, их поверхность обрабатывают стальной дробью.

Шатун

Шату́н (англ. connecting rod ) (устар. тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца) и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи газовых сил возвратно-поступательно движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

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

Содержание

  • 1 Виды и классификация шатунов
  • 2 Условия работы и требования к шатуну
  • 3 Устройство шатуна
    • 3.1 Материал
    • 3.2 Механическая и термическая обработка
    • 3.3 Подшипники шатуна
    • 3.4 Балансировка по весу
  • 4 Отказы и неисправности
  • 5 История
  • 6 См. также
  • 7 Примечания

Виды и классификация шатунов [ править | править код ]

Шатуны различают по форме сечения стержня шатуна:

  • двутавровые I-образные и H-образные (в зависимости от соотношения длин полок и перемычки двутавра);
  • прямоугольные;
  • круглые;
  • трубчатые;
  • ромбические.

Круглые обычны в судовых двигателях, по сверлению внутри подаётся смазка или охлаждение; ромбические — в гоночных моторах с большой частотой вращения, где важно улучшение аэродинамики. Простые шатуны тихоходных механизмов имеют сечение прямоугольной формы [1] .

По форме кривошипной головки шатуны бывают:

  • простые;
  • прицепные;
  • вильчатые.

Вторые характерны для звездообразных и V-образных двигателей, вильчатые применяются в некоторых V- и W-образных двигателях. Ввиду более высоких газовых сил, при равном диаметре цилиндра необходимое сечение дизельного шатуна оказывается больше, поэтому дизельные шатуны тяжелее. Шатун испытывает сложное знакопеременное нагружение и рассчитывается отдельно по каждому своему элементу [2] .

Читать еще:  Чем гибрид двигатель отличается от гибрида

По виду подшипников в головках шатуна:

  • скольжения (втулки, вкладыши);
  • качения (шариковые, роликовые, игольчатые);
  • с неподвижным пальцем (шарнир в бобышках поршня).

В нижней головки шатуна чаще всего установлен подшипник скольжения, имеющий сменный вкладыш с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы (в дизелях, работающих на грязном по сере топливе), алюминиево-оловянным сплавом (чаще всего) или даже серебром (звездообразные быстроходные). Верхняя головка шатуна традиционно имеет бронзовую втулку, чаще всего со сверлением для подачи масла от подшипника нижней головки. Однако в двигателях с фиксацией поршневого пальца в шатуне (ранние модели ВАЗ) верхний шатунный подшипник отсутствует — нет ни втулки, ни роликов. Смотря по форсировке двигателя, шатуны могут иметь отверстие в кривошипной головке для подачи масла на гильзу цилиндра [3] .

Некоторые конструкции имеют подшипники качения в нижней и даже верхней головке шатуна, в этих случаях внутренняя поверхность шатуна закаливается. Такой шатун не имеет вкладышей и ремонтных размеров, при износе меняют обойму с роликами, по результатам обмеров — шатун и/или коленчатый вал. Применение — быстроходные двигатели с воздушным охлаждением, двигатели с кривошипно-камерной продувкой — то есть те, в которых труднее обеспечить достаточное количество масла под давлением. Но наибольшее распространение имеют обычные со втулками и плавающим пальцем [4] .

По виду разъема крышки шатуна:

  • разъёмы прямые;
  • косые (разъём под углом, для увеличения допустимого диаметра шейки).
  • разламываемые (разрывные) шатуны — шатун отковывается вместе с крышкой единой деталью, проходят полную механическую обработку, далее охлаждаются для повышения хрупкости, после чего крышку откалывают от шатуна по канавкам концентраторам напряжений. Таким образом соприкасающиеся поверхности шатуна и крышки точно подходят друг к другу, но шатуны и крышки не взаимозаменяемы.

Половинки нижней головки шатуна должны точно, без сдвига прилегать друг другу. Соединение головок — болтовое. В ранних конструкциях шатунные гайки фиксировались отгибными шайбами или проволокой.

По способу центрирования крышки:

  • по шатунным болтам;
  • по штифтам;
  • зубцам [5] ;
  • шипам с последующей мехобработкой отверстия
  • по невзаимозаменяемому хрупкому разрыву.

Условия работы и требования к шатуну [ править | править код ]

Шатун в современных быстроходных двигателях миллиарды раз воспринимает переменные напряжения (это число зависит от быстроходности и ресурса ДВС). К нему предъявляются требования:

  • достаточная усталостная прочность во избежание разрушения;
  • жёсткость для исключения потери устойчивости стержня при сжатии (учитывая возможные разовые перегрузки при авариях);
  • минимальная масса, для снижения динамических нагрузок на шейки коленвала и уменьшения массы противовесов, а также и маховика;
  • технологичность и простота конструкции, определяемые также возможностями станочной обработки;
  • минимальные издержки на материал, обеспечивающие однако 90% прокаливаемость сечения (либо отказ от закалки, если это невозможно на крупногабаритных двигателях) [6] .

Устройство шатуна [ править | править код ]

Материал [ править | править код ]

В качестве материала применяют обычно легированную (40Г, 45Г2, 40ХН, 12ХН3А, 18ХНВА, 18Х2Н4А. ) или углеродистую сталь достаточной прокаливаемости [6] : чем больше толщина сечения, тем более легированную сталь приходится применять. Для малоразмерных автомобильных двигателей обычным является применение селектированной по углероду закалённой стали; в тихоходных механизмах шатуны имеют большие сечения, и для увеличения 90 % прокаливаемости возрастающее количество легирующих элементов недопустимо увеличивает их стоимость. Поэтому шатуны судовых ДВС изготавливают из нормализованной углеродистой стали типа Ст5 (Сталь 30, 35, 40) [7] . В автомобилях ВАЗ применяют сталь 40 селект. Хромоникелевые типа 12ХН3А применяют при необходимости цементации (получения высокой твёрдости) внутреннего диаметра головок, работающих с роликовыми подшипниками. Алюминиевые шатуны встречаются в пусковых двигателях, что позволяет обходиться им без вставных вкладышей, штампованные титановые шатуны применяют на быстроходных гоночных моторах.

Механическая и термическая обработка [ править | править код ]

Поскольку шатун работает в основном на растяжение-сжатие, а не изгиб, сердцевина его сечения должна иметь равную с поверхностными слоями прочность. Этого достигают либо сплошной прокаливаемостью за счёт ограничения толщины сечения (двутавр) с применением необходимого количества легирующих элементов (хром, никель, молибден), либо отказом от закалки с применением нормализованной стали (крупноразмерные ДВС). На материал и необходимую степень закалки может влиять выбор подшипников шатуна: так, подшипники качения требуют высокой твёрдости дорожек, и потому выбирается нужная сталь с последующей цементацией диаметра под подшипник. Шатун всегда получают штамповкой или ковкой для повышения прочности, литьё не применяется.

Для повышения усталостной прочности применяют один из двух методов: полировка поверхности, либо её наклёп путём дробеструйной обработки. На циклическую прочность шатуна влияют также радиус перехода, угол заделки верхней головки шатуна. Шатунные болты изготовляют из качественных легированных сталей, подвергают закалке с отпуском, причём принимаются все меры по повышению усталостной прочности — плавный переход от резьбы, чистая обработка поверхности, поверхностное упрочнение. Это же относится и к шатунной гайке. Ввиду этого, шатунный болт не подлежит стандартизации, и всегда уникален.

Подшипники шатуна [ править | править код ]

Одним из вариантов служат подшипники качения (роликовые или игольчатые), в этом случае тела качения чаще всего имеют сепаратор. Это накладывает также требования по твёрдости к коленчатому валу двигателя. В случае применения вкладышей, последние удерживаются от проворота своими «усами», попадающими в паз головки [8] . Крышки подшипников в любых моделях двигателей нельзя путать между собой.

Кривошипная (мотылёвая) головка имеет установленные вкладыши, фиксирующиеся от проворачивания «усами», вставленными в пазы головки. В случае подшипника из баббита (применяются высокопрочные оловянно-свинцовые баббиты типа Б83), между половинками шатуна устанавливают пакет металлических прокладок, и по мере износа баббита их снимают при обслуживании судового дизеля. Обычные вкладыши изготовлены из сталеалюминиевой ленты (антифрикционный алюминиевый сплав, обычно содержит также олово), либо свинцовистой бронзы (имеет более высокое допустимое контактное давление) [9]

Нижний подшипник шатуна в большинстве случаев разъёмный (может быть неразъёмным только при сборном коленвале), поэтому крышка соединяется с шатуном болтами (шпильками), реже штифтами.

Шатунные болты (шпильки) должны гарантировать нераскрытие стыка кривошипной головки, при этом болт испытывает переменное напряжение, зависящее от соотношения жёсткости болта и крышки. Чем меньше жёсткость болта (выше длина, меньше сечение), тем пульсации напряжений растяжения в нём ниже. Как только произойдёт раскрытие стыка, пульсация напряжений многократно возрастает, и болты обрывает очень быстро [10] .

Верхняя головка шатуна в большинстве случаев имеет свёртную бронзовую втулку с отверстием для смазки. После запрессовки втулку разворачивают в размер пальца, обеспечивая нужную чистоту поверхности. Поскольку скорость вращения поршневого пальца невелика, долговечность узла во многих случаях обеспечивается при небольшом диаметре пальца и смазки разбрызгиванием.

Самые простые по устройству шатуны могут не иметь вкладышей нижней головки (алюминиевые шатуны пусковых двигателей, авиадвигатели дронов, и подобные с ограниченным ресурсом).

Балансировка по весу [ править | править код ]

Шатуны в одном двигателе подбирают по массе. Причём желательно подгонять отдельно массы верхней и нижней головки, используя для подпиливания оставленные приливы на крышке и верхней головке [11] . Однако некоторые механики предпочитают более лёгкий путь — при ремонте взвесить новые шатуны и поршни, выстроить по весу одни по возрастанию, а вторые по убыванию, потом соединить. Так масса поршневого комплекта легко и просто получается почти одинаковой [12] .

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector