Шатун в двигателе: Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны

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

Шатун – это соединительная деталь между коленвалом и поршнем, основное назначение которой является преобразование поступательных движений поршня внутри цилиндра во вращательные движения коленчатого вала, с которого вращение передается на колеса автомобиля через трансмиссию.

Конструкция шатуна

Особенности конструкции шатунов напрямую зависят от типа мотора и схемы его компоновки. Так для бензиновых двигателей используются легкие шатуны, в дизелях — тяжелые.

Основные элементы шатуна – стержень, верхняя поршневая головка, нижняя кривошипная головка.

Поршневая головка соединена со стержнем поршневым пальцем, кривошипная головка – с шейкой коленвала.

Стержень

Данная деталь шатуна может иметь различный тип сечения, которое может быть похоже на прямоугольник, на круг, крест или может быты Н-образным. Некоторые типы двигателей оснащаются шатунами, в которых стержни имеют небольшую масляную канавку для своевременной подачи масла в поршневую головку.

В большинстве случаев верхний отдел кривошипной головки оснащается маленьким отверстием для разбрызгивания масла во внутренних полостях поршня и цилиндра.

Поршневая головка

Поршневая головка размещена вверху и является неразъемным шатунным элементом, конструкция которого напрямую зависит от метода установки поршневого пальца.

В двигателях, в которых установлен палец фиксированного типа, поршневая головка имеет специальное цилиндрическое отверстие для его установки. В ДВС с пальцем плавающего типа, такая головка комплектуется бронзовой или биметаллической втулкой.

В тех моделях двигателей, которые используют плавающий палец, но втулка не предусмотрена, вращательные движения пальца осуществляются в соответствующем отверстии головки.

С целью снижения значительных нагрузок на палец, некоторые модели ДВС комплектуются шатунами с поршневыми головками в форме трапеции.

Кривошипная головка

Головка шатуна, которая расположена внизу отличается разборной конструкцией, основным назначением которой является соединение двух механизмов – коленвала и самого шатуна.

Головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну крепежными болтами. Кроме всего прочего такая головка может иметь два типа разъемов по отношению к стержневой оси — косой (выполненный под углом) и прямой (выполненный перпендикулярно).

Длина цилиндрового блока зависит от толщины нижней головки. В головке  устанавливаются тонкие вкладыши подшипника скольжения, которые могут иметь от 2-х до 5-ти слоев, изготовленных из стальных полос, внутренняя часть которых покрывается защитным антифрикционным составом, соответствующим определенному типу двигателя.

Как правило, в современных ДВС применяются вкладыши, состоящие из 2-х и 3-х слоев. В двухслойном вкладыше на металлическую основу просто наносится слой антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется еще и изоляционный слой.

Чтобы снизить вибрации и шумы при работе двигателя, все установленные шатуны, а также их составные части должны иметь равную массу. Это значит, что в одном шатуне масса отдельной его детали должна быть одинаковой по отношению к массе аналогичной детали в другом шатуне.

Например, если масса стержня одного шатуна составляет 50 г., в таком случае во всех остальных шатунах стержни должны иметь аналогичную массу.

Подгонка массы шатунов происходит путем снятия тонкого металлического слоя с бобышек, которые располагаются на верхних шатунных головках. В некоторых случаях подобные бобышки находятся на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

Материалы для производства шатунов

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

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

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

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

Шатун двигателя: устройство, предназначение

При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т.к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения. Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.

Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.

Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность. Однако, проблема заключается в том, что, например, для дизельных двигателей шатуны всегда будут тяжелее, чем для бензиновых. Это обусловлено принципом работы самого ДВС.

Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала. Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.

Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.

Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться.

Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.

Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными. Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.

Определение поломки шатуна и пути решения проблемы

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 нескольких случаях:

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

Какие же могут быть причины обрыва шатуна в двигателе? Очень просто!

1. Поддерживайте достаточный уровень масла
2. Меняйте фильтр, не допускайте его загрязнения
3. Меняйте масло каждые 7-12 тыс км

Перед началом восстановления шатунов двигателявнимательно осмотрите все шатуны и проверьте какие из них можно отремонтировать, а какие следует заменить.

Чтобы хорошо и правильно отремонтировать шатун, желательно использовать специализированное оборудование, если у вас такого оборудования нет, то лучше доверить дело профессионалам.

Во-первых, для того чтобы привести нижний шатун в идеальное заводское состояние — вам нужно обточить крышку головки. Слой, который вы снимите, должен быть минимальным. После проведения операции установить головку в прежнее положение и затяните болты.

Во-вторых, помните, что нельзя растачивать головку больше установленного диаметра. Для того чтобы не превысить допустимое значение — расточку следует выполнять на специализированном станке.

В-третьих, после расточки шатуна может увеличиться зазор под поршневым пальцем в головке. Для решения этой проблемы нужно заменить бронзовую втулку, после чего она примет требуемый диаметр.

Шатун 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!

 

Почему может шатун оборваться

«При разгоне безо всяких предварительных стуков при переключении на 5-ю передачу (скорость 85-90 км/ч) услышал бах — и через долю секунды мотор заклинил» — этими словами начиналось первое же сообщение в обсуждении на форуме ABW. BY статьи «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун», в которой рассматривался реальный случай обрыва шатуна, а также рассказывалось, какими были последствия произошедшего и что к ним привело.

Затем читатель пояснил, что, когда двигатель заклинивал, его спасло то, что нога была на педали сцепления. В момент резкого торможения автомобиля Ford Mondeo 1.8 TD заклинившим мотором водитель выжал педаль сцепления, а также выключил передачу, хотя и сам не понял, как успел это сделать. 

Далее в сообщении было сказано: «А всего-то лопнул болт на шатуне 1-го цилиндра, с другой стороны его оборвало по двутавру…

Шатун вывесился вниз и попал под движущийся коленвал, который этим уже V-образным шатуном проломал блок, оторвав кусок блока с 1-м и 2-м цилиндрами, кронштейном ТНВД и самим ТНВД…

Порвало ремень ТНВД… Мотор оторвался от кронштейнов и почти прокрутился под капотом. Половина оставшегося блока пошла мелкой сеткой трещин и развалилась при разборке останков на кусочки. «Голова» почти целая, пригнуло слегка пару клапанов. Зрелище не для слабонервных, фото есть покруче, чем в статье. Если редакции интересно, можете взять фото и сделать статью-хоррор».

Нам, разумеется, стало интересно, а поскольку вы видите фотографии, объяснять, что мы получили их от читателя, разместившего процитированное выше сообщение, не требуется. Однако на хоррорах мы не специализируемся — это не наш профиль. По-человечески посочувствовать по поводу произошедшего — другое дело, а уж попробовать разобраться, почему приключилась такая катавасия, и предупредить других автовладельцев, что не нужно делать, чтобы и они когда-нибудь не столкнулись с чем-то подобным, и вовсе наша, можно сказать, прямая обязанность.

Итак, шатун. Вместе с поршнями и коленчатым валом шатуны составляют кривошипно-шатунный механизм, благодаря которому энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Шатуну отводится роль звена, шарнирно связывающего поршень и коленчатый вал друг с другом.

Конструкция шатуна так же незамысловата, как и его функциональное назначение. Отверстие в верхней головке шатуна является посадочным для поршневого пальца, служащего осью для соединения шатуна с поршнем. В одних шатунах поршневой палец свободно вращается в верхней головке, в других он зафиксирован. В первом случае палец называют плавающим. В конструкциях с плавающим пальцем для уменьшения трения и износа в сочленении «палец — шатун» в верхней головке шатуна предусматривается подшипник скольжения. Для этого в головку запрессовывают тонкостенную втулку. В случае зафиксированного пальца необходимости во втулке нет.

Нижней головкой, иногда именуемой кривошипной, шатун соединяется с шейкой коленвала. Нижняя головка разъемная. Крышка крепится к верхней части шатуна двумя болтами. Снова имеются варианты — крепление осуществляется при помощи болтов с гайками, либо гайки отсутствуют, а болты по резьбе вкручиваются в верхнюю часть шатуна.

Поверхности нижней головки являются постелями для шатунных вкладышей, образующих подшипник скольжения. Осталось упомянуть, что та часть шатуна, которая находится между головками и имеет двутавровое сечение, называется стержнем. 

Покончив на этом знакомство с устройством шатуна, перейдем к выяснению причин его поломок.

Шатун никогда просто так разорваться не может — это не та деталь, чтобы поломаться ни с того ни с сего. Да, его проектируют, стараясь максимально облегчить, дабы уменьшить силы инерции, возникающие при движении шатуна. Однако на первом плане все-таки прочность, ибо что может натворить шатун в случае обрыва, после просмотра полученных нами фотографий объяснять не нужно.

Почему же тогда изредка шатун все же ломается? Без причины, как известно, и рак на горе не свистит. Причиной обрыва шатуна в статье «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун» было разгильдяйское поведение владельца автомобиля, не удосужившегося в течение двух месяцев после покупки хотя бы раз-другой проверить, есть ли в двигателе масло. Из-за недостаточной смазки шатунные вкладыши прихватило к шейке коленвала, они провернулись, появился стук, а беспечное продолжение эксплуатации мотора в таком состоянии закончилось обрывом шатуна по стержню.

В условиях масляного голодания может оказаться и подшипник скольжения в верхней головке шатуна в конструкциях с плавающим пальцем, а также сопряжение поршневого пальца с бобышками поршня. В этом случае втулка способна провернуться, а палец — заклинить как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Не всегда подобная оказия заканчивалась «рукой дружбы», показанной шатуном, но бывало и такое. 

Еще одна угроза для двигателя со стороны шатуна появляется при заклинивании поршня в цилиндре, например, из-за перегрева. Не будем сбрасывать со счета также возможность заводского брака при изготовлении шатуна. Пусть вероятность брака статистически весьма невелика, но она существует. Однако к произошедшему в двигателе Mondeo указанные причины поломок шатуна отношения не имеют.

Тогда что же? В сообщении владельца Mondeo было сказано, что «всего-то лопнул болт на шатуне». Это подсказало, в какую сторону надо копать. Во время телефонного разговора выяснилась новая подробность — незадолго до случившегося двигатель ремонтировали, шатуны при этом разбирали.

У повторной сборки шатунов после ремонта несколько подводных камней. Первый — важно не перепутать крышки шатунов. Несмотря на внешнюю схожесть, они невзаимозаменяемые, каждая крышка подходит только к тому шатуну, с которым идет в сборе. А если крышки не перепутаны, не менее важно при установке случайно не повернуть их на 180 градусов. К чему приводит путаница, мы рассказывали в статье «Урок не пошел впрок, или Почему может заклинить двигатель». Правда, там при ремонте перепутали крышки коренных подшипников коленвала, но рассказанное справедливо и для шатунных подшипников. 

Второй подводный камень — момент затяжки болтов. Его величина строго регламентирована. Если момент затяжки окажется меньше нормы, возможно самопроизвольное отворачивание гаек либо болтов, если гайки не предусмотрены. Ослабление крепежа ведет к обрыву шатунного болта или разрушению нижней головки шатуна с противоположной стороны от болта, потерявшего затяжку. В этом случае на крышке шатуна под гайкой или головкой болта, потерявшего затяжку, можно увидеть наклепанную поверхность, а поломке нередко предшествует стук. По словам владельца Mondeo, предварительных стуков не было, значит, опять не то.

Похоже, болты были затянуты на совесть. Увы, излишнее усердие при их затяжке тоже чревато. При превышении момента затяжки сверх нормы болты способны вытягиваться, а это и есть предпосылка для последующего их обрыва — на этот раз без каких-либо предварительных стуков. И не всегда вытягивание болтов так же хорошо видно, как на приведенном фото. Неспроста во многих инструкциях по ремонту число повторных применений старых болтов ограничивается, а перед затяжкой рекомендуется проверить длину болтов. Если она превосходит максимально допустимое значение, которое указано в инструкции, болты необходимо заменить новыми.

И вновь уточняющая подробность от владельца Mondeo: при ремонте болты оставили старые. По всей видимости, это и было причиной того, что один из них впоследствии лопнул, ведь, как гласит народная мудрость, рвется там, где тонко.

Наш вердикт

Редко, но метко — именно так можно в двух словах охарактеризовать частоту, с которой случаются поломки шатунов, и тяжесть их последствий для двигателя. Но все в наших руках — и без того небольшое количество поломок можно сократить, так как многие из них вызваны «рукотворными» причинами. 

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и владельца автомобиля 
ABW.BY

Шатун двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также

Что такое шатун и как он работает?

Шатуном называют составляющий элемент кривошипно-шатунного механизма, который соединяет поршень и коленчатый вал. Зачем же нужен шатун? Он предназначается для передачи крутящего момента к колёсам транспортного средства и преобразования этого крутящего момента во вращательные движения.

Начало истории шатунов относится к третьему столетию нашей эры. Тогда на лесопилках Римской империи были применены подобные механизмы в конструкции привода пил. В двенадцатом столетии нашей эры учёный Аль-Джазари описал машину для подъёма воды, которая включала в себя шатуны и коленчатый вал. Это был такой себе предок современного кривошипно-шатунного механизма. А повсеместное использование кривошипно-шатунных механизмов в разнообразных машинах началось в 16 столетии нашей эры и не закончилось по сей день.

1. Конструкция шатуна.

Шатун автомобильного двигателя соединяет поршень двигателя и коленчатый вал. Его предназначение состоит в том, чтобы передавать во время работы усилие от вала на поршень и в обратном направлении. Во время рабочего процесса шатун совершает очень сложные движения. Верхняя головка вместе с поршнем делает возвратно-поступательные движения, а нижняя головка – круговые. При этих движениях на шатун действуют высокие нагрузки, так что его конструкция должна выдерживать высокие нагрузки. Конструкция шатуна предусматривает такие составляющие:

1. Верхняя головка шатуна (поршневая головка).

2. Нижняя головка шатуна (кривошипная).

3. Силовой стержень, соединяющий головки шатуна.

Верхняя головка шатуна соединяется с поршнем при помощи поршневого пальца (из-за этого её и называют поршневой головкой). Она имеет цельную неразборную конструкцию, которая определяется способом крепления поршневого пальца. Если поршневой палец фиксированный, значит в головке шатуна будет цилиндрическое отверстие, изготовленное с высокой степенью точности для обеспечения необходимого уровня натяга во время соединения с пальцем. Натяг значит, что диаметр поршневого пальца будет больше, чем диаметр отверстия в шатунной головке. Если поршневой палец плавающий, то в верхнюю головку впрессовываются специальные втулки из бронзы или биметаллические.

Но бывают двигатели с плавающим пальцем, в которых отсутствуют втулки и поршневой палец попросту вращается в отверстии шатунной головки благодаря зазору. В таком случае, обязательно используется смазка, которая подаётся к поршневому пальцу. Так как на верхнюю шатунную головку приходиться очень большая нагрузка, она изготавливается в виде трапеции, дабы увеличить опорную поверхность во время работы поршня.

Нижняя головка шатуна конструктивно соединяется с шатунными шейками коленчатого вала. Эта головка разборная и состоит из верхней части и крышки нижней головки. Верхняя часть – это одно целое с шатуном. Она растачивается на заводе производителя с установленной крышкой, так что каждая крышка может использоваться исключительно со своим подогнанным шатуном. Во время ремонта обязательно стоит это учитывать и никогда не менять крышку. Крышка соединяется с шатуном при помощи специальных шатунных болтов, которые определяют положение шатунной крышки относительно всего шатуна.

В нижней шатунной головке также имеются вкладыши подшипников скольжения, которые конструктивно напоминают корневые подшипники коленчатого вала. Эти подшипники изготавливают из стальной ленты, внутренняя поверхность которой покрыта антифрикционным сплавом. Этот сплав очень износостойкий, но только при наличии необходимого количества смазочного материала.

2. 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.

3. Материалы, из которых изготавливаются шатуны.

В целях уменьшения вибраций и повышения мощности двигателя инженеры пытаются сделать шатуны и все остальные детали кривошипно-шатунного механизма максимально лёгкими. Но облегчение конструкции провоцирует снижение прочности детали. А ведь шатун работает под высокой нагрузкой и требует соответствующего заряда прочности. Помимо этого, в массовом производстве немалое значение имеет и себестоимость материалов для изготовления шатунов. Так что при подборе материалов для шатунов производители идут на компромисс между этими двумя аспектами.

Из чего делают шатун?

В целях экономии ресурсов и снижения себестоимости готовой продукции, двигательные шатуны в массовом производстве изготавливаются из специального чугуна методом литья. Такой подход вполне приемлем для бензиновых двигателей серийного выпуска, так как обеспечивает почти идеальный компромисс между стоимостью и прочностью.

Что касается дизельных двигателей, то их детали, в том числе и шатуны, находятся под значительно большей нагрузкой, нежели детали бензиновых двигателей. Поэтому аналогичный подход здесь неуместен. Шатуны для таких двигателей производят методом горячей ковки или горячей штамповки. А в качестве материала используют специальную легированную сталь. Кованный шатун намного прочнее литого шатуна, но и более дорогой в производстве.

Как отличить литой шатун от кованного? Это делается по боковому шву. У кованного шатуна этот шов широкий, а у литого – очень узкий. Одним из современных способов изготовления шатунов является использование порошковых материалов, из которых методом спекания производят шатуны. Подобный способ производства обеспечивает намного более высокую прочность.

Если рассматривать элитные и спортивные автомобили, в производстве которых стоимость материалов уходит на второй план, то в них часто используют титановые и алюминиевые сплавы. Это помогает заметно снизить вес всей конструкции, и повысить обороты двигателя. Шатуны из титана и алюминия весят на 50% меньше, чем шатуны из стали и чугуна.

Большое значение имеет то, какой материал используется для производства болтов крепления крышки от шатунной головки. Для этого используют высоколегированную сталь с высоким пределом текучести (в 2-3 раза больше, чем в углеродистой стали).

4. Установка шатуна.

Во время работы шатуны часто деформируются, так как испытывают очень высокие нагрузки. Но вот при ремонте двигателя на них мало обращают внимания. И зря. Ведь деформированный шатун значительно ухудшает работу всего двигателя. Поэтому во время ремонта обязательно рекомендуем тщательно проверять и этот компонент тоже. Для диагностики шатуна его необходимо сначала снять, а потом придётся смонтировать обратно.

Как снять шатун?

Из автомобиля невозможно отдельно снять шатун. Это выполнимо только вместе со снятием поршня, шатунного пальца и поршневого кольца, то есть всей шатунно-поршневой группы механизмов. Шатунно-поршневую группу можно снять и без снятия всего двигателя. Это крайне выгодно, если нужно сэкономить время. Но всё-таки для большей надёжности лучше проводить подобный ремонт со снятием всего двигателя. Так вы проверите абсолютно все механизмы и, возможно, предупредите усугубление сложившейся ситуации, которая пока что незаметна.

Этапы снятия шатунно-поршневой группы:

1. Демонтировать масляный поддон двигателя и головку от блока цилиндров.

2. Найти метки, которые указывают цилиндр, где располагается тот или иной шатун и направление, в котором нужно устанавливать крышку шатуна. Если вы не нашли метки, то сделайте их самостоятельно (в большинстве случаев они есть, так что будьте бдительны).

3. Постепенно открутить гайки или болты, которыми крепиться крышка от шатуна. Поворачивать нужно постепенно по четверти оборота каждый раз. Во время выкручивания болтов, на них стоит одеть защитные приспособления (подойдут и куски мягкого шланга с подходящим диаметром). Эти защитные приспособления уменьшат вероятность повреждения полированной поверхности всех деталей.

4. Демонтировать крышку шатуна и при этом не допустить выпадения из неё вкладыша.

5. Поставить коленвал таким образом, чтобы продольная ось цилиндра совпала с осью шатунной шейки

6. Аккуратно извлечь сам поршень, придерживая его снизу и ударяя легонько деревянным молотком по болтам или по шатуну.

7. Все детали укладывать поочерёдно в последовательности их снятия на чистую поверхность. Чтобы не забыть, можно даже записать или подписать детали.

Установка шатуна вместе с установкой всей шатунно-поршневой группы производиться следующим образом:

1. Перед установкой обязательно проверить все составляющий на предмет дефектов и, при необходимости, устранить эти дефекты.

2. С помощью поршневого пальца соединить поршень с шатуном.

3. Смонтировать поршневые кольца на поршень и проверить установку всех их замков согласно правилам.

4. Стенки цилиндра, поршень и поршневые кольца смазать чистым специальным моторным маслом.

5. Провести сжатие поршневых колец с помощью спецприспособления, которое предварительно следует смазать моторным маслом. Может понадобиться постучать по приспособлению молоточком.

6. Смонтировать шатун в отверстие цилиндра. Делать это можно только в одном направлении с направлением поршня, которое указывается специальной меткой на дне поршня.

7. Шатун выровнять относительно шейки коленвала.

8. Поверхность шатуна, куда устанавливается вкладыш подшипника, тщательно протереть. Потом установить в шатун нужный вкладыш подшипника. Обязательно убедитесь, что устанавливаете именно тот подшипник, который там раньше и стоял. Это важно, так как детали вместе уже притёрлись, и установка не той детали может повлиять на качество работы всего механизма.

9. На болты крепления шатунной крышки одеть защитные приспособления (куски шлангов) и прикрутить эту крышку к шатуну. Сначала закрутить болты руками, а потом – строго следуя руководству по эксплуатации транспортного средства. Для этого используют динамометрический ключ и специальный транспортир.

Подобная процедура установки проводится со всеми имеющимися в двигателе транспортного средства шатунами.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Обрыв шатуна

Среди автослесарей популярно мнение, что при наличии посторонних звуков от двигателя, рано или поздно автомобиль встанет. Но правила созданы для того, чтобы их нарушать. Это и доказал автомобиль, который приехал на автосервис своим ходом с жалобой от собственника – мотор «троит».

 

Прежде чем осветить подробности этой истории, следует вспомнить о такой запасной части двигателя как – шатун.

Главная задача шатуна — передать коленчатому валу энергию, образовавшуюся в результате сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндре. Выполняя свою работу, шатун подвергается гигантским нагрузкам и поэтому должен выполняться из особенно прочных материалов. Ведь в случае поломки шатуна, автомобиль ждет очень долгий и дорогостоящий ремонт. «Кулак дружбы», так называют обрыв шатуна, при котором одна из его частей пробивает блок цилиндров. Часто поломке шатуна предшествует стук двигателя. Однако в конкретном случае, когда автомобиль приехал своим ходом, расспрашивать про стуки двигателя не пришло в голову даже самым опытным мастерам. Узнав у автолюбителя, что для устранения неисправности он никаких действий не принимал, работа пошла в обычном для таких случаев направлении. Сперва определили проблемный  цилиндр, осмотрели и заменили свечу зажигания, следом пришлось заменить высоковольтный провод. Перепробовав все возможные способы и не устранив неисправность, было принято решение разбирать мотор. И, как оказалось, не зря.

Оказалось, что поршень второго цилиндра болтается в нем, т.е. двигается вертикально по цилиндру не зависимо от положения коленчатого вала!

В общем, стало понятно, что жесткого соединения с коленчатым валом, которое должен обеспечивать шатун, нет. Автомеханики продолжили разбирать двигатель уже понимая, каков будет результат.

Почему такое могло произойти? Судя по характерным повреждениям шейки коленвала в месте крепления шатуна, которая как будто оплавилась, произошел проворот вкладышей.

Кстати, другие шейки тоже в плачевном состоянии. Наличие задиров — обычно первый признак скорого проворота вкладышей и на них.

Да и сами вкладыши в таком же состоянии. Обычно такое является следствием недостатка моторного масла.

Масляное голодание может возникать по нескольким причинам. Чтобы поступающее масло оставалось в подшипнике и создавался масляный клин, необходимо соответствие зазора между вкладышами и шейками коленвала, предусмотренного производителем. Кроме того, могут быть проблемы с масляным насосом или же перепускным клапаном, которые ведут к слишком низкому давлению в системе смазки.

В этом автомобиле причина была немного проще.

 

Как пояснил автолюбитель, машина приобретена пару месяцев назад. При активном использовании автомобиля проявился стук двигателя. Так как масляный щуп оказался почти сухим, было долито масло. Стучать стало тише, а раз так, то владелец продолжал эксплуатацию, пока один цилиндр не отключился полностью. Этот случай, пожалуй, можно назвать большой удачей, т.к. обычно такие ситуации ведут или к замене блока цилиндров, или мотора целиком.

 
Понравилась статья?

Поршни и шатуны двигателя

Функция поршня заключается в том, чтобы действовать как подвижная заглушка в цилиндре, образуя нижнюю часть камеры сгорания. Между поршнем и стенкой цилиндра имеется газонепроницаемое уплотнение, поэтому единственный способ расширения горячих газов сгорания — это прижать поршень вниз. То же самое и с пушечным ядром, но вместо того, чтобы улететь на чей-то любимый пиратский корабль, вращающийся коленчатый вал толкает поршень вверх по цилиндру, и цикл повторяется.

Более 60% трения внутри двигателя происходит за счет движения поршневого узла, и поэтому это одна из основных областей повышения эффективности двигателей. Поршень все еще находится в стадии разработки и исследований, что мы вскоре увидим более подробно.

При изменении направления поршня при его движении вверх и вниз возникают огромные силы. Более легкий поршневой узел имеет меньший импульс, что приводит к меньшему усилию и позволяет двигателям с более высокими оборотами. Это означает, что происходит постоянный толчок для уменьшения веса шатуна и поршня.

Поршень соединен с коленчатым валом через шатун , часто сокращается до стержень или же шатун . Эти части вместе известны как поршень в сборе . Оба конца шатуна могут поворачиваться: часть шатуна, которая соединяется с поршнем, называется малый конец , а конец, который крепится вокруг коленчатого вала, называется большой конец . Большой конец будет иметь вкладыши подшипники которые минимизируют трение и поддерживают точный масляный зазор с шейкой шатуна на коленчатом валу.Шатун разделен на две части — с крышка стержня используется для зажима вокруг подшипника шатуна и коленчатого вала.

Компоненты поршневого узла

Поршень

Вся мощность в двигателе достигается за счет силы, воздействующей на верхнюю часть поршня. Эта сила определяется как площадь поршня, умноженная на давление газа. Более крупные поршни и более высокое давление газа обеспечат большую мощность. В целом размер поршня ограничен конструкцией двигателя, но поршень действительно играет жизненно важную роль в поддержании высокого давления газа, создавая газонепроницаемое уплотнение со стенкой цилиндра.

Верхняя поверхность поршня называется крон (также голова или же купол ). В серийных двигателях корона бывает различной формы, но обычно она бывает плоской, выпуклой или выпуклой.

[Различные формы коронки]

Практически все современные поршни включают предохранительные клапаны которые обеспечивают зазор вокруг клапанов в верхней части хода поршня.

Заводная головка, находящаяся в непосредственном контакте с горячими дымовыми газами, сильно нагревается. Именно эта область расширяется больше всего, поэтому будет небольшой конус внутрь от нижней части поршня, чтобы обеспечить больший зазор вокруг этой верхней площадки между головкой и верхним поршневым кольцом.

Хотя нам требуется газонепроницаемое уплотнение, нам также необходимо, чтобы поршень плавно перемещался по цилиндру с минимальным трением, поэтому поршню необходимо некоторое клиренс . Типичный поршень будет иметь зазор 0,1 мм (0,004 дюйма) между ним и стенкой цилиндра — это примерно ширина человеческого волоса.Чтобы сохранить этот зазор, поршень должен быть точно обработан, а сплав, из которого он сделан, будет точно определен с учетом теплового расширения.

Небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра перекрывается кольца поршневые , которые входят в канавки на поршне в области, известной как ремень поршневой . Пространства между этими канавками называются кольцо приземляется .

Поршень прикреплен к шатуну с помощью короткой полой трубки, называемой штифт на запястье , или же палец поршневой . Эта булавка для запястья несет полную силу сгорания.

На поршень при сгорании действуют не только вертикальные силы, но и боковые силы, вызванные постоянно изменяющимся углом шатуна. Из-за этих боковых сил поршню нужны гладкие поверхности, чтобы он мог прилегать к стенке цилиндра и удерживать поршень в вертикальном положении. Боковые поверхности поршня известны как Юбка поршня .

[Пышная юбка и юбка-тапочка]

Есть два типа юбок.Самый простой — это пышная юбка или сплошная юбка, представляющая собой поршень классической трубчатой ​​формы. Эта конструкция до сих пор используется в двигателях грузовых автомобилей и больших коммерческих автомобилей, но уже давно заменена на автомобили и мотоциклы более легкой конструкцией, известной как тапочек поршневой .

У скользящего поршня часть юбки срезана, остались только поверхности, которые опираются на переднюю и заднюю части стенки цилиндра. Такое удаление сводит к минимуму вес и уменьшает площадь контакта между поршнем и стенкой цилиндра, тем самым уменьшая трение.

Современные производственные двигатели дополнительно уменьшают трение между поршнем и стенкой цилиндра за счет использования Покрытия поршней с низким коэффициентом трения , как тефлон в сковороде с антипригарным покрытием. Эти покрытия обычно наносятся методом трафаретной печати в виде заплатки на юбки поршней — например, на изображенном на рисунке покрытии на основе графита двигателя Ford Fiesta Ecoboost.

[Поршень Ford]

Когда поршень опускается на такте сгорания, он будет оказывать боковую силу в направлении, противоположном наклонному шатуну.Направление цилиндра, на которое действует эта сила, известно как сторона осевого напора, и поршень и стенка цилиндра будут испытывать больший износ в этой области.

[Схема тяги]

Поршень становится невероятно горячим, и ему необходимо эффективно отводить это тепло. Тепло от поршня идет в три места: в виде лучистого тепла в камеру сгорания, в стенки цилиндра через поршневые кольца и вниз по шатуну. Кроме того, многие двигатели охлаждают поршень с помощью масла, распыляемого на нижнюю часть.

Поршневые кольца

Поршневые кольца плотно прилегают к поршню, перекрывая небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Обычно на поршне имеется три поршневых кольца, выполняющих разные функции.

Компрессионные кольца

Два верхних кольца называются кольца компрессионные (также известный как кольца нажимные или же газовые кольца ) и их основная роль заключается в предотвращении проникновения газов через небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра.Этот проход газа через поршень в картер известен как минет и должны быть минимизированы для сохранения сжатия.

Компрессионные кольца обычно изготавливаются из твердого чугуна и оказывают внешнее давление на стенку цилиндра. Это внешнее давление возникает из-за естественной упругости колец, но дополняется во время такта сгорания давлением газа за кольцами, которое более плотно прижимает их к стенке цилиндра.

[Давление газа за компрессионными кольцами]

Важно отметить, что компрессионные кольца не оказывают бокового давления на поршень и не действуют как направляющие для него.Канавка в поршне будет глубже, чем ширина поршневого кольца, что позволит кольцу скользить по масляной пленке.

Компрессионные кольца также передают тепло от поршня к стенке цилиндра, где оно рассеивается в охлаждающей жидкости, протекающей через водяные рубашки.

Эти кольца сломаны с небольшим зазором, который позволяет устанавливать и снимать их поверх поршня. Ширина этого зазор поршневого кольца указывается производителем, и его можно измерить, поместив кольцо внутрь цилиндра и измерив зазор с помощью щупа.На этом рисунке зазоры сильно увеличены, в действительности они будут очень тонкими — 0,2 мм или меньше.

Кольца контроля масла

Кольцо нижнее на поршне Кольцо масляное . Масло постоянно разбрызгивается на стенки цилиндров либо из отверстий в шатунах, либо из форсунок, установленных в картере. Для минимального трения нам нужна тонкая масляная пленка, а функция маслосъемного кольца заключается в удалении излишков масла и обеспечении идеальной масляной пленки для скольжения компрессионных колец и юбки поршня.

Нам определенно не нужно масло в камере сгорания: присутствие масла может вызвать плохое сгорание, высокие выбросы, чрезмерное накопление углерода на клапанах и поршнях и синий дым — все это плохие новости для плавного двигателя.

Маслосъемное кольцо обычно состоит из двух тонких хромированных скребковых колец с проставкой, зажатой между ними для удаления масла. Он разработан, чтобы скользить по маслу при движении вверх и соскребать его при движении вниз. Это известно как сегментированный дизайн.В канавке для контроля масла будут просверлены отверстия, чтобы излишки масла могли легко стекать обратно в картер.

Установка новых поршневых колец

Область стенки цилиндра над верхним компрессионным кольцом не охвачена кольцами, что снижает износ. Это может привести к образованию гребня в течение всего срока службы двигателя. Если новые кольца устанавливаются на цилиндр, который не подвергался повторной расточке, тогда может потребоваться кольцо с удаленной выемкой, известное как гребневик, чтобы гарантировать, что новое кольцо не соприкасается с этим выступом материала.

[Схема смещения колец]

При установке новых колец зазоры должны быть смещены и ни в коем случае не должны находиться на одной линии друг с другом, чтобы предотвратить прямой выход газов.

Булавка на запястье

Поршень прикреплен к шатуну через полую трубку из закаленной стали, известную как штифт на запястье или же палец поршневой . Этот штифт проходит через малый конец шатуна и позволяет ему поворачиваться на поршне.

Есть два метода закрепления булавки на запястье. А полуплавающий В конструкции штифт закреплен в шатуне, при этом он может свободно вращаться в отверстиях поршня. А полностью плавающий штифт запястья будет свободно вращаться как в малом конце, так и в поршне, и будет зафиксирован на месте с помощью стопорных колец или тефлоновых кнопок на концах штифта. Для полностью плавающей булавки на запястье будет заменяемая втулка внутри малого торцевого отверстия.

Штифт кисти может быть немного смещен в сторону, а не точно по центру поршня.Это известно как штифт смещенный и используется для уменьшения поперечного движения поршня внутри цилиндра. Чрезмерное движение из стороны в сторону известно как удар поршня из-за производимого им стука.

Шатун

шатун передает силу от поршня к коленчатому валу, он постоянно подвергается растягивающим, сжимающим и изгибающим силам, поскольку он действует как посредник в этом двухтактном взаимодействии.Шатун должен быть конструктивно прочным, и не случайно, что он принимает форму миниатюрной стальной двутавровой балки, похожей на своих более крупных собратьев, поддерживающих небоскребы и мосты. Профиль двутавровой балки обеспечивает максимальную прочность конструкции при минимальной стоимости веса, и, как и поршень, мы хотим сохранить как можно более низкий вес шатуна.

Требуемая прочность шатуна означает, что он изготовлен из кованой стали или порошковой стали. У экзотических двигателей могут быть титановые стержни.Чугун не используется из-за его веса.

Верхняя часть шатуна, прикрепленная к поршню, называется малый . Он не всегда будет иметь ориентиры. От малого конца стержень проходит по профилю двутавровой балки до самого конца. большой конец который разделен на две части, чтобы он мог поместиться вокруг шейки коленчатого вала. Нижняя часть стержня называется крышка стержня и он будет прикреплен шпильками или болтами к самому стержню.

Стержень в настоящее время обычно изготавливается как одно целое, а затем крышка стержня надрезается и отламывается. Это оставляет неровную поверхность сопрягаемой поверхности, но придает большую прочность. Важно, чтобы крышки шатунов не перепутались с другими шатунами — они должны быть вместе как один.

Шатунная головка будет иметь вкладыши подшипников в двух половинах, эти вкладыши подшипников будут изготовлены из того же материала, что и вкладыши основных шейек. Подшипники шатуна смазываются маслом, поступающим под давлением через каналы в коленчатом валу.

Во многих шатунах просверлено отверстие от большого конца вверх, через вал, к выходному отверстию где-нибудь по их длине. Этот канал позволяет маслу проходить вверх по шатуну от большого конца и распыляться на упорную область стенки цилиндра, где трение является максимальным.

Неисправности

Поршневой удар

Износ стенки цилиндра или юбки поршня может привести к слишком большим зазорам между поршнем и стенкой цилиндра.Это допускает чрезмерное перемещение поршня из стороны в сторону. Когда поршень меняет направление вверху и внизу своего хода, это может вызвать его удары о стенку цилиндра, вызывая шум, известный как поршневой удар .

Шлепок поршня обычно усиливается, когда двигатель холодный, до того как поршень успеет прогреться и расшириться. Его можно вылечить путем механической обработки цилиндра и использования поршня увеличенного размера.

Модификации и обновления

Модернизированные поршни и шатуны

Установка набора более прочных и легких штоков и поршней позволит создать более мощный двигатель.Это может быть необходимо для наддува или наддува двигателя. Переход от кованых стержней к титану или порошковой (спеченной) стали приведет к более мощному двигателю.

Покрытия поршней

Как обсуждалось выше, недавно разработанные двигатели часто имеют покрытие с низким коэффициентом трения, нанесенное на заводе на их поршни. Но эти покрытия также доступны на вторичном рынке для уменьшения трения и увеличения (или уменьшения) теплопередачи.

[Примеры покрытий]

• На юбку нанесено покрытие для уменьшения трения между ней и стенкой цилиндра.
  
• Керамическое покрытие может быть нанесено на головку и предназначено для отражения тепла обратно в камеру сгорания и уменьшения количества, передаваемого в поршень.
  
• Нижняя сторона поршня может иметь нескользящее покрытие, известное как масляное покрытие который отталкивает масло, тем самым уменьшая вес узла и обеспечивая более эффективное охлаждение масла.
  

Шатуны — поршневой двигатель

Шатун — это звено, передающее силы между поршнем и коленчатым валом.[Рис. 1] Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться жесткими под нагрузкой, и в то же время быть достаточно легкими, чтобы уменьшить силы инерции, возникающие, когда шток и поршень останавливаются, меняют направление и снова запускаются в конце каждого хода.

Рисунок 2. Узел шатуна

Главная и шарнирная штанга в сборе

Узел ведущего и шарнирно-сочлененного стержня обычно используется в радиальных двигателях. В радиальном двигателе поршень одного цилиндра в каждом ряду соединен с коленчатым валом с помощью ведущего штока. Все остальные поршни в ряду соединены с ведущим штоком шарнирно-сочлененными шатунами. В 18-цилиндровом двигателе, который имеет два ряда цилиндров, есть две ведущие тяги и 16 шарнирных тяг. Шарнирно-сочлененные штоки изготовлены из кованого стального сплава в форме I или H, обозначающей форму поперечного сечения. Бронзовые втулки запрессовываются в отверстия на каждом конце шарнирного штока для обеспечения подшипников шарнирного пальца и поршневого пальца.

Главный стержень служит связующим звеном между поршневым пальцем и шатунной шейкой. Конец шатунной шейки или шатуна содержит подшипник шатунной шейки или ведущего штока. Фланцы вокруг шатуна служат для крепления шарнирных штанг. Шарнирно-сочлененные штоки прикреплены к ведущей штанге с помощью поворотных пальцев, которые при сборке вдавливаются в отверстия во фланцах ведущей штанги. Подшипник скольжения, обычно называемый втулкой поршневого пальца, установлен на поршневом конце ведущего штока, чтобы принять поршневой палец.

Когда используется коленчатый вал с разъемным шлицем или разъемным зажимом, используется цельный ведущий стержень. Ведущий и шарнирно-сочлененный стержни собираются и затем устанавливаются на шатунную шейку; Затем секции коленчатого вала соединяются вместе. В двигателях, в которых используется цельный коленчатый вал, большой конец ведущей штанги разделен, как и подшипник ведущей штанги. Основная часть ведущей тяги установлена ​​на шатунной шейке; Затем крышка подшипника устанавливается на место и прикручивается к ведущей штанге.Центры шарнирных пальцев не совпадают с центром шатунной шейки. Таким образом, в то время как центр шатунной шейки описывает истинный круг для каждого оборота коленчатого вала, центры шарнирных пальцев описывают эллиптическую траекторию. [Рис. 3] Эллиптические траектории симметричны относительно центральной линии, проходящей через цилиндр главной тяги. Видно, что основные диаметры эллипсов не совпадают. Таким образом, тяги имеют разные степени угловатости относительно центра хода кривошипа.

Рис. 3. Эллиптическая траектория перемещения поворотных пальцев в шарнирно-сочлененной штанге в сборе

Из-за разной угловатости соединительных тяг и эллиптического движения шарнирных пальцев не все поршни перемещаются на одинаковую величину в каждом цилиндре при заданном количестве градусов хода кривошипа. Это изменение положения поршня между цилиндрами может существенно повлиять на работу двигателя.Чтобы свести к минимуму влияние этих факторов на клапаны и момент зажигания, отверстия под шарнирные штифты во фланце ведущей штанги расположены не на одинаковом расстоянии от центра шатунной шейки, тем самым компенсируя до некоторой степени эффект угловатости тяги.

Другой метод минимизации отрицательного воздействия на работу двигателя — использование компенсированного магнето. В этом магнето кулачок прерывателя имеет количество выступов, равное количеству цилиндров двигателя. Чтобы компенсировать изменение положения поршня из-за углового положения стержня тяги, выступы кулачка выключателя отшлифованы с неравномерным расстоянием.Это позволяет размыкать контакты прерывателя, когда поршень находится в правильном положении срабатывания зажигания.

Пальцы поворотные

Поворотные штифты имеют прочную конструкцию, за исключением отверстий для масла, просверленных в штифтах, которые смазывают втулки поворотных пальцев. Эти штифты могут быть установлены путем вдавливания в отверстия во фланцах ведущего стержня, чтобы предотвратить их проворачивание в ведущем стержне. Шарнирные пальцы также могут быть установлены со свободной посадкой, чтобы они могли проворачиваться во фланцевых отверстиях ведущей тяги, а также во втулках шарнирной тяги.Их называют полностью плавающими поворотными пальцами. При любом типе установки стопорная пластина с каждой стороны удерживает шарнирный штифт и предотвращает боковое перемещение.

Шатуны плоского типа

Шатуны плоского типа используются в рядных и оппозитных двигателях. Конец шатуна, прикрепленный к шатунной шейке, снабжен крышкой и двухсекционным подшипником. Крышка подшипника удерживается на конце штока болтами или шпильками. Для обеспечения надлежащей посадки и баланса шатуны всегда следует заменять в одном цилиндре и в одном и том же относительном положении.

Узел вилки и штанги отвала

Узел стержня вилки и лезвия используется в основном в двигателях V-образного типа. Вилочный стержень разделен на конце шатунной шейки, чтобы обеспечить место для стержня лопасти между зубцами. На конце шатуна коленчатого вала используется одинарный подшипник из двух частей. В современных двигателях этот тип шатуна используется нечасто.
СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ Типы двигателей
Поршневые двигатели
Коленчатые валы
Поршни
Цилиндры
Порядок работы

Шатун | Инжиниринг | Fandom

Поршень

(вверху) и шатун типичного автомобильного двигателя (шкала в сантиметрах)

В поршневом двигателе шатун или шатун соединяет поршень с кривошипом или коленчатым валом.

Двигатели внутреннего сгорания [править | править источник]

Сделано из [править | править код]

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания шатуны чаще всего изготавливаются из стали [1] для серийных двигателей, но могут быть из алюминия [2] (для легкости и способности поглощать высокие удары за счет долговечности) или титан [3] (для сочетания прочности и легкости за счет доступности) для двигателей с высокими рабочими характеристиками или из чугуна [4] для таких применений, как мотороллеры.

Детали монтажа [править | править код]

Они не закреплены жестко на обоих концах, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шток перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала.

Малый конец прикрепляется к поршневому пальцу или пальцу кисти, который в настоящее время чаще всего запрессовывается [5] в шатун, но может поворачиваться в поршне, как «плавающий палец кисти». Головка шатуна соединяется с шейкой подшипника на ходу кривошипа, работая на сменных вкладышах подшипников, доступных через болты шатуна [6] , которые удерживают «крышку» подшипника на головке шатуна; Обычно в подшипнике и большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазочное масло под давлением [7] разбрызгивается на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец.

Рабочий [править | править код]

Шатун находится под огромным напряжением от возвратно-поступательной нагрузки, представленной поршнем, фактически растягиваясь и расслабляясь при каждом обороте, и нагрузка быстро увеличивается с увеличением скорости двигателя.

Неудачи [править | править код]

Отказ шатуна — одна из наиболее частых причин катастрофических отказов двигателя в автомобилях, когда сломанный стержень часто проходит через боковую часть картера, что делает двигатель неисправимым; это может быть результатом перегрева, физического дефекта штока, нарушения смазки подшипника из-за неправильного обслуживания или выхода из строя болтов штока из-за дефекта, неправильной затяжки или повторного использования уже использованных (напряженных) болтов, если это не так. рекомендуемые.

Надежность [править | править код]

К счастью, несмотря на их частое появление на телевизионных автомобильных соревнованиях, такие сбои довольно редко встречаются на серийных автомобилях при обычной повседневной вождении.

Производство

[править | править код]

При создании двигателя с высокими рабочими характеристиками большое внимание уделяется шатунам, устранению концентраторов напряжения с помощью таких методов, как шлифование краев шатуна до плавного радиуса, дробеструйная обработка для снятия внутреннего напряжения, балансировка всех узлов шатуна / поршня с одинаковый вес и магнитное плавление, чтобы выявить невидимые в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу стержня из строя под нагрузкой.Кроме того, большое внимание уделяется затяжке шатунов с точным указанным значением; часто эти болты необходимо заменить, а не использовать повторно.

Большой конец штока изготавливается как единое целое и разрезается или раскалывается надвое, чтобы обеспечить точную посадку вокруг вкладыша подшипника большого конца. Следовательно, «крышки» шатунов не могут быть взаимозаменяемыми между шатунами, и при восстановлении двигателя необходимо следить за тем, чтобы крышки разных шатунов не перепутались. Как на шатуне, так и на крышке подшипника обычно тиснится соответствующий номер позиции в блоке цилиндров.

Более поздняя производственная технология заключается в штамповке стержня как единой детали из порошкового металла, что позволяет более точно контролировать размер и вес с меньшими затратами на обработку и меньшим количеством лишней массы, которую необходимо обработать для балансировки. Затем крышка отделяется от стержня в процессе разрушения, что приводит к неровной поверхности сопряжения из-за зерен металлического порошка. Это гарантирует, что при повторной сборке крышка будет идеально расположена по отношению к штоку, по сравнению с небольшими перекосами, которые могут возникнуть, если обе сопрягаемые поверхности будут плоскими.

Износ двигателя [править | править код]

Основным источником износа двигателя является боковое усилие, прилагаемое к поршню через шатун коленчатым валом, которое обычно изнашивает цилиндр до овального [8] поперечного сечения, а не круглого, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец. против стенок цилиндра. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этой боковой силы и, следовательно, продлевают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна плюс ход поршня представляет собой фиксированное число, определяемое фиксированным расстоянием между осью коленчатого вала и верхней частью блока цилиндров, где крепится головка блока цилиндров; таким образом, для данного блока цилиндров более длинный ход поршня, обеспечивающий больший рабочий объем и мощность двигателя, требует более короткого шатуна (или поршня с меньшей высотой сжатия), что приводит к ускоренному износу цилиндра.

Смазка [править | править источник]

Смазка изнашиваемых поверхностей играет важную роль в износе двигателя. Поэтому используемый смазочный материал [9] играет важную роль. Самой последней технологией является добавление ПТФЭ [10] к смазке в той или иной форме.

В паровозе шатунные шейки часто устанавливаются непосредственно на одной или нескольких парах ведущих колес, и ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны, также называемые коренными шатунами , проходят между шатунными шейками и подшипниками крейцкопфа, где они соединяются с поршневыми штоками.

См. Также номенклатуру паровозов.

Как правильно установить крепеж шатуна!

Правильная установка шатунов — залог долгого срока службы двигателя. Здесь мы рассмотрим различные способы выполнения этой задачи и наиболее эффективные.

Возможно, в двигателе внутреннего сгорания нет более важного компонента, чем крепеж шатуна. Независимо от того, использует ли конкретный шатун конфигурацию болт / гайка или конфигурацию винта с головкой под ключ, характеристики крепежного элемента шатуна имеют решающее значение.Понимание деталей правильной установки важно как для опытных производителей двигателей, так и для новичков.

Правильная установка крепежа шатуна имеет первостепенное значение для продления срока службы двигателя.

Шатун предназначен для того, чтобы воспринимать возвратно-поступательное движение поршня в канале ствола и превращать его во вращательное движение на коленчатом валу, превращая силы сгорания в силы тяги. Крепеж, который удерживает большой конец стержня вместе, может сломать или сломать ваш высокопроизводительный двигатель.

Каждый фиксатор шатуна должен поддерживать свою зажимную нагрузку независимо от того, находится ли шатун в нижней мертвой точке (НМТ) или в верхней мертвой точке (ВМТ) в отверстии цилиндра. В ВМТ сложной задачей крепежа является предотвращение отслоения шатуна на его большом конце и позволяющего поршню врезаться в головку блока цилиндров.

«Стержневой болт по сути представляет собой чрезвычайно жесткую пружину, и мы полагаемся на эластичность материала при растяжении и отскоке, чтобы поддерживать правильную зажимную нагрузку во время работы», — говорит Майкл Скин, технический торговый представитель K1 Technologies.

Датчик натяжения болтов, такой как этот блок от ARP, необходим для правильной установки крепежных элементов шатуна. Датчик позволяет сравнивать длину неустановленного болта с установленным болтом, показывая, насколько точно болт растянулся.

Независимо от того, что вы слышали в другом месте, проверка растяжения крепежа — лучший способ убедиться, что крепеж шатуна установлен правильно.

«Рекомендуемый метод точной затяжки болтов стержня — это использовать метод растяжения для правильной предварительной затяжки болта.Этот метод рекомендуется независимо от конструкции двигателя, материала стержня или крепежа », — говорит Скин.

Это связано с тем, что простое измерение крутящего момента не дает точной информации о том, насколько растягивается крепежный элемент, и о его зажимной нагрузке; вместо этого, измерение крутящего момента просто дает вам величину трения, необходимое для поворота застежки. На это может повлиять использование смазочного масла, молибденовой смазки или любой другой жидкости, которую вы видели на протяжении многих лет для установки болтов шатуна, и это определенно не самый точный способ определить, обеспечивает ли крепеж надлежащий зажим. нагрузка на шатун.

Измерить растяжение шатуна несложно, но для этого необходимо использовать датчик растяжения, который можно приобрести у ARP и других источников.

«Если болт недостаточно растянут, зажимного усилия не хватит, чтобы удерживать шток на месте. Это может привести к выкручиванию подшипника или поломке болта. В качестве альтернативы, если болт будет растянут сверх предела текучести крепежного элемента, возможно, что болт выйдет из строя », — говорит Скин.

Перед установкой крышки и крепежа шатуна первым делом убедитесь, что у вас есть блокнот под рукой, чтобы отмечать ваши измерения и не допустить путаницы.Перед установкой каждую застежку необходимо измерить, чтобы отметить ее свободную длину в расслабленном состоянии. Каждый набор шатунов K1 Technologies поставляется с крепежными деталями ARP 2000, которые имеют углубления на каждом конце крепежа, чтобы калибр можно было правильно отцентрировать на креплении для измерения его длины.

Угловой калибр также можно использовать как метод установки крепежных элементов шатуна. Это приемлемый метод, хотя и не такой точный, как растяжение болтов.

Перед приложением крутящего момента вставьте шариковые концы датчика натяжения в углубления на застежке. Вы почувствуете, что датчик растяжения встал на место в ямках. Обязательно отрегулируйте внешнее кольцо индикатора часового типа, чтобы убедиться, что оно находится на нуле на лицевой стороне индикатора. Каждый крепеж будет иметь спецификацию растяжения, которую K1 Technologies предоставляет вместе с комплектом шатуна.

Здесь следует обратить внимание на два важных момента: убедитесь, что вы используете точный динамометрический ключ, и вы должны иметь возможность затянуть крепеж одним движением. Если вы остановитесь на полпути, он может дать неточные показания.Также необходимо иметь тиски для шатуна, чтобы удерживать шток в стабильном состоянии в процессе измерения растяжения.

Наличие надежного и точного динамометрического ключа критически важно, но этого недостаточно. На динамометрический ключ могут влиять несколько внешних факторов, и его всегда следует использовать вместе с измерителем натяжения стержневого болта.

Теперь вы можете заметить, что мы упомянули об использовании динамометрического ключа сразу после того, как сказали не использовать динамометрический ключ. Ну, это потому, что вы можете использовать динамометрический ключ как своего рода резервную копию датчика растяжения.

Под этим мы подразумеваем следующее: как только вы определите, какой крутящий момент требуется для достижения надлежащего растяжения крепежа, вы можете определить значение крутящего момента, необходимое для достижения такого растяжения, а затем скопировать это значение для остальных крепежных элементов. Но вы можете видеть, насколько важным элементом этого процесса является надежный динамометрический ключ. Если гаечный ключ плохой, значения будут неправильными, и вы рискуете чрезмерно растянуть крепеж, что приведет к его разрушению. Если болт растягивается до предела текучести, он деформируется безвозвратно — а мы этого не хотим.

После того, как вы определили значение крутящего момента, необходимое для растягивания крепежа до нужной длины, можно повторить повторение для остальных крепежных элементов. Тем не менее, по-прежнему уместно продолжать измерять длину застежки в свободном и растянутом состоянии.

Тщательная и правильная установка крепежных деталей для стержневых болтов позволит вашему двигателю получить отличный старт! Когда дело доходит до этого, использование подходящих инструментов — датчика растяжения, тисков шатуна и динамометрического ключа — может существенно повлиять на конструкцию вашего двигателя.

Следует особо отметить, что использование смазки может повлиять на растяжение болта, поскольку оно снижает трение. Из-за этого использование метода растяжения болта, без сомнения, является наиболее точным, потому что, если вы полагаетесь только на значения крутящего момента, вы можете получить значительно разную степень растяжения крепежа в зависимости от того, сколько смазки вы нанесете на нижнюю сторону крепежа.

«Затягивание крепежа только по крутящему моменту не является приемлемым методом установки крышки стержня и никогда не должно использоваться.Поскольку значение крутящего момента измеряет только сопротивление вращению, количество и тип смазки могут привести к слишком большому количеству переменных, чтобы убедиться, что крепежный элемент предварительно нагружен правильно », — говорит Скин.

Критически важно: если при снятии длина крепежа изменится более чем на 0,001 дюйма от предварительно установленной длины — да, вы должны измерить болты при разборке — ее необходимо заменить, так как она была растянута за пределы проектных ограничений.

Наконец, для случаев, когда метод растяжения просто невозможен по той или иной причине, Скин говорит, что у K1 есть опция.

«Хотя растяжение является рекомендуемым методом закрепления крепежных деталей при установке крышек штанг, мы предлагаем спецификации для затяжки с крутящим моментом + угол. Этот метод требует небольшого начального крутящего момента, за которым следует определенное количество градусов, и зависит от точного шага резьбы для правильного растяжения застежки », — говорит Скин.

Для получения дополнительной информации посетите блог K1 Technologies!

Шатун | Tractor & Construction Plant Wiki

Поршень (вверху) и шатун типичного автомобильного двигателя (масштаб в сантиметрах)

В поршневом двигателе шатун или шатун соединяет поршень с кривошипом или коленчатым валом. Вместе с кривошипом они образуют простой механизм, преобразующий линейное движение во вращательное движение.

Шатуны также могут преобразовывать вращательное движение в поступательное. Исторически до разработки двигателей они впервые использовались для привода механизмов от водяных колес.

Поскольку шатун является жестким, он может передавать как толчок, так и тягу, и поэтому шатун может вращать кривошип через обе половины оборота, то есть толкание поршня и толкание поршня.Раньше механизмы, например цепи, можно было только тянуть. В некоторых двухтактных двигателях требуется только толкать шатун.

Сегодня шатуны наиболее известны благодаря их использованию в поршневых двигателях внутреннего сгорания, таких как двигатели автомобилей. Они имеют совершенно другую конструкцию от более ранних форм шатунов, используемых в паровых двигателях и паровозах.

Схема лесопилки в римском Иераполисе, самой ранней известной машины, сочетающей шатун с кривошипом. ^[1]

Самые ранние свидетельства наличия соединительной тяги относятся к римской лесопилке Хиераполиса в конце 3 века нашей эры. Он также появляется в двух восточно-римских лесопилках VI века, раскопанных в Эфесе, соответственно, Герасе. Кривошипно-шатунный механизм этих римских водяных мельниц преобразовывал вращательное движение водяного колеса в линейное движение пильных полотен. ^[1]

Где-то между 1174 и 1206 годами арабский изобретатель и инженер Аль-Джазари описал машину, которая включала в себя шатун с коленчатым валом для перекачивания воды в составе водоподъемной машины, ^{[2] [3]} , но устройство было излишне сложным, что указывало на то, что он все еще не полностью понимал концепцию преобразования энергии. ^[4]

В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства — хотя и неправильно понятые — составные кривошип и шатун найдены в альбомах для рисования Такколы. ^[5] Звуковое представление вовлеченного движения показывает художника Пизанелло (ум. 1455), который показал поршневой насос с приводом от него. от водяного колеса и управляется двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. ^[5]

К 16 веку свидетельства кривошипов и шатунов в технических трактатах и ​​произведениях искусства Европы эпохи Возрождения становятся многочисленными; Одна только работа Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины» 1588 года содержит восемнадцать примеров, число, которое поднимается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Бёклера до 45 различных машин. ^[6]

Балочный двигатель с двумя шатунами (почти вертикальными) между горизонтальной балкой и кривошипами маховика

Первые паровые двигатели, атмосферный двигатель Ньюкомена, были одностороннего действия: его поршень работал только в одном направлении, поэтому они использовали цепь, а не шатун. Их выход качался вперед и назад, а не вращался постоянно.

Крейцкопф стационарного парового двигателя: шток поршня слева, шатун справа

После этого паровые двигатели обычно имеют двойное действие: их внутреннее давление действует поочередно с каждой стороны поршня. Для этого требуется уплотнение вокруг штока поршня, и поэтому шарнир между поршнем и шатуном расположен снаружи цилиндра в большом блоке подшипников скольжения, называемом крейцкопфом.

Стержни паровоза, большой изогнутый стержень является шатуном.

В паровозе шатунные штифты обычно устанавливаются непосредственно на одной или нескольких парах ведущих колес, а ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны, также называемые коренными стержнями ( в практике США ), проходят между кривошипными штифтами и крейцкопфами, где они соединяются со штоками поршней.Крейцкопфы или направляющие ствола также используются на больших дизельных двигателях, изготовленных для морских перевозок. Подобные штанги между ведущими колесами называются соединительными тягами ( в британской практике ).

Шатуны небольших паровозов обычно имеют прямоугольное поперечное сечение, но на небольших локомотивах иногда используются стержни морского типа с круглым поперечным сечением. Стивен Левин, который строил как локомотивы, так и судовые двигатели, часто использовал круглые стержни.Модель A4 Pacifics от Гресли, такая как Mallard , имела шатун из легированной стали с перегородкой толщиной всего 3/8 дюйма.

На пароходах Western Rivers шатуны правильно называются питманов , а иногда неправильно называются рычагами шатунов.

Двигатели внутреннего сгорания [править | править источник]

Выход из строя шатуна — одна из наиболее частых причин катастрофического отказа двигателя.

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания шатуны обычно изготавливаются из стали для серийных двигателей, но могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов T6-2024 и T651-7075 ^{[ цитата необходима ]} (для легкости и способности для поглощения сильных ударов за счет долговечности) или титана (для сочетания легкости с прочностью, при более высокой стоимости) для двигателей с высокими рабочими характеристиками или из чугуна для таких применений, как мотороллеры. Они не закреплены жестко на обоих концах, поэтому угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шток перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала. Шатуны, особенно в гоночных двигателях, могут называться стержнями «заготовки», если они выточены из цельной металлической заготовки (то есть выкованы до грубой формы), а не отлиты. Кованая сталь имеет лучшее внутреннее зерно. структура для прочности.

Малый конец прикрепляется к поршневому пальцу, поршневому пальцу или пальцу кисти, который в настоящее время чаще всего запрессовывается в шатун, но может поворачиваться в поршне, как «плавающий палец кисти».Шатун соединяется с шейкой подшипника на ходу кривошипа, в большинстве двигателей, работающих на сменных вкладышах подшипников, доступ к которым осуществляется через болты шатуна , которые удерживают «крышку» подшипника на головке шатуна. Обычно в подшипнике и большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазывающее моторное масло под давлением разбрызгивается на упорную сторону стенки цилиндра для смазки хода поршней и поршневых колец. Большинство небольших двухтактных двигателей и некоторые одноцилиндровые четырехтактные двигатели избегают необходимости в насосной системе смазки за счет использования вместо этого подшипника качения, однако это требует, чтобы коленчатый вал был раздвинут, а затем снова вместе, чтобы заменить соединительный стержень.

Шатун находится под огромным напряжением от возвратно-поступательной нагрузки, представленной поршнем, фактически растягиваясь и сжимаясь при каждом вращении, и нагрузка увеличивается в квадрате увеличения скорости двигателя. Отказ шатуна, обычно называемый «выбросом шатуна», является одной из наиболее частых причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, поскольку часто сломанный стержень проходит через боковую часть картера, что приводит к неисправности двигателя; это может быть результатом усталости рядом с физическим дефектом штока, нарушения смазки в подшипнике из-за неправильного обслуживания или выхода из строя болтов штока из-за дефекта или неправильной затяжки. Повторное использование стержневых болтов является обычной практикой, если болты соответствуют спецификациям производителя. Несмотря на то, что они часто возникают на телевизионных соревнованиях по автомобильным соревнованиям, такие сбои довольно редко встречаются на серийных автомобилях при обычной повседневной вождении. Это связано с тем, что производимые автозапчасти имеют гораздо больший коэффициент безопасности и часто более систематический контроль качества.

При создании высокопроизводительного двигателя большое внимание уделяется шатунам, устранению концентраторов напряжений с помощью таких методов, как шлифование краев стержня до плавного радиуса, дробеструйное упрочнение для создания сжимающих поверхностных напряжений (для предотвращения образования трещин), балансировка всех узлов шатуна / поршня на одинаковый вес и магнафлюкс, чтобы выявить в противном случае небольшие трещины, которые могут привести к выходу штока из строя под нагрузкой.Кроме того, большое внимание уделяется затяжке болтов шатуна с точным указанным значением; часто эти болты необходимо заменить, а не использовать повторно. Большой конец штока изготавливается как единое целое и разрезается или раскалывается надвое, чтобы обеспечить точную посадку вокруг вкладыша подшипника большого конца. Следовательно, «крышки» шатуна не являются взаимозаменяемыми между шатунами, и при восстановлении двигателя необходимо следить за тем, чтобы крышки разных шатунов не перепутались. Как на шатуне, так и на крышке подшипника обычно выбиты соответствующие номера позиций в блоке цилиндров.

Последние двигатели, такие как 4,6-литровый двигатель Ford и 2,0-литровый двигатель Chrysler, имеют шатуны, изготовленные с использованием порошковой металлургии, что позволяет более точно контролировать размер и вес с меньшими затратами на механическую обработку и меньшую лишнюю массу, которую необходимо обработать для балансировки. Затем крышка отделяется от стержня в процессе разрушения, что приводит к неровной поверхности сопряжения из-за зерен металлического порошка. Это гарантирует, что при повторной сборке крышка будет идеально расположена по отношению к штоку, по сравнению с небольшими перекосами, которые могут возникнуть, если обе сопрягаемые поверхности будут плоскими.

Основным источником износа двигателя является боковое усилие, действующее на поршень через шатун со стороны коленчатого вала, что обычно приводит к изнашиванию цилиндра в овальном поперечном сечении, а не в круглом, что делает невозможным правильное уплотнение поршневых колец относительно вала. стенки цилиндров. Геометрически видно, что более длинные шатуны уменьшают величину этого бокового усилия и, следовательно, увеличивают срок службы двигателя. Однако для данного блока цилиндров сумма длины шатуна и хода поршня представляет собой фиксированное число, определяемое фиксированным расстоянием между осью коленчатого вала и верхней частью блока цилиндров, где крепится головка блока цилиндров; таким образом, для данного блока цилиндров более длинный ход поршня, обеспечивающий больший рабочий объем и мощность двигателя, требует более короткого шатуна (или поршня с меньшей высотой сжатия), что приводит к ускоренному износу цилиндра.

Составные стержни [править | править код]

Шарнирно-сочлененные шатуны

Многоцилиндровые многорядные двигатели, такие как V12, имеют мало места для многих шатунных шейек на ограниченной длине коленчатого вала. Это трудный для решения компромисс, и его последствия часто приводили к отказу двигателей (Sunbeam Arab, Rolls-Royce Vulture).

Самым простым решением, почти универсальным для двигателей дорожных автомобилей, является использование простых стержней, в которых цилиндры обоих берегов имеют общую шейку.Для этого необходимо, чтобы стержневые подшипники были на уже , что увеличивает нагрузку на подшипник и увеличивает риск выхода из строя высокопроизводительного двигателя. Это также означает, что противоположные цилиндры не совсем выровнены друг с другом.

В некоторых типах двигателей используются ведущие / ведомые стержни, а не простой тип, показанный на рисунке выше. Главный шток несет один или несколько кольцевых штифтов, к которым болтами прикреплены большие концы ведомых штанг гораздо меньшего размера на других цилиндрах. В некоторых конструкциях V-образных двигателей используется шток ведущий / ведомый для каждой пары противоположных цилиндров.Недостатком этого является то, что ход вспомогательной штанги немного короче, чем ход ведущей, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе, что катастрофически характерно для Sunbeam Arab.

Штоки радиальных авиационных двигателей BMW 132

Радиальные двигатели обычно имеют главный шток для одного цилиндра и несколько подчиненных штоков для всех остальных цилиндров в одном ряду.

Вилка и штанги лопастей

Обычное решение для высокопроизводительных авиадвигателей — вилка шатуна.Один стержень разделен на две части на большом конце, а другой утончен, чтобы соответствовать этой вилке. Журнал по-прежнему разделяется между цилиндрами. В легендарном двигателе Rolls-Royce Merlin использовался этот стиль «вилка и лезвие».

1. ↑ ^{1.0 1.1} Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161:

   Из-за открытий, сделанных в Эфесе и Герасе, изобретение кривошипа и шатуна пришлось изменить с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний писал свою Мозеллу.

2. ↑ Ахмад И Хасан. «Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине».
3. ↑
4. ↑ Уайт, мл. 1962, стр. 170:

   Однако то, что аль-Джазари не совсем понял значение кривошипа для соединения возвратно-поступательного движения с вращательным движением, показано его чрезвычайно сложным насосом, приводимым в действие посредством зубчатого колеса, эксцентрично установленного на его оси.

5. ↑ ^{5,0 5,1} Уайт, мл. 1962 г., стр.113
6. ↑ Уайт, мл. 1962, стр. 172

Источники [править | править код]

Стучит шток вашего двигателя? Стоимость ремонта стержня двигателя [Руководство]

— Тук-тук —
— Кто там? —
— Двигатель —

Хорошо, но серьезно, если вы слышите стук из-под капота, это определенно не повод для шуток.

Что вызывает стук двигателя и что с этим делать?

Это может быть стук штанги.

Это происходит, когда шейка коленчатого вала (которая соединяет коленчатый вал с шатуном каждого цилиндра) и подшипник сталкиваются, что может вызвать стук. Если игнорировать, стук штанги будет постепенно ухудшаться, вызывая больше повреждений и, следовательно, более высокий счет за ремонт.

К счастью, в этом полезном руководстве мы расскажем все, что вам нужно знать о ударе стержня. Давайте начнем с того, что посмотрим, что такое удары по штанге

После этого мы посмотрим, что вызывает стук в штоке и сколько вы можете потратить на ремонт, чтобы от него избавиться.

Удар по стержню? Что это?

Двигатель вырабатывает мощность, создавая крошечные взрывы внутри ряда цилиндров (похожих на дуло пистолета). Внутри каждого находится так называемый поршень. Поршень — это плунжерный компонент, который движется вверх и вниз под действием этих взрывов.

Каждый поршень прикреплен к коленчатому валу через шатун. Коленчатый вал — это вращающийся вал, который преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение.Когда поршни качают, коленчатый вал вращается, продвигая ваш автомобиль вперед.

Детонация штока происходит при столкновении шейки коленчатого вала (которая соединяет коленчатый вал с шатуном каждого цилиндра) и подшипника. По сути, точка соединения между ними имеет слишком большой люфт, слишком много места между металлом. Когда происходит это столкновение, издает стук .

Поскольку он стучит при каждом обороте, чем выше обороты двигателя, тем быстрее будет детонация.

Что вызывает стук штанги?

Наиболее частой причиной детонации штока является вращающийся подшипник, когда подшипник штока существенно заклинивает. Это приводит к тому, что зазор внутри расширяется, так что каждый раз, когда он идет по кругу, избыточный люфт создает стук.

Что вызывает вращение подшипника? Есть много возможностей, в том числе:

• Отсутствие смазки
• Частицы в масле
• Падение давления масла
• Высокие рабочие нагрузки
• Избыточный нагрев

Несколько способов защитить шток двигателя от ударов включают регулярную замену масла и свечей зажигания, а также только заправка на АЗС Top Tier . Немедленно отпустите газ, если вы когда-нибудь услышите звон или стук.

Сколько стоит ремонт стержней двигателя?

Стоимость ремонта детонационной штанги двигателя зависит от нескольких факторов, в том числе:

• Как долго он стучал
• Степень повреждения
• Если это высокопроизводительный двигатель
• Если двигатель подлежит ремонту

Последнее, что вам нужно, — это узнать, что ваш двигатель нуждается в ремонте , который может стоить от 2500 до 4000 долларов.Или, что еще хуже, полная замена двигателя, которая может достигать 10 000 долларов и более.

Итак, сколько стоит ремонт стержней двигателя? В среднем ожидайте потратить от 2000 до 3000 долларов как на детали, так и на ремонт . Обычно работа заключается в замене уплотнений, прокладок, шатунных подшипников, болтов головки блока цилиндров, а также в промывке двигателя и трубопроводов радиатора.

Однако, если повреждение еще больше, вам может потребоваться замена нескольких дополнительных деталей, таких как поршни, шатуны, подшипники распределительного вала, цепи привода ГРМ и, возможно, даже коленчатый вал.

Наш совет? Не ждите

Чем дольше вы ждете, тем хуже будет.

Как бы то ни было, это дорогостоящий ремонт, как ни крути. Однако решение проблемы на ранней стадии, а не ожидание, может быстро стать решающим фактором между тем, возможен ли ремонт, или нужен ли вам новый двигатель.

Шатун четырехтактного двигателя

Шатун четырехтактного двигателя

МенюРамаКоленчатый валШатунГильзаПоршеньГоловка цилиндровРаспредвалТопливный насосКлапаныТурбокомпрессорДвигатели Оперативная информация Среднескоростной 4-тактный поршневой ствол Двигатель Соединение Шток **** Выпадающее меню DHTML на основе JavaScript, созданное NavStudio. (OpenCube Inc. — http://www.opencube.com) **** Шатун в среднеоборотном 4-тактном двигателе подвержен инерционная ударная нагрузка из-за массы шатуна, раскачивающегося вокруг поршневой палец.(Из-за меньшей скорости двухтактного двигателя хлыст нагрузка недостаточно велика, чтобы повлиять на конструкцию шатуна) К этому добавляются инерционные нагрузки из-за массы возвратно-поступательного детали вызывают изменение напряжения из-за высокого сжимающего напряжения (во время и ход сжатия) до низкого растягивающего напряжения между выпускной и впускной ходы. Эта загрузка стержня влияет на его конструкцию и выдерживает описанные нагрузки выше, шатуны часто выкованы из марганца. молибденовая сталь в двутавровом или двутавровом сечении, что снижает ее массу с одного изготовлены из стали круглого сечения (что снижает нагрузку на хлыст), а поддержание силы.Это не всегда так, как видно из показанные изображения, и часто стержень круглого сечения является достаточным сила. Из-за большого диаметра шатунной шейки увеличить площадь подшипника и уменьшить нагрузку на подшипник, ширина нижнего конца шатуна больше, чем диаметр гильзы цилиндра. Чтобы поршень можно было вынуть из гильзы, 3 разных использовано дизайнов: Шатун можно оснастить морской ладонью как на фото над. Шатун можно разделить на две части, как показано напротив. Нижний конец можно разделить наискосок.Зубцы используется для размещения двух половинок относительно друг друга. Преимущество использования V-образного двигателя заключается в том, что общая длина двигателя уменьшается при заданной мощности выход. Если используется нормальная конструкция нижнего конца, то шатуны должны быть размещены рядом, что означает противоположные цилиндры смещены.Шатуны должны быть достаточно длинными, чтобы вместить два нижние концы бок о бок и достаточно большого диаметра, чтобы противостоять изгиб. Увеличенная длина коленчатого вала означает более длинную двигатель. На фото (справа) показаны две альтернативные схемы. Оба позволяют цилиндры должны быть расположены напротив друг друга. Однако оба устройства ограничивают доступ к картеру, и поскольку дизайн нижних торцов другой, нужно больше запчастей унесенный. БОЛТЫ НИЖНИЕ КОНЦЕВЫЕ Из-за упомянутого выше изменения напряжения болты нижнего конца имеют ограниченная жизнь. Это зависит от двигателя к двигателю, но обычно около 12-15000 часов. Если нижний концевой болт вышел из строя, тогда результаты будут катастрофическими. При снятии болтов с нижнего конца следует соблюдать осторожность. двигатель во время капремонта.Их следует осмотреть на предмет повреждений поверхность, с которой может начаться трещина. Этот ущерб может быть вызван коррозия (вода в LO) или из-за неправильного обращения.

Меню DHTML / Меню JavaScript на базе OpenCube

.