Что такое шатун: Недопустимое название — Викисловарь

Материалы для производства шатунов

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

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

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

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

Стержень шатуна

У большинства производителей автомобилей, ориентированных на массовый рынок, стержень шатуна расширяется к его нижней головке и имеет двутавровую форму. У дизельных двигателей шатуны более массивны и прочны, чем у бензиновых двигателей. Некоторые двигатели оснащаются шатунами и других форм, к примеру, в спортивных авто, в которых имеются алюминиевые шатуны. Обычно, стержень шатуна имеет внутренний просверленный канал для подачи масла в верхнюю головку.

Иногда, этот канал также ведёт и к нижней головке, откуда масло разбрызгивается в полости цилиндра и поршня. Все шатуны двигателя должны иметь одинаковый вес, чтобы вибрации от двигателя были минимальными. Кроме того, совпадать должен не только вес всего шатуна, но и вес верхних головок и нижних головок. Для достижения одинакового веса используют очень точные весы, а потом подгоняют вес по самому лёгкому шатуну, аккуратно снимая часть металла с бобышек (металлические наплывы на поверхности шатунов) на головках и на стержне шатуна.

Строение шатуна

Шатун имеет простое устройство, которое состоит из следующих элементов:

• стержня;
• поршневой головки;
• кривошипной головки.

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

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

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

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

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

Снятие

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

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

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

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

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

Проведите тщательный осмотр и необходимую дефектовку всех снятых деталей.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



Шатун: надежное плечо кривошипно-шатунного механизма

Что такое шатун и какое место он занимает в двигателе?

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

Эта деталь выполняет несколько функций в двигателе:

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

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

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

Типы и конструкция шатунов

Сегодня существует два основных конструктивных типа шатунов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вопросы обслуживания, ремонта и замены шатунов

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

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

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

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

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

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

Другие статьи

#Бачок ГЦС

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

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 — это… Функции, особенности шатуна

В двигателе внутреннего сгорания шатун – это деталь кривошипно-шатунного механизма. Элемент соединяет поршни с коленчатым валом. Необходимы шатуны для передачи поступательных движений поршней и превращения этих движений во вращение коленчатого вала. В результате машина может ехать.

Конструкция

Мы уже примерно знаем, что такое шатун, и сейчас рассмотрим особенности конструкции. Деталь соединяет поршень с коленчатым валом. В процессе работы совершаются очень сложные движения. Верхняя головка шатуна выполняет возвратно-поступательные движения, нижняя часть делает круговые. Шатуны в процессе работы воспринимают очень высокие нагрузки, и это учитывается в конструкции. Смотрите на схеме шатун двигателя.

Элемент состоит из верхней головки, нижней головки, а также из силового стержня, который служит соединителем. Деталь практически полностью цельная и изготавливается из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Верхняя головка

Верхняя головка шатуна – это та часть, что имеет отверстие для поршневого пальца. В это отверстие после установки поршня запрессовывают палец. Конструкция верхней головки цельная. Форма ее полностью определяется тем, как сделано крепление поршневых пальцев.

Если палец фиксированный, тогда в головке на шатуне отверстие будет иметь цилиндрическую форму. Отверстие сделано очень точно, чтобы обеспечивать нужный натяг при соединении. Натяг – это, когда размер поршневого пальца немного больше, чем размер отверстия в головке шатуна. Если палец имеет плавающую конструкцию. Тогда в головку шатуна впрессовывают биметаллические или бронзовые втулки.

Но существуют и модели ДВС с плавающим типом пальца, где нет втулок, и палец может свободно вращаться в отверстии головки шатуна, ведь отверстие в головке сделано с зазором. В этом случае к поршневому пальцу обязательно подается масло. Верхняя головка делается в виде трапеции, так как она испытывает грандиозные нагрузки. Трапеция позволяет увеличить опору в процессе работы поршней.

Нижняя головка

Она соединяется через разъемное соединение с шатунной шейкой на коленчатом валу. Деталь состоит из двух частей – верхней части и крышки. Верхняя часть представляет с шатуном единое целое. На заводе отверстие в нижней головке растачивается вместе с крышкой, каждая из них может использоваться только со своим шатуном. Крышка и шатун соединяются при помощи болтового соединения.

В нижней части имеются подшипники скольжения. Это детали, по конструкции напоминающие коренные вкладыши. Они также изготовлены из стальной ленты с антифрикционным покрытием.

Стержень

Для большинства двигателей массового рынка стержень имеет расширение к нижней головке и сделан в виде двутавровой формы. В дизельных ДВС шатун сделан более прочным и массивным, в отличие от бензиновых двигателей.

Некоторые моторы могут оснащаться шатунами и других форм. Обычно в стержне имеется внутренний канал для подачи смазки к головке. Иногда данный канал проходит и к нижней головке шатуна – это канал для подачи масла к вкладышам.

Материалы

Чтобы максимально снизить вибрации и шум, а также для повышения мощности, инженеры разрабатывают шатуны и остальные элементы двигателя авто максимального малого веса. Однако постоянное облегчение ведет к понижению прочностных характеристик. А ведь шатун – это деталь, испытывающая огромные нагрузки. Элемент должен иметь определенный запас прочности.

Для экономии и для снижения себестоимости производства, изделия для ДВС изготавливают преимущественно из чугуна методом литья. Данный подход отлично применяется бензиновых моторов. Чугун – это идеальный компромисс между ценой и прочностью.

Что касается дизелей, то все детали здесь работают под еще более серьезными нагрузками. Поэтому чугун здесь неуместен. Шатуны для дизельных ДВС производят штамповкой и горячей ковкой. Материал в данном случае – специальные легированные стали. Шатун, изготовленный методом ковки, значительно прочнее литых чугунных изделий. Но и цена значительно выше.

Как работает?

Мы уже знаем, как выглядит шатун. Как он работает, узнаем далее. Главная задача элемента – взять на себя передачу тяговых усилий от поршней, движущихся поступательно к коленвалу. Таким образом, тяга превращается во вращательные движения. Процесс превращения очень быстрый.

Когда поршень находится в положении ВМТ или чуть ниже ее, то топливная смесь воспламеняется и поршень выталкивается вниз. Шатун, соединенный с поршнем, также будет двигаться вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Когда поршень двигателя достигнет нижней мертвой точки, за счет силы инерции коленчатый вал будет толкать шатун и поршень вверх. Данный процесс цикличный и повторяется многократно.

Заключение

Итак, мы узнали, что такое шатун. Это деталь для соединения поршней и коленчатого вала. Механизм довольно крепкий и выполняет важную функцию в работе ДВС.

Шатун двигателя внутреннего сгорания

Шатун — деталь, которая передает усилие от поршня к коленчатому валу двигателя. Также через шатун поршень получает обратное инерционное движение. Шатун служит для передачи возвратно-поступательного движения поршня к коленчатому валу двигателя.

Движение шатуна отличается сложностью. Шатун имеет две головки, одна из которых соединена с поршнем, а другая прикрепляется к коленчатому валу. Верхняя головка движется аналогично поршню, то есть совершает возвратно-поступательное движение. Нижняя головка шатуна совершает круговое движение вместе с шейкой коленчатого вала.

Шатун позволяет эффективно реализовать преобразование возвратно-поступательного движения в движение вращательное.  Для выполнения этой функции шатун получает шарнирное соединение как с самим поршнем, так и с коленчатым валом ДВС. Наиболее часто шатуны выполнены из стали. Методом их изготовления становится штамповка или ковка. Для высокофорсированных ДВС спортивных авто и другой специализированной техники шатуны могут отливать из титанового сплава.

Шатун конструктивно имеет верхнюю (поршневую) головку,  силовой стержень и нижнюю (кривошипную) головку. Верхняя головка шатуна цельная, служит местом установки поршневого пальца. Конструкция верхней головки напрямую зависит от того, каким способом будет закреплен поршневой палец.

Поршневой палец может быть как фиксированным, так и плавающим. Фиксированный палец означает, что верхняя головка шатуна получает цилиндрическое отверстие, которое изготавливается с особой точностью для обеспечения строго определенного натяга в месте соединения с поршневым пальцем.

Плавающий палец подразумевает возможное наличие запрессованных в отверстие втулок, а также может вращаться в верхней головке шатуна и в бобышках поршня. Силовой стержень шатуна отличается тем, что имеет характерное сечение, называемое двутавровым. Указанный силовой стержень расширяется к нижней части.

Нижняя головка шатуна имеет разборную конструкцию. Сама головка также делится на две части. Верхняя часть выполнена единым целым с шатуном, а нижняя называется крышкой нижней головки шатуна. Такая особенность конструкции нижней головки шатуна позволяет реализовать  эффективное соединение шатуна с шейкой коленвала. Крышка шатуна присоединяется к шатуну специальными направляющими болтами и гайками.

Шатунные болты находятся под большой нагрузкой в процессе работы ДВС, а также определяют правильное положение самой крышки шатуна. Указанные болты наиболее часто запрессованы в шатун, а гайки затянуты динамометрическим ключом.

Для достижения высочайшей точности в месте соединения двух составных частей нижней головки шатуна используется метод контролируемого раскалывания. Данная современная технология позволяет добиться идеальной поверхности для последующей максимальной плотности и точности прилегания крышки шатуна и нижней головки в месте излома.

Читайте также

Что такое шатун?

Шатун является основным звеном внутри двигателя внутреннего сгорания. Он соединяет поршень с коленчатым валом и отвечает за передачу мощности от поршня к коленчатому валу и передачу ее в трансмиссию. При создании шатунов используются разные типы материалов и методы производства. Самые распространенные типы шатунов — стальные и алюминиевые. Наиболее распространенными видами производственных процессов являются литье, ковка и порошковая металлургия.

Шатун — самая частая причина катастрофического отказа двигателя. Он находится под огромным давлением нагрузки и часто требует особого внимания, чтобы не допустить преждевременного выхода из строя.Острые кромки отшлифованы до гладкости, чтобы снизить риск возникновения напряжений на стержне. Шатун также подвергается дробеструйной обработке или закалке для повышения его прочности против растрескивания. В большинстве высокопроизводительных приложений шатун сбалансирован для предотвращения чрезмерного износа нежелательных гармоник.

Самый распространенный шатун в двигателях серийных транспортных средств — литой.Этот тип стержня создается путем заливки расплавленной стали в форму с последующей обработкой готового продукта. Этот тип штанги надежен для двигателей с меньшей мощностью и является наименее дорогим в производстве. Литой шток с большим успехом использовался почти во всех типах двигателей, от бензиновых до дизельных.

В высокопроизводительных приложениях обычно используется пруток из кованой стали.Этот тип шатуна создается путем фрезерования твердого стального блока в готовое изделие. Кованый стержень способен выдерживать гораздо большие нагрузки и более высокие обороты двигателя, чем литой стержень. Кованые прутки часто называют прутками-заготовками из-за процесса их обработки из блока стальной заготовки. Это гораздо более дорогостоящий способ изготовления стержня и причина того, что они обычно используются только в приложениях с высокой мощностью.

Другой тип высокопроизводительного шатуна изготавливается из алюминия.Алюминиевый стержень позволяет двигателю разгоняться намного быстрее за счет уменьшения веса на коленчатом валу. Алюминий также поглощает резкие удары ускорения и замедления мощного двигателя намного лучше, чем стальные стержни. Алюминий не такой прочный; однако, и его нужно менять чаще, чем его стальной аналог.

Новая технология позволила создать стержень из порошкового металла.Эти стержни создаются путем приложения высокого давления к металлическому порошку, который формирует стержень. Это стержень будущего для большинства серийных двигателей. Они долговечны и экономичны в производстве.

— wikiwand

Для более быстрой навигации этот iframe предварительно загружает страницу Wikiwand для Connecting rod .

Подключено к:

Из Википедии, свободной энциклопедии

Спасибо за жалобу на это видео!

шатун — Викисловарь

Что означает шатун?

Шатун

В поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением шатун или шатун соединяет поршень с кривошипом или коленчатым валом. Вместе с кривошипом они образуют простой механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное движение. Шатуны также могут преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное. Исторически, до разработки двигателей, они впервые использовались таким образом. Поскольку шатун является жестким, он может передавать либо толчок, либо тягу, и поэтому стержень может вращать кривошип через обе половины оборота, т.е.е. толкание поршня и вытягивание поршня. Раньше механизмы, например цепи, можно было только тянуть. В некоторых двухтактных двигателях требуется только толкать шатун. Сегодня шатуны наиболее известны благодаря их использованию в поршневых двигателях внутреннего сгорания, таких как автомобильные двигатели. Они имеют конструкцию, явно отличающуюся от более ранних форм шатунов, используемых в паровых двигателях и паровозах.

СОЕДИНИТЕЛЬ | Произношение на английском

Ваш браузер не поддерживает аудио в формате HTML5

Великобритания

Ваш браузер не поддерживает аудио в формате HTML5

нас

Как произносится CONNECTING ROD в английском

Ваш браузер не поддерживает аудио в формате HTML5

Великобритания

Ваш браузер не поддерживает аудио в формате HTML5

нас

Шатун двигателя внутреннего сгорания

Шатун — деталь, которая передает усилие от поршня к коленчатому валу двигателя. Также через шатун поршень получает обратное инерционное движение. Шатун служит для передачи возвратно-поступательного движения поршня к коленчатому валу двигателя.

Движение шатуна отличается сложностью. Шатун имеет две головки, одна из которых соединена с поршнем, а другая прикрепляется к коленчатому валу. Верхняя головка движется аналогично поршню, то есть совершает возвратно-поступательное движение. Нижняя головка шатуна совершает круговое движение вместе с шейкой коленчатого вала.

Шатун позволяет эффективно реализовать преобразование возвратно-поступательного движения в движение вращательное.  Для выполнения этой функции шатун получает шарнирное соединение как с самим поршнем, так и с коленчатым валом ДВС. Наиболее часто шатуны выполнены из стали. Методом их изготовления становится штамповка или ковка. Для высокофорсированных ДВС спортивных авто и другой специализированной техники шатуны могут отливать из титанового сплава.

Шатун конструктивно имеет верхнюю (поршневую) головку,  силовой стержень и нижнюю (кривошипную) головку. Верхняя головка шатуна цельная, служит местом установки поршневого пальца. Конструкция верхней головки напрямую зависит от того, каким способом будет закреплен поршневой палец.

Поршневой палец может быть как фиксированным, так и плавающим. Фиксированный палец означает, что верхняя головка шатуна получает цилиндрическое отверстие, которое изготавливается с особой точностью для обеспечения строго определенного натяга в месте соединения с поршневым пальцем.

Плавающий палец подразумевает возможное наличие запрессованных в отверстие втулок, а также может вращаться в верхней головке шатуна и в бобышках поршня. Силовой стержень шатуна отличается тем, что имеет характерное сечение, называемое двутавровым. Указанный силовой стержень расширяется к нижней части.

Нижняя головка шатуна имеет разборную конструкцию. Сама головка также делится на две части. Верхняя часть выполнена единым целым с шатуном, а нижняя называется крышкой нижней головки шатуна. Такая особенность конструкции нижней головки шатуна позволяет реализовать  эффективное соединение шатуна с шейкой коленвала. Крышка шатуна присоединяется к шатуну специальными направляющими болтами и гайками.

Шатунные болты находятся под большой нагрузкой в процессе работы ДВС, а также определяют правильное положение самой крышки шатуна. Указанные болты наиболее часто запрессованы в шатун, а гайки затянуты динамометрическим ключом.

Для достижения высочайшей точности в месте соединения двух составных частей нижней головки шатуна используется метод контролируемого раскалывания. Данная современная технология позволяет добиться идеальной поверхности для последующей максимальной плотности и точности прилегания крышки шатуна и нижней головки в месте излома.

Читайте также

Шатун и поршень

Шатун поршня предназначен для передачи энергии от поршня к коленвалу. Первые упоминания о применении подобных устройств относятся к концу третьего столетия н.э. Механизмы, похожие на современные шатуны, использовались на лесопилках Римской империи в Малой Азии. Они преобразовывали вращательное движение водяного колеса в поступательное для привода пилы. Аналогичные устройства археологи находили при раскопках в Эфесе, которые относятся к VI веку н.э.

Конструкция шатуна: особенности и обслуживание его элементов

В процессе работы шатун совершает два вида движения: возвратно-поступательное, где верхняя головка соединена с поршнем, и круговые, где нижняя головка соединяется с коленчатым валом.

Именно поэтому при эксплуатации двигателя данная деталь находится под постоянным воздействием высоких нагрузок.

Шатун состоит из следующих элементов:

• Поршневая головка (верхняя)

• Кривошипная головка (нижняя)

• Силовой стержень

Поршневая головка

Соединение верхней головки с поршнем обеспечивает поршневой палец. Сама головка имеет неразборную цельную конструкцию. Поршневой палец может быть фиксированным и плавающим.

В первом случае в головке шатуна проделывается цилиндрическое отверстие, которое изготовлено с очень высокой точностью — для того, чтобы обеспечить необходимый уровень натяга при соединении с пальцем.

В плавающих поршневых пальцах в верхнюю головку впрессовываются специальные биметаллические или бронзовые втулки. Но бывают двигатели, где эти втулки отсутствуют, а сам палец свободно вращается в отверстии головки шатуна. Чтобы подобная деталь работала нормально, следует обеспечить подвод смазки.

Верхняя головка шатуна работает в условиях очень высоких нагрузок, поэтому она имеет трапециевидную форму. Это нужно для того, чтобы увеличить опорную поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Нижняя головка соединяет шатун с коленчатым валом. Большинство шатунов имеет разъемную кривошипную головку, что определяется способом сборки ДВС. Крышка головки крепится к шатуну при помощи болтов, но в некоторых случаях возможно использование штифтов или бандажного крепления.

Для каждого шатуна можно использовать лишь ту крышку, которая была установлена на заводе, так как она имеет определенный размер и вес. Поэтому при ремонте нельзя менять данный элемент.

По расположению стержня разъем головки может быть прямым (90° относительно оси стержня) и косым (под определенным углом к оси). Последний вид применяется для V-образных двигателей для уменьшения их размеров.

В нижнюю часть шатунной головки также устанавливаются подшипники скольжения, которые схожи с коренными вкладышами коленвала. Их производят из стальной ленты, внутренняя поверхность которой обработана антифрикционным материалом, обладающим высокой износостойкостью.

Наиболее популярным антифрикционным покрытием для подшипников скольжения шатунов является MODENGY Для деталей ДВС.

Оно эффективно снижает износ и трение, предотвращает задир поверхностей и заклинивание поршня в цилиндре. Материал устойчив к длительному воздействию моторного масла, предотвращает скачкообразное движение и в течение некоторого времени сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Отверждение покрытия возможно как при комнатной температуре, так и при нагреве. Удобная аэрозольная упаковка упрощает процесс нанесения благодаря тщательно настроенным параметрам сопла распылительной головки.

MODENGY для деталей ДВС доступно в наборе со  специальным очистителем-активатором MODENGY. Предварительная обработка деталей Очистителем-активатором гарантирует отличную адгезию покрытия и его длительный срок службы.

Подробнее о нанесении покрытия смотрите ниже.

Силовой стержень

Большинство автопроизводителей изготавливают шатуны таким образом, что их стержень расширяется от верхней головки к нижней, а также имеет двутавровую форму. Следует отметить, что шатуны дизельных двигателей более прочны и массивны, чем у бензиновых агрегатов. В спортивных автомобилях шатуны изготавливают из алюминия. Это нужно для снижения массы транспортного средства.

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить, так как в противном случае вибрации от работы ДВС будут сильными. Это касается не только всего шатуна, но и обеих головок детали. Чтобы выровнять вес шатунов их для начала взвешивают на очень точных весах, а затем, ориентируясь на самый легкий шатун, аккуратно снимают часть металла с бобышек на стержне и головках детали.

Из чего сделан шатун?

Перед каждым автопроизводителем стоит две задачи: сделать массу деталей КШМ ниже и уменьшить затраты на производство. Но, так как шатуны работают под воздействием высоких нагрузок, уменьшение его массы может негативно сказаться на прочности.

При массовом производстве шатуны изготавливают методом литься из специального чугуна. Это приемлемо для бензиновых серийных двигателей, так как при таком подходе достигается практически идеальный баланс между прочностью детали и ее себестоимостью.

В дизельных силовых агрегатах нагрузки больше, поэтому использовать подход, аналогичный с бензиновыми двигателями неуместно. В связи с этим для тяжелонагруженных шатунов используется метод горячей штамповки или горячей ковки, а в качестве конструкционного материала выступает легированная сталь. Такие детали намного прочнее литых, но их производство гораздо дороже.

Для автомобилей с мощными двигателями и спортивных моделей используются алюминиевые и титановые сплавы.

Благодаря такому решению повышается оборотистость двигателя и снижается вес всего агрегата. Титановые и алюминиевые шатуны весят на 50 % меньше, чем детали из чугуна и стали.

Немаловажно значение играет конструкционный материал болтов крепления крышки шатунной головки. Для их производства применяется высоколегированная сталь, предел текучести которой в 2-3 раза выше, чем у обычной углеродистой стали.

Причины неисправности и ремонт шатуна

Неисправности из-за которых выходит из строя шатун в большинстве своем происходят из-за износа деталей. Верхнюю головку ремонтируют редко, а ресурс втулки сопоставим с ресурсом самого двигателя. Но, в случае гидроудара, соударения поршня с головкой блока или попадания в камеру посторонних предметов и абразивных веществ стержень шатуна может изогнуться или вовсе разрушиться.

Из строя также выходят подшипники нижней головки. Это происходит из-за недостаточного смазывания детали. Признаками такой неисправности является замятие вкладышей, удлинение шатунных болтов, изменения окраски в шатунной головке (темно-синяя) и частей вкладышей (черные тона). Если смазывание протекало нормально, то причиной поломки может быть износ или разрушение самих подшипников.

Помимо этого, к причинам выхода из строя шатуна является недостаточный уровень масла в ДВС, засорение фильтрующего элемента, несвоевременная замена масла в двигателе, попадание в цилиндр абразивов и загрязнений, потеря маслом рабочих характеристик.

Шатуны подлежат ремонту при обнаружении:

• Деформации стержня

• Износа зазора в верхней головке цилиндра

• Износа поверхности и зазора в нижней части головки

Перед началом ремонтных работ деталь нужно тщательно осмотреть. Для начала следует измерить овал и диаметр, а также зазоры в нижней и верхней части шатуна при помощи нутрометра. Если показатели в норме, то замена шатуна не потребуется. Если отверстия головок непараллельны, это свидетельствует о деформации стержня, которая приводит к перекосу цилиндра. О такой неисправности может подсказать громкий рев двигателя при работе на высоких оборотах. В этом случае происходит износ стенок цилиндра, поршня, головки шатуна и коленвала. Еще одним способом проверки детали на деформацию является установка шатуна на специальную проверочную плиту и его раскачка.

После этого можно приступать к ремонту. Помните, что качество работ очень зависит от хорошего специального оборудования.

Для достижения нужной геометрии зазора нижнего шатуна необходимо снять небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этой процедуры крышка устанавливается на штатное место и затягивается болтами.

Отверстие головки растачивается исходя из заданного размера. Для этого нужно воспользоваться универсальным или расточным станком. После расточки требуется выполнение хонингования.

При увеличении зазора под поршневой палец следует заменить бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь примет нужный размер. Главное, чтобы отверстия втулки и головки совместились, так как в противном случае масло, выходящее из поршня, не сможет попасть на поршневой палец.

Помните, что после расточки следует подогнать шатуны по массе. Для этого выбирается самая легкая деталь.

Шатунные вкладыши дополнительно рекомендуется обработать антифрикционным покрытием MODENGY Для деталей ДВС.

Ремонт шатунов двигателя

Содержание статьи:

• что такое шатун?
• Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии
• Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна
• Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна
• История возникновения / изобретения шатунов
• Шатуны в паровых двигателях
• Шатуны в двигателях внутреннего сгорания

Что такое шатун?

В двигателе внутреннего сгорания шатун соединяет поршень и кривошип. Эти детали вместе образуют простейший механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Шатун может использоваться и для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Именно такой способ их использования был исторически первым, еще до изобретения двигателей внутреннего сгорания.

Шатун может передавать на поршень как толкающие, так и тянущие движения, т.е. работать полный цикл вращения кривошипа. Более ранние механизмы, такие как цепи, могли только тянуть. В двухтактных двигателях шатун передает только толчки поршня.

Сегодня шатуны используются главным образом в двигателях внутреннего сгорания, например в автомобилях. Они сильно отличаются от тех шатунов, что использовались в эпоху паровых двигателей, например в паровозах.

Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии

Ремонт шатунов двигателя подразумевает следующие обязательные процедуры:

• тщательная промывка шатуна двигателя;
• проверка на отсутствие трещин на магнитном дефектоскопе. Если шатун имеет трещины, то он подлежит выбраковке;
• Дефектовка шатуна;
• Ремонт;
• Контроль параметров шатуна после ремонта.

Ремонт шатунов двигателя: дефектовка шатуна

Основными контролируемыми параметрами шатуна являются контроль износа втулки верхней и отверстие нижней головок шатуна.

Внутренний параметр нижней головки шатуна проверяется после контрольной затяжки шатунных болтов в соответствии с нормативно-технической документацией. Далее проверяется ширина нижней головки шатуна, если она меньше допустимой величины, то шатун для дальнейшей установки на двигатель непригоден.

Далее следует проверка на изгиб, т.е. непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок шатуна и проверка на скручивание, т.е. отклонение осей указанных отверстий от положения в одной плоскости (перекос осей). После проверки шатун без ремонта допускается, только в том случае, если отклонения незначительны и не превышают допустимых значений на изгиб и скручивание.

Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна

Износ втулки верхней головки шатуна определяют индикаторным нутромером, в случае если диаметр втулки не больше допустимого значения, то она допускается без ремонта. Если это значение окажется выше допустимого, то втулку обязательно требуется выпрессовать и проверить под втулку внутренний диаметр отверстия верхней головки шатуна. Новую втулку запрессовывают с натягом, предусмотрев припуск на обработку втулки по внутреннему диаметру. Далее просверливают каналы для смазки поршневого пальца и проводят окончательную обработку внутреннего диаметра втулки.

Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна

 В случае небольшого изгиба и/или скручивания верхней и нижней головок шатуна можно исправить расточкой втулки верхней головки шатуна, обеспечив отклонение от параллельности, положения и расстояние между осями до допустимых значений. Сам шатун править нельзя. Можно лишь править погнутые шатуны с отклонением от прямолинейности не более миллиметра подрезая торцы верхней головки симметрично с каждой из двух сторон. В случае зажатости (уменьшение размера) нижней головки шатуна проводится ее растачивание в номинальный размер согласно нормативно-технической документации.

При ремонте шатуна категорически запрещается установка крышки с другого шатуна, так как комплектность проверяют по меткам спаренности.

История возникновения / изобретения шатунов

Первое доказательство применения шатунов датировано концом III-го в. нашей эры, во времена Римской империи, которы нашли на лесопилках в Иераполя, что в Малой Азии, где применялись механизмы, очень похожие на сегодняшние шатуны, преобразовывающие вращательное движение водяного колеса в поступательное для привода пилы. Такие же механизмы обнаружили на раскопках в г. Эфесе, датированные VI в. нашей эры.

На картинке ниже мы видим как вода вращает колесо, которое вращает колесо поменьше, которое уже передает энергию шатуну через шестерню, преобразующему вращательное движение в возвратно-поступательное.

Посмотрите на видео Древнеримские промышленные водяные мельницы:

Силовой стержень

Большинство автопроизводителей изготавливают шатуны таким образом, что их стержень расширяется от верхней головки к нижней, а также имеет двутавровую форму. Следует отметить, что шатуны дизельных двигателей более прочны и массивны, чем у бензиновых агрегатов. В спортивных автомобилях шатуны изготавливают из алюминия. Это нужно для снижения массы транспортного средства.

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить, так как в противном случае вибрации от работы ДВС будут сильными. Это касается не только всего шатуна, но и обеих головок детали. Чтобы выровнять вес шатунов их для начала взвешивают на очень точных весах, а затем, ориентируясь на самый легкий шатун, аккуратно снимают часть металла с бобышек на стержне и головках детали.

Из чего сделан шатун?

Перед каждым автопроизводителем стоит две задачи: сделать массу деталей КШМ ниже и уменьшить затраты на производство. Но, так как шатуны работают под воздействием высоких нагрузок, уменьшение его массы может негативно сказаться на прочности.

При массовом производстве шатуны изготавливают методом литься из специального чугуна. Это приемлемо для бензиновых серийных двигателей, так как при таком подходе достигается практически идеальный баланс между прочностью детали и ее себестоимостью.

В дизельных силовых агрегатах нагрузки больше, поэтому использовать подход, аналогичный с бензиновыми двигателями неуместно. В связи с этим для тяжелонагруженных шатунов используется метод горячей штамповки или горячей ковки, а в качестве конструкционного материала выступает легированная сталь. Такие детали намного прочнее литых, но их производство гораздо дороже.

Для автомобилей с мощными двигателями и спортивных моделей используются алюминиевые и титановые сплавы.

Благодаря такому решению повышается оборотистость двигателя и снижается вес всего агрегата. Титановые и алюминиевые шатуны весят на 50 % меньше, чем детали из чугуна и стали.

Немаловажно значение играет конструкционный материал болтов крепления крышки шатунной головки. Для их производства применяется высоколегированная сталь, предел текучести которой в 2-3 раза выше, чем у обычной углеродистой стали.

Причины неисправности и ремонт шатуна

Неисправности из-за которых выходит из строя шатун в большинстве своем происходят из-за износа деталей. Верхнюю головку ремонтируют редко, а ресурс втулки сопоставим с ресурсом самого двигателя. Но, в случае гидроудара, соударения поршня с головкой блока или попадания в камеру посторонних предметов и абразивных веществ стержень шатуна может изогнуться или вовсе разрушиться.

Из строя также выходят подшипники нижней головки. Это происходит из-за недостаточного смазывания детали. Признаками такой неисправности является замятие вкладышей, удлинение шатунных болтов, изменения окраски в шатунной головке (темно-синяя) и частей вкладышей (черные тона). Если смазывание протекало нормально, то причиной поломки может быть износ или разрушение самих подшипников.

Помимо этого, к причинам выхода из строя шатуна является недостаточный уровень масла в ДВС, засорение фильтрующего элемента, несвоевременная замена масла в двигателе, попадание в цилиндр абразивов и загрязнений, потеря маслом рабочих характеристик.

Шатуны подлежат ремонту при обнаружении:

• Деформации стержня

• Износа зазора в верхней головке цилиндра

• Износа поверхности и зазора в нижней части головки

Перед началом ремонтных работ деталь нужно тщательно осмотреть. Для начала следует измерить овал и диаметр, а также зазоры в нижней и верхней части шатуна при помощи нутрометра. Если показатели в норме, то замена шатуна не потребуется. Если отверстия головок непараллельны, это свидетельствует о деформации стержня, которая приводит к перекосу цилиндра. О такой неисправности может подсказать громкий рев двигателя при работе на высоких оборотах. В этом случае происходит износ стенок цилиндра, поршня, головки шатуна и коленвала. Еще одним способом проверки детали на деформацию является установка шатуна на специальную проверочную плиту и его раскачка.

После этого можно приступать к ремонту. Помните, что качество работ очень зависит от хорошего специального оборудования.

Для достижения нужной геометрии зазора нижнего шатуна необходимо снять небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этой процедуры крышка устанавливается на штатное место и затягивается болтами.

Отверстие головки растачивается исходя из заданного размера. Для этого нужно воспользоваться универсальным или расточным станком. После расточки требуется выполнение хонингования.

При увеличении зазора под поршневой палец следует заменить бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь примет нужный размер. Главное, чтобы отверстия втулки и головки совместились, так как в противном случае масло, выходящее из поршня, не сможет попасть на поршневой палец.

Помните, что после расточки следует подогнать шатуны по массе. Для этого выбирается самая легкая деталь.

Шатунные вкладыши дополнительно рекомендуется обработать антифрикционным покрытием MODENGY Для деталей ДВС.

Ремонт шатунов двигателя

Содержание статьи:

• что такое шатун?
• Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии
• Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна
• Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна
• История возникновения / изобретения шатунов
• Шатуны в паровых двигателях
• Шатуны в двигателях внутреннего сгорания

Что такое шатун?

В двигателе внутреннего сгорания шатун соединяет поршень и кривошип. Эти детали вместе образуют простейший механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Шатун может использоваться и для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Именно такой способ их использования был исторически первым, еще до изобретения двигателей внутреннего сгорания.

Шатун может передавать на поршень как толкающие, так и тянущие движения, т.е. работать полный цикл вращения кривошипа. Более ранние механизмы, такие как цепи, могли только тянуть. В двухтактных двигателях шатун передает только толчки поршня.

Сегодня шатуны используются главным образом в двигателях внутреннего сгорания, например в автомобилях. Они сильно отличаются от тех шатунов, что использовались в эпоху паровых двигателей, например в паровозах.

Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии

Ремонт шатунов двигателя подразумевает следующие обязательные процедуры:

• тщательная промывка шатуна двигателя;
• проверка на отсутствие трещин на магнитном дефектоскопе. Если шатун имеет трещины, то он подлежит выбраковке;
• Дефектовка шатуна;
• Ремонт;
• Контроль параметров шатуна после ремонта.

Ремонт шатунов двигателя: дефектовка шатуна

Основными контролируемыми параметрами шатуна являются контроль износа втулки верхней и отверстие нижней головок шатуна.

Внутренний параметр нижней головки шатуна проверяется после контрольной затяжки шатунных болтов в соответствии с нормативно-технической документацией. Далее проверяется ширина нижней головки шатуна, если она меньше допустимой величины, то шатун для дальнейшей установки на двигатель непригоден.

Далее следует проверка на изгиб, т.е. непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок шатуна и проверка на скручивание, т.е. отклонение осей указанных отверстий от положения в одной плоскости (перекос осей). После проверки шатун без ремонта допускается, только в том случае, если отклонения незначительны и не превышают допустимых значений на изгиб и скручивание.

Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна

Износ втулки верхней головки шатуна определяют индикаторным нутромером, в случае если диаметр втулки не больше допустимого значения, то она допускается без ремонта. Если это значение окажется выше допустимого, то втулку обязательно требуется выпрессовать и проверить под втулку внутренний диаметр отверстия верхней головки шатуна. Новую втулку запрессовывают с натягом, предусмотрев припуск на обработку втулки по внутреннему диаметру. Далее просверливают каналы для смазки поршневого пальца и проводят окончательную обработку внутреннего диаметра втулки.

Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна

 В случае небольшого изгиба и/или скручивания верхней и нижней головок шатуна можно исправить расточкой втулки верхней головки шатуна, обеспечив отклонение от параллельности, положения и расстояние между осями до допустимых значений. Сам шатун править нельзя. Можно лишь править погнутые шатуны с отклонением от прямолинейности не более миллиметра подрезая торцы верхней головки симметрично с каждой из двух сторон. В случае зажатости (уменьшение размера) нижней головки шатуна проводится ее растачивание в номинальный размер согласно нормативно-технической документации.

При ремонте шатуна категорически запрещается установка крышки с другого шатуна, так как комплектность проверяют по меткам спаренности.

История возникновения / изобретения шатунов

Первое доказательство применения шатунов датировано концом III-го в. нашей эры, во времена Римской империи, которы нашли на лесопилках в Иераполя, что в Малой Азии, где применялись механизмы, очень похожие на сегодняшние шатуны, преобразовывающие вращательное движение водяного колеса в поступательное для привода пилы. Такие же механизмы обнаружили на раскопках в г. Эфесе, датированные VI в. нашей эры.

На картинке ниже мы видим как вода вращает колесо, которое вращает колесо поменьше, которое уже передает энергию шатуну через шестерню, преобразующему вращательное движение в возвратно-поступательное.

Посмотрите на видео Древнеримские промышленные водяные мельницы:

Аль-Джазари (арабский ученый и изобретатель) между 1174 и 1200 гг. описал машину для подъёма воды. Конструкция этой машины имела шатун с коленчатым валом (т.е. кривошипно-шатунный механизм). Об этой машине рассказывается в видео с 2:15.

В Италии эпохи Возрождения самое раннее, хотя и не совсем правильно понятое, соединение коленчатого вала и шатуна найдено в книге чертежей Таччола. Четкое понимание их взаимного движения показано художником Пизанелло, который изобразил поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и состоящий из двух простых кривошипов и двух шатунов.

Кривошипы и шатуны становятся «популярны» у изобретателей с XVI века, о чём говорят трактаты и рукописи, например, у Агостино Рамелли (1588 года) «The Diverse and Artifactitious Machines», где можно увидеть 18 конструкций машин, использующих шатуны. А у Георга Андреаса Бёклер в его работе «Theatrum Machinarum Novum» вы уже найдёте 45 самых разных машин.

Шатуны в паровых двигателях

Первая паровая машина, атмосферный двигатель Ньюкомена, была одностороннего действия: его поршень работал только в одном направлении, поэтому в нем использовалась цепь, а не шатун. Соответственно, движение совершалось вперед-назад вместо постоянно вращения.

Последовавшие затем паровые двигатели были, как правило, двойного действия: их внутреннее давление действует на каждой стороне поршня по очереди. Это требует уплотнения вокруг штока поршня, а также шарнира между поршнем и шатуном, размещенного вне цилиндра, в большом подшипнике скольжения, называемом крейцкопф, или ползун.

В паровозах шатуны обычно крепятся прямо к ведущим колесам, соответственно ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны передают движение от ползуна к колесам. Ползуны используются также в больших дизельных двигателях, предназначенных для морских судов.

Шатуны небольших паровозов обычно имеют прямоугольное поперечное сечение, однако иногда используются шатуны круглого сечения, характерные для судовых двигателей. Например, Стивен Леви, строивший как паровозы, так и пароходы, часто использовал круглые стержни для шатунов.

Шатуны в двигателях внутреннего сгорания

В современных двигателях внутреннего сгорания шатуны обычно изготовлены из стали, но могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов или титана. Алюминиевые шатуны имеют меньший вес, поглощают избыточное усилие, но быстрее изнашиваются. Титановые шатуны сочетают легкость и прочность, но имеют высокую стоимость. Если же задача обеспечить высокую производительность не ставится, например в двигателях для мотороллеров, то шатун может быть изготовлен из чугуна. Шатуны не закреплены жестко на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может меняться, так как стержень движется вверх-вниз и вращается вокруг коленчатого вала. Иногда в гоночных автомобилях применяются шатуны, сделанные из цельной заготовки с помощью механической обработки, а не литые или кованые.

На рис. выше мы видим обычный шатун для автомобильного двигателя. Из-за наличия ограниченного пространства внутри поршня, конец, в который вставляется поршневой палец, поменьше, чем тот, что подключают к коленчатому валу, и эти концы называются верхней (поршневой) и нижней (кривошипной) головками шатуна, соответственно.

Внутри головки располагаются вкладыши подшипников скольжения, выполненные на стальной основе с нанесением слоя антифрикционного материала.

Кривошипная головка присоединяется к цапфе на кривошипе. Обычно есть отверстие, просверленное через подшипник и нижнюю головку шатуна так, чтобы моторное масло разбрызгивалось под давлением на стенку цилиндра и смазывало ход поршней и поршневых колец. Большинство небольших двухтактных двигателей и некоторые одноцилиндровые четырехтактные двигатели не требуют наличия насоса для масла, используя схему с подшипником качения. Однако это требует, чтобы коленчатый вал был легкосъемным, чтобы можно было в любой момент заменить шатун.

Шатун. Функции, особенности шатуна

В двигателе внутреннего сгорания шатун – это деталь кривошипно-шатунного механизма. Элемент соединяет поршни с коленчатым валом. Необходимы шатуны для передачи поступательных движений поршней и превращения этих движений во вращение коленчатого вала. В результате машина может ехать.

Конструкция

Мы уже примерно знаем, что такое шатун, и сейчас рассмотрим особенности конструкции. Деталь соединяет поршень с коленчатым валом. В процессе работы совершаются очень сложные движения. Верхняя головка шатуна выполняет возвратно-поступательные движения, нижняя часть делает круговые. Шатуны в процессе работы воспринимают очень высокие нагрузки, и это учитывается в конструкции. Смотрите на схеме шатун двигателя.

Элемент состоит из верхней головки, нижней головки, а также из силового стержня, который служит соединителем. Деталь практически полностью цельная и изготавливается из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Верхняя головка

Верхняя головка шатуна – это та часть, что имеет отверстие для поршневого пальца. В это отверстие после установки поршня запрессовывают палец. Конструкция верхней головки цельная. Форма ее полностью определяется тем, как сделано крепление поршневых пальцев.

Если палец фиксированный, тогда в головке на шатуне отверстие будет иметь цилиндрическую форму. Отверстие сделано очень точно, чтобы обеспечивать нужный натяг при соединении. Натяг – это, когда размер поршневого пальца немного больше, чем размер отверстия в головке шатуна. Если палец имеет плавающую конструкцию. Тогда в головку шатуна впрессовывают биметаллические или бронзовые втулки.

Но существуют и модели ДВС с плавающим типом пальца, где нет втулок, и палец может свободно вращаться в отверстии головки шатуна, ведь отверстие в головке сделано с зазором. В этом случае к поршневому пальцу обязательно подается масло. Верхняя головка делается в виде трапеции, так как она испытывает грандиозные нагрузки. Трапеция позволяет увеличить опору в процессе работы поршней.

Нижняя головка

Она соединяется через разъемное соединение с шатунной шейкой на коленчатом валу. Деталь состоит из двух частей – верхней части и крышки. Верхняя часть представляет с шатуном единое целое. На заводе отверстие в нижней головке растачивается вместе с крышкой, каждая из них может использоваться только со своим шатуном. Крышка и шатун соединяются при помощи болтового соединения.

В нижней части имеются подшипники скольжения. Это детали, по конструкции напоминающие коренные вкладыши. Они также изготовлены из стальной ленты с антифрикционным покрытием.

Стержень

Для большинства двигателей массового рынка стержень имеет расширение к нижней головке и сделан в виде двутавровой формы. В дизельных ДВС шатун сделан более прочным и массивным, в отличие от бензиновых двигателей.

Некоторые моторы могут оснащаться шатунами и других форм. Обычно в стержне имеется внутренний канал для подачи смазки к головке. Иногда данный канал проходит и к нижней головке шатуна – это канал для подачи масла к вкладышам.

Материалы

Чтобы максимально снизить вибрации и шум, а также для повышения мощности, инженеры разрабатывают шатуны и остальные элементы двигателя авто максимального малого веса. Однако постоянное облегчение ведет к понижению прочностных характеристик. А ведь шатун – это деталь, испытывающая огромные нагрузки. Элемент должен иметь определенный запас прочности.

Для экономии и для снижения себестоимости производства, изделия для ДВС изготавливают преимущественно из чугуна методом литья. Данный подход отлично применяется бензиновых моторов. Чугун – это идеальный компромисс между ценой и прочностью.

Что касается дизелей, то все детали здесь работают под еще более серьезными нагрузками. Поэтому чугун здесь неуместен. Шатуны для дизельных ДВС производят штамповкой и горячей ковкой. Материал в данном случае – специальные легированные стали. Шатун, изготовленный методом ковки, значительно прочнее литых чугунных изделий. Но и цена значительно выше.

Как работает?

Мы уже знаем, как выглядит шатун. Как он работает, узнаем далее. Главная задача элемента – взять на себя передачу тяговых усилий от поршней, движущихся поступательно к коленвалу. Таким образом, тяга превращается во вращательные движения. Процесс превращения очень быстрый.

Когда поршень находится в положении ВМТ или чуть ниже ее, то топливная смесь воспламеняется и поршень выталкивается вниз. Шатун, соединенный с поршнем, также будет двигаться вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Когда поршень двигателя достигнет нижней мертвой точки, за счет силы инерции коленчатый вал будет толкать шатун и поршень вверх. Данный процесс цикличный и повторяется многократно.

Заключение

Итак, мы узнали, что такое шатун. Это деталь для соединения поршней и коленчатого вала. Механизм довольно крепкий и выполняет важную функцию в работе ДВС.

Шатуны

Шатуны передают усилия, действующие на поршни, шатунным шейкам коленчатого вала дизеля. Они испытывают большие динамические нагрузки. Изготовлены шатуны из высококачественной легированной стали штамповкой. Если шатунная шейка коленчатого вала связана с одним поршнем (дизели Д100 и ПД1М), то шатун представляет собой фасонный стержень двутаврового сечения с верхней и нижней головками (рис. 73, а, б). Нижняя головка разъемная. Крышка шатуна 5 крепится к стержню шатунными болтами 7 из хромони-келевой стали. В средней части болты имеют пояски для центровки шатуна и крышки. Поверхность болтов должна быть полированной без каких-либо концентраторов напряжений. Головки болтов круглые с лысками для удержания от проворачивания при затяжке.

В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. У дизеля ПД1М втулка 2 целиком бронзовая, а у дизелей типа Д100 она состоит из двух неразъемных втулок — наружной стальной и внутренней бронзовой. У внутренней втулки по всей поверхности прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца. Втулки головок в средней части имеют кольцевую канавку и отверстия для подвода масла.

Шатунный подшипник нижней головки шатуна состоит из двух бронзовых вкладышей, залитых слоем баббита толщиной 0,5-0,7 мм. Около стыков вкладышей с одной и другой стороны выфрезерованы холодильники для создания масляного клина. Вкладыши шатунных подшипников дизелей типа Д100 невзаимозаменяемы. Вкладыш, устанавливаемый в расточку корпуса шатуна, является наиболее нагруженным и называется рабочим бесканавочным вкладышем. Его внутренняя поверхность не имеет канавки (см. рис. 73, а, вид А). По среднему сечению вкладыша с обоих концов выфрезерованы карманы, в которых просверлены отверстия, соединяющиеся с косыми каналами маслопровода шатуна. Косые каналы а соединяются с центральным каналом б в стержне шатуна.

Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна (см. рис. 73, а, вид Б) имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем. В центре канавки просверлено отверстие. У вкладышей дизеля 2Д100 оно служит для подачи масла к продольному каналу в шатуне и далее на смазывание втулки пальца шатуна. У этого дизеля оба вкладыша кана-вочные и они взаимозаменяемые. Опыт эксплуатации показал, что у таких вкладышей возможно возникновение полусухого трения в шатунном подшипнике, вызывающего повреждение вкладышей и задиры шеек осей. Поэтому на дизелях 1 ОД 100 менеенагруженный (нерабочий) вкладыш сделан взаимозаменяемым с вкладышами дизеля 2Д100, а рабочий выполнен бесканавочным, обладающим большей несущей способностью.

Верхняя головка шатунов дизеля типа Д100 имеет шаровую поверхность, к которой притерта ползушка, служащая для приема масла в охлаждающую полость поршня и уплотнения от утечек масла по поверхности между нею, головкой шатуна и вставкой. Шатуны нижнего и верхнего поршней дизелей Д100 невзаимозаменяемы. Нижний длиннее верхнего на 102,2 мм.

Шатунные подшипники дизеля ПД1М состоят из двух взаимозаменяемых бронзовых вкладышей, удерживаемых от осевого смещения буртами. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом 8, устанавливаемым в отверстие нижней половинки подшипника. Отверстие в верхнем вкладыше служит для соединения с маслопроводом стержня шатуна.

У всех дизелей шатунные вкладыши устанавливаются в постели подшипников с натягом, который должен обеспечить непроворачиваемость вкла дышей в процессе работы дизеля. Возвышение одного конца каждого вкладыша над плоскостью разъема для создания нормального натяга должно составлять 0,11-0,13 мм.

У дизелей с У-образным расположением цилиндров каждая шатунная шейка коленчатого вала воспринимает усилие сразу от двух шатунно-поршневых групп. В этом случае шатун одной шатунно-поршневой группы присоединяется непосредственно к шейке коленчатого вала и называется головным, а второй шатун шатунно-поршневой группы присоединяется к развитой головке главного шатуна и называется прицепным. Есть конструкции, когда оба шатуна присоединяются непосредственно к шейке коленчатого вала.

Соединение двух шатунов называют шатунным устройством. У дизелей типа 5Д49 оно состоит из главного 1 (см. рис. 70) и прицепного 11 шатунов. Прицепной шатун своей расточкой в нижней части опирается на палец 12 и крепится к нему двумя болтами 10, составляя единое целое. Палец 12 вставлен в проушины развитой нижней головки главного шатуна. Втулка 13, запрессованная в проушины, служит подшипником для пальца.

В верхние головки шатунов запрессованы стальные втулки 7, внутренняя поверхность которых покрыта свинцовистой бронзой. Кольцевая проточка в средней части втулок сообщается двумя отверстиями с каналами маслопровода от шейки коленчатого вала к поршню. Нижняя головка главного шатуна имеет зубчатый стык з с крышкой 15 шатуна, препятствующий поперечному смещению крышки. Крышки притянуты к головке четырьмя болтами 14, резьба которых для повышения усталостной прочности обкатана. С этой же целью внутренние поверхности головки шатуна под вкладышем упрочнены накаткой. Вкладыши 16 шатунных подшипников стальные тонкостенные, залитые свинцовистой бронзой. Наружные поверхности вкладышей покрыты тонким слоем меди для устранения фреттинг-коррозии, возникающей при взаимных микропе ремещениях соприкасающихся тел. Внутренняя поверхность вкладышей для улучшения прирабатываемости покрыта тонким слоем свинцовистого сплава. Расточка вкладышей подшипника выполнена с некоторым увеличением диаметра от середины к краям (гиперболической). Такая форма расточки создает лучшие условия для гидродинамического режима смазывания подшипника с учетом упругих деформаций шеек коленчатого вала.

Шатунные вкладыши устанавливают с натягом и их положение фиксируется штифтами, запрессованными в стержень и крышку шатуна. Для перетока масла в нижнем вкладыше имеется проточка с отверстиями, по которым масло с шатунной шейки поступает в канал д нижней крышки и перетекает к каналам стержней шатунов. Часть масла направляется по продольному каналу главного шатуна для смазывания верхней головки и охлаждения поршня, а часть масла поступает через канал е в пальце 12 прицепного шатуна к каналу г шатуна и далее на смазывание головки шатуна и охлаждение поршня шатунно-поршневой группы с прицепным шатуном.

Шатуны — ответственные и тяже-лонагруженные детали. Поэтому их поверхности упрочняют дополнительно наклепом дробью. Для обеспечения условий уравновешивания шатунно-поршневых групп детали их собираются комплектно. При переработке все детали комплекта (шатун с крышкой, болты, гайки) должны быть поставлены на свои места по меткам, иметь определенные массу и размеры. Каждый комплект должен быть промаркирован.

⇐ | Поршневые кольца | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Силы, действующие в шатунно-кривошипном механизме дизеля | ⇒

Шатун: типы, функции, материалы и проблемы

Шатун: типы, функции, материалы и проблемы: — Коленчатый вал , который должен проявлять свойства высокой прочности, низкой инерционной массы и однородности массы со всеми другими шатунами, прикрепленными к коленчатому валу. Сцепление коленчатого вала осуществляется с помощью цельного опорного подшипника с половинными вкладышами, который вставлен с обеих сторон разъемного большого конца.Соединение с поршнем в основном осуществляется через поршневой палец из довольно твердой стали через корпус поршня.

Большие концы шатуна в основном имеют прямую резьбу, так что разрезная часть может быть прикреплена во время сборки с коленчатым валом. Материал соединительных стержней включает сталь порошковой металлургии, которой придана первоначальная форма, которая затем кована до конечного размера, в котором средой являются углеродистые стали, и, как обнаружено, развивают превосходную прочность либо за счет отдельных процессов термообработки, либо за счет управления ковкой. шаг.

Что касается гоночных двигателей, то для шатунов можно использовать титановые сплавы, чтобы обеспечить высокое отношение прочности к массе детали.

Первый паровой двигатель или атмосферный двигатель был впервые обнаружен в 1712 году, в котором использовалась цепная передача, а не шатун, поскольку его поршень отвечал только за создание силы в одном направлении. В то время как большинство паровых двигателей среди них имеют двойное действие, и сила сохраняется в обоих направлениях, что приводит к использованию шатуна.Конкретное расположение выполнено для большого блока подшипников скольжения, который также называют крейцкопфом, с шарниром внутри поршня и шатуном, который расположен вне цилиндра и требует уплотнения вокруг штока поршня. ( Функция шатуна )

Шатун для двигателя внутреннего сгорания включает большой конец и малый конец стержня. Маленький конец прикреплен к поршневому пальцу, который также называют поршневым пальцем или пальцем для запястья, который может поворачиваться в поршне.В то время как на другом конце большой конец соединяется с шатунной шейкой с помощью подшипника скольжения, который уменьшает трение, однако в двигателях меньшего размера используется подшипник качения, который помогает избежать необходимости в насосной системе смазки. В подшипнике на большом конце шатуна просверлено точечное отверстие, так что смазочное масло может брызгать на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец.( Функция шатуна )

Шатун также вращается на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем можно изменять, когда шатун перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала. ( Функция шатуна )

Материалы, которые используются при изготовлении шатуна, широко варьируются, включая такие материалы, как углеродистая сталь, спеченный металл на основе железа, микролегированная сталь и т. Д. графитовый чугун.Шатуны в серийных автомобильных двигателях чаще всего изготавливаются из стали. В большинстве высокопроизводительных применений используются соединительные стержни из заготовок, которые вырабатываются из цельной металлической заготовки вместо литья или ковки.

К другим материалам относятся алюминиевые сплавы, которые можно использовать для обеспечения легкости, а также для поглощения сильных ударов за счет долговечности. Помимо этого, титан также является довольно дорогим вариантом, который снижает вес, в то время как, с другой стороны, чугун дешевле и имеет очень низкую производительность, например, скутеры.

Радиальные двигатели используются с шатунами типа «ведущий-ведомый», при этом самый верхний поршень на анимации сопровождается ведущим стержнем и прямым креплением к коленчатому валу. Все остальные оставшиеся поршневые пальцы прикрепляют свои шатуны к кольцам, которые расположены по краю ведущего штока.

Двигатели с несколькими рядами цилиндров включают много цилиндров, например двигатель V12, в которых очень мало места, доступного для многих шатунных шейок коленчатого вала ограниченной длины.Самое простое решение, которое применялось в большинстве двигателей дорожных автомобилей, заключается в том, чтобы каждая пара цилиндров использовала общую шейку кривошипа, которая создает качающуюся пару. Шатуны «ведущий-ведомый» включают в себя один или несколько кольцевых штифтов, которые соединены с большими концами ведомых стержней на других цилиндрах.

Недостатком штоков «ведущий-ведомый» является то, что ход ведомых поршней будет немного длиннее по сравнению с ведущим поршнем, что, как обнаружено, увеличивает количество вибраций в V-образных двигателях.Самый сложный пример шатунов ведущий-ведомый — это 24-цилиндровый экспериментальный авиационный двигатель Junkers Jumo 222, который был разработан во время Второй мировой войны. Этот двигатель включает шесть рядов цилиндров, каждый из которых имеет четыре цилиндра на ряд. Каждый слой из шести цилиндров находится с помощью одного главного шатуна, а остальные пять цилиндров — с помощью подчиненных стержней. Было построено почти 300 испытательных двигателей, но двигатель не был запущен в серийное производство.

Штанги с вилочным захватом также широко известны как штанги с разъемным наконечником, которые использовались в V-образных двигателях мотоциклов и авиационных двигателях V12. В основном для каждой пары цилиндров шток вилки разделен на две части на большем конце, а шток ножа противоположного цилиндра делается тонким, чтобы соответствовать зазору вилки. Такое расположение помогает удалить качающуюся пару, которая возникает, когда пары цилиндров смещены вдоль коленчатого вала.

Одним из наиболее популярных вариантов размещения подшипника шатуна является шток вилки, чтобы иметь одну широкую опорную втулку, охватывающую всю ширину штока, а также центральный зазор. Затем шток лопасти косвенно перемещается по шатунной шейке за пределы этой втулки. Это приводит к тому, что два стержня колеблются взад и вперед, которые отвечают за уменьшение сил на подшипник и поверхность скорости. Кроме того, движение подшипника также становится возвратно-поступательным, а не непрерывным, что оказывается более сложной проблемой в случае смазки.

Шатуны также называются Conrod, которые бывают разных типов в зависимости от типа материала, из которого они сделаны. Итак, вот несколько различных типов шатунов, которые доступны и о которых обязательно нужно знать:

Шатуны для заготовок относятся к машине, которая получается из цельного куска стали или алюминия.Он сравнительно легче, прочнее и долговечнее по сравнению с другими видами шатунов. Эти шатуны обычно используются для высокопроизводительных транспортных средств, в которых продукт разработан для уменьшения концентраторов напряжений и облегчения их перехода в естественную зернистость материала заготовок.

Литые стержни — это те шатуны, которые более предпочтительны для производителей, поскольку они способны выдерживать нагрузку стандартного двигателя.Ориентировочная стоимость производства этих шатунов значительно ниже, но в то же время они не могут использоваться в приложениях с высокой мощностью в диапазоне от 450 до 6000 об / мин. Обнаружена литая шатуна с заметным швом посередине, который используется для того, чтобы отличить ее от других кованых шатунов.

Кованые стержни — это те соединительные стержни, которые сделаны ковкой или путем придания зерну выбранного материала формы стержня.Чаще всего используется стальной сплав или алюминий, в зависимости от требуемых свойств.

Производители кованых стержней используют различные типы стальных сплавов, хрома и никелевых сплавов, конечный продукт которых не является хрупким. Никель или хромовый сплав отвечают за увеличение прочности шатуна.

Обнаружены проблемы в шатунах при работе, так как они испытывают различные уровни напряжений в камере сгорания.Большинство из этих проблем устранено, тогда как некоторые, с другой стороны, требуют полной замены шатуна. Шток растягивается и сжимается, что приводит к поломке шатуна, что может полностью повредить двигатель. Итак, ниже перечислены неисправности, которые могут произойти в шатуне:

Это одна из основных причин поломки шатуна. В основном это происходит в старых двигателях. Процесс сжатия и растяжения стержня происходит тысячи раз в минуту, что в конечном итоге приводит к износу детали, пока она не сломается.Недостаток масла и наличие грязи в двигателе могут быть одной из основных причин усталости.

Состояние гидрозатвора возникает, когда вода проникает в камеру поршня и приводит к деформации шатуна. Это состояние возникает, когда автомобиль проезжает затопленную улицу. Даже небольшое количество воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание, которые легко устранить. Принимая во внимание, что если в цилиндре обнаружено много воды, будет использовано все пространство для времени искры, что может привести к изгибу или разрыву штока цилиндра.

Избыточное число оборотов относится к типу неисправности, которая возникает в основном в новых и высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это указывает на состояние шатуна, которое, по всей видимости, находится в опасности. Это может произойти из-за сил, действующих на шатун, которые резко возрастают при высоких оборотах.

Поршневой палец — это поршневой палец, который соединен с шатуном внутри поршня, что может привести к поломке.В некоторых двигателях это может привести к катастрофическому отказу двигателя, когда шатун входит в блок двигателя или когда коленчатый вал согнут.

Источник изображения: — Bikesmedia, Pngio, Costex

Что такое шатун двигателя и зачем он вам?

При покупке автомобиля, нового или подержанного, что является самым важным, на что вам нужно обратить внимание? Если составить список самых важных или наименее важных вещей, вы, вероятно, получите:

• Двигатель
• Коробка передач
• Подвеска
• Кузов

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

Что такое шатун двигателя?

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

Зачем нужен хороший шатун двигателя?

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

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

У них есть важные функции, которые позволяют двигателю работать эффективно. Некоторые из этих функций включают:

1. Вращение коленчатого вала.

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

2. Выдерживает давление поршня.

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

3. Перемещение жидкости

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

4. Помощь в строительстве высокопроизводительного автомобиля

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

1) Морской тип

2) Фиксированное проектирование

3) Суставной

4) Лезвие

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

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

типов шатунов | На главную

Кейт Аллен Обновлено 21 июля 2017 г.

Шатуны, которые чаще всего используются в автомобильных двигателях, обычно используются в двигателях внутреннего сгорания.Шатуны соединяют поршни с коленчатым валом и обеспечивают движение жидкости между ними. В сельхозтехнике, легковых и грузовых автомобилях, строительной технике и любом другом типе транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания используются шатуны определенного типа.

Кованые

Шатуны характеризуются процессом, используемым при их производстве. Процесс изготовления кованых шатунов заключается в формовании зерна выбранного материала, такого как стальной сплав, в заданной форме стержня.Производители используют различные типы стальных сплавов, включая сталь 4340 или хромоникелевый сплав. Сплав никель / хром увеличивает прочность шатуна, не делая готовый продукт хрупким.

Литые стержни

Литые стержни обычно выбирают производители оригинального оборудования, поскольку они выдерживают нагрузку стандартного двигателя и менее дороги в производстве. Литые шатуны имеют заметный шов посередине, который отличает его от кованого.Не используйте литые штанги в приложениях с высокой мощностью, более 450 и 6000 об / мин.

Металлический порошок

Другой выбор производителей оригинального оборудования — шатун из порошкового металла. Порошковая смесь металла прессуется в форму и нагревается при высоких температурах, чтобы расплавить смесь в твердую форму. Обработка металлических стержней из порошкового металла не требуется, поскольку они выходят из формы в основном в виде готового продукта. Эти стержни дешевле в производстве, чем стальные, и более прочные, чем литые.

Заготовка

Шатуны Заготовки — это те, которые обычно используются для гоночных автомобилей высокого класса. Стержни для заготовок изготавливаются из цельного куска стали или алюминия, они легче, прочнее и долговечнее, чем другие типы. Некоторые штанги для заготовок имеют особую конструкцию, которая снижает риск образования напряжений и облегчает проникновение в естественную структуру материала заготовки.

Big-Inch Chevy Small-Block Cheat Sheet: Шатуны

Шатун — достаточно простая деталь.Хотя он ускоряется и замедляется с невероятной скоростью, у него нет движущихся частей. Каким бы непритязательным это ни казалось, шатун — один из наиболее подверженных нагрузкам и изнашиваемых компонентов в любом двигателе внутреннего сгорания. Шагните в мир высокой производительности, мощности и, что самое главное, высоких оборотов, и потратить некоторое время на то, чтобы максимально эффективно использовать свои шатуны, окупается.

Этот технический совет взят из полной книги «КАК СОЗДАТЬ БОЛЬШИЕ ДЮЙМОВЫЕ МАЛЕНЬКИЕ БЛОКИ CHEVY». Подробное руководство по этой теме вы можете найти по этой ссылке:

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь делиться этой записью в Facebook / Twitter / Google+ или на любых автомобильных форумах или блогах, которые вы читаете.Вы можете использовать кнопки социальных сетей слева или скопировать и вставить ссылку на веб-сайт: https://www.chevydiy.com/big-inch-chevy-small-block-cheat-sheet-connecting-rods/

Стандартные шатуны Chevy малого блока для малого блока 400 были двух длин: 5,7 и 5,565 дюйма. Не соблазняйтесь идеей, что так называемая «розовая» удочка — более сильная. Единственное, что предлагали розовые стержни, это то, что они были подвергнуты дробеструйной обработке и магнафлюксе.В остальном они были выкованы из той же мягкой стали, что и другие производственные стержни.

В стандартных уличных применениях, где частота вращения двигателя редко превышает 6000 об / мин, стандартные шатуны отлично справляются с передачей мощности от поршня к кривошипу. Но добавьте давление в цилиндрах, большие головки цилиндров и долговечные распределительные валы, которые требуют более высоких оборотов в минуту для производства лошадиных сил, и именно тогда мы должны начать уделять более пристальное внимание низкому шатуну.

ШТАНГИ ​​

Когда вы говорите о стандартных шатунах Chevy с малым блоком, две самые популярные общие длины — 5.7 и 5,565 дюйма. Вернитесь к оригинальному двигателю мыши 265ci, и вы обнаружите, что Chevy решила использовать шатун длиной 5,7 дюйма. При увеличении хода с 3,00 до 3,25 до 3,48 дюйма длина штанги осталась прежней. С появлением в 1970 году малого блока 400 не было места для поддержания высоты сжатия поршня, которую GM желала с 5,7-дюймовым штоком, поэтому инженеры укоротили шток на 0,135 дюйма до 5,565 дюйма. В то же время инженеры также немного укоротили болт штока, чтобы создать больший зазор между болтами и кулачком.В 350 H.O. используется третий малый блочный стержень. и двигатели ZZ4, представляющие собой 5,940-дюймовые стержни из порошкового металла (PM), которые ничуть не уступают по прочности оригинальным «розовым» стержням для малых блоков. Этот стержень также использовался в двигателях на базе baby 265ci LT1 с 1992 по 1994 год.

Существует две основные конструкции шатунов. Стержень двутавровой балки серийного производства (вверху) является наиболее популярным, но стержень двутавровой балки в настоящее время является популярной альтернативой.

Когда вы добавляете ход, лучше одновременно увеличивать длину стержня, чтобы уменьшить острый угол, создаваемый более длинным плечом на кривошипе.Популярные длинные стержни для малого блока — 5,850, 6,000 и 6,125, но некоторые компании производят стержни до 6,25 дюйма.

Самым напряженным крепежом в любом двигателе является болт шатуна. ARP предлагает стержневые болты с тремя ступенями качества: от стандартного болта 8740 на 190 000 фунтов на квадратный дюйм (слева) до болта Wave-Loc (в центре) и до Wave-Loc серии Pro (справа), изготовленных из запатентованного материала ARP 2000, предлагающего около 220000 фунтов на квадратный дюйм. предел прочности.

Более длинные ходы создают проблемы с зазором между кулачком и штоком.Это часто требует использования штанг, обеспечивающих дополнительное пространство в области непосредственно над болтом штанги. По мере увеличения хода этот зазор становится все более узким.

Промышленные малоблочные штанги изготавливаются с использованием основной конструкции из кованой двутавровой балки с застежкой «шпилька и гайка». Маленькие блоки поколения III также используют металлическую поковку, которая на самом деле немного прочнее. Другой интересный метод, используемый в сочетании с этими стержнями, — это цельная ковка, в которой используется колпачок, который отламывается от основной части балки.Этот зазубренный край выглядит неприятно, но отлично справляется с установкой колпачка на удилище, предотвращая то, что обычно называют ходом колпачка. К сожалению, он не подлежит восстановлению, так как неровная сопрягаемая поверхность не может быть обработана, чтобы уменьшить шатун и изменить его размер.

хорошо работает с уличными двигателями, которые не развивают скорость выше 6500 об / мин и видят эту скорость только в течение очень коротких периодов времени. Но поскольку все высокопроизводительные двигатели выходят за рамки возможного, существуют стержни лучшего качества по такой привлекательной цене, что стержни вторичного рынка заслуживают значительного внимания.Если у вас ограниченный бюджет и вы планируете использовать стержень 5,7 в доступном малом блоке 383 или 406ci, разумным шагом будет использовать Magnaflux стержни для устранения трещин, попросить местную механическую мастерскую установить новые болты ARP, а затем изменить размер большого конец стержня. Размер шатуна необходимо изменять каждый раз, когда используется новый крепеж, поскольку новый болт резко изменит форму шатуна, когда он будет затянут на место. Вы также можете отполировать боковые балки, чтобы предотвратить образование трещин под напряжением.

МАТЕРИАЛ

изготовлены из мягкой стали 1038, которая обеспечивает приличную прочность в сочетании с большой пластичностью.В приложениях с высокими эксплуатационными характеристиками шатун подвергается гораздо большей нагрузке, чем стандартные, поэтому давно такие компании, как Carrillo, Oliver и Crower, начали создавать чрезвычайно прочные стальные стержни 4340 для гоночных применений. За последние несколько лет несколько новых компаний вышли на рынок высокопроизводительных шатунов с недорогими, но высококачественными коваными стальными шатунами 4340 и 4130. Для мягких уличных двигателей следующим шагом по сравнению со складами будут стальные стержни 4130, а затем — более качественная поковка 4340.

Есть несколько компаний, производящих 4340 стальных стержней. Разница в цене может быть значительной, если сравнить стальную удочку Scat или Eagle 4340 с такой удочкой, как Carrillo или Oliver. Качество удилищ Carrillo или Oliver не подлежит сомнению, но дополнительное качество может стоить дополнительных затрат, а может и не стоить. У Crower, пожалуй, самый широкий ассортимент удилищ, все они выкованы из стали 4340, но сильно различаются по цене и применению. В таком случае выбор — это больше вопрос применения, чем цены.Например, Crower Sportsman — это стержень из хромомолибденовой стали начального уровня 4340, который включает в себя 3/8-дюймовый болт и гайку из стального сплава 8740, 180 000 фунтов на квадратный дюйм. Подорожали штанги Sportsman Stroker, Billet, Billet Stroker и Lightweight с использованием сквозных болтов и гаек. Существуют также штанги Billet, Billet Stroker и Mid с винтами с головкой под ключ. Есть даже стержень с винтовой головкой Ultra-Light. В общей сложности Crower предлагает 14 различных шатунов для небольшого блока Chevy. Все эти стержни изготовлены из стали 4340, но сильно различаются по качеству, применению и цене.Как видите, есть из чего выбирать. Но не заблуждайтесь, думая, что вам нужна самая хитрая удочка. Реальность, вероятно, такова, что базовая удочка Sportsman или Stroker с диагональю 5,7 или 6,0 дюйма, вероятно, лучше всего подойдет для большинства применений.

Каждый раз, когда вы заменяете болты штока, вы также должны изменять размер штока, чтобы обеспечить надлежащий диаметр отверстия в корпусе. Этот диаметр отверстия в корпусе определяет надлежащий внутренний диаметр подшипников штока для создания надлежащего зазора в подшипниках.

Высокопроизводительные штоки также доступны в исполнении с прессованным штифтом (слева) или полностью плавающим (справа), идентифицируемым по бронзовой втулке. Полностью плавающие штоки требуют использования некоторого типа стопорных колец поршня, чтобы удерживать палец внутри поршня.

Чтобы определить вес боба, вы должны знать вес как большого, так и малого конца удилища. Каждый конец взвешивается с помощью такого приспособления. Сумма этих весов должна соответствовать общему весу удилища.

Еще одна причина не использовать стандартные стержни — это то, что в середине 1980-х Chevy перешла на более тонкие стержни с двутавровой балкой. Вес такой же, но центральная часть стержня примерно на 0,070 дюйма тоньше. Лучше избегать этих стержней.

Мы упоминали штанги для заготовок как часть модельного ряда Crower. Оливер, Каррильо и другие также предлагают штанги для заготовок, как и несколько других компаний. Пруток для заготовок из хромомолибденовой стали 4340 обычно считается самым прочным и долговечным стержнем из всех производимых.

Поставляется в конфигурации со сквозным болтом или винтом с колпачком. Стержни для заготовок вырезаются из чистого основного материала, а не прессуются в кузнице. Это обеспечивает отличную гибкость в дизайне, но значительно увеличивает цену. Для уличных двигателей штанги из заготовок считались бы довольно дорогой роскошью.

Pure drag race часто используются алюминиевые стержни, чтобы еще больше уменьшить возвратно-поступательный вес. Мы упоминаем их здесь только потому, что некоторые энтузиасты ошибочно полагают, что использование алюминиевых шатунов может дать некоторое преимущество.Bill Miller Engineering (BME) утверждает, что они успешно использовали алюминиевые шатуны во многих уличных двигателях без сбоев, и мы, конечно, не в состоянии опровергнуть эти утверждения. Однако любой металлург согласится с тем, что даже лучший алюминиевый сплав не может сравниться с хромомолибденовой сталью 4340 в отношении прочности и что алюминий гораздо более склонен к деформационному упрочнению при использовании. Уже сами по себе эти факторы делают выбор алюминиевого стержня трудным для защиты. Снижение веса может дать немного преимуществ, если они вообще есть, когда дело доходит до создания заданного веса боба.Учитывая, что все эти соображения работают против алюминиевого стержня, существует несколько веских причин, подтверждающих риск отказа стержня.

УДИЛИЩА

Вся суть этой книги в том, чтобы показать вам, как построить малый блок размером в большой дюйм. Одним из камней преткновения при создании двигателя мыши с длинным ходом является зазор между распределительным валом и штоком. В оригинальном 400 Chevy прибегли к более короткой штанге диаметром 5,565 дюйма с более коротким болтом. Это обеспечило большой зазор кулачка, но короткий стержень создает несколько проблем при выходе за пределы завода 3.75-дюймовый ход. Поскольку из-за дополнительного хода противовесы коленчатого вала становятся больше, для этого также требуется более длинный шток, чтобы дать поршню достаточно места для выхода из противовесов в нижней мертвой точке (НМТ). Как правило, предпочтительнее удилище 5,7 или 6,0 дюйма, но вы можете найти удилища с мелкими блоками вплоть до 6,250 дюйма.

В дополнение к вопросу о длине вам также понадобится штанга с достаточным зазором вокруг верхней части шатуна. Это место, где шток наиболее близко подходит к распределительному валу, сразу за верхней мертвой точкой (ВМТ).Штанги Stroker обеспечивают дополнительный зазор вокруг этой области, что упрощает вставку кривошипа с более длинным ходом в стандартный блок высотой деки. Можно втиснуть кривошип с ходом 4,00 дюйма в стандартный блок с высотой кулачка. Наибольший зазор между стержнями и кулачком возникает у стержней 1, 2, 5 и 6; но из соображений баланса все стержни должны иметь одинаковый зазор.

Pro Form делает инструмент для снятия крышки стержня со стержня, но вы также можете использовать тиски для стержня.Ослабьте гайки и осторожно покачайте шток, пока крышка не откроется.

Многие производители удилищ не делают различий между своими стандартными удилищами 4340 и штангами, поэтому вам необходимо связаться с производителем, чтобы определить, удалит ли удилище, который вы хотите использовать, ход, который вы собираетесь использовать. Удилища Stroker Sportsman компании Crower доступны только длиной 5,7 и 6,0 дюймов, но у удилищ Stroker Billet есть больше вариантов от 5,7 до 6,250 дюйма. Удилище не только прочнее, но и значительно тяжелее — 690 грамм для 6.0-дюймовая удочка по сравнению с 6.0-дюймовым удилищем Sportsman Stroker, который весит всего 615 грамм. Очевидно, что более тяжелый пруток для заготовки прочнее, и большая часть его прочности обеспечивается дополнительным материалом. Вы также должны учитывать зазор стержня вокруг направляющей решетки при покупке шатуна ходового механизма. Не все стержни имеют одинаковую форму. Конечно, штанги ходового механизма будут иметь некоторый дополнительный зазор и в этой области.

КРЕПЕЖИ

Болт шатуна — наиболее нагруженный крепежный элемент всего двигателя.Боковая панель «Сила по сравнению с числом оборотов в минуту» подробно описывает нагрузки, прикладываемые к шатуну и его крепежным деталям, но суть в том, что по мере увеличения веса системы возвратно-поступательного движения и числа оборотов в минуту силы, которые пытаются растянуть два болта, удерживающих крышка на шатуне радикально увеличится. И вес, и число оборотов в минуту имеют решающее значение для этой формулы, но, безусловно, самым разрушительным является число оборотов в минуту. Например, двигатель с внутренним диаметром 4,0 дюйма и ходом 3,875 дюйма может оказывать растягивающую нагрузку до 12380 фунтов на большой конец шатуна, когда шатун разгоняется от ВМТ со скоростью 6500 об / мин.Это происходит каждый раз, когда поршень попадает в ВМТ на такте перекрытия. Если учесть количество циклов, которые проходит двигатель (даже если большинство из них не на высоких оборотах), это все же требует огромной прочности стержневого болта.

— это отдельное исследование, но мы постараемся свести к минимуму основные моменты до нескольких простых абзацев, чтобы дать вам информацию, необходимую для выбора правильных болтов стержня. Большинство стержневых болтов оцениваются в фунтах на квадратный дюйм, которые представляют собой систему оценок, используемую для определения напряжения или нагрузки, приложенной к болту, деленной на его площадь поперечного сечения.Вот почему болт большего диаметра, сделанный из того же материала, прочнее и предлагает большую потенциальную зажимную нагрузку, чем крепеж меньшего размера. К сожалению, болты большего размера весят больше, поэтому идеальным компромиссом является использование прочного материала для болта меньшего размера. Предел прочности на разрыв — это максимальное напряжение, которое крепление может выдержать без разрушения. Каждая застежка также имеет максимальную прочность, которую она может выдержать и вернуть к своей нормальной длине. Это называется пределом текучести крепежа. Если вы превысите предел текучести застежки, она испортится, и ее следует заменить.

Боковой зазор штока — один из тех зазоров, которые можно легко не заметить при сборке двигателя в спешке. Но если вы используете все новые детали, вы обязательно должны убедиться, что зазоры находятся в пределах спецификации. Минимальный боковой зазор стержня для стальных стержней составляет 0,010-0,012 дюйма. Увеличенный зазор позволяет большему количеству масла разбрызгиваться вокруг картера.

Всегда проверяйте, чтобы фаска на подшипнике шатуна прилегала к радиусу скругления кривошипа (стрелка).Более чем один производитель двигателей случайно установил шток на поршне задом наперед.

Крепежные детали с очень высоким пределом прочности на разрыв также имеют тенденцию быть несколько хрупкими. Это означает, что разница между пределом текучести крепежа и его пределом прочности на растяжение является довольно небольшой величиной. Усилие зажима — это сила затянутого болта, равная его предварительной нагрузке. Что усложняет жизнь стержневым болтам, так это то, что они должны иметь высокий предел текучести и прочности на разрыв, но они также должны выдерживать более миллиона циклов растягивающих или растягивающих нагрузок.

Следовательно, высококачественный соединительный элемент шатуна должен иметь достаточно высокий предел прочности на разрыв, а также иметь довольно широкий диапазон нагрузок между пределом текучести и пределом прочности на разрыв. Именно в этом диапазоне его могут попросить работать. Вот почему так важно создать надлежащую предварительную нагрузку или зажимную нагрузку с помощью стержневого болта. Наиболее точно это измеряется в растяжении болта. Обычно ARP определяет размер растяжения болта, который составляет 75 процентов от предела текучести болта. Так что, если типичное значение растяжения стержневого болта ARP на 3/8 дюйма равно 0.006 дюймов, то его длина текучести, вероятно, очень близка к 0,008 дюйма. Дело здесь в том, чтобы установить зажимную нагрузку, намного превышающую нагрузку, прилагаемую к болту во время работы двигателя. В момент, когда поршень меняет направление вниз после верхней мертвой точки (ВМТ) во время цикла перекрытия, коленчатый вал тянет поршень вниз. Это приводит к натяжению болтов штанги. На высоких оборотах это может фактически деформировать большой конец стержня, сделав его овальным и подвергнув болты стержня чрезмерным нагрузкам.Вот почему так важна зажимная нагрузка.

Единственный способ достичь этого оптимального значения растяжения — это измерить болт. Это достигается с помощью инструмента для растяжения стержня и болта. Несколько компаний, в том числе ARP, продают этот инструмент, который на самом деле представляет собой не что иное, как стальную арматуру, прикрепленную к циферблатному индикатору. В циферблатном индикаторе используется более тяжелая возвратная пружина, чем в обычных циферблатных индикаторах, чтобы инструмент оставался на месте на стержневом болте. Это полезно для двигателя, так как этот инструмент чаще всего используется в узких пределах нижнего вращающегося узла.Процедура проверки также проста. Наденьте торцевой гаечный ключ на стержневой болт, затянув крепеж от руки. Затем расположите измеритель натяжения так, чтобы вы могли видеть циферблатный индикатор, когда две точки индикатора надежно расположены в небольших углублениях на обоих концах застежки. Эти точки помогают удерживать точки индикатора на месте. Обнулите индикатор, а затем медленно затяните гайку стержня-болта, пока не будет достигнуто желаемое растяжение. Это должно быть выполнено на всех 16 шатунных болтах двигателя V8.

Если это звучит как слишком много усилий — это так. Но если вы вкладываете пару тысяч долларов в качественный вращающийся узел, это единственный приемлемый способ обеспечить достаточную нагрузку на болты штока. Некоторые могут утверждать, что использования динамометрического ключа достаточно, но на самом деле существует слишком много переменных, влияющих на крутящий момент болта, которые имеют мало общего с растяжением болта. Например, ARP указывает настройку крутящего момента, предназначенную для использования только в сочетании с молибденовой смазкой ARP.Этот смазочный материал имеет пониженный коэффициент трения, чем моторное масло, поэтому крутящий момент смазочного материала всегда меньше крутящего момента, указанного при использовании масла. Мы проверили эти значения крутящего момента на фактическом растяжении болта, и, поскольку ARP не может учесть все переменные, мы обнаружили, что значение крутящего момента ARP обычно приводит к растяжению болта, которое меньше оптимального. Мы тестировали это несколько раз, и мы постоянно получаем по крайней мере на 0,0008–0,0010 дюйма меньше указанного значения растяжения болта ARP.Вот почему измерение фактического растяжения болта — единственный выход.

Для проверки зазора подшипника необходимо затянуть болты штока снаружи двигателя. Всегда используйте тиски для стержней при затягивании стержней, чтобы не допустить перекручивания стержня. Убедитесь, что тиски поддерживают как колпачок, так и балку стержня.

Всегда измеряйте зазор подшипника по вертикали. Все подшипники двигателя имеют определенную конусность по отношению к горизонтальному компоненту. Измерение внутреннего диаметра стержня на линии разъема даст ошибочно большой зазор.

Еще одним преимуществом использования более качественной послепродажной штанги является наличие этих установочных штифтов, которые предотвращают смещение крышки штанги при высоких оборотах.

Несколько раз поверните болт стержня и установите болт стержня в стержень. Иногда в механическом цехе болт не полностью вставляется в стержень из-за плотной посадки между болтом и стержнем. Затяжка обычно обеспечивает полную фиксацию болта на месте.

Во многих более качественных стержнях используются винты с головкой под ключ, а не болты и гайки. Винты с головкой под ключ обеспечивают определенные преимущества по высоте для применения в толкателях, и их можно измерить на растяжение болта, как и любого другого стержневого болта.

Этот разрез показывает, насколько близко находятся все вращающиеся части, когда вы вставляете длинноходовой кривошип и длинные стержни в небольшой блок. Минимальный зазор между стержнем и распределительным валом составляет 0,050 дюйма.

Если необходимо затянуть болты штанги на месте, а не использовать датчик растяжения, ARP рекомендует затянуть болты штанги не менее трех-пяти раз. Это полирует и сглаживает резьбу и границу между штоком и гайкой, что снижает трение. Также обязательно используйте только молибденовую смазку для стержневых болтов, которая поставляется с болтами ARP.

На самом деле нет никаких оправданий неиспользованию инструмента для растяжения стержня и болта. Эти инструменты не так дороги (обычно около 100 долларов) и просты в использовании. Однако в экстренной ситуации вы, безусловно, можете просто затянуть болты стержня на месте. Если вы используете новые крепежные детали, ARP рекомендует затянуть каждый крепеж не менее пяти раз, прежде чем будет приложен окончательный момент во время сборки. Это связано с тем, что новые крепежные детали должны создавать картину износа между гайкой и болтом и внутри резьбы.При этом можно также принять во внимание тот редкий момент, когда болт стержня не полностью вставлен в стержень. Затягивание крепежа по крайней мере пять раз должно привести к посадке болта в стержень и создать разумную картину износа, которая позволит большему фактическому крутящему моменту создать растяжение болта, а не просто преодолеть трение.

Точность динамометрического ключа — еще одна переменная, которая влияет на крутящий момент и растяжение крепежа. Нередко можно встретить динамометрический ключ, который отклоняется на целых 10 фунт-футов при проверке на точность.Если гаечный ключ не откалиброван, проверьте его при указанном крутящем моменте для стержневых болтов. Таким образом, вы можете хотя бы учесть эту переменную.

Если вы действительно хотите знать, не растянулся ли стержневой болт за пределы своего предела текучести, вам также необходимо следить за длиной в свободном состоянии каждого крепежа, когда он был новым. Во время последующего демонтажа болты можно повторно проверить на длину. Если использованный болт хотя бы на 0,001 дюйма длиннее своей исходной длины в расслабленном состоянии, он был растянут за пределы предела текучести и должен быть заменен.Мы потратили значительную часть этой главы на болты штанги и их использование из-за катастрофических повреждений, которые могут возникнуть в случае несоблюдения этих спецификаций. Потратьте время на то, чтобы убедиться, что эта область собрана правильно, и вы сможете избежать большинства дорогостоящих проблем.

двутавровая балка, двутавровая балка

В дополнение ко всем другим параметрам, связанным с шатунами, вторичный рынок также начал предлагать другой тип стержня, называемый стержнем двутавровой балки. Стержни с двутавровой балкой были разработаны для использования в гоночных двигателях и были спроектированы так, чтобы быть более прочными при использовании на высоких оборотах, когда способность стержня выдерживать повышенную нагрузку при растяжении является преимуществом.

Традиционная конструкция шатуна — это двутавровая балка, которая, по словам производителей, с которыми мы беседовали, сильнее сжимается по сравнению со стержнем двутавровой балки, в основном из-за пониженной концентрации напряжений. Поскольку большинство небольших блоков с большим рабочим объемом будут построены скорее как двигатели с крутящим моментом, а не как силовые установки со стратосферным числом оборотов в минуту, стержень с двутавровой балкой представляется более разумным выбором. Тем не менее, нет ничего плохого в использовании стержней двутавровых балок практически в любом приложении, и разница в прочности, вероятно, не будет иметь значения с точки зрения потенциального отказа.

После изучения всего этого материала по шатунам, надеюсь, вы получили большее признание как за выбор, так и за применение этого компонента, о котором часто забывают. Шатуны обычно не связаны с значительным повышением мощности, но они действительно играют важную роль в обеспечении долговечности и надежности всей производимой вами мощности.

Написано Грэмом Хансеном и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СДЕЛКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга.Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Взлеты и падения — MSV Racing

В этом документе дается описание основных элементов, задействованных при разработке алюминиевого 2-тактного шатуна. Мы начнем с описания, что такое шатун, исторических проблем, связанных с проектированием 2-тактного шатуна, и того, почему этот шатун так актуален. Читатель знакомится с основными компонентами проектирования шатуна, от процессов обработки до новых доступных технологий, включая выбор материалов, рекомендации по смазке, усовершенствования в покрытии и обработки материалов.Кроме того, на протяжении всей статьи вы слышите от экспертов в этой области, которые излагают свое мнение о том, можно ли построить и использовать эту удочку с учетом современных достижений.

Взлеты и падения при разработке 2-тактного шатуна

Это была гонка за звание чемпиона, гонка, которая дала бы победителю признание титула чемпиона мира и выплату в миллион долларов. Родни Стил был готов, и у него было секретное оружие — революционный шатун из алюминиевого сплава MSV Racing, который был установлен в его двухтактный гоночный велосипед CR500R.Эта инновационная технология позволила бы его двигателю быстрее вращаться, производить больше мощности за счет меньшего возвратно-поступательного движения, а также снизить вибрацию, снижая утомляемость Стила во время гонки.

Гонщики вышли на старт, включив двигатели — «braap braaaaapp!»

Стил был уверен в своих силах и своей машине. Зеленый флаг упал, и гонка началась! Стил смог мгновенно войти в диапазон мощности, обогнав своего противника до первого поворота, сделав выстрел в дырку.Гонщики обогнули первый поворот, и снова он смог опередить соперников. По мере того, как гонка прогрессировала, он продолжал увеличивать свое преимущество.

К заключительному кругу гонки Стил опережал своих собратьев на полкруга. Он пересек финишную черту, победно подняв кулак. На пресс-конференции победителя Стил поблагодарил федерацию, своих тренеров, спонсоров и, в первую очередь, компанию MSV Racing за создание своего мирового мотоцикла.

Заядлые фанатики мотоциклов, особенно двухтактных мотоциклов, всегда ищут способы настроить, модернизировать и улучшить характеристики своих мотоциклов.Примерно 10 лет назад этот писатель задавался вопросом, почему никто не делает алюминиевые шатуны для полноразмерных двухтактных двигателей.

Исследуя тему в Интернете и задавая вопросы друзьям и знакомым в отрасли, пришли к единому мнению, что в то время это невозможно сделать. Как заявляет Ensign (2015), «трение, тепловое расширение и прочность концов стержня являются важнейшими факторами …» Прошло много лет, и стали доступны знания о последних достижениях в алюминиевых сплавах, покрытиях и процессах обработки металлов.Это вызвало старый вопрос: может ли человек спроектировать алюминиевый двухтактный шатун, который будет работать в течение определенного времени? Миллар (2015) утверждает: «Покрытия, сплавы и криогенная обработка быстро развиваются, и, безусловно, есть хороший шанс, что с помощью этих передовых процессов это станет достижимым». Ensign (2015) соглашается, заявляя: «Да, я думаю, что материаловедение прогрессирует с каждым днем, есть много очень высокопрочных алюминиевых сплавов, легко доступных для широкой публики, а также варианты вторичной обработки материалов.Похоже, что сочетание современных материалов, покрытий и / или отделки позволило бы получить алюминиевый двухтактный стержень, пригодный для использования ». Поскольку эти знания теперь доступны, идея создания этого жезла теперь может быть реализована.

Что такое шатун? В поршневом двигателе внутреннего сгорания шатун — это звено, которое переводит возвратно-поступательное движение поршня в возвратно-поступательное движение на кривошипе. Затем это вращательное движение передается от кривошипа к муфте и затем умножается в коробке передач.Наконец, это движение переходит от двигателя к задним колесам через цепь и звездочки. В зависимости от веса шатуна реакция двигателя может резко измениться. Уорбс (2015) утверждает: «Вес, очевидно, является самым большим преимуществом использования алюминиевого стержня». Миллар (2015) считает, что «рабочие характеристики двигателя будут преимуществом алюминиевого стержня. Уменьшение веса боба уменьшит инерцию и гармонику двигателя. Стержень также может гасить эффект детонации.Ensign (2015) соглашается с этим и отмечает: «Я думаю, было бы разумно ожидать некоторых улучшений отклика дроссельной заслонки, а также увеличения мощности двигателя за счет меньшей возвратно-поступательной массы». Более легкий стержень снижает возвратно-поступательный вес, позволяя двигателю быстрее вращаться и потребляя меньше лошадиных сил для поворота узла кривошипа. Это позволяет двигателю быстрее развивать мощность без каких-либо других изменений.

Большинство шатунов изготовлено из цементированной стали. В приложениях с очень высокими рабочими характеристиками и высокими оборотами необходимо снижение веса, поэтому лучше всего подходят алюминий (Al), титан (Ti) или композит с металлической матрицей (MMC).Во многих случаях предпочтительным металлом является Al. Он прочнее, легче и намного дешевле, чем Ti и MMC, а также намного проще в обработке. Al на 60% легче стали, на 40% легче Ti и на 15% легче MMC. Эта огромная экономия веса значительно снижает возвратно-поступательный вес, что может привести к более быстрой и эффективной поездке.

Однако существуют проблемы и с чистым Al. Он считается мягким металлом и не может использоваться в большинстве приложений без добавления к нему других металлов, таких как медь, магний и цинк, и это лишь некоторые из них, создающие алюминиевые сплавы.Поскольку сплавы алюминия не так прочны, как сталь, обычно требуется больше сплава алюминия, чтобы обеспечить прочность, и следует учитывать особые соображения, когда требуется твердость. Это по-прежнему позволяет сделать удилище значительно легче, но занимает больше места.

Большинство шатунов из алюминиевого сплава изготавливаются из сплава 7075-T6511. Это очень прочный алюминиевый сплав, который используется во многих транспортных средствах, от высокопроизводительных автомобилей, мотоциклов и самолетов до аэрокосмической отрасли, где необходимы легкий вес и высокая прочность. При использовании алюминиевого сплава для шатунов необходима специальная термообработка для увеличения прочности, и обычно устанавливаются вставки для защиты алюминия в местах его прикрепления к поршню и кривошипу.Шатуны из алюминиевого сплава также часто используются для криогенной обработки стержня. Этот процесс медленно понижает температуру стержня до минус 300 градусов по Фаренгейту с использованием жидкого азота в течение определенного времени, а затем медленно доводит до комнатной температуры. Этот процесс выравнивает молекулы Al в гораздо более плотную молекулярную структуру, значительно увеличивая прочность и твердость. Роджер (2015) утверждает: «Криогенная обработка стержня, которую я выполняю, сделает покрытие, стержень и другие детали более прочными и улучшит прочность стержня.”

Для алюминиевого стержня Родни Стила использовался новый тип алюминиевого сплава — 7068-T6511. Этот алюминиевый сплав значительно прочнее и тверже, чем 7075-T651. Реклама Kaiser Aluminium (2000) информирует потенциальных пользователей о том, что «задокументированные отраслевые данные показывают, что 7068-T6511 имеет типичный предел прочности на разрыв 103 тыс. Фунтов на квадратный дюйм по сравнению с аналогичным продуктом, произведенным из 7075-T6511, который имеет типичный предел прочности на разрыв 93 тыс. Фунтов на квадратный дюйм. ” А поскольку 7068-T6511 требует меньше материала для обеспечения прочности и долговечности, удочка даже меньше и легче, чем сопоставимая удочка 7075-T6511.Удочка Стила также подверглась криогенной обработке.

Для того, чтобы 7068-T6511 мог работать как 2-тактный шатун, его отверстия подшипников должны быть покрыты алмазоподобным углеродом (DLC). DLC — это углеродный материал, обладающий некоторыми характеристиками алмаза. Основными факторами DLC являются твердость, гладкость и износостойкость. Не все покрытия DLC одинаковы, и стержень Стила из алюминиевого сплава имел особую версию. Бикрам (2015) объясняет, что «DLC (очень твердые покрытия) в целом не подходят для мягких субстратов, таких как Al. Специальный DLC от Richter был разработан для минимизации внутренних напряжений и улучшения адгезии к субстратам, таким как AL.”

уже много лет используются в 4-тактных двигателях. Гоночный байк Стила впервые был успешно использован в двухтактных гонках. Эта новая конструкция двухтактной алюминиевой штанги позволяет значительно повысить производительность любых двухтактных двигателей, включая, помимо прочего, Супермото, Мотокросс, Sand Drags, Ice Racing, Circle Track, Karting и Snowmobile Racing.

При разработке двухтактного алюминиевого шатуна необходимо преодолеть множество препятствий.Во-первых, необходимо понять, как работает система смазки двухтактного двигателя. В 2-тактном двигателе нет моторного масла в поддоне, которое нагнетается через двигатель масляным насосом, как в 4-тактном двигателе. Как отмечает Ensign (2015), «картер не имеет системы камбуза под давлением». Поршневые кольца, отверстие цилиндра, подшипники штока и подшипники кривошипа двухтактного двигателя смазываются маслом, смешанным с топливом. Справочник двухтактного тюнера (1973) содержит информацию об улучшении смазывания подшипников штока, в котором говорится: «… иногда можно повысить надежность подшипников, слегка приоткрыв масляные каналы на концах шатуна и сняв фаски с краев масляных каналов.”

Обычный двухтактный шток изготовлен из закаленной стали и имеет игольчатые подшипники на присоединительном конце поршня (палец на запястье) и на конце крепления кривошипа (палец кривошипа). Миллар (2015) утверждает: «Прочность материала для поддержки игольчатых подшипников внутри алюминия также может представлять проблему». Шатун Стила покончил с этими подшипниками, используя специальное DLC-покрытие на отверстиях подшипников штока, пальце запястья и пальце кривошипа, что сделало шток более прочным и способным выдерживать 11000 оборотов в минуту, которые видел его двигатель.7068-T6511 пришлось использовать из-за его большой прочности и после криогенной обработки он был достаточно твердым, чтобы служить материалом основы для чрезвычайно твердого, но хрупкого DLC.
Следующее препятствие, которое необходимо рассмотреть, — это создание жезла. Он должен быть литым, чеканным или кованным? При литье расплавленный алюминий выливают в форму, дают ему остыть, а затем подвергают механической обработке в соответствии со спецификацией. Эта система хорошо подходит для создания большого количества алюминиевых компонентов с ограниченным бюджетом. Однако недостатком является то, что они, как правило, не такие прочные, как поковка или заготовка.Ковка — это когда кусок нагретого алюминия прижимается к желаемой форме с помощью кузнечно-прессового штампа, который использует силу от 100 до 1000 фунтов. Этот метод позволяет создавать очень прочные детали, сохраняя структуру зерен алюминия неповрежденной, но он очень дорогостоящий. Удочка Стила — заготовка. Пруток алюминиевой заготовки был изготовлен из цельного блока 7068-Т6511. Этот процесс позволяет производить чрезвычайно точную и детальную обработку.

Еще одним препятствием на пути создания двухтактного алюминиевого шатуна является отсутствие места для штока в двигателе.Ensign (2015) объясняет, что «очень плотно замкнутое пространство может стать проблемой». В двухтактном двигателе расстояние между нижней частью шатуна и корпусом двигателя в нижней мертвой точке (НМТ) (где поршень находится дальше всего от свечи зажигания) составляет всего несколько миллиметров. Это еще одна причина того, что очень трудно использовать Al, и основная причина снятия игольчатых подшипников. Это позволяет сделать отверстия подшипников стержня меньшего размера, что позволяет добавлять больше алюминия, увеличивая прочность.

И последнее, но не менее важное, это рост алюминиевых стержней. Мали (2015) заявляет: «Темпы расширения будут огромной проблемой». Когда алюминиевый сплав нагревается, он расширяется намного больше, чем сталь. Большое внимание уделяется тому, чтобы обеспечить достаточный зазор между штоком и поршневым пальцем, шток и кривошип и общий зазор по длине штока, чтобы не создавать несоответствующей посадки, и чтобы поршень не подходил слишком близко к головке блока цилиндров. Преимущество двухтактного двигателя заключается в том, что шток не нагревается так, как четырехтактный, поскольку он не касается горячего моторного масла и охлаждается смесью свежего воздуха и топлива, которая возникает при каждом втором ходе поршня.

Расчетная скорость теплового расширения Al 7068-T6511 для определения общего увеличения длины стержня составляет 0,000014 дюйма (тепловое расширение Al) / дюйм (длина стержня от центра к центру) F. (средняя температура стержня). Обычно в этом расчете используется 200 * F для 4-тактной тяги, но для 2-тактной используется 160 * F. Это означает, что для расчета штанги Стила .000014 ”x 5.67” x 160 * F = 0,012 ”общего роста штанги. Это было дополнительно проверено путем помещения стержня Стила из алюминиевого сплава в печь при 160 * F на 1 час и измерения общей длины стержня и роста отверстий подшипников.Это позволило MSV Racing тщательно рассчитать и спроектировать удилище, чтобы оно работало наилучшим образом, обеспечивая долгий срок службы и максимальную производительность. Уорбс (2015) также отмечает: «… Я думаю, что алюминий снова является преимуществом, потому что он быстрее рассеивает тепло. Я не думаю, что он увидит высокие температуры, как четырехтактный двигатель ».

Проектирование и изготовление шатуна MSV Racing Al компании Steele было выполнено в Solid Works, программе моделирования и компьютерного черчения (CAD), которая позволяет изготавливать и испытывать тягу с помощью программного обеспечения для моделирования.С помощью программного обеспечения для моделирования, называемого анализом методом конечных элементов (FEA), на виртуальный стержень можно воздействовать запрограммированными напряжениями, а компьютер запускает моделирование, чтобы найти слабые места. Это позволяет спроектировать и испытать стержень перед его обработкой и установкой в ​​двигатель, что значительно снижает вероятность отказа. Ensign (2015) дает представление о процессе конструирования стержня, заявляя: «Я бы потратил много времени на разработку любых результатов проектирования, дающих наиболее прочную конструкцию на конце стержня коленчатого вала.”

Rodney Steel с инновационным шатуном MSV Racing для 2-тактного алюминиевого сплава доказала, что можно добавить непревзойденные характеристики 2-тактному двигателю. Будут поданы патенты, изучен маркетинг, и MSV Racing будет продавать этот продукт массам, создавая многомиллионный бизнес. Со всеми препятствиями, связанными с изготовлением полноразмерного 2-тактного шатуна из алюминиевого сплава таким образом, возможно, что с новыми достижениями в технологии этот новый шатун будет реализован.

Список литературы

• Ensign, J. (29 июля 2015 г.). Взлеты и падения конструкции алюминиевого 2-тактного шатуна [Интервью по электронной почте].
  Джейкоб Энсин, владелец Rogue Energies, инженер-механик, машинист, владелец механического цеха и специалист по исследованиям и разработкам. Он был членом команды Формулы SAE Орегонского технологического института и был капитаном группы двигателей. Ensign проектирует и производит практически все, от специальных запчастей для мотоциклов, включая нестандартные гоночные колеса, поворотные рычаги и специализированные системы охлаждения, до утяжеленных и облегченных корзин сцепления и маховиков, не говоря уже об электрических мотоциклах и квадроциклах.Он также участвует в автоспорте, занимаясь проектированием и производством многих нестандартных деталей, включая коромысла для узкоспециализированных гоночных двигателей и создание гибридных дизельных автомобилей.
• Дженнингс, Г. (1973). Кривошипный поезд. В Справочнике двухтактного тюнера (1-е изд., Том 1, стр. 29). Тусон, Аризона: H.P. Книги.
  Эта книга всемирно известного гуру двухтактных двигателей Гордона Дженнингса — исчерпывающая библия для всех, кто хочет узнать, как настроить свой двухтактный двигатель для достижения максимальной производительности.Он был написан в 1973 году, но большая часть информации очень актуальна сегодня.
  Кайзер Алюминий. (2000). Высокопрочный и легкий сплав 7068. Компания Kaiser со штаб-квартирой в Футхилл-Ранч, Калифорния, имеет 12 производственных предприятий в Северной Америке, более 2000 сотрудников, отгружает более 500 миллионов фунтов продукции в год и имеет выручку более 1,3 миллиарда долларов в 2012 году.
• Камбой Б. (28 июля 2015 г.). Взлеты и падения проектирования двухтактного алюминиевого шатуна [Интервью по электронной почте].
• Бикрам Кимбодж, П.Энг, является вице-президентом по операциям (Richter Precision Inc.). Компания Richter Precision начала свою деятельность в 1978 году и является лидером в области химического осаждения из паровой фазы (CVD) и физического осаждения из паровой фазы (PVD). Richter предлагает множество специальных покрытий DLC и является единственной компанией, производящей покрытия DLC с покрытием DLC, которое может успешно применяться на отверстиях алюминиевых подшипников.
• Maley, J. (28 июля 2015 г.). Взлеты и падения конструкции алюминиевого 2-тактного шатуна [Интервью по электронной почте].
• Джастин Мейли неоднократно участвовал в чемпионатах штата и страны по мотогонкам по разным дисциплинам и более 14 лет был профессиональным гонщиком. Мали приобрела опыт тестирования мотоциклов и двигателей на высшем уровне для многих производителей оригинального оборудования и вторичного рынка. В прошлом он работал с такими производителями оригинального оборудования, как KTM NA и KTM Sport Motorcycle AG, HRC в Европе, Yamaha Motor Co, American Suzuki и Suzuki Canada, а также с компаниями вторичного рынка, такими как Akrapovic в Словении, Rocket Exhaust, Race Tech, Tric Carbon и Bell Helmets.Мали также работал с MTV и Discovery Channel над различными программами и создавал приспособления для Nitro Circus и Nitro Circus Live. Он потратил много лет на создание и настройку двигателей для некоторых из лучших гоночных команд мира. В настоящее время Мэйли является директором по развитию продукции American Motorsports Company (A.R.M.) и владельцем Maley Motorsports.
• Миллар А. (28 июля 2015 г.). Взлеты и падения проектирования двухтактного алюминиевого шатуна [Интервью по электронной почте].
• Адам Миллар из Millar Auto Machine Company вырос на гоночных двигателях, в частности на съемниках тракторов.Многие двигатели были взорваны большим блоком Шевроле. Семейное предприятие работало напрямую с производителями компонентов двигателей, которые добились огромных успехов в мощности и долговечности, что означает значительный объем исследований и разработок. Не только работая руками с деталями, но и обсуждая теорию со своим отцом и другими участниками, он получил прекрасное понимание того, что работает. Благодаря его сервисной работе в области силовых видов спорта и стремительному росту участия в разработке двухтактных двигателей клиенты обращаются к нему после того, как были избиты или стали свидетелями использования его двигателей.Адам создал двигатели на базе Honda CR500 для гонок на максимальной скорости в солончаках, пляжных драгах в Австралии, конверсионные велосипеды Timbersled в Канаде и США, супермото, MX, горные подъемы, дрэг-рейсинг, лесные гонки и множество других клиентов по всему миру.
• Шираделли Р. (28 июля 2015 г.). Взлеты и падения проектирования двухтактного алюминиевого шатуна [Интервью по электронной почте].
• Роджер Шираделли из Controlled Thermal Processing, Inc., специалист в области гоночных технологий с более чем сорокапятилетним опытом работы в гонках.В его активе множество гоночных инноваций и более чем 20-летний опыт криогенной обработки. Он построил и спроектировал множество двигателей с алюминиевым штоком с наддувом (топовое топливо), а также работал с небольшими гоночными двигателями, 2-х и 4-х тактными двигателями с несколькими различными типами алюминиевых и стальных штоков. Он также является сертифицированным производителем инструментов и штампов.
• Уорбс, М. (27 июля 2015 г.). Взлеты и падения проектирования двухтактного алюминиевого шатуна [Интервью по электронной почте].
  Мэтт Уорбс, владелец M-Tech, много лет проработал в области силового спорта и имеет впечатляющее резюме.Легко понять, почему при написании этой статьи консультировались с Уорбсом. Он участвовал во многих ведущих гоночных командах, в том числе в качестве заводского гоночного механика Yamaha; Исследование и разработка двухтактных двигателей и подвески; Pro-Tec Performance Products, 1992–1996 гг., Механик Криса МакКлаггэджа, водные гонки с многочисленными победами; заводской гоночный механик Kawasaki, 1999 год для Дуга Чендлера с тремя победами и вторым в чемпионате AMA; Шеф экипажа Эрика Бострома (Kawasaki Factory Team) 2001, 2002 многократные победы и подиумы, второе место AMA 750SB, первое место 600SS и множество этапов World Superbike Rounds; директор по исследованиям и развитию программы драг-байков Muzzy NHRA; Технологии исследований и разработок для разработки четырехтактного двигателя MotoGP Proton Team KR V5; консультант Rockwall Honda Race Team 2008 по электронике и двигателям с Аароном Гобертом, финишировавший в первой десятке в AMA Formula Extreme и 600 Supersport.Мэтт построил двигатель для Honda CBR 1000 2008 года выпуска, на которой ездил Лесли Портерфилд. Honda CBR 1000 Портерфилда установила новый мировой рекорд как самый быстрый серийный мотоцикл.

Основы шатуна | Инструменты и расходные материалы Goodson

В большинстве легковых автомобилей используются шатуны из кованого железа или стали. Они жесткие, легкие и относительно недорогие. Длина штока, диаметр поршня и диаметр шатуна зависят от области применения и ожидаемой выходной мощности.Шатуны состоят из двух частей — крышки и балки, скрепленных гайками и болтами.

возвращаются в серийные двигатели благодаря их сравнительно низкой стоимости и простоте изготовления. Их главный недостаток — их вес, который обычно примерно на 100 грамм тяжелее, чем их кованые аналоги.

Некоторые производители в настоящее время производят цельный стержень из прессованного и спеченного металлического порошка (технология P-M). Колпачок либо отрезается от секции балки (как в случае со всеми другими стержнями), либо отламывается и закрепляется болтами на месте, используя линию излома в качестве разделяющей кромки.

Кованые стальные стержни необходимы в двигателях с искровым зажиганием (SI) и с воспламенением от сжатия (CI) высокой мощности. Они обеспечивают дополнительную прочность, необходимую для работы в условиях высоких нагрузок.

Кованые стержни получают свою прочность в процессе ковки, что придает им определенную зернистую структуру. Литые стержни, напротив, не имеют зернистой структуры; чугунные конкреции расположены беспорядочно и не образуют узора. Стальные стержни могут быть изготовлены из стального сплава, наиболее подходящего для конкретного применения.

Шатуны из кованой стали используются в высокопроизводительных и долговечных гоночных двигателях. Они изготавливаются из цельной поковки из легированной стали SAE-4130 или SAE-4340. Они используют структуру забитых зерен, установленную на сталелитейном заводе.

Drag Racing используются кованые алюминиевые стержни. Они легкие и позволяют быстро разгонять обороты. Алюминиевые стержни также распространены в небольших двигателях с воздушным охлаждением и воздушных компрессорах.

Для возможности установки и обслуживания шатуны выполнены в виде двух частей; колпак и сечение балки.

В некоторых случаях разделительная кромка (где колпачок и балка сопрягаются) зазубрины или имеют выступы. Это снижает вероятность ослабления крышки и ее смещения.

Иногда прямые стержни могут содержать полые или цельные дюбели между балкой и цоколем. Обе меры предотвращают перемещение крышки — смещение крышки на балке при работающем двигателе. Незакрепленные колпачки могут вызвать истирание — состояние, отмеченное небольшими вмятинами на разъеме колпачка и стержня.

Некоторые стержни изготавливаются со смещенной или наклонной головкой в ​​качестве разделительной кромки. Это позволяет использовать поршни меньшего диаметра, сохраняя при этом достаточный диаметр для стержневого подшипника. Этот тип стержня может использовать любую из разделительных кромок, описанных выше.

Когда двигатель должен умещаться в ограниченном пространстве, конструктору может потребоваться использовать малый внутренний диаметр и длинноходный коленчатый вал (двигатель с квадратным сечением). Эта комбинация может потребовать смещенных балочных стержней. Такие стержни являются обычными для некоторых импортных и промышленных двигателей, но также используются во многих двигателях V-образного типа.Если балка смещена к одной стороне корпуса подшипника, коленчатый вал можно сделать более прочным и разместить более широкий стержень или коренные подшипники.

Балка — это часть штока между поршнем и подшипником. Самая распространенная — двутавровая балка, которая в разрезе пополам напоминает букву «I». Конструкция двутавровой балки позволяет шатуну быть значительно прочнее и легче, чем цельнометаллический.

Во многих шатунах высокопроизводительных двигателей используется двутавровая балка. Луч, разрезанный пополам, напоминает букву «H».Двутавровая балка обеспечивает еще большее соотношение прочности к весу. Круглые балки когда-то были обычным явлением в соединительных стержнях, но их использование постепенно исчезло.

Патенты и заявки на коленчатый вал и шатун (класс 123 / 197.4)

Номер патента:

58

Резюме: Коленчатый вал может включать первую и вторую шейки, имеющие круглое поперечное сечение, и шатун, причем шатун проходит между первой и второй шейками шатунной шейки.Шатун кривошипа может включать в себя первый, второй и третий кулачки, включая соответствующие профили первого, второго и третьего кулачков, при этом профили первого, второго и третьего кулачков отличаются друг от друга. По меньшей мере, один из первого, второго и третьего профилей кулачка может быть выполнен с возможностью влиять на ход шатуна, соединенного с шатунной шейкой. Шатун может включать в себя первый, второй и третий толкатели, включая соответствующие первую, вторую и третью поверхности толкателя, при этом первая и вторая поверхности толкателя отличаются друг от друга.Двигатель внутреннего сгорания может включать в себя коленчатый вал и шатун, выполненный с возможностью обеспечения относительного линейного перемещения между осью шатунной шейки и проксимальным концом шатуна.

Тип: Грант

Подано: 15 мая 2012 г.

Дата патента: 28 апреля 2015 г.

Цессионарий: Уилкинс ИП, ООО

Изобретатель: Ларри К.