Шатун двигателя: Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны — Autodromo

alexxlabОпубликовано

Содержание

Шатун двигателя внутреннего сгорания | ЖЕЛЕЗНЫЙ-КОНЬ.РФ

Шатун не только воспринимает от поршня силу давления газов при рабочем ходе и передаёт её коленчатому валу, но и перемещает поршень при вспомогательных процессах. Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение: движется вдоль цилиндра возвратно-поступательно, а также качается относительно оси поршневого пальца. Воспринятая поршнем сила давления газов сжимает шатун в процессе рабочего хода и в конце такта сжатия, в то время как инерционные нагрузки стремятся оторвать поршень от коленчатого вала и растягивают его. Помимо этого, знакопеременное качательное движение формирует силу инерции, которая изгибает шатун в плоскости его качания.

Конструктивное исполнение шатуна и применяемые для его изготовления материалы должны обеспечивать максимальную жёсткость при минимальных массогабаритных характеристиках. К основным элементам шатуна относятся: поршневая (верхняя) головка (2) [рис. 1], стержень (5) шатуна, кривошипная (нижняя) головка (6).

Рис. 1. Шатун с поршнем. Дизельный двигатель Д-240.

1) – Отверстие в верхней головке шатуна;

2) – Верхняя головка шатуна;

3) – Поршневой палец;

4) – Втулка;

5) – Стержень шатуна;

6) – Нижняя головка шатуна;

7) – Вкладыши;

8) – Крышка нижней головки шатуна;

9) – Гайка;

10) – Стопорная шайба;

11) – Болт.

Конструкция верхней головки шатуна определяется не только габаритами поршневого пальца, который соединяет шатун с поршнем, но и способом крепления данного пальца в поршне. Широкое распространение в автомобильных и тракторных двигателях нашли неразъёмные верхние головки с плавающими поршневыми пальцами. В поршневые головки запрессовываются (с некоторым натягом) бронзовые либо биметаллические втулки. Отличные результаты даёт использование биметаллических втулок из стальной трубы либо полосы с плакированным слоем (толщина 0,3-0,5 мм) бронзы БрОФ 6,5-0,15.

Верхняя головка шатуна имеет длину меньше на 2-4 мм, чем расстояние между торцами бобышек поршня, за счёт чего исключается возможность трения головки шатуна о бобышки поршня. Расположенное в верхней головке шатуна, а также в его втулке отверстие (1) предназначено для подвода к поверхности поршневого пальца масла. Данные отверстия для смазывания поршневых пальцев предусмотрены в шатунах двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-130 и прочих.

Сечение стержней шатунов автомобильных и тракторных двигателей – двутавровое. С целью обеспечения равнопрочности шатуна (4) по длине прочность сечения увеличивается от верхней головки к нижней [рис. 2]. Как правило, стержень шатуна симметричен относительно продольной оси кривошипной (нижней) головки (двигатели Д-240, А-01, ЗИЛ-130, А-41, Д-144). В отдельных случаях он смещён по отношению к кривошипной головке, за счёт чего обеспечивается уменьшение расстояния между осями цилиндров, а также длины двигателя (при двухпролётных валах). Асимметричные стержни шатунов применяются в двигателях СМД-60, ЗМЗ-53, ЯМЗ.

Рис. 2. Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя СМД.

1) – Шкив коленчатого вала;

2) – Шестерня привода масляного насоса;

3) – Коленчатый вал;

4) – Шатун;

5) – Втулка верхней головки шатуна;

6) – Поршень;

7) – Стопорное кольцо;

8) – Поршневой палец;

9) – Расширитель;

10) – Поршневое маслосъёмное кольцо;

11) – Поршневые компрессионные кольца;

12) – Вкладыши коренных подшипников;

13) – Упорные полукольца;

14) – Маховик коленчатого вала;

15) – Гайка;

16) – Фланец крепления маховика;

17) – Маслоотражатель;

18) – Шестерня привода газораспределения;

19) – Масляная полость шатунной шейки;

20) – Шатунный болт;

21) – Крышка нижней головки шатуна;

22) – Вкладыш шатунного подшипника;

23) – Противовес;

24) – Маслоотражатель.

В стержнях шатунов дизельных двигателей (А-41, Д-144, А-01М, СМД-60, ЯМЗ) выполнен канал (5) [рис. 3, а)] для подвода смазки от нижней головки шатуна непосредственно к поршневому пальцу. Поступающее по сверлению в стержне шатуна масло (применительно к двигателям Д-160 и Д-144) также используется для охлаждения днища поршня.

Рис. 3. Поршень двигателя внутреннего сгорания.

а) – Поршень дизельного двигателя А-41;

1) – Днище поршня;

2) – Камера сгорания;

3) – Уплотняющая часть поршня;

4) – Юбка (направляющая часть) поршня;

5) – Канал в стержне шатуна;

6) – Шатун;

7) – Втулка верхней головки шатуна;

8) – Бобышка поршня;

9) – Канавка для маслосъёмного кольца;

10) – Поршневой палец;

11) – Стопорное кольцо;

12) – Канавки для компрессионных колец;

13) – Кольцевая канавка;

14) – Отверстие для стока масла;

б) – Головки поршней;

1) – Д-21А1, Д-144;

2) – А-41, СМД-60, А-01, двигателей семейства КамАЗ и ЯМЗ;

3) – Д-160, Д-240;

в) – Поршень бензинового двигателя ЗМЗ-53.

Кривошипная (нижняя) головка шатуна является его наиболее сложным конструктивным элементом. Помимо высокой жёсткости для надёжной работы шатунных вкладышей она также должна иметь минимальные массогабаритные характеристики (для снижения инерционных сил), плавные переходы (чтобы избежать концентрации напряжений) и обеспечивать возможность монтажа/демонтажа шатуна через цилиндр двигателя. Широкое распространение получили шатуны, имеющие кривошипную головку с прямым плоским разъёмом под прямым углом (90 градусов) к главной оси шатуна [рис. 4, а)]. Данные шатуны устанавливаются в двигатели ЗМЗ-54, КамАЗ, ЗИЛ-130, Д-240 и прочие.

Рис. 4. Конструктивные схемы нижних головок шатунов.

а) – Головка шатуна с прямым плоским разъёмом;

б) – Головка шатуна с косым разъёмом;

в) – Головка шатуна с фиксацией крышки треугольными шлицами;

г) – Головка шатуна с фиксацией крышки призонными штифтами;

д) – Схема для определения распрямления вкладыша;

е) – Схема для определения выступания вкладыша;

Dn – Диаметр постели;

2uo – Суммарное распрямление;

Т – Сжимающая сила;

Δh – Выступание;

R – Нагрузка на торец вкладыша;

ж) – Шатунный вкладыш:

1) – Плоскость разъёма;

2) – Внутренняя поверхность вкладыша;

3) – Наружная цилиндрическая поверхность вкладыша;

4) – Торец вкладыша;

5) – Фиксирующий ус;

6) – Основа вкладыша;

7) – Промежуточный технологический слой;

8) – Скос;

9) – Антифрикционное покрытие;

10) – Смазочное отверстие;

S – Толщина вкладыша;

f – Глубина скоса;

k – Высота скоса;

α – Угол расположения смазочного отверстия.

В нижней головке шатунов бензиновых двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 имеется небольшое отверстие, которое отвечает за периодическое фонтанирование масла, подводимого к шатунному подшипнику. Данное масло смазывает не только зеркало цилиндра, но и кулачки распределительного вала, а также толкатели.

В некоторых двигателях, имеющих увеличенные размеры шатунной шейки, кривошипные головки выполняются с косым разъёмом с целью удобства демонтажа. Плоскость разъёма располагается под углом 55 градусов к главной оси шатуна. В данном случае стыковые поверхности [рис. 4, б) и в)] изготавливают не только плоскими (дизельный двигатель СМД-60), но и шлицевыми (дизельные двигатели А-01, ЯМЗ, А-41).

Шатуны современных двигателей выполняются из углеродистых либо легированных сталей посредством горячей штамповки с дальнейшей механической обработкой рабочих поверхностей. Чтобы достичь высоких прочностных характеристик шатуны подвергаются термообработке (нормализация, закалка, отпуск). Также широкое применение в обработке поверхностей шатунов нашла дробеструйная обработка, цель которой – повышение усталостной прочности.

Кривошипная головка шатуна изготавливается разъёмной для возможности соединения её с коленчатым валом. Съёмная часть данной головки называется крышкой и выполняется из того же материала, что и сам шатун. Верхняя часть кривошипной головки и крышка обрабатываются совместно, вследствие чего перестановка крышки с одного шатуна на другой запрещена. Поверхности обеих половин кривошипной головки шатуна имеют одинаковые номера либо метки спаренности, используя которые производят соединение крышки с шатуном и шатуна с поршнем соответствующего цилиндра.

17*

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.

Шатуны двигателя Yuchai — запчасти для двигателей

Главная

Узлы двигателя

Шатуны двигателя Yuchai

Сортировать:

по названию -Выбрать-А – ЯЯ – А

по цене -Выбрать-По возрастаниюПо убыванию

Шатун A3000-1004200A Yuchai Артикул: A3000-1004200A   

2 840 ₽