Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны
Шатун – это соединительная деталь между коленвалом и поршнем, основное назначение которой является преобразование поступательных движений поршня внутри цилиндра во вращательные движения коленчатого вала, с которого вращение передается на колеса автомобиля через трансмиссию.
Конструкция шатуна
Особенности конструкции шатунов напрямую зависят от типа мотора и схемы его компоновки. Так для бензиновых двигателей используются легкие шатуны, в дизелях — тяжелые.
Основные элементы шатуна – стержень, верхняя поршневая головка, нижняя кривошипная головка.
Поршневая головка соединена со стержнем поршневым пальцем, кривошипная головка – с шейкой коленвала.
Стержень
Данная деталь шатуна может иметь различный тип сечения, которое может быть похоже на прямоугольник, на круг, крест или может быты Н-образным. Некоторые типы двигателей оснащаются шатунами, в которых стержни имеют небольшую масляную канавку для своевременной подачи масла в поршневую головку.
В большинстве случаев верхний отдел кривошипной головки оснащается маленьким отверстием для разбрызгивания масла во внутренних полостях поршня и цилиндра.
Поршневая головка
Поршневая головка размещена вверху и является неразъемным шатунным элементом, конструкция которого напрямую зависит от метода установки поршневого пальца.
В двигателях, в которых установлен палец фиксированного типа, поршневая головка имеет специальное цилиндрическое отверстие для его установки. В ДВС с пальцем плавающего типа, такая головка комплектуется бронзовой или биметаллической втулкой.
В тех моделях двигателей, которые используют плавающий палец, но втулка не предусмотрена, вращательные движения пальца осуществляются в соответствующем отверстии головки.
С целью снижения значительных нагрузок на палец, некоторые модели ДВС комплектуются шатунами с поршневыми головками в форме трапеции.
Кривошипная головка
Головка шатуна, которая расположена внизу отличается разборной конструкцией, основным назначением которой является соединение двух механизмов – коленвала и самого шатуна.
Головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну крепежными болтами. Кроме всего прочего такая головка может иметь два типа разъемов по отношению к стержневой оси — косой (выполненный под углом) и прямой (выполненный перпендикулярно).
Длина цилиндрового блока зависит от толщины нижней головки. В головке устанавливаются тонкие вкладыши подшипника скольжения, которые могут иметь от 2-х до 5-ти слоев, изготовленных из стальных полос, внутренняя часть которых покрывается защитным антифрикционным составом, соответствующим определенному типу двигателя.
Как правило, в современных ДВС применяются вкладыши, состоящие из 2-х и 3-х слоев. В двухслойном вкладыше на металлическую основу просто наносится слой антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется еще и изоляционный слой.
Чтобы снизить вибрации и шумы при работе двигателя, все установленные шатуны, а также их составные части должны иметь равную массу. Это значит, что в одном шатуне масса отдельной его детали должна быть одинаковой по отношению к массе аналогичной детали в другом шатуне.
Например, если масса стержня одного шатуна составляет 50 г., в таком случае во всех остальных шатунах стержни должны иметь аналогичную массу.
Подгонка массы шатунов происходит путем снятия тонкого металлического слоя с бобышек, которые располагаются на верхних шатунных головках. В некоторых случаях подобные бобышки находятся на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.
Материалы для производства шатунов
Шатуны производятся двумя способами — штамповкой из высокопрочной стали или литьем из чугуна. В дизелях применяются шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки.
В некоторых видах бензиновых двигателей устанавливаются шатуны, производимые из порошкообразных металлов методом спекания.
Из-за напряженных условий работы данная деталь КШМ должна отличаться надежностью, долговечностью и износостойкостью.
Особое внимание уделяется не только изготовлению шатунов, но и болтов крепления. Для производства болтов используются легированные виды стали, обладающие высоким коэффициентом текучести, что в несколько раз выше, чем у высокоуглеродистых сталей.
Шатун двигателя и какие шатуны бывают.
Приветствую всех гостей моего сайта. Многие наверное заметили, что у меня уже есть достаточное количество статей про разные поршни, от простых до керамических. Но внезапно спохватившись, я осознал, что у меня на сайте нет ни одной статьи, про не менее важную и нагруженную деталь любого двигателя внутреннего сгорания — шатун. В ДВС эта деталь испытывает такие же нагрузки как и поршень, и даже больше. А важность качественного изготовления шатуна, ещё более значима, так как в нём находятся два подшипника, скольжения или качения, а сил, воздействующих на шатун, даже больше чем у поршня. В этой статье я попытаюсь рассказать всё, ну или почти всё о шатуне, рассказать какие они бывают, и т. д. и т. п.
Основная задача детали двигателя, называемой шатун, это превращение поступательного движения поршня (вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя головка шатуна соединена через стальной палец с поршнем, и воспринимает на себя давление газов сгорающей топливо-воздушной смеси.
А нижняя головка шатуна передаёт давление газов на кривошипно-шатунный механизм коленвала и заставляет его крутиться. И при этих казалось бы простых движениях, шатун испытывает колосальные ,и в тоже время неравномерные (переменные) нагрузки.
К тому же в начале такта впуска и в конце такта сжатия, шатун тянет на себя и поршень и собственный вес, и всё это на больших оборотах, в итоге силы инерции пытаются его растянуть (разорвать). А на рабочем такте двигателя и такте выпуска, шатун наоборот сжимается от давления газов, давящих на поршень, и от сопротивляющегося коленчатого вала. То есть на больших оборотах, нагрузка на разрыв и нагрузка на сжатие, чередуются очень резко и быстро. Теперь я думаю вы представили, как и в каких условиях приходится работать этой детали.
Поэтому и требования о качестве изготовления шатуна, очень высоки. Ведь если он хоть немного не выдержит нагрузки и чуть деформируется, то поршневую группу тут же перекосит и начнёт прихватывать, а подшипники в его головках будут работать с перекосом, естественно перекос подшипников будет и при трении на шейках коленвала (и поршневого пальца тоже).
Шатун и подшипники его головок двухтактного 50 кубового мотора
Значит ясно, чтобы шатун выдержал вышеперечисленные нагрузки, его необходимо изготовить из прочной и высококачественной стали. А к шатунам и к материалу их изготовления у спортивного двигателя (форсированного, с надувом), требования ещё более жёсткие. При изготовлении, заготовку штампуют, и очень тщательно следят за образованием соответствующего профиля, который придает конструктивную жесткость детали. Так же очень важна полная одинаковость (особенно по весу) изготовления шатунов для многоцилиндровых двигателей, ведь если будет расхождение по массе даже на пару граммов, то повышенная вибрация на высоких оборотах, будет очень ощутима и вредна. Неудобство от вибрации будет ощущаться как водителем, так и самим двигателем, в итоге разрушение коренных подшипников коленвала, может произойти за считанные километры.
Предостережение.
Многие «Кулибины», разобрав свой двигатель и увидев впервые шатуны, удивляются какой же он,, или они шероховатые. Тут же в их светлой голове возникает мысль: а не пригладить ли их наждаком или напильником. Всем настоятельно советую — не нужно, здесь народное творчество неуместно. И объясню почему: ведь при штамповке самым прочным получается верхний (наружный) слой металла, и именно поэтому все шатуны серийных двигателей не обрабатываются снаружи, после штамповки.
Шатуны мотоцикла Урал, вымирающая конструкция из-за плохой смазки подшипников и их малого ресурса. На фото Б — нормальный двутавровый шатун, а на фото В — шатун непрочной формы.
Ещё следует обратить внимание на центральную часть шатуна (стержень), которая имеет двутавровое сечение (исключение составляют шатуны некоторых моделей мотоциклов Урал).
Многих «Кулибиных», у которых постоянно чешутся руки, так и подмывает пройтись по граням двутавра с болгаркой. Они обычно мыслят так: мол куда столько лишнего металла и веса, а вот если это дело удалить и этим облегчить шатун, то мотор закрутится веселее. Но ребятки, неужели вы умнее японских инженеров, которые годами только и думают, как заставить крутиться двигатель резвее и выжать из него максимальную мощность. Посмотрите на фото (специально помещённое мной внизу текста) шатунов с японских спортбайков, у которых мощи явно поболее чем у вашего оппозита. Почему то на них двутавровое сечение сохранено. А дело в том, что именно двутавровая форма придаёт шатуну максимальную жёсткость на кручение и на изгиб, особенно при передаче переменных усилий. Жаль что это не понимают многие народные умельцы и инженеры Ирбитского завода, на мотоциклах Урал, как я уже говорил стоят шатуны странной формы (см. фото) Но на некоторых моделях Уралов, стоят нормальные двутавровые шатуны. Наверное Ирбитский завод решил поэкспериментировать.
Правильная доработка шатуна
И всё же шатун можно доработать и облегчить, но делать это нужно правильно, особенно если вы при тюнинге двигателя параллельно облегчаете поршневую. Как известно облегчение деталей уменьшает силы инерционных нагрузок (особенно на больших оборотах). При облегчении деталей главное не переусердствовать, так как правильная технология облегчения веса, позволяет облегчить стержень шатуна всего на 10 — 15 %. Для этого шатун фрезеруют, а не пользуются обычной болгаркой, так как фрезерный станок (особенно с ЧПУ) позволяет снять лишний слой металла абсолютно одинаково с обеих сторон детали. После фрезеровки поверхность шатуна необходимо тщательно отшлифовать и затем отполировать. Полировка поверхности шатуна обязательна, так как после фрезерной обработки поверхности металла, у шатуна не остаётся упрочнённого верхнего слоя, а микронеровности, оставленные фрезой фрезерного станка, становятся концентратором напряжений на поверхности детали и их важно удалить (сгладить).
Верхняя часть шатуна (головка).
На шатунах разных двигателей как верхняя часть, так и нижняя, может быть разной. Нагрузки при работе мотора, на верхнюю часть приходятся меньшие, чем на нижнюю (подшипник кривошипа), соответственно от этого и диаметр на верхней головке меньше, чем на нижней. А вообще существует три способа соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна.
Самый древний способ, это запрессовка поршневого пальца в головку шатуна (а в поршне палец сидит на свободной посадке). И этот способ некоторыми мотоциклистами самодельщиками имеющими Урал, применяется и поныне, когда некоторые из них устанавливают поршни от древних автомобилей (например от классических жигулей). Некоторые преимущества такого сочленения деталей всё же есть, например полное отсутствие люфта между пальцем и шатуном, что позволяет свести диаметр головки к минимуму.
От этого немного снижается (совсем чуть чуть) масса и естественно происходит некоторое (опять же чуть чуть) снижение инерционных сил.
И все эти небольшие достоинства снижаются куда более ощутимыми недостатками, а именно: поршневой палец не вращается в отверстии головки, а вращается в алюминиевых бобышках поршня. Это приводит к достаточно быстрому (по сравнению с другими способами соединения) однобокому износу бобышек поршня (получаются овальные, и в двигателе появляется неприятный стук). К тому же при сборке деталей таким способом, нужно иметь небольшие навыки термиста. То есть если не нагреть головку шатуна до 150 — 200 градусов (а палец желательно охладить в морозилке), то деталь не установишь. Так же нужно успеть выставить детали ровно (палец относительно поршня), и если не успеешь, то нагреваемый от соприкосновения с горячей деталью палец намертво обожмётся остывающей головкой, и палец так и останется стоять криво, относительно поршня. Короче нужны определённые навыки.
Второй способ соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна, это плавающий палец (палец подвижен в отверстии головки).
При таком соединении, в верхнюю головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка, и в сопряжении с поршневым пальцем, втулка представляет собой подшипник скольжения, а так же применяют ещё и подшипник качения — роликовый (чаще на двухтактных моторах). В таком способе необходимо ограничить осевое перемещение пальца, и для этого и предназначены стопорные кольца, которые защёлкиваются в проточках бобышек поршня. В таком сопряжении в верхней головке шатуна сверлят отверстие или два отверстия, для лучшего подвода смазки при работе. Ресурс деталей при соединении вторым способом, увеличивается примерно в два раза.
Как я уже говорил, применяют или подшипник скольжения — втулку, или подшипник качения — сепаратор с роликами. В верхней головке шатуна четырёхтактных двигателей, применяют втулку (бронзовую). И при нормальной смазке четырёхтакников, она способна пережить несколько капитальных ремонтов двигателя. В головках шатуна двухтактных двигателей, по крайней мере современных, используют игольчатый (роликовый) подшипник качения, и это естественно, так как условия смазки этого сопряжения, в двухтактных моторах значительно хуже, так как здесь не подаётся чистое масло, а топливно-воздушно-масляная смесь.
И замечу, что подшипник качения, не отличается долговечностью в режиме работы тяни-толкай (а шатун имеет именно такой режим работы), и довольно быстро изнашивается и начинает стучать (вспомните новые 12 вольтовые Явы, которые начинали стучать намного раньше, чем их более древние 6 вольтовые модели, в которых устанавливалась бронзовая втулка в головке шатуна).
Время бежит, моторы совершенствовались в повышении мощности, и казалось бы, что в сочленении пальца и головки шатуна уже ничего не придумаешь получше и совершеннее. Но неугомонная инженерная мысль не давала уснуть многим инженерам и изобретателям. Но сначала на спортивных моторах, а затем и на серийных, отказались от втулки в головке шатуна. И вот уже лет 25, как на импортных моторах в шатунах втулки нет вообще. Стальной поршневой палец ходит (плавает) непосредственно в отверстии стального шатуна. И в условиях современной смазочной системы, и качественного синтетического масла, такое сопряжение деталей работает великолепно.
Такое сопряжение позволило значительно уменьшить головку шатуна, и свести зазор между пальцем и отверстием головки к минимуму.
Естественно все эти приколы даются не просто так: сам шатун изготовлен из сверхтвёрдой, сверхпрочной и от этого очень износостойкой стали, а палец покрывается специальным износостойким покрытием. Естественно такие шатуны и пальцы значительно дороже обычных.
Нижняя часть шатуна (кривошипная нижняя головка).
Здесь так же различия зависят от тактов мотора. В кривошипно-шатунном механизме двухтактного двигателя устанавливают роликовый подшипник качения. Он по конструкции почти такой же как и в верхней головке шатуна, но естественно значительно мощнее и массивнее. И нижняя головка любого шатуна, испытывает нагрузки намного большие чем поршневая группа двигателя. Кстати на древних моторах (например БМВ и Цюндапп вермахта, К-750, М-72, или мотоциклов Урал) в нижней головке шатуна также устанавливали подшипник качения, и ресурс коленвала таких моторов очень маленький — всего 15 тысяч км.
В современных четырёхтактных двигателях (например у японских или европейских спортбайков, или продвинутых дорожников, и практически во всех автомобильных двигателях) нижняя головка шатуна разъёмная, и с шейкой коленчатого вала контактирует через подшипники скольжения — вкладыши. Основа вкладышей стальная, а сверху нанесён мягкий антифрикционный слой.
Г — шатун Днепра, Д и Е — шатуны зарубежных мотоциклов.
На шатуне с вкладышами имеются специальные шатунные болты, которые обеспечивают жёсткость и точность фиксации частей (половинок) нижней головки шатуна. Эти болты изготавливают из прочной высоколегированной стали и к тому же ещё и подвергаются термообработке (закаливаются и отпускаются). Это важно, так как болт из обычного металла, при работе шатуна вытянулся бы, и отверстие нижней головки шатуна потеряло бы форму идеального круга (стало бы овальным). А в овальном отверстии сразу бы появился стук, и ударные нагрузки быстро бы доканали сопряжение. Так же шатунные болты выполняют функцию точных фиксаторов шатунной крышки относительно самого шатуна, из-за того, что диаметр шатунных болтов выдерживается при изготовлении очень точно (да и сами болты плотно входят в свои отверстия).
Гайки шатунных болтов изготавливают из той же прочной стали, что и болты, и имеют особую самоконтрящую их площадку. Но бывают гайки с отверстием для шплинта, который надёжно страхует их от отворачивания. Гайки с отверстиями бывают на некоторых европейских моторах и на нашем хорошо знакомом двигателе мотоцикла Днепр. Кстати, как я уже отмечал, шатуны Днепра, почти такие же как и шатуны импортных мотоциклов (см. фото), только в них стоит всё та же бронзовая втулка, а гайки шатунных болтов стоят вверху, а не внизу.
Хочу отметить, что очень важно чтобы вкладыши прилегали к постелям в шатуне очень плотно и без зазоров, ведь чем плотнее прилегают вкладыши к металлу шатуна, тем интенсивнее отводится тепло от него (тепло отводится через плёнку масла и коленчатый вал). От этого зависит нормальная температура при работе и долговечность подшипника скольжения. И если обнаружите при вскрытии двигателя и замерах, что овальность отверстий превышает 0,05 мм, то такие вкладыши необходимо менять (подробнее о ремонте двигателя можно почитать вот здесь).
Ну и естественно нельзя переворачивать или менять местами крышки нижних головок шатунов. Ведь отверстия под вкладыши обрабатывают на заводе по отдельности на каждом шатуне (обрабатывают пару — шатун с крышкой), в итоге каждый шатун только со своей крышкой имеет идеальный круг. А при замене крышки этот круг естественно нарушается. Чтобы ремонтники не ошибались, на шатуне и его крышке ставят клеймо или метки (если вдруг их не найдёте на деталях, то ставьте свои). Оба клейма (и на крышке и на шатуне) при сборке должны оказаться на одной стороне шатуна и иметь одинаковую маркировку.
И последнее: при ремонте двигателя советую проверять шатуны (особенно отечественные) на прямолинейность и параллельность верхней и нижней головок шатуна, это очень важно для нормальной работы мотора. Как это сделать можно посмотреть в этой статье.
Вот вроде бы и всё самое главное о шатуне, что как я думаю полезно знать каждому ремонтнику и не только ему. У кого возникнут вопросы, пишите. Удачи всем!
Шатун двигателя: устройство, предназначение
При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т.
к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения. Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.
Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.
Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность. Однако, проблема заключается в том, что, например, для дизельных двигателей шатуны всегда будут тяжелее, чем для бензиновых. Это обусловлено принципом работы самого ДВС.
Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка.
Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала. Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.
Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.
Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться.
Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.
Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными. Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.
Определение поломки шатуна и пути решения проблемыРемонт шатунов двигателя — работа не сложная. Хотя при поломке последствия могут быть очень плачевными, поэтому важно уметь определять поломку этой детали и пути быстрого ремонта.
Первый признак поломки — стук в двигателе. Но многие могут спутать его со звукам распредвала, клапана или других элементов двигателя. Перепутать стук шатунов двигателя с другими звуками очень сложно. Он очень сильно похож на частый и громкий стук молотка.
Для того чтобы проверить в каком цилиндре поломка нужно попробовать снять провода с крышки трамблёра, но делать это нужно последовательно.
Сняв один из проводов звук в двигателе уменьшится — это значит, что поломка скрыта именно в этом цилиндре.
На инжекторных двигателях сделать это немного сложнее. На модификации с фишками, нужно снять фишку с катушки зажигания, тем самым отключив нужный цилиндр.
После того как вы определили в каком цилиндре поломка — разберите двигатель и проверьте все шатуны. Если окажется что помимо сломанного шатуна в двигателе есть ещё и гнутые, то проблема может возникнуть в том, что с одной стороны поршень будет испытывать большее трение, а с другой пропускать масло, что впоследствии приведёт к образованию нагара.
Определить гнутый шатун очень просто. Для этого вам понадобится плоская поверхность и наждачная бумага. Натяните бумагу на поверхность и потрите об неё каждый шатун поршневой головкой. Если шатун ровный, то поверхность верхней головки будет равномерно блестящая. Если же шатун кривой, то поверхность будет блестеть не равномерно. В случае если шатун кривой — его так же следует заменить.
Менять шатун нужно в нескольких случаях:
- Деформирован стержень
- Появились зазоры в верхней или нижней части головки
Какие же могут быть причины обрыва шатуна в двигателе? Очень просто!
- Поддерживайте достаточный уровень масла
- Меняйте фильтр, не допускайте его загрязнения
- Меняйте масло каждые 7-12 тыс км
Перед началом восстановления шатунов двигателявнимательно осмотрите все шатуны и проверьте какие из них можно отремонтировать, а какие следует заменить.
Чтобы хорошо и правильно отремонтировать шатун, желательно использовать специализированное оборудование, если у вас такого оборудования нет, то лучше доверить дело профессионалам.
Во-первых, для того чтобы привести нижний шатун в идеальное заводское состояние — вам нужно обточить крышку головки. Слой, который вы снимите, должен быть минимальным. После проведения операции установить головку в прежнее положение и затяните болты.
Во-вторых, помните, что нельзя растачивать головку больше установленного диаметра. Для того чтобы не превысить допустимое значение — расточку следует выполнять на специализированном станке.
В-третьих, после расточки шатуна может увеличиться зазор под поршневым пальцем в головке. Для решения этой проблемы нужно заменить бронзовую втулку, после чего она примет требуемый диаметр.
Шатун 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.
Продукты в двигателе · Motorservice
Шатуны
Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и таким образом передают силы действия газов и силы инерции на шатунные шейки коленчатого вала.
Шатуны изготавливаются из стали путем ковки, причем в зависимости от нагрузки используется либо легированная, либо закаленная сталь.
Фрезерованные или отшлифованные поверхности разъемного соединения
Одним из проверенных способов изготовления крышек шатунов является разделение или распиливание. При этом нижнюю головку шатуна распиливают, после чего поверхности разъема подвергают фрезерованию и, при необходимости, шлифованию.
Если поверхности разъемного соединения плоские, крышки шатунов фиксируются установочными болтами или установочными штифтами. Если разъемные соединения имеют зубчатую поверхность, они не требуют дополнительной фиксации ввиду взаимного зацепления.
Прямой разъем — Косой разъемПрямой и косой разъемы
При наличии очень крупных шатунных шеек, шатуны могут иметь косой разъем, который позволяет установить их в цилиндры, несмотря на большие размеры нижней головки. Во время монтажа шатунов с косым разъемом необходимо соблюдать их монтажное положение, особенно в рядных двигателях.
Поверхности излома
Ломаные шатуны сначала изготавливаются как монолитные узлы. Затем на них наносят насечки для разлома (металлокерамические шатуны) или лазерную насечку (стальные шатуны), после чего их целенаправленно ломают на две части (крекинг). При монтаже обе части снова соединяются болтами. Благодаря сложным поверхностям излома достигается оптимальная точность посадки.
Ломаные шатуны имеют преимущества в отношении прочности, стоимости и точности изготовления. Стержни и крышки шатунов очень точно соединяются друг с другом и благодаря этому обеспечивают оптимальную передачу сил.
—> Полезная опорная поверхность
Параллельный шатун Трапециевидный шатун Ступенчатый шатунПараллельные и трапециевидные шатуны
Тенденция повышения давления сгорания в современных двигателях приводит к увеличению нагрузок на отверстия под поршневые пальцы в верхних головках шатунов. Чтобы уменьшить массу подвижных шатунов и улучшить распределение сил за счет оптимальной площади опорной поверхности, всё чаще применяются трапециевидные и ступенчатые шатуны.
Дальнейшая информация
Строение
| 1 Маленькая головка шатуна |
| 2 Втулка нижней головки шатуна (не показана на чертеже) |
| 3 Отверстие для смазки |
| 4 Расточенное отверстие под подшипник |
| 5 Крышка подшипника |
| 6 Шатунный болт |
| 7 Большая головка шатуна |
Шатун поршня двигателя, шатунные вкладыши и болты крепления крышки
Подобрать запчасти в каталоге «Шатун / вкладыши шатунные, болты крепления крышки»
Шатун поршня двигателя: конструкция, эксплуатация и типовые неисправности
Состоит данная деталь из верхней и нижней головки, которые соединяет между собой стержень с двутавровым сечением.
Верхняя головка через поршневой палец прикрепляется к поршню, вместе с ним она перемещается возвратно-поступательным способом. Для снижения трения в данную головку впрессовывают бронзовую втулку с зазорами, через которые поступает смазка.
Нижняя часть является разъемной, она прикрепляет шатун к шейке коленвала и совершает совместно с ней круговое движение. Она не подвергается сильным нагрузкам, поэтому сделана в форме трапеции, что увеличивает размеры опорной поверхности пальца в процессе перемещения поршня.
Крышка нижней головки крепится к шатуну специальными болтами, которые идеально соответствуют отверстиям. Чтобы крепление было максимально надежным, гайки фиксируются шплинтами, контргайками или стопорными шайбами.
Современные V-образные двигатели часто оснащены совмещенными шатунными узлами, которые содержат несколько связанных между собой шатунов. Основной имеет стандартную конструкцию и совмещается с поршнем одного ряда. Дополнительный прицепной связан с поршнем другого ряда. Между собой они соединяются шатунным пальцем. Чтобы максимально снизить количество вибраций двигателя все шатуны, а также их верхние и нижние головки должны весить одинаково.
Так как в шатуне нет трения и трущихся компонентов, считается, что он не подвержен износу. Однако этот узел может подвергаться деформациям в процессе штатных нагрузок, после гидроудара двигателя или из-за погнутых клапанов вследствие разрыва ремня ГРМ.
Повредиться шатун может после неправильной фиксации поршневого пальца или невыдержанного момента затяжки болтов. Это приведет к перекашиванию поршня в цилиндре, из-за чего работа двигателя становится более шумной, быстро изнашиваются стенки цилиндра, отдельные части коленвала и нижней головки шатуна, может полностью разрушится поршень.
Вкладыши шатунные: особенности детали и момент затяжки
Вкладыши для конкретного типа двигателя отличаются своими характеристиками, поэтому нельзя допускать их произвольную установку. Они имеют цветовую маркировку, которая зависит от комбинаций букв на приливе коленчатого вала и цифры на крышке шатуна. Устанавливать необходимо элементы, подходящие не только по размеру, но и по материалу, из которого они сделаны.
Шатунные вкладыши имеют вид дуги переменного радиуса, диаметр замка чуть больше диаметра посадочного паза. За счет длины формируется незначительный выступ, благодаря которому создается нужное натяжение и исключается проворачивание детали в головке.
Важным моментом в процессе установки данной детали является момент затяжки, точные цифры которого различаются для разных типов авто и указаны в техническом руководстве к автомобилю. При недостаточной или чрезмерной фиксации происходит преждевременный износ узла, подклинивание коленвала, а также падает давления моторного масла и появляются неприятные стуки. Чтобы избежать подобных проблем затяжка осуществляется динамометрическим ключом с учетом заданного усилия.
Шатун двигателя
Шатун является важной частью и служит промежуточным звеном между коленчатым валом и поршнем двигателя. Он предназначен для преобразование поступательных движений во вращательное.
На шатун воздействуют существенные переменные нагрузки, которые чередуются сжатием и растяжением. Поэтому он изготавливается путем штамповки или литья стали. Так, шатун становится прочным, легким и одновременно жестким. У гоночных моделей автомобилей он выполнен из титанового сплава
Исходя от типа двигателя, шатуны имеют различные типы конструкции и длину. Условно, конструкция этого элемента подразделяется на три основные части – кривошипную и поршневую головки и стержень.
Стержень шатуна
Стержень имеет двутавровое сечение и может быть крестообразным, круглым, прямоугольным, Н-образным. Для того, чтобы к его подшипнику поступала смазка, в стержне предусмотрен специальное углубление – канал.
Поршневая головка изготовлена в виде проушины. В нее с натягом вставлена втулка, выполняющая роль подшипника скольжения. Она изготавливается из биметаллического сплава с добавлением олова или свинца. Также она может быть из бронзы. Поршневая головка имеет различное устройство и тип крепления. Для того, чтобы минимизировать массу шатуна, на некоторых моделях двигателя они изготавливаются трапециевидной формы головки.
Соединение с коленчатым валом обеспечивается кривошипной головкой. Чаще всего она разъемная. Соединение нижней части головки с шатуном обеспечивается болтами. В редких случаях вместо болтов используются бандажное или штифтовое соединение. Разъем может быть двух типов: прямым или косым. Последний чаще всего применяется на двигателях с V-образным типом расположения поршней.
Чтобы обеспечить противодействие поперечным силам, поверхность кривошипной головки делается профилированной. Соединение может быть замковое с прямоугольными выступами или зубчатое. Наиболее распространенным современным способом соединения является контролированное раскалывание. Оно также именуется как Сплит-разъем. Данный вид соединения обеспечивает максимальный уровень стыковки частей.
От толщины головки зависит длина блока цилиндров. Данное правило особенно применимо для W и V образных типов моторов. Так, толщина головки шатуна двигателя автомобиля W12 производства компании Audi — 13 мм.
В кривошипной головке размещается подшипник, выполненный из двух вкладышей. Они в свою очередь могут быть 2,3,4, или даже 5-ти слойными. Чаще всего используются двух или трехслойные вкладыши. Двухслойный вкладыш представляет собой металлическую пластину, обработанную специальным антифрикционным покрытием.
В трехслойных вкладышах, между стальной и антифрикционным слоями, размещается изоляционный слой.
Шатуны — обзор
10.6.3 Характеристики трения подшипников поршневого узла
Шатунные малые и большие подшипники представляют собой подшипники в поршневом узле. Они работают в суровых условиях при высоких динамических нагрузках и относительно низких скоростях шейки (например, Zhang et al. , 2004). Их моменты трения важны для точности расчета динамики поршневого узла. Сила трения поршневого пальца напрямую влияет на наклон юбки поршня.Их моменты трения необходимо включить в баланс моментов уравнений динамики поршневого узла. Их моменты трения в подшипниках могут быть рассчитаны либо с помощью упрощенного подхода с использованием эквивалентного граничного коэффициента трения, умноженного на действующую нагрузку и радиус подшипника, либо с помощью более сложного подхода, включающего уравнения трения гидродинамической смазки, представленные в предыдущем разделе.
Сухара и др. (1997) измерил трение в подшипнике выступа поршневого пальца полуфланцевого запрессованного поршневого пальца автомобильного бензинового двигателя.Они обнаружили, что сила трения подшипника поршневого пальца увеличивается с давлением в цилиндре во второй половине такта сжатия, такте расширения и первой половине такта выпуска. Они заметили резкий скачок силы трения при полной нагрузке сразу после ВМТ срабатывания, когда давление в цилиндре было самым высоким. Еще один гораздо меньший выброс произошел при угле поворота коленвала 90 ° после ВМТ срабатывания, когда шатун изменил направление. Пики силы трения указывали на характеристики граничной смазки поршневого пальца в этих областях.Сухара и др. (1997) обнаружил, что трение поршневого пальца находилось в диапазоне от 6,5% (при половинной нагрузке) до 16% (при полной нагрузке) среднего эффективного давления трения (FMEP) юбки поршня и колец, и им нельзя было пренебречь. Их результаты очень похожи на результаты аналитического моделирования, когда при моделировании предполагается граничное трение для поршневого пальца (Xin, 1999). Поршневой палец и узкий конец шатуна лишь слегка качаются вперед и назад. Силу трения поршневого пальца можно рассчитать, умножив нагрузку на палец на эквивалентный коэффициент трения.
Очень интересная диаграмма Стрибека была опубликована Suhara et al. (1997 г.) для подшипника поршневого пальца. Они заметили, что коэффициент трения уменьшается по мере уменьшения рабочего параметра во второй половине такта сжатия, что указывает на операцию гидродинамической смазки. Коэффициент трения резко увеличивается по мере дальнейшего уменьшения рабочего параметра в течение первой половины хода расширения, указывая на то, что подшипник поршневого пальца работает в режиме смешанной смазки.Сухара и др. (1997) полагал, что повышающийся высокий коэффициент трения с рабочим параметром во второй половине такта расширения был вызван очень тонкой масляной пленкой, которая не утолщалась при увеличении рабочего параметра. Это свидетельствовало о недостаточных поставках смазочного масла в этом регионе. Они указали, что улучшение конструкции для уменьшения трения должно быть подчеркнуто как для режима граничной смазки в первой половине такта расширения, так и для режима масляного голодания во второй половине такта расширения.
Небольшое уменьшение шероховатости поверхности может значительно снизить трение поршневого пальца, как указано Suhara et al. (1997) в своем обширном экспериментальном исследовании различных эффектов конструкции на трение поршневого пальца. Улучшение материала подшипника втулки пальца также имеет большое влияние на снижение трения. Уменьшение зазора в подшипнике выступа поршневого пальца, например, для снижения шума, может привести к увеличению трения в режиме граничной смазки из-за более серьезных неровностей контактов, особенно при полной нагрузке и высоком давлении в цилиндре.Чрезмерное уменьшение длины поршневого пальца и толщины стенки по причине уменьшения веса может привести к значительному увеличению нагрузки на агрегат и деформации подшипника выступа пальца. Это может привести к увеличению граничного трения и износа, если не будут приняты другие конструктивные меры для противовеса (например, использование лучшего материала подшипника, уменьшение шероховатости поверхности, улучшение подачи масла).
Поршни и шатуны двигателя
Поршень действует как подвижная заглушка в цилиндре, образуя нижнюю часть камеры сгорания.Между поршнем и стенкой цилиндра имеется газонепроницаемое уплотнение, поэтому единственный способ расширения горячих газов сгорания — это прижать поршень вниз. Тот же принцип лежит в основе пушечного ядра, но вместо того, чтобы улететь на чей-то любимый пиратский корабль, вращающийся коленчатый вал толкает поршень вверх по цилиндру, и цикл повторяется.
Более 60% трения внутри двигателя происходит за счет движения поршневого узла, и поэтому это основная область для повышения эффективности двигателей.Поршень все еще находится в стадии разработки и исследований, что мы вскоре увидим более подробно.
Огромные силы создаются при изменении направления поршня при его движении вверх и вниз. Более легкий поршневой узел имеет меньший импульс, таким образом прикладывая меньшее усилие и позволяя двигателям с более высокими оборотами. Это означает, что происходит постоянный толчок для уменьшения веса шатуна и поршня.
Поршень соединен с коленчатым валом через шатун , часто сокращается до стержень или шатун .Эти части вместе известны как поршневой узел . Оба конца шатуна могут поворачиваться: часть шатуна, которая соединяется с поршнем, называется малый конец , а конец, который крепится вокруг коленчатого вала, называется большой конец . Большой конец будет иметь Вкладыши подшипники которые минимизируют трение и поддерживают точный масляный зазор с шейкой штока на коленчатом валу. Шатун разделен на две части — с крышка стержня используется для зажима вокруг подшипника шатуна и коленчатого вала.
Компоненты поршневого узла
Поршень
Вся мощность в двигателе достигается за счет силы, воздействующей на верхнюю часть поршня. Эта сила определяется как площадь поршня, умноженная на давление газа. Более крупные поршни и более высокое давление газа обеспечат большую мощность. В целом размер поршня ограничен конструкцией двигателя, но поршень действительно играет жизненно важную роль в поддержании высокого давления газа, создавая газонепроницаемое уплотнение со стенкой цилиндра.
Верхняя поверхность поршня называется кроны (также голова или купол ). В серийных двигателях корона бывает различной формы, но обычно она бывает плоской, выпуклой или выпуклой.
[Различные формы коронки]
Практически все современные поршни включают предохранительные клапаны которые обеспечивают зазор вокруг клапанов в верхней части хода поршня.
Заводная головка, находящаяся в непосредственном контакте с горячими газами сгорания, сильно нагревается.Именно эта область расширяется больше всего, поэтому будет небольшой конус внутрь от нижней части поршня, чтобы обеспечить больший зазор вокруг этой верхней площадки между головкой и верхним поршневым кольцом.
Хотя нам нужно газонепроницаемое уплотнение, нам также необходимо, чтобы поршень плавно перемещался по цилиндру с минимальным трением, поэтому поршню требуется некоторое клиренс . У обычного поршня зазор между ним и стенкой цилиндра составляет 0,1 мм (0,004 дюйма) — это примерно ширина человеческого волоса.Чтобы сохранить этот зазор, поршень должен быть точно обработан, а сплав, из которого он сделан, будет точно определен с учетом теплового расширения.
Небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра перекрывается за счет кольца поршневые , которые входят в канавки на поршне в области, известной как поршневой ремень . Пространства между этими канавками называются кольцо приземляется .
Поршень прикреплен к шатуну с помощью короткой полой трубки, называемой булавка на запястье , или поршневой палец .Эта булавка для запястья несет полную силу сгорания.
На поршень при сгорании действуют не только вертикальные силы, но и боковые силы, вызванные постоянно изменяющимся углом шатуна. Из-за этих боковых сил поршню требуются гладкие поверхности, чтобы он мог прилегать к стенке цилиндра и удерживать поршень в вертикальном положении. Боковые поверхности поршня известны как Юбка поршня .
[Пышная юбка и юбка-тапочка]
Есть два типа юбок.Самый простой — это полная юбка или сплошная юбка, представляющая собой классический поршень трубчатой формы. Эта конструкция до сих пор используется в двигателях грузовиков и больших коммерческих автомобилей, но уже давно заменена на автомобили и мотоциклы более легкой конструкцией, известной как поршневой тап .
У скользящего поршня часть юбки срезана, остались только поверхности, которые опираются на переднюю и заднюю часть стенки цилиндра. Такое удаление сводит к минимуму вес и уменьшает площадь контакта между поршнем и стенкой цилиндра, тем самым уменьшая трение.
Современные производственные двигатели дополнительно уменьшают трение между поршнем и стенкой цилиндра за счет использования Покрытия поршней с низким коэффициентом трения , как тефлон в сковороде с антипригарным покрытием. Эти покрытия обычно наносятся методом трафаретной печати в виде заплатки на юбки поршней — например, на изображенном на рисунке покрытии на основе графита двигателя Ford Fiesta Ecoboost.
[Поршень Ford]
По мере того, как поршень опускается на такте сгорания, он будет оказывать боковое усилие в направлении, противоположном наклонному шатуну.Направление цилиндра, на которое действует эта сила, известно как сторона осевого напора, и поршень и стенка цилиндра будут подвергаться большему износу в этой области.
[Схема тяги]
Поршень становится невероятно горячим, и ему необходимо эффективно отводить это тепло. Тепло от поршня идет в три места: в виде лучистого тепла в камеру сгорания, в стенки цилиндра через поршневые кольца и вниз по шатуну. Кроме того, во многих двигателях поршень охлаждается с помощью масла, распыляемого на нижнюю часть.
Поршневые кольца
Поршневые кольца плотно прилегают к поршню, перекрывая небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Обычно на поршне имеется три поршневых кольца, выполняющих разные функции.
Компрессионные кольца
Два верхних кольца называются кольца компрессионные (также известен как нажимные кольца или газовые кольца ) и их основная роль заключается в предотвращении проникновения газов через небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра.Этот проход газа через поршень в картер известен как минет и должны быть минимизированы для сохранения сжатия.
Компрессионные кольца обычно изготавливаются из твердого чугуна и оказывают внешнее давление на стенку цилиндра. Это внешнее давление возникает из-за естественной упругости колец, но дополняется на такте сгорания давлением газа за кольцами, которое более плотно прижимает их к стенке цилиндра.
[Давление газа за компрессионными кольцами]
Важно отметить, что компрессионные кольца не оказывают бокового давления на поршень и не действуют для него как направляющие.Канавка в поршне будет глубже, чем ширина поршневого кольца, что позволит кольцу скользить по масляной пленке.
Компрессионные кольца также передают тепло от поршня к стенке цилиндра, где оно рассеивается в охлаждающей жидкости, протекающей через водяные рубашки.
Эти кольца сломаны с небольшим зазором, который позволяет устанавливать и снимать их поверх поршня. Ширина этого зазор поршневого кольца указывается производителем, и его можно измерить, поместив кольцо внутрь цилиндра и измерив зазор с помощью щупа.На этом рисунке зазоры сильно преувеличены, на самом деле они будут очень тонкими — 0,2 мм или меньше.
Кольца контроля масла
Кольцо нижнее на поршне масло контрольное кольцо . Масло постоянно разбрызгивается на стенки цилиндров либо из отверстий в шатунах, либо из форсунок, установленных в картере. Для минимального трения нам нужна тонкая масляная пленка, а функция маслосъемного кольца заключается в удалении излишков масла и создании идеальной масляной пленки для скольжения компрессионных колец и юбки поршня.
Нам определенно не нужно масло в камере сгорания: его присутствие может вызвать плохое сгорание, высокие выбросы, чрезмерное накопление углерода на клапанах и поршнях и синий дым — все это плохие новости для плавного двигателя.
Маслосъемное кольцо обычно состоит из двух тонких хромированных скребковых колец с проставкой, зажатой между ними для удаления масла. Он разработан, чтобы скользить по маслу при движении вверх и соскребать его при движении вниз. Это называется сегментированным дизайном.В канавке для контроля масла будут просверлены отверстия, чтобы излишки масла могли легко стекать обратно в картер.
Установка новых поршневых колец
Область стенки цилиндра над верхним компрессионным кольцом не охвачена кольцами, что снижает износ. Это может вызвать образование гребня в течение всего срока службы двигателя. Если новые кольца устанавливаются на цилиндр, который не подвергался повторной расточке, тогда может потребоваться кольцо с удаленной выемкой, известное как гребневик, чтобы гарантировать, что новое кольцо не соприкасается с этим гребнем материала.
[Схема смещений колец]
При установке новых колец зазоры должны быть смещены и никогда не должны находиться прямо на одной линии друг с другом, чтобы предотвратить прямой путь для выхода газов.
Булавка на запястье
Поршень прикреплен к шатуну через полую трубку из закаленной стали, известную как булавка на запястье или поршневой палец . Этот штифт проходит через маленький конец шатуна и позволяет ему поворачиваться на поршне.
Есть два метода закрепления булавки на запястье. А полуплавающий В конструкции штифт закреплен в шатуне, при этом он может свободно вращаться в отверстиях поршня. А полностью плавающий штифт запястья будет свободно вращаться как в малом конце, так и в поршне, и будет зафиксирован на месте с помощью стопорных колец или тефлоновых кнопок на концах штифта. Для полностью плавающей булавки на запястье будет заменяемая втулка внутри малого торцевого отверстия.
Штифт кисти может быть немного смещен в сторону, а не точно по центру поршня.Это известно как штифт смещенный и используется для уменьшения поперечного перемещения поршня внутри цилиндра. Избыточное движение из стороны в сторону известно как удар поршня из-за стука, который он производит.
Шатун
шатун передает силу от поршня к коленчатому валу, он постоянно подвергается растягивающим, сжимающим и изгибающим силам, поскольку он действует как посредник в этих двухтактных отношениях.Шатун должен быть конструктивно прочным, и неслучайно он принимает форму миниатюрной стальной двутавровой балки, похожей на своих более крупных собратьев, поддерживающих небоскребы и мосты. Профиль двутавровой балки обеспечивает максимальную прочность конструкции при минимальной стоимости веса, и, как и поршень, мы хотим сохранить как можно меньший вес шатуна.
Требуемая прочность шатуна означает, что он изготовлен из кованой стали или порошковой стали. У экзотических двигателей могут быть титановые стержни.Чугун не используется из-за его веса.
Верхняя часть шатуна, прикрепленная к поршню, называется малый . Он не всегда будет иметь опору. От малого конца стержень проходит по профилю двутавровой балки до самого конца. большой конец который разделен на две части, чтобы он мог плотно прилегать к шейке коленчатого вала. Нижняя часть стержня называется крышка стержня и он будет прикреплен шпильками или болтами к самому стержню.
Стержень в настоящее время обычно изготавливается как одно целое, а затем крышка стержня надрезается и отламывается. Это оставляет неровную поверхность сопрягаемой поверхности, но придает большую прочность. Важно, чтобы крышки шатунов не смешивались с другими шатунами — они должны быть вместе как единое целое.
Шатунная головка будет иметь вкладыши подшипников в двух половинах, эти вкладыши подшипников будут изготовлены из того же материала, что и вкладыши для основных цапф. Подшипники шатуна смазываются маслом, поступающим под давлением через каналы в коленчатом валу.
Во многих шатунах просверлено отверстие от большого конца вверх, через вал, до выпускного отверстия где-нибудь по их длине. Этот канал позволяет маслу проходить вверх по шатуну от большого конца и разбрызгиваться на упорную область стенки цилиндра, где трение является максимальным.
Неисправности
Поршневой удар
Износ стенки цилиндра или юбки поршня может привести к слишком большим зазорам между поршнем и стенкой цилиндра.Это допускает чрезмерное перемещение поршня из стороны в сторону. Когда поршень меняет направление вверху и внизу своего хода, это может вызвать его удары о стенку цилиндра, вызывая шум, известный как поршневой удар .
Поршень обычно усиливается, когда двигатель холодный, до того, как поршень успеет нагреться и расшириться. Его можно вылечить путем механической обработки цилиндра и использования поршня увеличенного размера.
Модификации и апгрейды
Модернизированные поршни и шатуны
Установка набора более прочных и легких штоков и поршней позволит создать более мощный двигатель.Это может быть необходимо для наддува или наддува двигателя. Переход от кованых стержней к титановой или порошковой (спеченной) стали приведет к более мощному двигателю.
Покрытия поршней
Как обсуждалось выше, недавно разработанные двигатели часто имеют покрытие с низким коэффициентом трения, нанесенное на заводе на их поршни. Но эти покрытия также доступны на вторичном рынке для уменьшения трения и увеличения (или уменьшения) теплопередачи.
[Примеры покрытий]
- На юбку нанесено покрытие для уменьшения трения между ней и стенкой цилиндра.
- Керамическое покрытие может быть нанесено на головку и предназначено для отражения тепла обратно в камеру сгорания и уменьшения количества, передаваемого поршню.
- Нижняя сторона поршня может иметь нескользящее покрытие, известное как масляное покрытие который отталкивает масло, тем самым уменьшая вес узла и обеспечивая более эффективное охлаждение масла.
Шатуны — поршневой двигатель
Шатун — это звено, передающее силы между поршнем и коленчатым валом.[Рис. 1] Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться жесткими под нагрузкой, и в то же время быть достаточно легкими, чтобы уменьшить силы инерции, возникающие, когда шток и поршень останавливаются, меняют направление и снова запускаются в конце каждого хода.
Рисунок 2. Узел шатуна |
Главная и шарнирно-сочлененная штанга в сборе
Узел ведущего и шарнирно-сочлененного стержня обычно используется в радиальных двигателях.В радиальном двигателе поршень одного цилиндра в каждом ряду соединен с коленчатым валом с помощью ведущего штока. Все остальные поршни в ряду соединены с ведущим штоком шарнирно-сочлененными шатунами. В 18-цилиндровом двигателе, имеющем два ряда цилиндров, есть две ведущие тяги и 16 шарнирных тяг. Шарнирно-сочлененные штоки изготовлены из кованого стального сплава двутавровой или Н-образной формы, обозначающей форму поперечного сечения. Бронзовые втулки запрессовываются в отверстия на каждом конце шарнирного штока для обеспечения подшипников шарнирного пальца и поршневого пальца.
Главный стержень служит связующим звеном между поршневым пальцем и шатунной шейкой. Конец шатунной шейки или шатуна содержит подшипник шатунной шейки или ведущего штока. Фланцы вокруг шатуна предназначены для крепления шарнирных штанг. Шарнирно-сочлененные штоки прикреплены к ведущей штанге с помощью шарнирных пальцев, которые во время сборки вдавливаются в отверстия во фланцах ведущей штанги. Подшипник скольжения, обычно называемый втулкой поршневого пальца, установлен на поршневом конце ведущего штока, чтобы принять поршневой палец.
Когда используется коленчатый вал с разъемным шлицем или разъемным зажимом, используется цельный ведущий стержень. Ведущий и шарнирный стержни собираются и затем устанавливаются на шатунную шейку; Затем секции коленчатого вала соединяются вместе. В двигателях, в которых используется цельный коленчатый вал, большой конец ведущей штанги разделен, как и подшипник ведущей штанги. Основная часть ведущей тяги установлена на шатунной шейке; Затем крышка подшипника устанавливается на место и прикручивается к ведущей штанге.Центры шатунов не совпадают с центром шатунной шейки. Таким образом, в то время как центр шатунной шейки описывает истинную окружность для каждого оборота коленчатого вала, центры шарнирных пальцев описывают эллиптическую траекторию. [Рис. 3] Эллиптические траектории симметричны относительно центральной линии, проходящей через цилиндр главной тяги. Видно, что основные диаметры эллипсов не совпадают. Таким образом, тяги имеют разные степени угловатости относительно центра хода кривошипа.
Рис. 3. Эллиптическая траектория движения поворотных пальцев в узле шарнирной тяги |
Из-за различной угловатости соединительных тяг и эллиптического движения шарнирных пальцев не все поршни перемещаются на одинаковую величину в каждом цилиндре для заданного количества градусов хода кривошипа. Это изменение положения поршня между цилиндрами может существенно повлиять на работу двигателя.Чтобы свести к минимуму влияние этих факторов на клапаны и момент зажигания, отверстия под шарнирные штифты во фланце ведущей штанги расположены не на одинаковом расстоянии от центра шатунной шейки, тем самым компенсируя до некоторой степени эффект угловатости стержня тяги.
Другой метод минимизации неблагоприятного воздействия на работу двигателя — использование компенсированного магнето. В этом магнето кулачок прерывателя имеет количество выступов, равное количеству цилиндров двигателя. Чтобы компенсировать изменение положения поршня из-за углового положения стержня тяги, выступы кулачка выключателя отшлифованы с неравномерным расстоянием между ними.Это позволяет контактам прерывателя размыкаться, когда поршень находится в правильном положении срабатывания зажигания.
Пальцы поворотные
Штифты поворотных кулаков имеют прочную конструкцию, за исключением масляных каналов, просверленных в штифтах, которые смазывают втулки поворотных пальцев. Эти штифты могут быть установлены путем вдавливания в отверстия во фланцах ведущего стержня, чтобы предотвратить их проворачивание в ведущем стержне. Шарнирные пальцы также могут быть установлены со свободной посадкой, чтобы они могли проворачиваться во фланцевых отверстиях ведущей тяги, а также во втулках шарнирной тяги.Они называются полностью плавающими поворотными пальцами. При любом типе установки стопорная пластина с каждой стороны удерживает штифт поворотного кулака и предотвращает боковое смещение.
Шатуны простого типа
Шатуны плоского типа используются в рядных и оппозитных двигателях. Конец штока, прикрепленный к шатунной шейке, снабжен крышкой и двухсекционным подшипником. Крышка подшипника удерживается на конце штока болтами или шпильками. Для обеспечения надлежащей посадки и баланса шатуны всегда следует заменять в одном цилиндре и в одном и том же относительном положении.
Вилка и стержень отвала в сборе
Узел стержня вилки и лезвия используется в основном в двигателях V-образного типа. Вилочный стержень разделен на конце шатунной шейки, чтобы обеспечить место для стержня лопасти между зубцами. На конце шатуна коленчатого вала используется одинарный подшипник, состоящий из двух частей. В современных двигателях этот тип шатуна используется нечасто.СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ Типы двигателей
Поршневые двигатели
Коленчатые валы
Поршни
Цилиндры
Порядок срабатывания
5 Признаков погнутого шатуна (и его причины)
(Обновлено 10 июня 2021 г.)
Неисправный шатун — один из самых серьезных катастрофические формы отказа двигателя.Эту неудачу обычно называют «бросок удочки» или «бросок удочки».
При выходе из строя шатуна высока вероятность того, что поршень или шатун могут пробить блок двигателя на очень высокой скорости, повредив все на своем пути.
Что такое шатуны?
Шатуны — это связь между каждым поршнем и коленчатым валом в двигателе внутреннего сгорания. Когда коленчатый вал вращается, поршни очень быстро перемещаются вперед и назад, подвергая шатуны огромным растягивающим усилиям.
Шатуны имеют подшипники, которые находятся между шатуном и коленчатым валом. Эти подшипники смазаны и предотвращают контакт металла с металлом при вращении коленчатого вала.
Точно так же есть штифт, который соединяет поршень с верхней частью шатуна. Этот штифт называется поршневым пальцем, поршневым пальцем или поршневым пальцем.
Основные симптомы погнутой штанги
Шатун должен быть прочным и долговечным, чтобы двигатель выжил. Если он слишком слаб, чтобы выдержать нагрузку сгорания, то чрезмерные растягивающие усилия на шатуне могут согнуть или даже сломать его.
Это было бы очень плохо для двигателя, потому что больше не будет тактов впуска, выпуска, тактов сжатия или тактов увеличения мощности.
Что касается водителя, они смогут заметить, когда это произойдет, потому что будут присутствовать некоторые очень заметные симптомы. Вот некоторые из наиболее частых симптомов, указывающих на выход из строя шатуна.
1) Низкое сжатие
Если шатун немного согнут, вы сможете без проблем поехать на нем.Однако цилиндр с изогнутым штоком, вероятно, будет иметь меньшую степень сжатия, чем другие.
Если вас беспокоит возможность погнуть шток, вы можете начать с теста на сжатие. Если ваши значения сжатия во всех цилиндрах находятся в пределах 10%, ваши штоки, вероятно, в порядке.
Обратите внимание, что у вас может быть слабое сжатие по ряду причин. После неудовлетворительного теста на сжатие рассмотрите возможность проведения теста на утечку, чтобы сузить круг возможных вариантов.
2) Стук двигателя (стук штанги)
Когда ваш двигатель включен и работает, вы можете услышать стук, исходящий от него. Это будет повторяющийся стук, усиливающийся по мере увеличения оборотов двигателя. В просторечии это называется «стук стержня».
Звуки могут исчезнуть через короткое время, как только у вашего масла появится возможность циркулировать через компоненты двигателя и смазать их.
3) Низкое давление масла или масла
Если у вас неисправный или неисправный шатун, ваш двигатель, вероятно, очень внезапно потеряет много масла, что окажет разрушительное воздействие на давление масла в вашем двигателе.
На вашем двигателе может быть датчик давления масла, который сообщит вам, когда в нем низкое давление масла. Скорее всего, у вас на приборной панели есть предупреждающий индикатор, который также сообщит вам об этом.
Если у вас низкое давление масла, это означает, что масло плохо циркулирует в двигателе. Это может привести к перегреву двигателя, если проблема не будет решена быстро, и вы испытаете значительно больший износ двигателя из-за того, что он не будет смазываться должным образом.
4) Видно погнутый или поврежденный стержень
Если вы подозреваете, что у вас есть погнутый или поврежденный шатун на основании других симптомов, которые могут присутствовать, вам необходимо самостоятельно визуально осмотреть стержень, чтобы увидеть, в каком состоянии он находится. является.
Для этого потребуется разобрать двигатель, а это работа, которую должен выполнять только опытный механик.
5) Заклинивший двигатель
Брошенный шток может заглохнуть и захватить весь двигатель. Вы будете знать, что двигатель заклинивает, потому что вы не можете перевернуть его вручную (используя гаечный ключ на болте шкива коленчатого вала). Даже двигатель, который не заводится или не проворачивается, должен проворачиваться вручную таким образом.
Скорее всего, если вы бросили удочку, вы это узнаете.Бросок удочки часто сопровождается громким хлопком и вылетом металла из моторного отсека. После этого вы можете заметить огромную лужу масла под автомобилем и даже большую дыру в блоке.
Причины неисправности шатуна
1) Затопленный двигатель
В отличие от воздуха, жидкости на самом деле не сжимаются. Если двигатель имеет гидрозамок (то есть заполнен жидкостью, а не только воздухом), вы рискуете погнуть шатуны, когда пойдете заводить автомобиль.Перед тем, как вы сможете запустить автомобиль в обычном режиме, вам придется слить воду из двигателя.
2) Предварительное зажигание или детонация
Предварительное зажигание и детонация — это термины, обозначающие ненормальное сгорание топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания. Топливо может загореться преждевременно по разным причинам: скопление углерода, слишком опережающий момент зажигания или работающее топливо со слишком низким октановым числом для автомобиля.
Крупные случаи преждевременного воспламенения или детонации вызывают сильное давление в цилиндрах, иногда большее, чем было предусмотрено в двигателе.Значительное превышение ожидаемого давления в цилиндрах таким образом может вызвать катастрофический отказ двигателя.
3) Плохое управление двигателем
Если вы пользуетесь запасными частями двигателя, скорее всего, тюнер запрограммировал ваш ECU. Если эта настройка слишком агрессивна для ваших условий бега или вы слишком сильно толкнете двигатель, вы можете в конечном итоге выбросить удочку.
Большинство автомобилей требуют настройки при установке определенных болтов на детали, такие как впускной, выпускной, регулятор наддува или более мощный турбонаддув.Жесткое вождение автомобиля до того, как двигатель будет настроен с учетом нового оборудования, может сломать что-то довольно дорогое, в том числе шатун.
4) Превышение оборотов двигателя
По мере увеличения оборотов двигателя силы, действующие на шатуны, увеличиваются, поскольку поршни двигаются быстрее. Если вы наберете обороты двигателя выше, чем он рассчитан, вы, вероятно, захотите купить новый двигатель.
Большинство двигателей предотвращают превышение оборотов двигателя и сокращают расход топлива, когда вы находитесь на красной линии или чуть выше нее.Самый простой способ увеличить обороты двигателя — на механической коробке передач.
Если вы переключитесь на передачу, которая слишком низка для вашей скорости, вы резко увеличите число оборотов в минуту, и ваш двигатель не сможет их поддерживать. Это известно как «денежная смена», потому что такой тип пропущенной смены оказывается очень дорогостоящим.
5) Модификации двигателя
Многие заводские шатуны делают тоньше, чем они были на старых автомобилях. Это делается во имя эффективности и экономии средств.Более тонкие удилища не представляют проблемы при стандартном уровне мощности, но стандартных стержней не всегда достаточно, если вы пытаетесь добиться большей мощности.
Если вы пытаетесь построить свою машину, чтобы она двигалась быстрее, обязательно изучите форумы для своего конкретного автомобиля, чтобы узнать, каков типичный путь сборки для того уровня мощности, который вы надеетесь достичь.
Зачем использовать сталь для штампованных шатунов в автомобильных цилиндрических двигателях?
Шатун — один из самых крупных компонентов цилиндров автомобильного двигателя.Он работает как соединение поршня и коленчатого вала и отвечает за передачу мощности от поршня к коленчатому валу и передачу ее в трансмиссию. При создании шатуна используются разные типы материалов и методы производства. Основные напряжения, возникающие в шатуне, представляют собой сочетание осевых и изгибающих напряжений во время работы. Давление газа в баллоне и сила инерции создают осевое напряжение. Цельный шатун состоит из длинного стержня, малого конца и большого конца.9 циклов, которые варьируются от высоких сжимающих нагрузок из-за сгорания до высоких растягивающих нагрузок из-за инерции. Следовательно, долговечность этого компонента жизненно важна. Из-за этих факторов автомобильные шатуны были предметом исследований по различным аспектам, таким как технология производства, материалы, производительность, моделирование, усталость и т. Д. В современных автомобильных цилиндровых двигателях шатуны для производства чаще всего изготавливаются из кованой стали. двигатели, но могут быть изготовлены из алюминия (для легкости и способности поглощать сильные удары за счет долговечности), из титана для двигателей с высокими рабочими характеристиками или из чугуна для мотороллеров.Они не закреплены жестко на каждом конце, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шток перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала. Маленький конец прикрепляется к поршневому пальцу, поршневому пальцу или пальцу на запястье, который в настоящее время чаще всего запрессовывается в шатун, но может поворачиваться в поршне, по типу «плавающего пальца». Большой конец шатунов будет соединен с шейкой подшипника на ходу кривошипа, работая на сменных вкладышах подшипников, доступных через болты шатуна, которые удерживают «крышку» подшипника на большом конце.
Основным источником износа двигателя является боковая сила, прикладываемая к поршню через шатун коленчатым валом, которая обычно изнашивает цилиндр в овальном поперечном сечении, а не в круглом, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец относительно цилиндра. стены. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этой боковой силы и, таким образом, увеличивают срок службы двигателя.
Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня является фиксированным числом, которое определяется фиксированным расстоянием между осью коленчатого вала и верхней частью блока цилиндров, где крепится головка цилиндра; таким образом, для данного блока цилиндров более длинный ход поршня, обеспечивающий больший рабочий объем и мощность двигателя, требует более короткого шатуна, что приводит к ускоренному износу цилиндра.Шатун автомобильного двигателя является важным элементом, производимым в больших объемах. Он соединяет возвратно-поступательный поршень с вращающимся коленчатым валом, передавая усилие поршня на коленчатый вал. Каждому транспортному средству, в котором используется двигатель внутреннего сгорания, требуется по крайней мере один шатун в зависимости от количества цилиндров в двигателе. Шатуны для автомобильной промышленности обычно изготавливаются путем ковки из кованой или порошковой ковки. Их тоже можно было бросить. Однако отливки могут иметь раковины, которые могут отрицательно сказаться на долговечности и усталости.Тот факт, что поковки производят более качественные стержни без дыр, дает им преимущество перед литыми стержнями. Между процессами ковки, ковки порошком или ковки методом капельной ковки, каждый процесс имеет свои преимущества и недостатки. Заготовки, изготовленные из порошкового металла, имеют преимущество в виде почти чистой формы и экономии материалов. Однако стоимость заготовки высока из-за высокой стоимости материала и сложной технологии изготовления. При стальной ковке материал дешев, а производственный процесс ковки методом капельной ковки экономически эффективен.Первым аспектом было исследование и сравнение усталостной прочности кованых стальных шатунов и шатунов, кованых порошком. Второй аспект заключался в оптимизации веса и стоимости изготовления стального кованого шатуна. Из-за большого объема производства вполне логично, что оптимизация шатуна с учетом его веса или объема приведет к значительной экономии. Это также может достичь цели уменьшения веса компонента двигателя, тем самым уменьшая инерционные нагрузки, уменьшая вес двигателя и улучшая характеристики двигателя и экономию топлива.
В нашей компании, занимающейся штамповкой, мы в основном поставляем кованые шатуны для автомобильных цилиндровых двигателей со сталью. Напротив, применение стали будет рентабельным. Ниже мы расскажем, почему сталь чаще всего используется в производстве кованых шатунов.
Чтобы добиться высокой прочности и легкости, мы использовали алюминий или другие материалы для двигателей с высокой частотой вращения. Но с ростом стоимости материалов и улучшением конструкции дизайнеры снова обращаются к стали. Брайан Нилен из Late Model Engines (LME) объясняет: «Вес под булавкой на запястье не так важен, как вес над ней.«Это лишь одна из основных причин выбора стали. Есть и другие причины, такие как стоимость, долговечность и долговечность.
Еще одним важным фактором является клиренс. В высокоскоростных гоночных двигателях, таких как Pro Stock, стабильность клапанного механизма становится все более важной. Правила Pro Stock допускают больший диаметр распредвала, а кулачки с большим отверстием обеспечивают более высокий подъем клапана в дополнение к повышению жесткости и устойчивости клапанного механизма. Дополнительный материал, необходимый для алюминиевых стержней, часто влияет на зазоры между стержнем и распределительным валом.Благодаря использованию высокопрочного стального стержня можно без помех использовать большие отверстия для кулачков.
Наиболее распространенным типом стали, используемой для высокопроизводительных кованых шатунов, является хромомолибденовая сталь 4340 с пределом прочности на разрыв 145 000 фунтов на квадратный дюйм. Его твердость, пластичность и другие свойства будут варьироваться в зависимости от применяемой термической обработки. 4340 также может называться авиационной сталью или сталью авиационного качества.
Весь процесс производства стали также определяет прочность этих материалов.Простое обозначение стали 4340 не обязательно означает, что два поставщика стали производят конечный продукт в соответствии с одними и теми же стандартами или с использованием одних и тех же процессов. «Не вся легированная сталь 4340 одинакова», — говорит Лич. «Поэтому очень важно знать сталелитейный завод, точный сплав материала и иметь дело только с самыми уважаемыми поставщиками металла».
Шатун: определение, функции, типы, детали, проблема
Шатун , который также называют шатун , является одной из основных частей двигателя внутреннего сгорания.Хотя он также используется в паровом двигателе, но очень важен для транспортных средств.
Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, что способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Деталь функционирует как плечо рычага, и она должна передавать сжимающие и растягивающие усилия от поршня и вращаться с обоих концов.
Сегодня мы рассмотрим определение, функции, материал, детали, работу и схему шатунов.
Определение шатунаШатун или шатун преобразует линейное движение вверх и вниз или возвратно-поступательное движение поршня в круговое движение коленчатого вала. Во время процесса он испытывает растяжение, компрессионный изгиб и коробление.
Прочтите Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне
Материалы шатунаШатуны обычно изготавливаются из литого алюминиевого сплава, который помогает выдерживать нагрузки, возникающие во время процесса.
При массовом производстве шатун обычно изготавливается из стали. Для высокопроизводительных применений используются заготовки, которые изготавливаются из цельной заготовки, а не отливаются или кованы.
Однако чугун можно использовать для более дешевых и низкопроизводительных применений, таких как мотороллеры.
Конструкция Номенклатура- A = площадь поперечного сечения шатуна.
- L = длина шатуна.
- C = предел текучести при сжатии.
- Wcr = нагрузка от повреждения или продольного изгиба.
- Ixx = момент инерции секции относительно оси x
- Iyy = момент инерции секции относительно оси y соответственно.
- Kxx = радиус вращения секции относительно оси x
- Kyy = радиус вращения секции относительно оси y соответственно.
- D = Диаметр поршня r = Радиус кривошипа
Шатун в двигателе внутреннего сгорания состоит из шатуна , стержня и малого конца .
Поршни соединяются с малым концом шатуна с помощью поршневого пальца или пальца, который может поворачиваться в поршне. Этот штифт обеспечивает точку поворота между поршнем и шатуном. Поршневой палец удерживается на месте пружинным зажимом или фиксатором поршневого пальца.
Шатунная часть шатуна крепится к шатунной шейке с помощью подшипника скольжения, что снижает трение. Но в некоторых двигателях меньшего размера используются подшипники, чтобы избежать необходимости смазки насоса.
Обычно в подшипнике на большом конце шатуна просверливается точечное отверстие.Это позволяет смазочному маслу закачиваться в упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец.
Наконец, на частях шатуна шатун может вращаться с обоих концов, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун совершает возвратно-поступательное движение вокруг коленчатого вала.
Читайте: понимание бензинового двигателя
Функции Conrod- Основная функция шатуна — создавать связь между поршнем и коленчатым валом для передачи мощности.
- Шатун помогает подавать смазочное масло к стенкам цилиндра и поршневому или поршневому пальцу.
зависят от материала, из которого они сделаны. Ниже представлены различные типы доступных шатунов:
Шатуны для заготовок: Заготовки шатуновизготавливаются из цельного куска стали или алюминия. Он легче, прочнее и долговечнее, чем другие виды шатунов.Шатуны из заготовок обычно используются для ходовых автомобилей высокого класса.
Изделие иногда предназначено для уменьшения концентраторов напряжений и облегчения проникновения в естественную зернистость материала заготовки.
Литой стержень:Литой стержень более предпочтителен производителями, так как он способен выдерживать нагрузку стандартного двигателя. Стоимость производства ниже, но не может использоваться в приложениях с высокой мощностью от 450 до 6000 об / мин.
Литые шатуны имеют заметный шов посередине, что отличает их от кованых.
Кованый стержень: Кованые стержниизготавливаются путем придания зерну выбранного материала формы стержня. Материалом может быть стальной сплав или алюминий в зависимости от требуемых свойств.
Ну, производители поковок используют разные виды стальных сплавов, хрома и никелевых сплавов. Конечный продукт не должен быть ломким. Никель или хромовый сплав повышают прочность шатуна.
Металлический порошок: Шатуниз порошкового металла также является подходящим выбором для производителей.Он производится из металлической порошковой смеси, которую прессуют в форму и нагревают при высоких температурах. Он плавит смесь в твердую форму.
Может потребоваться легкая механическая обработка, но продукт выходит из формы в основном в виде готового продукта. Шатуны из порошкового металла дешевле в производстве, чем стальные, и прочнее, чем литые.
Прочтите: Классификации двигателей внутреннего сгорания
Проблемы шатунаШатун может испытывать проблемы во время работы.Это потому, что он испытывает различные напряжения во время пребывания в камере сгорания. Некоторые из этих проблем можно исправить, а некоторые потребовали полной замены шатуна. Во время работы шток растягивается и сжимается, что может привести к его поломке. Сломанный шток может полностью повредить двигатель. Ниже приведена неисправность, возникающая на шатуне:
Усталость:Это основная причина поломки шатуна. Часто встречается в старых двигателях.Сжатие и растяжение стержня во время процесса происходит тысячи раз в минуту. Это в конечном итоге приводит к износу детали, пока она не сломается. Отсутствие масла и наличие грязи в двигателе могут ускорить решение этой проблемы.
Новые двигатели также могут испытывать усталость в соединении, если двигатель ремонтируется. Что ж, такое бывает, когда используются дешевые запчасти или неправильные.
Гидрозамок:Гидрозамок возникает, когда вода проникает в камеру поршня и приводит к деформации шатуна.Обычно это происходит, когда автомобиль проезжает затопленную улицу.
Небольшое количество воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание, которые легко устранить. Однако, если в цилиндре много воды, все время искры занято, что может привести к изгибу или разрыву штока цилиндра.
Превышение реввинга:Превышение оборотов — это неисправность, которая возникает в новых высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это означает, что состояние шатуна находится под угрозой.Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах.
Отказ контакта:Поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем, изнашивается и выходит из строя. В некоторых двигателях это приводит к катастрофическому отказу двигателя. Это когда шатун идет к блоку двигателя или когда коленчатый вал погнут.
Читайте: Типы автомобильных двигателей
В некоторых двигателях вызывает потерю мощности. В таком случае двигатель остановился сразу после поломки пальца.Есть вероятность, что двигатель спасут, иначе может произойти полная поломка.
Вот и все по артикулу «шатун». Надеюсь, вам понравилось чтение, если вы так любезно комментируете, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!
Как правильно установить крепеж шатуна!
Правильная установка шатунов — залог долгого срока службы двигателя. Здесь мы рассмотрим различные способы выполнения этой задачи, и какой из них работает лучше всего.
Возможно, в двигателе внутреннего сгорания нет более важного компонента, чем крепеж шатуна. Независимо от того, используется ли в конкретном шатуне конфигурация болт / гайка или конфигурация винта с головкой под ключ, характеристики крепежа шатуна имеют решающее значение. Понимание деталей правильной установки важно как для опытных производителей двигателей, так и для новичков.
Правильная установка крепежа шатуна имеет первостепенное значение для продления срока службы двигателя.Шатун предназначен для принятия возвратно-поступательного движения поршня в канале ствола и превращения его во вращательное движение коленчатого вала, превращая силы сгорания в силы тяги. Крепежные детали, которые удерживают большой конец стержня вместе, могут сломать или сломать ваш высокопроизводительный двигатель.
Каждый фиксатор шатуна должен поддерживать свою зажимную нагрузку, независимо от того, находится ли шатун в нижней мертвой точке (НМТ) или в верхней мертвой точке (ВМТ) в отверстии цилиндра.В ВМТ сложная задача крепежа — не допустить отслоения шатуна на его большом конце и позволить поршню врезаться в головку блока цилиндров.
«Стержневой болт по сути представляет собой чрезвычайно жесткую пружину, и мы полагаемся на эластичность материала при растяжении и отскоке, чтобы поддерживать правильную зажимную нагрузку во время работы», — говорит Майкл Скин, технический торговый представитель K1 Technologies.
Датчик натяжения болтов, такой как этот прибор от ARP, необходим для правильной установки крепежных элементов шатуна.Датчик позволяет сравнивать длину неустановленного болта с установленным болтом, показывая, насколько точно болт растянулся.Независимо от того, что вы слышали в другом месте, проверка растяжения крепежа — лучший способ убедиться, что крепеж шатуна установлен правильно.
«Рекомендуемый метод точной затяжки болтов штанги — использовать метод растяжения для правильной предварительной затяжки болта. Этот метод рекомендуется независимо от ситуации в двигателе, материала стержня или крепежа », — говорит Скин.
Это связано с тем, что простое измерение крутящего момента не дает точной информации о том, насколько растянута крепежная деталь, а также о ее зажимной нагрузке; вместо этого измерение крутящего момента просто дает вам величину трения, необходимого для поворота застежки. На это может повлиять использование смазочного масла, молибденовой смазки или любой другой жидкости, которую вы видели на протяжении многих лет для установки болтов шатуна, и это определенно не самый точный способ определить, обеспечивает ли крепеж надлежащий зажим. нагрузка на шатун.
Измерить растяжение шатуна несложно, но для этого необходимо использовать датчик растяжения, который можно приобрести у ARP и других источников.
«Если болт недостаточно растянут, зажимного усилия не хватит, чтобы удерживать шток на месте. Это может привести к выкручиванию подшипника или поломке болта. В качестве альтернативы, если болт будет растянут сверх предела текучести крепежа, возможно, что болт выйдет из строя », — говорит Скин.
Перед установкой крышки и крепежа шатуна первым делом убедитесь, что у вас есть блокнот под рукой, чтобы записывать ваши измерения и предотвращать путаницу.Перед установкой каждую застежку необходимо измерить, чтобы отметить ее свободную длину в расслабленном состоянии. Каждый набор шатунов K1 Technologies поставляется с крепежными деталями ARP 2000, которые имеют углубления на каждом конце крепежа, чтобы калибр можно было правильно отцентрировать на креплении для измерения его длины.
Угловой калибр также можно использовать как метод установки крепежных элементов шатуна. Это приемлемый метод, хотя и не такой точный, как растяжение болтов.Перед приложением крутящего момента вставьте концы шарика датчика натяжения в углубления на застежке.Вы почувствуете, что датчик растяжения встал на место в ямках. Обязательно отрегулируйте внешнее кольцо индикатора часового типа, чтобы убедиться, что оно находится в нулевом положении на лицевой стороне индикатора. Каждый крепеж будет иметь спецификацию растяжения, которую K1 Technologies предоставляет вместе с комплектом шатуна.
Здесь следует обратить внимание на два важных момента: убедитесь, что вы используете точный динамометрический ключ, и вы должны иметь возможность зажать крепеж одним движением. Если вы остановитесь на полпути, он может дать неточные показания.Также необходимо иметь тиски для шатуна, чтобы удерживать шток в стабильном состоянии в процессе измерения растяжения.
Наличие надежного и точного динамометрического ключа критически важно, но этого недостаточно. На динамометрический ключ может влиять несколько внешних факторов, и его всегда следует использовать вместе с измерителем натяжения стержневого болта.Теперь вы можете заметить, что мы упомянули об использовании динамометрического ключа сразу после того, как сказали не использовать динамометрический ключ. Ну, это потому, что вы можете использовать динамометрический ключ как своего рода резервную копию измерителя натяжения.
Под этим мы подразумеваем следующее: как только вы определите, какой крутящий момент требуется для достижения надлежащего растяжения крепежа, вы можете определить значение крутящего момента, необходимое для достижения такого растяжения, а затем продублировать это значение на остальных крепежных элементах. Но вы можете видеть, насколько важным элементом этого процесса является надежный динамометрический ключ. Если гаечный ключ плохой, значения будут неправильными, и вы рискуете чрезмерно растянуть крепеж, что приведет к его разрушению. Если болт растягивается до предела текучести, он деформируется безвозвратно — а мы этого не хотим.
После того, как вы определили значение крутящего момента, необходимое для растягивания крепежа до нужной длины, можно повторить повторение для остальных крепежных элементов. Тем не менее, по-прежнему уместно продолжать измерять длину застежки в свободном и растянутом состоянии.
Тщательная и правильная установка крепежных деталей для стержневых болтов позволит вашему двигателю получить отличный старт! Когда дело доходит до этого, использование подходящих инструментов — датчика растяжения, тисков шатуна и динамометрического ключа — может существенно повлиять на конструкцию вашего двигателя.Следует особо отметить, что использование смазки может повлиять и повлияет на растяжение болта, поскольку оно снижает трение. Из-за этого использование метода растяжения болта, без сомнения, является наиболее точным, потому что, если вы полагаетесь только на значения крутящего момента, вы можете получить значительно разную степень растяжения крепежа в зависимости от того, сколько смазки вы нанесете на нижнюю сторону крепежа.
«Затягивание крепежа только по крутящему моменту не является приемлемым методом установки крышки стержня и никогда не должно использоваться.Поскольку значение крутящего момента измеряет только сопротивление вращению, количество и тип смазки могут привести к слишком большому количеству переменных, чтобы убедиться, что крепежный элемент предварительно нагружен правильно », — говорит Скин.
Критически важно: если при снятии длина крепежа изменится более чем на 0,001 дюйма от предварительно установленной длины — да, вы должны измерить болты при разборке — ее необходимо заменить, так как она была растянута за пределы проектных ограничений.
Наконец, для случаев, когда метод растяжения просто невозможен по той или иной причине, Скин говорит, что у K1 есть опция.
«Хотя растяжение является рекомендуемым методом закрепления крепежа при установке крышек штанг, мы действительно предлагаем спецификации для затяжки с крутящим моментом + угол. Этот метод требует небольшого начального крутящего момента, за которым следует определенное количество градусов, и зависит от точного шага резьбы для правильного растяжения крепежа », — говорит Скин.