Шатун в двигателе: Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт

Содержание

Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт

Шатун поршня обеспечивает передачу энергии от поршня к коленчатому валу. Первое применение таких деталей датируется концом III века н.э. Устройства, похожие на современные шатуны использовались на лесопилках в Малой Азии, принадлежавшей Римской империи. Они служили для преобразования вращательного движения водяного колеса в поступательно для привода пилы. Подобные конструкции были обнаружены при раскопках в Эфесе, которые датируются VI веком н.э.

Шатун в процессе работы совершает 2 вида движения – круговые, в месте соединения нижней головки с коленвалом, и возвратно-поступательные, в месте соединения верхней головки и поршня. При эксплуатации двигателя на данную деталь постоянно воздействуют высокие нагрузки.

В шатун входят следующие элементы:

  • Верхняя головка (поршневая)
  • Нижняя головка (кривошипная)
  • Силовой стержень

Поршневая головка

Поршневой палец соединяет верхнюю головку с поршнем.

Сама головка представляет собой цельную неразборную конструкцию. Палец может быть плавающим и фиксированным.



В первом случае в верхнюю головку пальца впрессовываются бронзовые или биметаллические втулки. Но это относится не ко всем двигателям. Существуют модификации, где этих втулок нет, а сам палец свободно вращается в отверстии головки шатуна благодаря зазору. Для обеспечения работоспособности подобной детали важно обеспечить смазывание поршневого пальца.

Для установки фиксированных пальцев в головке шатуна проделывается отверстие цилиндрической формы, изготовленное с очень высокой точностью. Диаметр этого отверстия меньше, чем диаметр поршневого пальца. Благодаря этому обеспечивается необходимый натяг при соединении двух деталей.

Верхняя головка шатуна имеет форму трапеции. Это позволяет увеличить опорную площадь поверхности при работе поршня и снизить разрушительное воздействие очень высоких нагрузок.

Кривошипная головка

Кривошипная головка служит для соединения шатуна и коленвала. В большинстве шатунов этот элемент разъемный, что обусловлено методом сборки двигателя. Крышка головки фиксируется на шатуне болтами, но в некоторых случаях для этих целей используют штифты или бандажное крепление.



На шатуне можно использовать лишь ту крышку, которая была установлена на заводе. Это обусловлено тем, что она имеет определенный вес и размер, и потому не может быть заменена на другую.

Разъем головки относительно расположения стержня может быть прямым (90° к оси) или косым (под определенным углом к оси). В V-образных ДВС применяется последний вид.

В нижней части шатунной головки находятся подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Для их производства используется стальная лента, с внутренней стороны покрытая антифрикционным материалом, который обладает высокими противоизносными характеристиками.

Данный слой работает исключительно при наличии моторного масла, в противном случае он быстро разрушается.


Для подшипников скольжения шатунов, коренных подшипников коленвала, юбок поршней, распределительных валы, втулок пальцев, в дроссельной заслонке подходит антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.

Данный материал эффективно снижает трение и износ, предотвращает заклинивание поршня в цилиндре и задир поверхностей. Он не разрушается при длительном воздействии моторного масла, предотвращает движение рывками, работает в режиме масляного голодания.

Благодаря аэрозольной упаковке с выверенными параметрами распыления нанесение покрытия не вызывает затруднений. Полимеризация материала происходит как при комнатной температуре, так и при нагреве.




Силовой стержень

Стержень шатуна имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях, в отличие от бензиновых, шатуны более прочные и массивные. В спорткарах для производства этих деталей используется алюминий, что способствует снижению массы автомобиля.

Все шатуны в двигателе должны иметь одинаковую массу. В противном случае при работе ДВС будут сильные вибрации. Это требование распространяется также на обе головки детали. Для выравнивания веса шатунов их взвешивают на очень точных весах. После этого, выбрав самый легкий шатун, подгоняют массу других деталей под него путем снятия части металла на головках детали и с бобышек на стержне.

Каждый автопроизводитель стремиться снизить затраты на производство и уменьшить вес деталей кривошипно-шатунного механизма. Но, ввиду того, что при работе шатуны испытывают высокие нагрузки, уменьшение их массы может отрицательно отразиться на прочности.

Для бензиновых серийных ДВС при массовом производстве шатунов применяется метод литья из специального чугуна. При такой технологии изготовления обеспечивается идеальный баланс между себестоимостью и прочностью детали.



Шатуны для дизельных силовых агрегатов производятся методом горячей ковки или штамповки из легированной стали, так как использование литья для таких ДВС неуместно. Прочность таких изделий гораздо выше, чем у литых, но их стоимость и производство обходится дороже.

В автомобилях с форсированными ДВС и спорткарах используются шатуны из алюминиевых и титановых сплавов. Это позволяет повысить мощность двигателя и снизить его вес. Вес таких деталей на 50 % меньше, чем у стальных и чугунных шатунов.

Болты крепления крышки шатунной головки изготавливают из высоколегированной стали. В отличие от обычной углеродистой стали предел текучести такого материала в 2-3 раза выше.

Износ деталей – основная причина выхода из строя шатуна. Ремонт верхней головки производится редко, а срок службы втулки эквивалентен ресурсу всего ДВС. Но существуют явления, при которых шатун может изогнуться или полностью разрушаться. Это происходит вследствие столкновения поршня с головкой блока, гидроудара или попадания в камеру абразивных веществ и посторонних предметов.



Подшипники нижней головки изнашиваются по причине неудовлетворительного смазывания. Об этом свидетельствует удлинение шатунных болтов, изменение цвета частей вкладышей (чернеют) и шатунной головки (становится темно-синей), замятие вкладышей. В случае, если смазывание обеспечивалось должным образом, причиной поломки служит разрушение или износ самих подшипников.

Причинами поломки шатуна может быть засорение фильтров, недостаточный уровень моторного масла и его несвоевременная замена, потеря маслом рабочих свойств, попадание в цилиндр загрязнений и абразивов. 

Ремонт шатунов возможен в следующих случаях:

  • При деформации стержня

  • При износе зазора в верхней головке

  • При износе зазора и поверхности нижней части головки


Ремонтные работы начинаются с тщательного осмотра деталей. В первую очередь производится измерение овала и диаметра, зазоров в верхней и нижней части шатуна. Для этого используется нутрометр. При нормальных показателях замена шатуна не нужна. При деформации стержня отверстия головок непараллельны, в результате чего происходит перекос цилиндра, износ коленвала, головки шатуна, поршня и стенок цилиндра. Об этом свидетельствует повышение шумности ДВС при работе на высоких оборотах. Существует еще один способ проверки шатуна на деформацию – деталь устанавливается на проверочную плиту и раскачивается.


После осмотра можно производить ремонт. Качество работ напрямую зависит от точности специального оборудования.

Добиться нужного размера зазора нижнего шатуна позволяет снятие некоторого количества металла с поверхности крышки головки. Затем крышку следует установить на штатное место и зафиксировать при помощи болтов.



При расточке отверстия головки нужно учитывать заданный размер детали. Операция выполняется на расточном или универсальном станке. После этого выполняется хонингование.

При увеличенном зазоре под поршневой палец необходимо поменять бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь в процессе приработке примет нужный размер. Следует учитывать, что отверстия втулки и головки должны совместиться, иначе моторное масло, выходящее из поршня, не попадет на поршневой палец.

После расточки следует взвесить шатуны и подогнать их по массе. Для этой процедуры используется самая легкая деталь.


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

Возврат к списку

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). В таком случае, ресурс двигателя резко устремится к нулю, к тому же как известно, поршневая и коленвал — это самые дорогие детали двигателя.

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. Поэтому если вам придётся поменять один из нескольких шатунов вашего двигателя, настоятельно советую убедиться в том, что новый шатун весит точно столько же как и остальные шатуны.

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. Только вот жаль, что результаты экспериментов отразятся на потребителе.  Завод в Киеве по изготовлению мотоциклов Днепр, в этом плане намного умнее, и шатуны их мотоциклов, практически не отличаются от шатунов импортных мотоциклов (см. предпоследнее фото внизу текста).

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). И если эти неровности не убрать, то при очень высоких оборотах, на шатуне в местах микронеровностей появятся трещины, и возможен обрыв шатуна.

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!

 

Теги: Как правильно облегчить шатун., Какие нагрузки испытывает шатун?, Какие шатуны бывают

устройство, предназначение, поломки и ремонт

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.


Ремонт шатунов двигателя — работа не сложная. Хотя при поломке последствия могут быть очень плачевными, поэтому важно уметь определять поломку этой детали и пути быстрого ремонта.

Первый признак поломки — стук в двигателе. Но многие могут спутать его со звукам распредвала, клапана или других элементов двигателя. Перепутать стук шатунов двигателя с другими звуками очень сложно. Он очень сильно похож на частый и громкий стук молотка.

Для того чтобы проверить в каком цилиндре поломка нужно попробовать снять провода с крышки трамблёра, но делать это нужно последовательно. Сняв один из проводов звук в двигателе уменьшится — это значит, что поломка скрыта именно в этом цилиндре.

На инжекторных двигателях сделать это немного сложнее. На модификации с фишками, нужно снять фишку с катушки зажигания, тем самым отключив нужный цилиндр.

После того как вы определили в каком цилиндре поломка — разберите двигатель и проверьте все шатуны. Если окажется что помимо сломанного шатуна в двигателе есть ещё и гнутые, то проблема может возникнуть в том, что с одной стороны поршень будет испытывать большее трение, а с другой пропускать масло, что впоследствии приведёт к образованию нагара.

Определить гнутый шатун очень просто. Для этого вам понадобится плоская поверхность и наждачная бумага. Натяните бумагу на поверхность и потрите об неё каждый шатун поршневой головкой. Если шатун ровный, то поверхность верхней головки будет равномерно блестящая. Если же шатун кривой, то поверхность будет блестеть не равномерно. В случае если шатун кривой — его так же следует заменить.

Менять шатун нужно в двух случаях:

  • Деформирован стержень
  • Появились зазоры в верхней или нижней части головки

Причины обрыва шатуна в двигателе:
  • Поддерживайте достаточный уровень масла
  • Меняйте фильтр, не допускайте его загрязнения
  • Меняйте масло каждые 7-12 тыс км

Перед началом восстановления шатунов двигателя внимательно 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.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: устройство автомобиля, двигатель

Шатун двигателя

Шатун двигателя

Шатун передает усилие от поршня на коленчатый вал и вместе с валом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Основными элементами шатуна (рис. 39, а) являются стержень, верхняя и нижняя головки.

Шатун изготовляют из углеродистой или специальной стали путем штамповки нагретых заготовок, после чего подвергают его механической и термической обработке (закалке и отпуску).

Стержень шатуна для увеличения прочности имеет двутавровое сечение. В случае принудительной смазки поршневого пальца в стержне шатуна высверливают канал.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Верхняя головка шатуна предназначена для установки поршневого пальца, соединяющего шатун с поршнем. При плавающем пальце головку изготовляют цельной и в нее запрессовывают одну или две бронзовые втулки. Для смазки трущейся поверхности в головке и втулках сделаны отверстия.

Нижняя головка шатуна служит для соединения его с шатунной шейкой коленчатого вала. Для возможности сборки с валом нижнюю головку шатуна делают разъемной. Крышку крепят к шатуну двумя шатунными болтами, изготовленными из специальной стали. Чтобы избежать ослабления крепления, гайки шатунных болтов стопорят при помощи шплинтов или стопорными шайбами.

Для уменьшения трения в соединении и износа шейки коленчатого вала в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, выполненный в виде двух тонкостенных стальных вкладышей, залитых особым, снижающим трение антифрикционным сплавом — баббитом. Внутренняя поверхность вкладышей очень точно подогнана по шейкам вала и плотно охватывает их по всей поверхности.

От проворачивания и сдвигания вкладыши фиксируются в головке шатуна отогнутыми усиками 8, входящими в соответствующие пазы головки.

В случае применения тонкостенных вкладышей, точно охватывающих шейки вала с необходимым зазором и имеющих незначительную усадку антифрикционного слоя при длительной работе вследствие очень малой его толщины, обеспечивается высокая долговечность подшипника и шейки вала без существенных износов. Кроме того, при наличии вкладышей упрощается ремонт шатунных подшипников.

При небольшом износе шатунной шейки вала вкладыши заменяют вкладышами несколько большего размера без перешлифовки шейки вала, что облегчает и ускоряет ремонт; при большом износе шейки вала шлифуют и ставят в шатуны вкладыши соответствующего ремонтного размера.

Основание вкладышей изготовляют из малоуглеродистой стальной ленты толщиной 1—2 мм, на которую наплавляют тонкий слой баббита толщиной 0,2-0,4 мм.

Наибольшее применение имеет баббит на свинцовой основе с добавлением примесей, повышающих его качества. Так, широко применяется баббит марки СОС-6-6, содержащий5,5—-6,5% сурьмы, 5,5—6,5% олова, остальное свинец.

Такие вкладыши получили название биметаллических.

В целях дальнейшего повышения долговечности подшипников за последние годы стали применять триметаллические тонкостенные вкладыши. В таких вкладышах между стальным основанием и наружным слоем баббита имеется металлокерамический подслой, полученный путем спекания со стальным основанием медно-никелевого порошка при высокой температуре. В качестве антифрикционного сплава также применяют баббит СОС-6-6, который при заливке такой ленты проникает в поры ме-таллокерамического подслоя и очень прочно соединяется с основанием вкладыша. Это позволяет применять еще более тонкий слой баббита (0,1 мм), не опасаясь его выкрашивания под действием повышенной нагрузки, что значительно повысило долговечность таких подшипников.

В двигателях с V-об-разным расположением цилиндров нижние головки шатунов двух цилиндров, расположенных в одной поперечной плоскости, соединяют с одной общей шатунной шейкой вала. Это ограничивает ширину вкладышей шатунного подшипника, вследствие чего нагрузка на него возрастает. Для получения необходимой долговечности шатунных подшипников в V-образных двигателях начинают применять антифрикционные сплавы, обладающие еще большей нагрузочной способностью. Так, в двигателях ГАЗ для этой цели применяют алюминиевый сплав, содержащий 20% олова и 1% меди. Этот сплав наносится на стальную ленту основания вкладыша путем раскатки.

В дизелях шатуны делают особенно прочными и жесткими, так как они передают значительно большие усилия, чем шатуны в карбюраторных двигателях. Ввиду увеличения размеров нижней головки шатуна для возможности его выемки через цилиндр, нижняя головка в некоторых дизелях (четырехтактные дизели ЯМЗ) имеет косой разъем с ребристой поверхностью соприкосновения крышки с шатуном, что разгружает шатунные болты от возникающего на крышке бокового усилия. Стальные вкладыши шатунных подшипников у дизелей заливают свинцовистой бронзой, выдерживающей без разрушения большие нагрузки, чем баббит. Применяют также стале-алюминиевые вкладыши, изготовленные из биметаллической ленты, у которой со стальным основанием прочно соединен антифрикционный слой из алюминиево-сурмянисто-медного сплава АСМ.

Для обеспечения хорошей уравновешенности двигателя шатуны, так же как и поршневую группу, для данного двигателя подбирают одинакового веса и с соответствующим распределением веса между нижней и верхней головками. Чтобы правильно собрать шатун с поршнем и установить его в двигателе в надлежащем положении, на шатуне делают соответствующие метки. На нижней головке шатуна и на крышке обычно выбивают порядковый номер шатуна.

Рис. 1. Конструкция шатунов

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом.

Основными частями шатуна являются верхняя головка, стержень и нижняя головка.

Шатун испытывает большие нагрузки, меняющиеся по величине и направлению. Он подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным и жестким, а также легким для уменьшения сил инерции.

Шатун штампуется из стали; стержень его имеет двутавровое сечение для увеличения прочности.

Шатун совершает сложное движение: верхняя головка вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, поворачиваясь на некоторый угол относительно, пальца или вместе с пальцем относительно бобышек поршня; нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала, а стержень шатуна совершает колебательное движение. В верхнюю головку шатуна запрессовывают одну или две бронзовые втулки шатуны дизелей ЯАЗ-М204 и ЯМЗ-236). Масло для смазки пальца подается через отверстие (шатуны двигателей М-21) или в кольцевое пространство между втулками. Подачу масла по каналу к поршневому пальцу дозирует втулка, запрессованная в нижнюю головку шатуна.

Длина верхней головки шатуна должна быть несколько меньше, чем расстояние между бобышками, чтобы верхняя головка не терлась о бобышки.

Нижняя головка шатуна шарнирно соединяет шатун с кривошипом коленчатого вала. В большинстве случаев ее делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. Иногда плоскость разъема располагают под углом к оси шатуна. Необходимость в разъеме ниягаей головки шатуна под углом возникает тогда, когда шатунные шейки коленчатого вала имеют большой диаметр. В этом случае нижняя головка шатуна получается значительных размеров, что затрудняет или делает невозможным монтаж и демонтаж поршня вместе с шатуном через цилиндр двигателя.

У V-образных двигателей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 шатуны установлены попарно на одной шатунной шейке коленчатого вала.

Крышка нижней головки присоединяется к шатуну двумя болтами с корончатыми (двигатели М-21 и ЗИЛ-130) или обыкновенными гайками, которые шплинтуют. Самоотвертыванию гайки препятствует специальная штампованная контргайка (двигатель ГАЗ-53А).

Нижнюю головку шатуна и крышку растачивают вместе для получения отверстия правильной цилиндрической формы; в полученное отверстие устанавливают подшипник скольжения. Поэтому крышку нельзя перевертывать или переставлять на другие шатуны. На шатунах и крышках с одной стороны ставят соответственно номера и метки (двигатель ГАЗ-53А).

Обычно нижнюю головку шатуна делают симметричной по отношению к оси стержня; при этом износ шатунных шеек коленчатого вала получается более равномерным. На двигателях ГАЗ-53А и ГАЗ-13 нижняя головка шатуна несимметрична относительно оси стержня, вследствие чего шатунные шейки коленчатого вала изнашиваются несколько неравномерно по длине. Применение на двигателе несимметричных шатунов позволяет уменьшить длину коленчатого вала, так как при этом сокращается расстояние между цилиндрами и, следовательно, уменьшается общая длина двигателя.

В нижней головке шатуна всех двигателей ГАЗ и двигателя ЗИЛ-130 имеется отверстие диаметром 1,5 мм для прохода масла.

На большинстве автомобильных двигателей в нижние головки шатунов устанавливаются подшипники скольжения, состоящие из двух накладышей — верхнего и нижнего. Взаимозаменяемые тонкостенные вкладыши изготовляют из стальной ленты, залитой антифрикционным сплавом (свинцовистой бронзой или баббитом СОС-6-6). Антифрикционные сплавы уменьшают потери на трение и износ шатунных шеек коленчатого вала.

Если шатунные подшипники работают при высокой температуре и испытывают большие нагрузки, то в качестве антифрикционного сплава применяют свинцовистую бронзу (дизели ЯАЗ-М204, ЯМЗ-236 и др.). Свинцовистая бронза хуже прирабатывается к шейкам вала; кроме того, она окисляется при применении обычных масел без присадок.

Рис. 1. Шатун двигателя ГАЗ-бЗА:
1 — нижний вкладыш; 2 — верхний вкладыш; 3 — отверстие для масла; 4 — усик

Рис. 2. Шатунные вкладыши:
1 — гайка; 2 — болт; 3 — отверстие для масла; 4 — стержень шатуна; о — бронзовая втулка; 6 — отверстие для подачи масла к поршневому пальцу; 7 — верхняя головка шатуна; 8 — номер шатуна. 9 — нижняя головка шатуна; 10 — крышка нижней головки шатуна; 11 — контр-гайка; 12 — метка

Шатунные подшипники у большинства современных карбюраторных двигателей заливают баббитом СОС-6-6, содержащим 6% сурьмы, 6% олова и остальное свинец.

В последнее время стали применяться трехслойные вкладыши (например, на двигателях ГАЗ-53А и ЗИЛ-130), представляющие собой стальную ленту, на которую нанесен медно-никелевый подслой, а затем баббит СОС-6-6.

Во время эксплуатации двигателя вкладыши изнашиваются, их заменяют новыми следующего ремонтного размера.

Шатунный вкладыш имеет отверстие. При совпадении этого отверстия с отверстиями в шатунной шейке вала и в нижней головке шатуна на кулачки распределительного вала и зеркало цилиндра подается пульсирующий поток масла.

От осевого смещения и проворачивания шатунные подшипники удерживаются в своих гнездах усиками, которые входят в специальные пазы, расположенные на одной стороне шатуна.

Шатун и все,что нужно о нем знать.

Nevada 1976Шатун и все,что нужно о нем знать. 0 Comment

Содержание статьи

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.

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 и установка шатунно-поршневой группы

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.

Установка

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.

Шатун и его назначение в двигателе

Search — Remove Shortcode

Поиск материалов

plg_search_jcomments

Войти

Регистрация

  1. Главная
  2. Техничка
  3. Шатун и его назначение в двигателе

Воскресенье, 28 мая 2017

  • Шатун является важным элементом и звеном между коленчатым валом и поршнем, и именно от него зависит преобразование поступательного движения поршня во вращательное движения вала.

    Постоянные нагрузки, начиная от растяжения и заканчивая сжатием, оказывают не самое лучшее воздействие на шатун, потому к данному элементу выдвигаются самые жесткие требования. Так, шатун должен быть максимально прочным и в меру жестким, но, в то же время, вполне легким. Чаще всего он изготавливается одним из двух методов – горячей штамповкой или литьем из стали. Шатуны на спортивных моделях авто также нередко выбираются из сплава титана.

    В зависимости от компоновочной схемы и типа силовой установки, конструкция шатуна может быть различной. Высота силовой установки определятся длиной шатуна. Сам шатун условно можно подразделить на несколько важных составляющих: кривошипную голову, поршневую головку и стержень.

    Стержень обладает двутавровым сечением, но так бывает не всегда. В частности, встречаются шатуны с крестообразным, прямоугольным, Н-образным и круглым сечением. К подшипнику поршневой головки масло подается через канал, расположенный в стержне шатуна.

    По своему виду поршневая головка напоминает цельную проушину, в которую с натягом внедрена втулка – подшипник скольжения, который обеспечивает скольжение поршневому пальцу. Втулка бывает различных видов, но чаще всего встречаются два вида – бронзовые втулки и биметаллические, в которых комбинируется несколько сплавов (к примеру, сталь и олово, или сталь и свинец). Устройство головки поршня напрямую зависит от того, каков он по своим размерам и какой способ крепления использован. В некоторых силовых установках применяются специальные шатуны, имеющие трапециевидную форму головки поршня. Это обеспечивает не только уменьшение общей массы шатуна, но и снижение нагрузки на поршневой палец.

    Соединение коленчатого вала и шатуна обеспечивается кривошипной головкой. Она чаще всего создается разъемной на большей части двигателей, и это напрямую обусловлено особенностями технологии сборки ДВС. Крышка (низ головки) посредством болтов соединяется с шатуном. Бандажное и штифтовое соединение частей головки также встречается, но значительно реже. Разъем бывает двух видов – косой и прямой. Первый исполнен под углом оси стержня, а второй ей перпендикулярен. В V-образных моторах преимущественно используется косой разъем, а блок силовой установки становится за счет этого значительно компактнее.

    Стыковые поверхности кривошипной головки создаются профилированными, что позволяет эффективно препятствовать воздействию поперечных сил. Выделяют несколько типов соединений, среди которых самыми популярными являются замковое и зубчатое. Но наибольшее распространение получило соединение частей способом сплит-разъема (так называют метод контролируемого раскалывания). Благодаря разлому становится возможным высочайшая степень точности стыковки различных частей.

    Длина блока цилиндров определяется толщиной кривошипной головки. В особенности данное утверждение справедливо по отношению к W- и V-образным силовым установкам. Чтобы лучше понять это, достаточно отметить, что нижняя головка шатуна мотора W12, которым оснащаются популярные модели Audi, по своей толщине равна 13 мм..

    Размещенный в кривошипной головке шатунный подшипник состоит из 2-х вкладышей. Данные вкладыши могут состоять из различного количества слоев, начиная от двух, и заканчивая пятью. Наиболее популярными принято считать двух и трехслойные вкладыши. Состоящий из двух слоев вкладыш в своей основе имеет прочную сталь, а на эту сталь нанесено антифрикционное специальное покрытие. Те же самые компоненты составляют и трехслойный вкладыш, но, помимо них, в него еще включается изоляционная прокладка.

    Как отбалансировать шатун своими руками (видео):

    Доработка шатунов двигателя ВАЗ (видео):

    Как определить менять шатун или нет (видео):

Автор

Super User

Комментируют

Топ блоги

Замена старого в/у на новое 2016

Автоконцерн Volkswagen планирует производить аккумуляторы для электромобилей

Обзор Dongfeng А9

Виды и типы подвесок

Почему в дизеле из выхлопной трубы может валить черный дым?

Что такое шатун? Детали, функции и типы

Шатун — это часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Шатун вместе с кривошипом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня. В наиболее распространенной форме в двигателе внутреннего сгорания он позволяет поворачиваться на конце поршня и вращаться на конце вала.

Предшественником шатуна является механическое соединение, используемое водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. Шатуны чаще всего используются в двигателях внутреннего сгорания или паровых двигателях.

Детали шатуна

Ниже приведены детали шатуна:

  • Малая головка: Конец, которым шатун крепится к поверхности поршневого пальца, называется шатун.
  • Шатун: Конец, которым шатун прикрепляется к шатунной шейке, называется большим концом шатуна.
  • Подшипник втулки: Оба конца шатуна закреплены подшипником втулки. К маленькому концу шатуна прикреплена втулка из фосфористой бронзы со сплошной проушиной. Большой конец прикреплен к шатунной шейке. Конец разделен на две части и опирается на вкладыш коренного подшипника.
  • Вкладыш подшипника: В большом конце шатуна есть вкладыш подшипника, который соединен с крышкой подшипника, он известен как вкладыш подшипника. Они состоят из двух частей, которые соединяются вместе на коленчатом валу. Это положение, при котором шатун перемещается в обратном направлении.
  • Болт и гайка: После установки кривошипа в нижней части шатуна обе стороны больших головок крепятся несколькими болтами и гайками. Таким образом, объединив все эти компоненты, шатун готов к использованию.
  • Хвостовик: Кроме того, каждый болт и гайка используются для соединения шатуна и крышки подшипника. И применяется секционная балка, известная как хвостовик. Сечение стержня может быть прямоугольным, трубчатым и круглым.
  • Наручный палец: Поршень двигателя соединен с шатуном с помощью полой трубы из закаленной стали, называемой наручным пальцем. Он также известен как поршневой штифт. Пальцевый палец проходит через короткий конец шатуна и поворачивается на зацепленном поршне.
  • Поршень: Поршень соединяется с коленчатым валом с помощью шатуна, который обычно укорачивается до шатуна или шатуна. Назначение поршня — работать как подвижная пробка в цилиндре, образующая дно камеры сгорания.
  • Крышка подшипника: Вкладные подшипники имеют регулировку износа, но она контролирует ход, а боковой зазор позволяет правильно затянуть крышку подшипника.

Конструкция и назначение шатуна

Шатун преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун создает связь между поршнем и коленчатым валом и, таким образом, передает мощность. Он преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун установлен на шатунной шейке коленчатого вала с подшипником скольжения. Крышка шатунного подшипника прикручена болтами к большой головке. В большинстве случаев шатун является полым или имеет внутренний литой масляный канал для подачи смазки на поршневой палец.

Материалы

Для получения минимального веса и высокой прочности шатуны изготавливаются из следующих материалов: двигатели)

Серийно выпускаемые шатуны кованые, литые или спеченные. Кованые шатуны имеют лучшее отношение прочности к весу и более низкую стоимость, чем спеченные шатуны. Однако производство штампов сравнительно дорого.

Типы шатунов

Ниже приведены типы шатунов, используемых в различных типах двигателей:

  • Плоский шатун
  • Вилка и шатун
  • Ведущий и ведомый шатуны
  • 2 Шатуны-заготовки шатуны
  • Кованые шатуны
  • Шатуны с приводом

1. Шатуны плоские

Шатуны плоских шатунов используются в рядных и оппозитных двигателях. Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке и снабжен крышкой подшипника.

Крышка подшипника крепится болтом или шпилькой на конце шатуна. Шатун следует заменять в том же цилиндре и в том же относительном положении, чтобы обеспечить правильную посадку и балансировку.

2. Шатуны вилки и ножа

Эти типы шатунов используются в мотоциклетных двигателях V-twin и авиационных двигателях V12. В каждой паре цилиндров двигателя «вилочный» шток разделен на две части на большом конце, а «лопаточный» шток сужается от противоположного цилиндра, чтобы соответствовать этому зазору в вилке.

Эта система устраняет качающуюся пару, возникающую при балансировке пар цилиндров вместе с коленчатым валом.

В конструкции с шатунными подшипниками шток вилки имеет одну широкую опорную втулку, которая проходит по всей ширине штока, включая центральный зазор.

В этом случае стержень лопасти проходит непосредственно снаружи этой втулки, а не на шатунной шейке. Это заставляет два стержня двигаться вперед и назад, что снижает усилие на подшипник и поверхностную скорость. Но скорость подшипника также является возвратно-поступательной, а не непрерывно вращающейся, что является серьезной проблемой для смазки.

3. Ведущие и ведомые шатуны

В радиальных двигателях обычно используются ведущие и ведомые шатуны. В этой системе один поршень состоит из главного штока, непосредственно прикрепленного к коленчатому валу. Другие поршни соединяют свои шатуны с кольцами, окружающими край главного штока.

Недостатком штоков ведущий-ведомый является то, что ход ведомого поршня немного больше, чем у ведущего поршня, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе.

4. Стержни заготовки

Шатуны заготовки изготавливаются из стали или алюминия. По сравнению с другими типами шатунов они легче, прочнее и долговечнее.

Обычно используется в высокоскоростных транспортных средствах. Иногда он предназначен для уменьшения концентраторов напряжения и облегчения естественного зерна материала заготовки.

5. Литые шатуны

Эти типы шатунов предпочтительны и разработаны производителями, поскольку они могут выдерживать нагрузку стандартного двигателя.

Литые стержни требуют низких затрат на производство и не могут использоваться в приложениях с высокой мощностью. Литые стержни имеют заметный шов посередине, который отличает их от кованых.

6. Кованые шатуны

Некоторые шатуны изготавливаются методом ковки. Эти типы шатунов изготавливаются путем придавливания зерна материала к форме конца. В зависимости от требуемых свойств материал может быть стальным сплавом или алюминиевым.

Обычно используемые стальные сплавы представляют собой сплавы хрома и никеля. Конечный продукт не должен быть хрупким. Следовательно, никелевые или хромовые сплавы повышают прочность шатуна.

7. Металлические шатуны с электроприводом

Шатуны также изготавливаются из силового металла, поскольку это подходящий выбор для производителей. Его готовят из смеси металлических порошков, которую прессуют в форму и нагревают до высокой температуры. Эта смесь превращается в твердую форму.

Может потребоваться легкая механическая обработка, но продукт в основном выходит из готовой формы. Шатуны из порошкового металла дешевле стали и прочнее литых.

Выход из строя шатуна

При каждом вращении коленчатого вала на шатун часто воздействуют большие повторяющиеся силы: силы сдвига из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, силы сжатия при движении поршня вниз, и растягивающие силы при движении поршня вверх. Эти силы пропорциональны квадрату скорости вращения двигателя (об/мин).

Выход из строя шатуна, часто называемый «выбрасыванием шатуна», является одной из наиболее распространенных причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, когда сломанный шатун часто пробивает стенку картера, что делает двигатель неремонтопригодным.

Распространенными причинами выхода из строя шатуна являются разрушение при растяжении при высоких оборотах двигателя, сила удара, когда поршень ударяет по клапану (из-за проблемы с клапанным механизмом), выход из строя шатунного подшипника, обычно из-за проблем со смазкой, или неправильная установка шатуна .

Категории Автомобильная Теги Автозапчасти, Автомобильные запчасти

Шатун | Secotools.com

Шатун | Secotools.com

Являясь важным связующим звеном между коленчатым валом и поршнем двигателя, шатуны кованы и разделены на две части либо распиливанием, либо раскалыванием. Для обработки требуются чрезвычайно прочные и стабильные прецизионные инструменты и станки.

 

ВАШИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ

  • Сверление большого количества отверстий с малым временем цикла, высоким качеством и надежностью.
  • Изготовление точечных поверхностей с максимальной производительностью и надежностью.
  • Производительное и надежное изготовление обеих фасок при черновой обработке отверстия кривошипа.
  • Создание эффективного и надежного процесса чистовой обработки отверстия кривошипа.
  • Производительное и надежное изготовление обеих фасок (V-образной формы) на отверстии поршня.
  • Сверление отверстия под поршень с минимальными затратами времени и средств.
  • Надежная чистовая обработка латунной втулки отверстия поршня с высоким качеством и производительностью.

 

1 — Сверление большого количества отверстий

Ваша задача:   Сверление большого количества отверстий, высокое качество и надежность при малом цикле.
Наше решение:   Обеспечивая высокую производительность при работе с наклонными выходами или пересекающимися отверстиями, сверло Seco Feedmax SD245 для снятия фасок использует легкую геометрию и специальную подготовку кромок для повышения безопасности процесса и срока службы инструмента. Инструмент также имеет покрытие с низким коэффициентом трения и использует четыре кромки для повышения стабильности. Ваши преимущества включают сохранение производительности при бурении сложных скважин с высокими допусками.
Product:   Seco Feedmax TM  SD245 Chamfer Drill

 

2 — Producing spot faces

Your Challenge:   Producing spot faces with максимальная производительность и надежность.
Наше решение:   В специальном инструменте R417.19 используется квадратная позитивная пластина и регулируемый картридж с пластиной для снятия фаски, что позволяет совмещать операции торцевания и снятия фаски. Сбалансированная фреза обеспечивает плавное резание и обеспечивает постоянное значение фаски на многошпиндельном станке. Ваши преимущества включают снижение затрат за счет оптимизации процессов.
Product:   R417.19 Spot Face and Chamfering Cutter
 

3 — Roughing the crank bore

Your Challenge:   Производительное и надежное изготовление обеих фасок при черновой обработке отверстия кривошипа.
Наше решение:   Этот специальный инструмент обеспечивает как черновую обработку отверстия кривошипа, так и снятие фаски с помощью круговой интерполяции с возможностью регулировки размера фаски путем установки пластины с помощью винта точной настройки. Сквозные отверстия для СОЖ увеличивают стойкость инструмента и эвакуацию стружки, а также использование ISO/ANSI Duratomic 9Пластины 0242 ® обеспечивают максимальную производительность съема металла. Ваши преимущества включают повышение эффективности процессов и снижение затрат.
Product:   Chamfering and Boring Bar

4 — Finishing the crank bore

Your Challenge:   Establishing an efficient and secure process for finishing the отверстие кривошипа.
Наше решение:   Поддерживая высокую точность производства при минимальном времени цикла, Xfix использует до девяти зубьев для обеспечения высоких скоростей подачи, сохраняя допуски на уровне IT6. Прочные и стабильные вставные картриджи обеспечивают безопасность процесса, а предварительно нагруженные направляющие прокладки предотвращают вибрацию и повышают стабильность. Ваши преимущества включают достижение необходимых допусков без ущерба для производительности вашей производственной линии.
Товар:   XFIX TM Multi -Tooth REAMER

5 — Производство обеих патчей на поршне

. отверстие поршня.
Наше решение:   Специально разработанная для обработки V-образной формы шатуна со стороны поршня, эта фреза сочетает в себе точечную обработку и снятие фаски для повышения производительности. Использование картриджей со вставками защищает корпус фрезы и позволяет легко регулировать величину фаски путем установки вставки для снятия фаски. К вашим преимуществам относится экономичное решение, оптимизирующее ваш производственный процесс.
Product:   Plunging and Chamfering Cutter
 

6 — Drilling the piston bore

Your Challenge:   Сверление отверстия под поршень с минимальными затратами и временем.
Наше решение:   Это специальное сверло Perfomax, разработанное специально для того, чтобы избежать отклонения при начале сверления большой выемки штампа, оснащено двумя пластинами по внешнему диаметру для стабилизации инструмента до тех пор, пока центральная пластина не войдет в материал. Уникальная форма канавки оптимизирует удаление стружки, а использование пластин для сверления Perfomax делает процесс очень экономичным. Ваши преимущества включают снижение затрат при сохранении высокой стабильности процесса.
Product:   Perfomax TM  Chamfer Drill

7 — Reliably finish cutting the piston bore brass bush

Your Challenge:  

Reliably finish резка латунной втулки отверстия поршня с высоким качеством и производительностью.

Наше решение:   Чтобы обеспечить высокую скорость резания при сохранении точности, развёртка Bifix PCD использует лезвие для развертывания PCD и несколько направляющих пластин для обеспечения стабильности. Лезвие с наконечником из поликристаллического алмаза обеспечивает долгий срок службы инструмента и отличное качество поверхности. К вашим преимуществам относится высокопроизводительная прецизионная обработка при более низких производственных затратах.
Product:   Bifix TM PCD Reamer

HOME

Related content

Case Studies: Connecting Rod

Piston

Turbocharger

Cylinder Block

Crankshaft

Крышка подшипника

Головка блока цилиндров

Шатуны

Performance — журнал изготовителей двигателей

Шатуны являются важным связующим звеном между поршнями и коленчатым валом. Они связывают возвратно-поступательное движение поршней с вращательным движением кривошипа. Вес шатунов важен, потому что он влияет на возвратно-поступательные силы внутри двигателя. Чем легче, тем лучше, потому что меньший вес означает более быструю реакцию дроссельной заслонки и ускорение. Но еще важнее сила. Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать всю мощность двигателя, и быть достаточно прочными, чтобы выдерживать силы натяжения, которые пытаются разорвать шатун, когда поршень достигает верхней мертвой точки на такте выпуска. Если шатун сломается, чаще всего он выходит из строя в ВМТ на такте выпуска, чем в любой другой точке своего хода. Следовательно, вес поршня и максимальные обороты двигателя являются более важными факторами, которые следует учитывать, чем мощность двигателя при выборе набора шатунов.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше


По сути, вам нужен набор максимально легких шатунов, способных выдерживать все силы, которые может создать двигатель (об/мин и мощность).

Если вы строите двигатель для спринтерского автомобиля, который постоянно включает и выключает газ, сверхлегкий коленчатый вал с максимально легкими шатунами и поршнями обеспечит такие характеристики, которые лучше всего подходят для этого приложения. Но если вы строите большой рабочий объем, относительно низкие обороты, фрикционный двигатель с высокой нагрузкой, тяговый двигатель для грузовика или морской двигатель, вам нужна надежность более тяжелого кривошипа и максимально прочных шатунов.

Лучший совет при выборе конкретного набора стержней — поговорить с поставщиками запчастей и спросить их, что бы они порекомендовали. Каждый поставщик стержней, с которым мы беседовали для этой статьи, сказал, что выбор стержней зависит от ряда факторов. Прежде всего, это приложение. Другими словами, какой двигатель вы строите и как он будет использоваться? Шатуны, которые лучше всего работают в полнофункциональном фрикционном двигателе, вероятно, не будут лучшим выбором для уличного двигателя. Также шатуны, разработанные для спринтерских автомобилей с кольцевой трассой, не будут лучшим выбором для двигателя NASCAR или морского двигателя на выносливость.

Если вы выбираете набор удилищ строго по каталогу или описанию на веб-сайте, или вы выбираете набор исключительно по длине, весу или цене, возможно, вы делаете не лучший выбор. Вот почему несколько минут разговора по телефону с поставщиком удилищ могут быть очень ценными. Они могут порекомендовать определенный тип удилища, который вы не рассматривали, или у них могут быть какие-то новые предложения, которые еще не были добавлены в их каталог или на веб-сайт. Каталоги очень быстро устаревают, и многие веб-сайты не обновляются так часто, как должны были бы.

КОНСТРУКЦИЯ ШТОКА

Инженеры, проектирующие шатуны, знают, как анализировать силы, действующие на стержни. Несколько лет назад процесс проектирования включал множество проб и ошибок. Инженер проектировал конфигурацию стержня, тестировал его, пока он не сломался, а затем пытался усилить участки стержня, которые, по его мнению, были слабыми. Сегодня большая часть разработки выполняется с помощью компьютеров и сложного программного обеспечения. В настоящее время инженеры используют метод конечных элементов (МКЭ) для анализа сил сжатия и растяжения на стержне. Программное обеспечение создает 3D-изображения с цветовой кодировкой, которая указывает области наибольшего и наименьшего напряжения. Это позволяет инженеру визуализировать то, что на самом деле происходит со стержнем при различных нагрузках и скоростях. Затем он может настроить дизайн на экране своего компьютера, чтобы добавить металл там, где требуется дополнительная прочность, и удалить металл из слабонагруженных областей, где он не нужен. Повторяя процесс FEA снова и снова с каждым изменением конструкции, он может оптимизировать удилище, чтобы обеспечить наилучшее сочетание веса, прочности и надежности — во всяком случае, в теории. Для проверки дизайна по-прежнему требуется тестирование в реальных условиях. Но с современным программным обеспечением для проектирования и анализа большая часть работы выполняется до изготовления прототипа детали.

Один из поставщиков стержней заявил, что использование FEA на их нынешних стержнях позволило им увеличить прочность на 12–15 процентов при увеличении общего веса стержня менее чем на 2 процента.

Компьютерная числовая обработка (ЧПУ) также позволяет производителям обрабатывать заготовки и поковки способами, которые ранее были слишком сложными, отнимающими слишком много времени или слишком дорогими. Это позволяет производителям предлагать более широкий выбор стержней с точки зрения длины стержня и конструкции луча. Это также позволяет им очень быстро производить удилища на заказ. На самом деле, некоторые поставщики удилищ говорят, что большинство удилищ, которые они продают сегодня, являются удочками, изготовленными по индивидуальному заказу, а не удилищами стандартных размеров со склада.

Стержни бывают двух основных типов: двутавровые и двутавровые. Некоторые поставщики стержней производят только двутавровые балки, другие только двутавровые, а некоторые предлагают оба типа. Стержни двутавровой балки являются наиболее распространенными и используются для большинства стандартных шатунов, а также для рабочих стержней. Стержни двутавровой балки имеют большую плоскую поверхность, расположенную перпендикулярно (90 градусов) к боковым балкам. Боковые балки штока параллельны отверстиям на концах для поршневого пальца и шатунной шейки и обеспечивают хорошее сочетание малого веса и прочности на растяжение и сжатие. Стержни двутавровой балки могут хорошо выдерживать силы растяжения при высоких оборотах, но стержень может погнуться и выйти из строя, если силы сжатия слишком велики. Таким образом, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, двутавровую балку можно сделать толще, шире и/или обработать особым образом для повышения прочности.

Поставщики стержней производят несколько вариантов базовой конструкции двутавровой балки. Центральная часть может быть обработана для создания зубчатого эффекта между балками, оставляя закругленную область рядом с обеими балками, что увеличивает прочность и жесткость, как галтели на шейке коленчатого вала. Стержни такого типа могут продаваться как имеющие конструкцию «овальной балки», «радиальной балки» или «параболической балки».

Тяги с двутавровой балкой, для сравнения, обычно предназначены для двигателей, создающих большой крутящий момент на низких оборотах. Этот тип шатуна имеет две большие плоские боковые балки, которые перпендикулярны отверстиям поршневого пальца и шейки коленчатого вала. Центральная область, которая соединяет две стороны буквы «H», обеспечивает боковую (боковую) жесткость. Этот тип конструкции может обеспечить более высокую прочность на сжатие при меньшем весе, чем сопоставимая двутавровая балка, по словам поставщиков, которые производят стержни двутавровой балки. Вот почему шатуны с двутавровой балкой часто рекомендуются для двигателей с высоким крутящим моментом, которые развивают большую мощность при низких оборотах (менее 6000 об/мин). Конечно, стержень двутавровой балки также может быть усилен, чтобы выдерживать практически любую нагрузку, но обычно это требует увеличения толщины и веса стержня и/или использования более прочного сплава.


ШАТУНЫ В НАЛИЧИИ

Более 60 процентов шатунов последних моделей представляют собой двутавровые стержни из порошкового металла. Стержни из порошкового металла (ПМ) изготавливаются путем прессования порошковой стали в форме и последующего нагрева формы до температуры, при которой порошок плавится и плавится в твердую деталь. Этот метод производства позволяет отливать детали с очень жесткими допусками. Это уменьшает объем механической обработки, необходимой для отделки стержня, что снижает его стоимость. Литье порошкового металла также позволяет комбинировать ингредиенты стального сплава таким образом, который невозможен при использовании обычных методов литья металла, а готовые детали имеют меньшее внутреннее напряжение в результате процесса плавления. Стержни PM также могут быть на 20 процентов легче, чем аналогичные стержни из кованой стали. Только один поставщик удилищ на вторичном рынке (Howwards Cams) в настоящее время предлагает удилища из порошкового металла.

Специальные сплавы, которые используются для изготовления стержней из порошкового металла, позволяют «раскалывать» (отделять) крышки стержней от стержня, а не резать их. На детали наносятся насечки вдоль линии разъема стержня, а затем крышка срезается на большом прессе. Процесс растрескивания оставляет слегка неровную поверхность вдоль линии разделения между колпачком и стержнем, которая похожа на головоломку и собирается вместе только в одном направлении. Результатом является лучшее выравнивание колпачка и более прочный стержень, когда колпачок крепится к стержню болтами.

Одним из недостатков стержней из порошкового металла является то, что колпачки нельзя переточить, чтобы компенсировать искривление или растяжение канала ствола. Следовательно, если отверстие штока имеет некруглую форму или изношено, шток обычно необходимо заменить, если только не доступен сменный подшипник с увеличенным наружным диаметром.

Стандартные шатуны обычно рассчитаны на скорость от 5500 до 6500 об/мин и мощность от 300 до 350 лошадиных сил в двигателе V8. В четырех- или шестицилиндровом двигателе с верхним расположением распредвала шатуны могут быть рассчитаны на скорость до 7000 об/мин, но, вероятно, только на мощность от 200 до 250 лошадиных сил. Как правило, большинство стандартных шатунов могут выдерживать на 25-40 процентов больше лошадиных сил, чем немодифицированный двигатель изначально был разработан. Таким образом, для типичного бюджетного уличного двигателя или субботнего вечернего гонщика по бездорожью стандартные шатуны могут работать очень хорошо.

Несмотря на это, для обеспечения надежности стержни всегда должны быть покрыты магнитным флюсом для проверки на наличие трещин. Любые заусенцы, заусенцы, зазубрины или другие дефекты по бокам стержней также должны быть зашлифованы (шлифованы вдоль, а не сбоку), чтобы устранить концентраторы напряжения, которые впоследствии могут привести к трещинам и выходу стержня из строя. Дробеструйная обработка также рекомендуется для повышения сопротивления усталости. Когда дробь попадает в поверхность, она слегка сжимает металл и фактически снимает напряжения, которые могут привести к растрескиванию и разрушению стержня.

Если двигатель разрабатывается для значительно более высоких оборотов, чем стандартный двигатель, или для выработки значительно большей мощности (более чем на 40-50 процентов), шатуны, вероятно, придется модернизировать, чтобы обеспечить достаточную надежность. Для высокооборотистого двигателя хорошим выбором будет какой-нибудь более прочный стержень двутавровой балки вторичного рынка. Для двигателя с низким крутящим моментом хорошо подойдут двутавровые или более тяжелые двутавровые балки.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ШТОКОВ И ПРИМЕНЕНИЕ

Большинство удилищ с высокими эксплуатационными характеристиками изготавливаются из заготовки 4340 или кованой стали. Это хромомолибденовый сплав с высокой прочностью на растяжение и сжатие. Тем не менее, следует предупредить, что все сплавы стали «4340» не обязательно одинаковы. Термическая обработка может различаться, и это повлияет на свойства стали. Некоторые производители удилищ также модифицируют сплав, добавляя собственные запатентованные ингредиенты для повышения прочности и сопротивления усталости. Несколько поставщиков стержней заявили, что сталь 4340, которую используют некоторые производители морских стержней, не соответствует стандартам качества Американского общества металлов и не так хороша, как они утверждают.

Также ведутся споры об относительных достоинствах поковок «Сделано в США» по ​​сравнению с иностранными поковками, изготовленными в США, или стержнями, изготовленными и обработанными за границей. Затраты на рабочую силу в Китае и других странах третьего мира намного дешевле, поэтому поставщики, которые закупают поковки и стержни у зарубежных производителей, имеют преимущества в цене. Помимо национальных и международных проблем платежного баланса, шатун, который соответствует металлургическим стандартам качества, подвергается надлежащей термообработке и точно обрабатывается в соответствии со спецификациями, является одним и тем же независимо от того, откуда он поступает или кто его изготовил. Двигатель не заметит разницы. Таким образом, пока поставщик удилищ поддерживает свой продукт своим брендом и репутацией, дебаты «иностранные против отечественных» удилищ не должны иметь значения.

Ошибка, которую вы не должны совершить, состоит в том, чтобы использовать недорогие «экономичные» шатуны в двигателе, который действительно нуждается в наборе высококачественных шатунов. Все большее число поставщиков шатунов в настоящее время предлагают удилища с более низкими характеристиками в качестве экономичной модернизации по сравнению со стандартными шатунами для уличных двигателей и других форм начального уровня или гонок. Большинство этих шатунов производятся за границей (в основном в Китае) и обычно продаются менее чем за 600 долларов за комплект для небольшого блока Chevy V8. Компании, которые продают эти шатуны, говорят, что их продукция идеально подходит для гонщиков, которые в противном случае не смогли бы позволить себе лучшие шатуны для своего двигателя. Следовательно, эти недорогие шатуны позволяют производителям двигателей предлагать своим клиентам больше возможностей и более доступные альтернативы для модернизации двигателя. Тем не менее, для больших гонщиков или действительно требовательных приложений такие удилища не будут правильным выбором. Вы хотели бы использовать набор первоклассных удилищ, способных выдерживать самые высокие нагрузки.


За последние пару лет цены на высококачественную сталь, а также на многие другие металлы, такие как медь и титан, резко подскочили по целому ряду причин (взрыв экономики Китая — одна из них, продолжающаяся война в Ираке — другая). , и изменения в самой сталелитейной промышленности, являющиеся третьей причиной). Некоторым поставщикам стержней теперь приходится добавлять «надбавку» на сталь к своим текущим ценам, чтобы компенсировать их более высокую стоимость материалов (что не имеет значения, где они покупают сталь, потому что более высокие цены действуют во всем мире и затрагивают всех). Стремительный рост стоимости титана почти вытеснил этот металл с вторичного рынка. Некоторые поставщики стержней прекратили производство стержней из титана. Те, кто до сих пор предлагает титановые удилища, говорят, что сегодня их покупают только высококлассные профессиональные гоночные команды с глубокими карманами. Один поставщик удилищ сказал, что титан стал «обтаниумом» для среднего гонщика.

Шатуны, изготовленные из легких титановых стержней, могут значительно уменьшить возвратно-поступательную массу двигателя для более быстрого отклика дроссельной заслонки и более высоких оборотов, но при цене до 1000 долларов или более за стержень, кто действительно может себе их позволить?

Другим легким материалом, который уже давно используется для производства шатунов, является алюминий. Многие дрэг-рейсеры используют алюминиевые стержни, потому что они дешевле титановых и обеспечивают хорошее сочетание легкости и прочности. Большинство алюминиевых стержней довольно прочные и обычно намного толще, чем сопоставимые стальные стержни двутавровой балки. Дополнительная толщина может потребовать дополнительного зазора в картере, а также увеличивает аэродинамическое сопротивление и аэродинамическое сопротивление, преодоление которых при очень высоких оборотах может стоить нескольких дополнительных лошадиных сил. Для стержней также требуется установочный штифт, чтобы подшипники не вращались, потому что отверстия растягиваются больше, чем стальной стержень. Также сам стержень может растягиваться и увеличиваться в длину при высоких оборотах. Это означает, что в двигатель должен быть встроен дополнительный зазор, чтобы поршни не ударялись о головки.

Хотя алюминиевые тяги популярны в дрэг-рейсинге и других видах гонок с высокими оборотами, большинство поставщиков шатунов, с которыми мы говорили, не рекомендуют алюминиевые тяги для дорожных двигателей. Почему? Потому что стальные стержни будут держаться намного лучше в долгосрочной перспективе, чем алюминиевые стержни. Алюминиевые стержни отлично подходят для тормозного двигателя, который сломается после 200 запусков и освежится или перестроится с помощью набора новых или отремонтированных стержней. Но для уличного применения или двигателей, которые должны работать на устойчиво высоких скоростях и нагрузках в течение длительного периода времени, стальные стержни обычно лучше.

Интересно отметить, что алюминиевые стержни доступны только у нескольких поставщиков (одним из них является GRP), и по крайней мере один поставщик, который раньше предлагал алюминиевые стержни (Manley), прекратил их выпуск.

Другим материалом, который используется для многих высокопроизводительных удилищ, является 300M, который представляет собой модифицированную сталь 4340 с добавлением кремния и ванадия, а также повышенное количество углерода и молибдена. Сплав 300M на 20 процентов прочнее обычных сплавов 4340 и изначально был разработан для шасси самолетов. Теперь он используется для шатунов высокого класса.

Прочность и сопротивление усталости большинства металлов также могут быть улучшены путем «криогенной» обработки после термической обработки стержней. Термическая обработка вызывает изменения в зернистой структуре стали, что увеличивает прочность и твердость, но она также может оставить остаточные напряжения, которые впоследствии могут привести к усталостному разрушению. При замораживании деталей до минус 300 градусов мороза в специальном оборудовании, использующем жидкий азот, снимаются остаточные напряжения. Сверхнизкие температуры также вызывают дополнительные изменения в металле, которые помогают деталям служить дольше и меньше нагреваться. Вот почему криогенная заморозка используется для всего: от деталей двигателей до инструментальной стали, аэрокосмической техники и даже стволов орудий.

Криогенный процесс является медленным, занимает от 36 до 72 часов в зависимости от замораживаемых частей, и его необходимо тщательно контролировать для достижения желаемых результатов. У большинства поставщиков стержней есть свои криогенные поставщики, которые обрабатывают для них стержни. Но вы также можете заморозить обычные необработанные удилища (даже стандартные), чтобы добиться тех же результатов.

ПО НОМЕРАМ

Другими факторами, влияющими на выбор стержней, являются длина стержня и соотношение стержней. Длина шатуна зависит от хода коленчатого вала и высоты деки блока. Если вы переходите на коленчатый вал с более длинным ходом, вам, очевидно, понадобятся шатуны с меньшей общей длиной. Тем не менее, замена поршней на поршни с более высоким расположением поршневого пальца может позволить вам использовать более длинные штоки.

Легенда гонок Смоки Юник говорил, что чем длиннее удилища, тем лучше. Его логика была основана на том факте, что более длинный шатун для заданного хода позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, прежде чем он начнет опускаться на рабочем такте. Это позволяет дольше накапливать давление в камере сгорания, прежде чем оно начнет толкать поршень вниз. В результате обычно получается более широкая и пологая кривая крутящего момента, чем у того же двигателя с более короткими штоками. Кривые мощности и крутящего момента двигателя зависят от множества переменных, помимо длины штока. Но при прочих равных многие производители двигателей говорят, что более длинные шатуны обеспечивают более широкую кривую крутящего момента. Другие не согласны и говорят, что это не имеет значения.

Поставщики стержней говорят, что единственная тенденция, которую они видят сегодня в длине стержней, заключается в том, что тенденции нет. Производители двигателей покупают столько же стержней стандартной длины, сколько и длинных стержней.
Это подводит нас к соотношению шатунов, которое представляет собой длину шатуна (от центра к центру), деленную на ход коленчатого вала. Сегодня диапазон двигателей может составлять от 1,5 до 2,1, но большинство производителей мощных двигателей используют передаточные числа в диапазоне от 1,57 до 1,67. Некоторые говорят, что при передаточном числе шатунов более 1,7 крутящий момент двигателя становится слишком «пиковым». Меньшее передаточное число штока обычно связано с двигателями с более низким крутящим моментом (например, двигатель 383 Chevy Street с поворотным кривошипом и передаточным отношением штока 1,52), в то время как более высокие числа передаточного числа штока, как правило, относятся к высокооборотам двигателям высокой мощности (302 с высоким числом оборотов). оборотистый Chevy с передаточным числом 1,9).

Другим размером, который необходимо учитывать, является смещение штифта штока. На большинстве шатунов (кроме двигателей Chevy «LS») отверстия под пальцы немного смещены. Изменение геометрии пальца снижает нагрузку на поршневой палец и малый конец штока, когда поршень достигает ВМТ и меняет направление. Это также уменьшает качание поршня, когда он проходит ВМТ, чтобы уменьшить стук и шум поршня.

Одной из новых тенденций в этой области является использование шатунов без бронзовых втулок на малом конце. Несколько гоночных команд используют голые удилища со специальным покрытием для повышения долговечности. Устранение втулки, говорят они, оставляет больше мяса на узком конце стержня для дополнительной прочности. Единственным недостатком является то, что посадка между стержнем и штифтом должна быть намного более точной, а штифт запястья должен иметь износостойкое покрытие для предотвращения износа и истирания. Кроме того, если отверстие штифта изношено или имеет некруглую форму, шток и поршень должны быть подвергнуты механической обработке для установки штифта немного большего диаметра.

Неисправности шатунов двигателя – предотвращение

Шатуны являются одними из самых трудно работающих деталей внутри двигателя. Они направляют направленную вниз силу поршней на ход кривошипа для создания крутящего момента. Стержни должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать самые высокие нагрузки горения, не изгибаясь и не деформируясь под давлением.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше

Шатуны также связывают поршни с кривошипом, чтобы поршни могли совершать возвратно-поступательные движения и завершать такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. В этой роли шатуны должны сопротивляться силам растяжения, которые хотят их разорвать при высоких оборотах двигателя.

Это новое удилище «Boostline» было представлено на выставке PRI для приложений с высоким наддувом. Фото предоставлено Wiseco.

Стандартные удилища обычно достаточно прочны, чтобы выдерживать умеренные модификации характеристик, а также некоторые виды гонок (где правила запрещают использование удилищ вторичного рынка). Но у стандартных удилищ есть свои ограничения. По мере того, как уровни мощности и обороты увеличиваются, нагрузки на стержни в конечном итоге достигают точки, когда стержни перестают быть достаточно прочными для работы. А если стержень выходит из строя, он может разрушить двигатель в мгновение ока!

К счастью, отказы штанги из-за сильной перегрузки случаются не так часто. Тем не менее, они могут возникать в гонках или экстремальных дорожных условиях, когда двигатель с сильным форсированием или закисью азота развивает безумную мощность. Большинство стержней довольно прочны на сжатие, поэтому требуется огромное давление, чтобы сжать стержень выше его предела текучести.

Более частая причина поломки штока из-за перегрузки конструкции может возникнуть, если штоку не хватает прочности на растяжение для работы на экстремальных оборотах. Поскольку перегрузки умножают эффекты инерции поршня, узкий конец штока может растянуться до такой степени, что он выйдет из строя на уровне или чуть ниже поршневого пальца.

Высокие обороты двигателя создают огромные растягивающие нагрузки на шток. Инерция поршней, совершающих возвратно-поступательные движения вверх и вниз, экспоненциально увеличивает эффективный вес поршня по мере увеличения числа оборотов в минуту. Сила, создаваемая поршнем, достигающим ВМТ при 1000 об/мин, в 50 раз превышает его первоначальный вес, когда двигатель не работает. При 10 000 об/мин эффективный вес того же поршня в 5 000 раз больше! Это огромная сила, растягивающая стержни 166 раз в секунду.

Растягивающая нагрузка на шатуны будет зависеть от массы поршней, колец и поршневых пальцев, хода коленчатого вала (более длинные ходы создают большую инерцию) и скорости поршней, когда они ускоряются и замедляются вверх и вниз внутри цилиндры. Чем длиннее ход и чем тяжелее поршни, тем больше инерционные силы действуют на штоки. Чтобы свести к минимуму такие силы, вы хотите использовать самую легкую комбинацию поршня и штока, которая будет достаточно прочной для данного применения. Или используйте более короткие и легкие поршни и немного более тяжелые и прочные шатуны.

Во время такта впуска часть силы инерции поршня компенсируется, так как он сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра. Сжатие воздушного заряда действует как пневматическая пружина, чтобы уменьшить растягивающую нагрузку на шток, когда поршень достигает ВМТ. Но такого амортизирующего эффекта нет, когда поршень достигает ВМТ на такте выпуска, потому что все выхлопные газы выталкиваются через выпускной клапан.

Амортизирующий эффект также может быть потерян во время такта сжатия, если дроссельная заслонка внезапно захлопнется и перекроет подачу воздуха в двигатель. Вот почему отказы тяги чаще всего происходят, когда водитель внезапно отпускает газ в конце спуска по полосе сопротивления или когда автомобиль с кольцевой трассой съезжает с прямой и входит в поворот.

Стержни двутавровых балок обладают хорошей прочностью на сжатие, в то время как двутавровые балки более устойчивы к скручивающим усилиям.

Несмотря на силы, которые действуют на сжатие и растяжение шатунов внутри двигателя, большинство отказов шатунов часто происходит не по вине шатунов. Если пружина клапана или держатель пружины клапана выходит из строя, и двигатель всасывает клапан в цилиндр, шток обычно изгибается, изгибается или ломается, когда поршень ударяется о твердый металл. Литые стержни более хрупкие, чем кованые или цельные, и при этом часто ломаются. Кованые и цельные стержни более пластичны и обычно изгибаются или деформируются, а не ломаются. В любом случае двигателю понадобится новый шатун.

Выход из строя подшипника штока

Другой распространенной причиной выхода из строя штока является заклинивание подшипника. Такой сбой может быть, а может и не быть по вине стержня. Если масляная пленка между шатунным подшипником и шатунной шейкой по какой-либо причине, даже на мгновение, исчезнет, ​​она может перегреться и заклинить подшипник. Как только это произойдет, что-то должно дать. Подшипник может провернуться и сжечь шатунную шейку и/или отверстие шатуна, или он может заклинить так сильно, что сломает шатун пополам.

Сломанный стержень, вращающийся внутри картера, может нанести огромный ущерб конструкции за очень короткий период времени. Конечным результатом часто является большая дыра в боковой части блока и масляного поддона и полностью разрушенный двигатель, полный мусора.

Выход из строя подшипника может произойти в результате чрезмерной перегрузки подшипника, перегрева подшипника (недостаточный расход масла) или масляного голодания из-за аэрации масла, кавитации насоса, закупорки всасывающего устройства или выплескивания масла из всасывающего устройства.

Потеря смазки также может быть вызвана использованием жидкого масла, которому не хватает прочности на сдвиг, чтобы оставаться между шатунными подшипниками и шатунной шейкой. То же самое можно сделать, используя масло со слишком низкой вязкостью для ослабления зазоров в подшипниках. Если вы собираетесь использовать масло с низким коэффициентом трения и низкой вязкостью, вам необходимо увеличить зазоры в подшипниках, чтобы поддерживать надлежащее давление масла в подшипниках.

Эти модифицированные стержни двутавровой балки имеют обработанную сторону, которая придает некоторые характеристики стержням двутавровой балки. Фото предоставлено CP/Carrillo.

 

Иногда шатунный подшипник заедает из-за того, что отверстие шатуна слишком сильно удлиняется при высоких оборотах и ​​искажает зазоры между подшипниками и валом. То же самое может произойти, если болты тяги не затянуты должным образом, чтобы удерживать крышку тяги на месте, или если болты тяги слишком слабы, чтобы выдерживать силы более высоких оборотов и позволить крышке оторваться от тяги.

Улучшенные шатунные болты

Одним из наиболее важных усовершенствований для любого высокопроизводительного двигателя, независимо от того, какой тип шатунов вы выберете, является модернизация шатунных болтов до более прочных болтов вторичного рынка. Многие стержневые болты вторичного рынка имеют прочность на растяжение более чем в два раза выше, чем стандартные стержневые болты. Да, новые стержневые болты могут быть дорогими в зависимости от класса используемых болтов. Но это много производительных приложений, у вас нет выбора.

Большинство стержней на вторичном рынке поставляются с болтами определенного типа. Для снижения веса во многих конструкциях высокопроизводительных стержней просверлены отверстия, поэтому болты с колпачками можно ввинчивать непосредственно в корпус стержня, что устраняет необходимость в гайках на болтах. Это снижает вес, обеспечивает больший зазор для рукоятки и, как правило, лучше удерживает крышку стержня плотно к стержню.

Также важно помнить, что шатунные болты имеют ограниченный срок службы в гонках и могут повторно использоваться только ограниченное количество раз, прежде чем потребуется их замена. Многие производители двигателей не заменяют болты шатунов автоматически при обновлении двигателя, а в некоторых видах гонок, таких как дрэг-рейсинг Top Fuel, болты шатунов подвергаются такой большой нагрузке, что их обычно заменяют после каждого запуска.

Отказы стержней также могут возникать в результате усталости металла. Небольшой поверхностный дефект, зазубрина, царапина или дефект на стержне будут концентрировать напряжение. В конечном итоге это может привести к микротрещинам в металле и, в конечном итоге, к излому, который приводит к поломке стержня. Большинство высокопроизводительных удилищ имеют гладкую поверхность, обработанную механической обработкой, для снижения риска стрессовых переломов. Дробеструйная обработка также помогает рассеивать поверхностные напряжения для повышения долговечности и прочности.

Модернизация стержня

Тип сплава стержня, а также то, как он спроектирован, изготовлен, обработан и термообработан, играют ключевую роль в определении конечного предела текучести и прочности на растяжение стержня, а также его способности выдерживать нагрузки. в требовательном приложении.

Большинство стандартных стержней изготовлены из чугуна или порошкового металла (ПМ). Последний используется в двигателях большинства последних моделей, поскольку он сводит к минимуму объем механической обработки, которая должна выполняться в процессе производства. Железный порошок смешивается с легирующими элементами, такими как медь и фосфор, затем смешивается с небольшим количеством графита и других ингредиентов, прежде чем он подвергается формованию и «спеканию».

Стержень ПМ прессуется и подвергается горячей ковке, придавая ему окончательную форму, затем помещается в печь и нагревается до температуры, при которой отдельные железные чешуйки и другие ингредиенты соединяются вместе. Когда стержень выходит из печи для спекания, он имеет конечные размеры. Вес удилищ очень постоянен от одного к другому, что облегчает балансировку. Затем отверстие большого конца стержня раскалывается, чтобы создать колпачок, и втулка поршневого пальца устанавливается на маленьком конце стержня. В процессе растрескивания создается колпачок, который самовыравнивается намного лучше, чем колпачок, обработанный механическим способом. Единственным недостатком является то, что треснувший колпачок не может быть обработан, если впоследствии потребуется восстановить стержень. Если отверстие не круглое, шток необходимо заменить, если только не увеличен наружный диаметр. Доступны подшипники, поэтому крышку можно переработать, как обычную крышку штока.

Вот что происходит, когда поршень ударяется о клапан, упавший в цилиндр. Ни один стержень не выдержит такого удара.

Стержни из порошкового металла являются хорошей заменой стандартных литых стержней, поскольку они прочнее и менее подвержены растрескиванию и поломке. В зависимости от сплавов, используемых для изготовления стержней PM, они могут быть такими же прочными, как некоторые стержни из кованой стали. Стоимость также разумна по сравнению с другими типами удилищ.

Стержни из кованой стали, обычно изготавливаемые из стали 4340, на сегодняшний день являются наиболее распространенной модернизацией как для уличных, так и для трековых характеристик. Доступные в традиционных конфигурациях двутавровой и двутавровой балки, некоторые также доступны в слегка модифицированных версиях двутавровой балки (например, стержень А-образной балки с более широким основанием или Х-образная балка с дополнительным усилением поперечных ребер, где дополнительные сила нужна). Некоторые высокопроизводительные удилища будут иметь облегчающие отверстия возле большого конца, чтобы уменьшить вес, где металл можно безопасно удалить без ущерба для прочности.

В одном из новых удилищ, представленном на недавней выставке PRI Show в Индианаполисе, используется уникальная конструкция с тремя карманами возле шатуна, что повышает прочность на изгиб на 60 процентов по сравнению с обычным стержнем с двутавровой балкой. Штанга разработана для двигателей с гильзами, которые оснащены турбонаддувом, наддувом или используют большие дозы закиси азота.

Стальные стержни в виде заготовок также доступны и обычно стоят дороже, чем поковки, из-за дополнительной машинной работы, необходимой для их вырезания из сплошного стального листа. Одним из преимуществ стержней из заготовок по сравнению с коваными стержнями является то, что стержни из заготовок могут быть изготовлены на заказ практически для любого применения, в том числе для тех, где поковки недоступны.

Кованые и цельные алюминиевые стержни — еще один вариант модернизации для серьезной конкуренции. Алюминиевые стержни очень популярны в дрэг-рейсинге из-за их легкого веса. Вы найдете алюминиевые стержни в большинстве драгстеров Alcohol и Nitro Funny Cars и Top Fuel. Они также популярны в дрэг-рейсинге Pro Mod, кольцевых гонках (где это разрешено правилами) и даже в уличных выступлениях.

Как мы уже говорили ранее, один из способов уменьшить силы инерции, тянущие шток, когда поршень приближается к ВМТ, состоит в том, чтобы уменьшить вес штока. Алюминиевые шатуны могут значительно уменьшить массу узла поршня и шатуна и обеспечить наибольшую пользу в высокооборотных двигателях. Стержни могут быть выкованы из различных сплавов или обработаны на станках с ЧПУ из плоского алюминия или кованых алюминиевых заготовок (последний прочнее из-за направленной структуры зерна в поковке).

Стержни из кованой стали обеспечивают отличное сочетание прочности и долговечности по сравнению с большинством стержней из литого и порошкового металла. Фото предоставлено веб-сайтом Howard’s Cams.

Титановые стержни – еще один вариант. Несмотря на высокую цену, титан обеспечивает еще большую экономию веса.

При использовании алюминиевых стержней следует помнить, что они имеют более высокий коэффициент теплового расширения, чем стальные стержни, поэтому стержень должен быть несколько короче, или необходимо предусмотреть большую высоту настила, чтобы приспособиться к тепловому расширению, когда стержни раздражаться. Алюминиевые стержни также могут иметь ограниченный срок службы из-за растяжения, которое происходит со временем, поэтому часто рекомендуется замена стержней после стольких часов гонок.

Советы по установке шатунов

Первое, что вы всегда должны делать перед сборкой каких-либо деталей, — это тщательно осматривать каждый шатун. Проверьте на наличие явных зазубрин, заусенцев, царапин или других повреждений, которые могут создать точки напряжения, которые могут привести к растрескиванию и отказу. Если для удаления заусенцев или очистки отливки требуется шлифовка, делайте это вдоль стержня, а не сбоку.

Далее, стальные стержни как для стандартных, так и для рабочих приложений всегда должны обрабатываться Magnaflux для проверки на наличие трещин. Используйте проникающий краситель для проверки алюминиевых стержней. Откажитесь от любых треснувших стержней.

Стержни (в том числе совершенно новые) также должны быть проверены на точность размеров. Измерьте внутренний диаметр большого и малого торцевых отверстий. Измерьте общую длину стержня. И проверьте стержень на прямолинейность. Любой изгиб или скручивание между отверстием шатуна большого конца и отверстием поршневого пальца необходимо исправить.

Рабочие кованые стальные стержни также должны быть проверены на надлежащую твердость. Тепло может привести к потере свойств стержня, поэтому, если стержни показывают какие-либо признаки обесцвечивания от нагрева, обязательно проверьте их твердость. Если твердость меньше спецификации, замените стержень. Для многих стержней из кованой стали минимальная твердость составляет от 42 до 43 Rc. 0007

При восстановлении запаса повторное использование стержневых болтов оригинального оборудования может быть приемлемым при условии, что все болты находятся в хорошем состоянии и не растянуты. Стержневые болты с пределом текучести (TTY) не следует использовать повторно из-за риска поломки или растяжения.

Для высокопроизводительных приложений даже не думайте об использовании или повторном использовании стандартных болтов. Замените их более прочными послепродажными болтами.

Правильная установка болтов тяги необходима для предотвращения поломки тяги. Динамометрический ключ не так точен, как инструмент для затяжки стержневых болтов, равно как и угловой датчик с болтами TTY. Самый точный способ убедиться, что стержневые болты обеспечивают рекомендуемое усилие зажима, — это измерить, насколько они растягиваются при затяжке, с помощью циферблатного индикатора. Для комплекта болтов для вторичного рынка рекомендуемое растяжение болта для тяги Chevy может составлять от 0,0055 до 0,0075 дюйма в зависимости от области применения и используемых болтов. Следуйте рекомендациям поставщика болтов.

Рабочие шатуны для вторичного рынка доступны для большинства популярных легких дизельных двигателей и являются обязательным обновлением для двигателей с сильным наддувом.

Динамометрические ключи не очень точны для затягивания крепежных деталей, потому что ключ говорит только о том, какая сила прилагается для преодоления трения. Состояние резьбы, количество, длина и шаг резьбы, а также тип смазки на резьбе — все это влияет на показания.

Смазки на молибденовой основе действуют иначе, чем обычные сборочные смазки или моторное масло. Моторные масла разной вязкости ведут себя по-разному. Некоторые смазочные материалы для резьбы, поставляемые поставщиками болтов на вторичном рынке, более стабильны, чем другие смазочные материалы. Тем не менее, многие поставщики стержней рекомендуют использовать циферблатный индикатор для измерения растяжения, чтобы вы могли иметь правильную величину зажимной нагрузки независимо от того, как смазана резьба.

Также критически важным для долговечности шатуна является проверка и повторная проверка зазоров шатунных подшипников и посадки поршневого пальца. Слишком тугое или слишком слабое соединение может вызвать серьезные проблемы с любым концом удилища. Кроме того, убедитесь, что шатунные подшипники имеют правильную посадку. Задняя часть шатунных подшипников должна быть установлена ​​сухой, а лицевая сторона подшипников покрыта монтажной смазкой.

Наконец, когда все собрано, еще раз проверьте все болты тяги, чтобы убедиться, что они затянуты должным образом и ни один из них не пропущен. Глупые ошибки при сборке случаются, но, надеюсь, с вами таких ошибок не случится.

Проб. 5 — Шатун

Идея использования нитевидных композитных материалов для изготовления движущиеся части автомобильного двигателя уже давно привлекательны для автомобильной промышленности. конструкторы двигателей.

Обсудите выбор этих материалов для одной такой детали, соединительной шток в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Этот компонент (рис. Q38.1) подвергается особо строгим условиях эксплуатации (таблица Q38.l) и поэтому оказался наиболее сложный компонент двигателя для успешного проектирования из нитевидного композита материалы.

Рисунок Q 38.l Изображение некоторых частей двигателя внутреннего сгорания двигатель

ТАБЛИЦА Q38.1 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАТУНА A
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
(Длина = 100 мм)

Рабочий параметр Значение
Максимальная нагрузка
Максимальное расширение
Максимальная дисторсия больших и малых глазков
Минимальная износостойкость
Минимальное количество циклов нагрузки
Минимальный диапазон температур
40 кН (сжатие), 25 кН (растяжение)
160 мм (сжатие), 100 мм (растяжение)
10 мм
3000 ч
3 х 108
от -30°C до 180°C (ушко с маленьким концом).
от -30°C до 140°C (ушко с шатуном)

ТАБЛИЦА 038.2 ВОЗМОЖНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ШАТУНА ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

Материал Растяжение
Модуль,
Э
(ГПа)
Максимум
Сжатие
Прочность,
с
(МПа)
Плотность,
р
(кг·м -3 )
Максимум
Служба
Температура
(°С)
Блок
Стоимость
($ т -1 )
Конкретный
Жесткость,
Э/п
(10 6 м)
Конкретный
Сжатие
Прочность,
с с /п
(10 3 м)
Сталь
Алюминиевый сплав
Керамика из карбида кремния
S армированный стекловолокном

  полимерный ламинат a

Армированный углеродным волокном

  полимерный ламинат a

210
71
310

56

138

1000
280
490

540

600

7890
2700
3200

1997 г.

1661

800
350
1000

220

220

880
1 200
5 700

5000

130 000

2,71
2,68
9,88

2,86

8,47

12,92
10,57
15,61

27,56

36,82

Эти эксплуатационные требования вместе с необходимостью выдерживать высокие температуры моторные жидкости (моторное масло, присадки к моторному маслу и т. д.), накладывают строгие ограничения о типах материалов, которые могут быть использованы для шатунов. Некоторые из эти материалы сравниваются в Таблице Q38.2, которая показывает, что только сталь, керамика и полимер, армированный непрерывным углеродным волокном (CFRP) подходят. Кевлар 49армированный волокном полимер не рассматривается, поскольку из-за плохой прочности на сжатие и ползучести.

Типовой шатун из углепластика показан на рис. Q38.2. Компоненты стержня разделены на часть сжатия и часть растяжения, в основном, чтобы позволить углеродные волокна должны быть размещены в направлении наибольшей нагрузки. Сжатие литье является наиболее подходящим производственным процессом для больших и малых проушины, пултрузия подходит для части, выдерживающей сжимающую нагрузку, и накальная намотка лучше всего подходит для деталей, находящихся под напряжением. Все волокна должны двигаться по оси. Сила, действующая на поршень из-за камеры сгорания давление, передается через поршневой палец, малый конец и компрессионный часть к коленчатому валу через узел шатуна. Силы растяжения, обусловленные к инерционному нагружению, передаются на растянутую часть стержня через петли намотанного волокна на маленьком конце стержня.

Проблема получения правильной ориентации волокон в глазах имеет еще предстоит решить. В одном из первых шатунов из углепластика (разработанный и построен инженерами Института исследований пластмасс в Аахене, Запад. Германия, и протестирована для Volkswagen в рамках Composites for Highly Напряженные компоненты в исследовательском проекте двигателя внутреннего сгорания, который продвигает Министерство исследований и технологий Западной Германии), большие и маленькие проушины изготовлены из стали.

Рисунок Q 38.2 Шатун из композитного материала для автомобиля.
НОМЕР
1. Льюис, Г. Выбор инженерных материалов , Прентис Холл, 1990, стр. 373-375. Еще одна подборка из книги доктора Гладиуса Льюиса. Профессор Льюис использовал тематические исследования задолго до того, как они стали общепризнанными. значительный вклад в инженерное образование., отличие он акции с ограниченным числом инженерных педагогов.


Последнее обновление 9-12-98

Детонация двигателя | Что делать при стуке штока двигателя

Мы покупаем далеко не идеальные автомобили

Свяжитесь с нами

Свяжитесь с нами сейчас

Получите предложение


Как звучит стук тяги или стук двигателя

Ваш автомобиль работает на холостом ходу, а вы с нетерпением ждете, прислушиваясь к шуму двигателя. У вас есть места, чтобы быть, и время уходит. Такое впечатление, что кто-то стучит молотком по масляному поддону, ритмично рэп-рэп-рэп. Если у вашего автомобиля сломан двигатель, вы можете продать его через Интернет или прочитать о детонации штока двигателя.

Но под твоей машиной никого нет и никто не стучит в двигатель. Шум исходит из глубины недр вашего мотора. Когда вы увеличиваете обороты двигателя, высота тона и частота меняются. В какой-то момент кажется, что стук почти исчезает. Когда вы отпускаете газ, он продолжается и, возможно, даже становится громче.

Так звучит стук штока. Само по себе это никогда не становится лучше, хотя, когда ваш двигатель холодный, шум может быть меньше. Эти звуки автомобильного двигателя также широко известны как стук двигателя, стук искры и стук двигателя.

Знаете ли вы

В среднем стоимость ремонта штока двигателя может варьироваться от 2500 долларов и выше в зависимости от автомобиля. Потенциально вы можете потратить больше, чем стоит машина. Если вы хотите избежать перерасхода средств на ремонт двигателя. тогда ваш следующий лучший вариант — продать эту машину КАК ЕСТЬ. С CarBrain вы можете получить онлайн-предложение для вашего далеко не идеального автомобиля всего за 90 секунд! Доставим оплату и эвакуируем машину БЕСПЛАТНО! Всего за 1-2 рабочих дня.

Что такое стук в двигателе?

Технически это состояние, возникающее из-за чрезмерного зазора. Поршни вашего двигателя двигаются вверх и вниз от зажигания свечой зажигания с силой, достаточной для вращения коленчатого вала. Соединяет поршень и коленчатый вал шатун. И ваши шатуны закреплены болтами на нижней стороне вокруг коленчатого вала с гладкими тонкими металлическими подшипниками между поверхностями.

Во время вращения двигателя все эти металлические детали перегревались бы и заклинивали, если бы не моторное масло. Он смазывает движущиеся части, позволяя им скользить друг по другу без трения. Он также заполняет небольшой зазор между подшипниками и коленчатым валом.

Что вызывает стук в двигателе?

Стук шатуна происходит при частичном или полном разрушении подшипника. Обычно это происходит из-за масляного голодания, хотя износ подшипников может произойти естественным путем через сотни тысяч миль пробега.

На обратной стороне (буквально) находится булавка для запястья. Это полый штифт, который удерживает поршень в верхней части шатуна. При износе поршневого пальца возникает состояние, известное как удар поршня. Поршень слегка болтается и качается в цилиндре, издавая дополнительный шум.

Имейте в виду, что стук штока и стук поршня вызваны невероятно малыми изменениями допусков. Мы не говорим о четверти дюйма — мы говорим о тысячных долях дюйма! Этот, казалось бы, незначительный зазор обеспечивает достаточное движение, чтобы вызвать шум шатунного подшипника, потому что теперь металлические части могут ударяться друг о друга.

Что произойдет, если игнорировать звуки двигателя

Ваш двигатель никогда не будет прежним, стук штока со временем превратится в гораздо большую проблему. это раздражает стук в двигателе перерастает в грохот, так как поверхность подшипника все больше и больше изнашивается. Когда подшипник разрушен, что не занимает много времени, подшипник приваривается к коленчатому валу, а шатун болтается вокруг коленчатого вала. Если шатун заедает или заедает, он может оторваться от коленчатого вала, что называется выброшенным шатуном. Он действительно раздавит нижнюю часть вашего двигателя, возможно, даже проделает дыру прямо в блоке цилиндров.

Стучит шток вашего двигателя?

Что такое починка шатуна?

Стоимость ремонта штока из-за детонации имеет ряд переменных:

  • Как долго возникает шум?

  • Насколько сильно поврежден двигатель?

  • По всему двигателю циркулирует металлическая стружка?

  • Двигатель высокопроизводительный или специализированный?

  • Можно ли спасти двигатель?

Если вы обнаружите проблему достаточно рано, капитальный ремонт двигателя может помочь вам все исправить. Для осмотра двигатель необходимо полностью разобрать до голого блока цилиндров. Если стенки цилиндров сильно повреждены, возможно, вам придется полностью заменить двигатель. Иногда минимальные задиры можно отшлифовать и использовать поршневые кольца увеличенного размера. Таким образом, вы можете столкнуться с решением, починить ли свой автомобиль или продать его как есть.

Как устранить стук в шатуне

Стоимость замены подшипника шатуна также должна учитывать все дополнительные детали. Вам понадобятся новые сальники и прокладки двигателя, болты головки блока цилиндров, шатунные подшипники и куча денег, чтобы промыть двигатель и трубопроводы охладителя. В зависимости от объема ремонта вам могут понадобиться новые поршни и шатуны, подшипники распределительных валов, цепи ГРМ и, возможно, новый коленчатый вал. Если вам нужны все дополнительные детали, вам лучше заменить весь двигатель в сборе.

В среднем ремонт шатуна будет стоить от до долларов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.