Шатун из чего состоит: Шатун Двигателя. Что это такое, его поломки и их причины, способы восстановления | SUPROTEC

Шатуны

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

В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. У дизеля ПД1М втулка 2 целиком бронзовая, а у дизелей типа Д100 она состоит из двух неразъемных втулок — наружной стальной и внутренней бронзовой.

У внутренней втулки по всей поверхности прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца. Втулки головок в средней части имеют кольцевую канавку и отверстия для подвода масла.

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

Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна (см. рис. 73, а, вид Б) имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем.

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

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

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

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

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

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

В верхние головки шатунов запрессованы стальные втулки 7, внутренняя поверхность которых покрыта свинцовистой бронзой. Кольцевая проточка в средней части втулок сообщается двумя отверстиями с каналами маслопровода от шейки коленчатого вала к поршню. Нижняя головка главного шатуна имеет зубчатый стык з с крышкой 15 шатуна, препятствующий поперечному смещению крышки. Крышки притянуты к головке четырьмя болтами 14, резьба которых для повышения усталостной прочности обкатана. С этой же целью внутренние поверхности головки шатуна под вкладышем упрочнены накаткой. Вкладыши 16 шатунных подшипников стальные тонкостенные, залитые свинцовистой бронзой.

Наружные поверхности вкладышей покрыты тонким слоем меди для устранения фреттинг-коррозии, возникающей при взаимных микропе ремещениях соприкасающихся тел. Внутренняя поверхность вкладышей для улучшения прирабатываемости покрыта тонким слоем свинцовистого сплава. Расточка вкладышей подшипника выполнена с некоторым увеличением диаметра от середины к краям (гиперболической). Такая форма расточки создает лучшие условия для гидродинамического режима смазывания подшипника с учетом упругих деформаций шеек коленчатого вала.

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

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

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

Шатуны

Шатуны

   Шатун связывает колено вала с поршнем в тронковых двигателях или с ползуном (крейцкопфом) в крейцкопфных. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от сил давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгиб.

шатун с неразъемной кривошипной головкой

   Конструкция шатуна состоит в основном из: стержня, верхней поршневой и нижней кривошипной головок, шатунных болтов и вкладышей. Но существуют конструкции в которых число элементов может уменьшаться или добавляться. Например есть шатуны с неразъемной кривошипной головкой (нет шатунной крышки) они применяются в двигателях с составным коленчатым валом (такими были главные шатуны на авиационных звездообразных моторах) или в качестве прицепных шатунов, которые применяются и на V-образных тепловозных двигателях например 12ЧН18/20 (М 756), 23/30 (Д40) и на авиационных звездах.

прицепной шатун с цилиндрической пятой

На большинстве конструкций прицепных шатунов вместо кривошипной головки имеется цилиндрическая пята (шатун в таком случае скрепляется с пальцем прицепа болтами). Такими выполнены прицепные шатуны на двигателях  ЧН26/26 (Д49), Д70 и Д80 (Харьковского завода), GE 7FDL (у него и вместо поршневой головки цилиндрическая пята).

   Существует также большое разнообразие форм поперечного сечения стержня шатуна. Однако чаще всего из-за наличия поперечного изгиба шатуна в плоскости его движения (т.е. перпендикулярно коленчатому валу), выбирают профили с преимущественным расположением материала именно в этой плоскости и с ориентацией в ней большей высоты сечения. При этом при использовании двутаврового сечения достигается повышенная жесткость в плоскости качения при относительно малой массе, как известно изгибные напряжения достигают больших величин на удалении от оси симметрии, поэтому  материала там минимум, а на удалении от оси наоборот целесообразно расположить больше материала и там как раз находятся полки двутавра. Разновидность двутаврового сечения является двутавровое сечение с утолщением в центре для размещения масляного канала.

шатун с прямоугольным сечением стержня

      Имеют место и конструкции с прямоугольным профилем, они более легки в изготовлении, но при одинаковой жесткости с «двутавровыми» шатунами имеют большую массу и их применение ограниченно лодочными моторами и малооборотными двигателями.

шатун с круглым сечением стержня

       Наименее рациональной с точки зрения веса ( при одинаковой жесткости) является круглая форма сечения стержня, однако и такая форма используется в двигателях, в основном судовых малооборотных (например, на крейцкопфных) и малофорсированных . Такую форму можно усовершенствовать если выполнить круглый стержень полым (со сверлением). Однако такие шатуны легче в обработке ( более технологичны) в них легче устроить масляный канал для снабжения маслом поршневого пальца и для охлаждения поршня (если оно не выполняется с помощью форсунок). Стержни овального сечения имеют те же недостатки и достоинства, что и стержни с круглым сечением.

Особо следует отметить конструкцию главных шатунов сочлененных шатунных механизмов, такие шатуны имеют проушину в которую устанавливается ( иногда запрессовывается) палец прицепного шатуна. Сейчас наиболее популярна конструкция с запрессованной специальной втулкой в проушине главного шатуна и со свободно вращающимся в ней пальцем, к которому болтами прикреплен прицепной шатун. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед конструкцией с запрессованным пальцем так как габариты проушины меньше (меньше ослабление конструкции, легче изготовление и  установка) из-за отсутствия у прицепного шатуна кривошипной головки. Также следует отметить что чем меньше радиус прицепа, тем ближе кинематика прицепного шатуна к главному (а следовательно и индикаторный процесс) из этого также следует преимущество конструкции со «свободным пальцем», так как нет кривошипной головки, то и палец можно расположить ближе к шатунной шейке без вреда для прочности конструкции (в конструкции с закрепленным пальцем «прицепа» такое сделать невозможно).

шатун со шпильками работающими на срез

Наиболее распространенно соединение шатуна и крышки с болтами работающими на разрыв, но встречаются и конструкции с соединением работающими на срез (это продиктовано уменьшением размера кривошипной головки), но прочность такого соединения не велика, трудно обеспечить требуемую затяжку вкладышей. На иллюстрации приведена кривошипная головка с соединением шатуна(серый цвет) и крышки(белый цвет) штифтами(оранжевый цвет) работающими на срез ,такое соединение применяется на двигателях 12ЧН18/20 (М 756).

шатун с отъемной кривошипной головкой

Следует рассказать о шатунах с отъемной кривошипной головкой (или стержнем), такая конструкция имеет распространение в основном на судовых двигателях, это связано с теснотой моторного отделения — шатун с отъемной головкой легче монтировать (вынуть вместе с поршнем из цилиндра). Между головкой и шатуном в таком случае может ставиться прокладка (отмечена на иллюстрации оранжевым цветом), регулирующая степень сжатия. Такие шатуны применяются на двигателях Д70 и Д80 (Харьковского завода), хотя они имеет тепловозное предназначение, на судовых дизелях MAN, на крейцкопфных судовых дизелях ДКРН (брянского завода), B&W и т.д. Но такое соединение понижает прочность узла, и ограниченно областью применения в основном на тихоходных двигателях, и там где по другому сделать узел невозможно — на крейцкопфных двигателях это технологически оправданно (легче изготовление, монтаж, сборка).

Приведенные иллюстрации не являются точными копиями каких либо конструкций, но они отображают концепцию заложенную в данном типе конструкции.

Все пожелания можете отправлять на адрес: [email protected] (пишите лучше через свой ящик, если у вас не настроена почтовая программа).

Алексей Никонов. Nikonoff`s^®

Использование материалов сайта в интернет-ресурсах разрешается только при указании источника (Сайт «Посиделки у Кузьмича») и гиперссылки на www.nikonoffs.narod.ru.

На главную

 

Внутренняя фиксация: стержни и гвозди

Что такое стержни и гвозди?

Стержни и гвозди представляют собой длинные цилиндры, изготовленные из хирургического металла (нержавеющая сталь или титан). Эти устройства вставляются в полость костного мозга длинной кости (большеберцовой кости, бедренной кости, плечевой кости или костей предплечья). Их также называют интрамедуллярными (ИМ) устройствами, так как они вводятся внутрь кости. Врач может взаимозаменяемо называть стержни и стержни внутренними, интрамедуллярными или внутримышечными устройствами.

Когда используются стержни или гвозди?

Гвозди можно использовать для удлинения костей или для облегчения удлинения костей. Гвоздь или стержень можно использовать для стабилизации кости после коррекции деформации или после перелома, чтобы кость оставалась устойчивой и защищенной во время заживления. Специальные типы гвоздей и стержней также могут использоваться для доставки антибиотиков к инфицированной кости.

В чем разница между стержнем и гвоздем?

Гвозди и стержни вставляются в центр кости, но только гвозди прикрепляются к кости с помощью поперечных болтов или стопорных винтов. Гвоздь имеет небольшие отверстия, просверленные на обоих концах гвоздя. Через эти отверстия вставляют костные винты или штифты, а затем прикрепляют к кости. Они повышают стабильность гвоздя внутри кости.

Стержни вставляются внутрь кости, но не прикрепляются к кости костными винтами или штифтами. Стержни, как правило, более гибкие и тонкие, чем гвозди. В зависимости от клинического сценария наши хирурги могут использовать стержни Rush и/или стержни с антибиотическим цементным покрытием.

Каким образом гвоздь или стержень вставляют в центр кости?

Во-первых, врачу необходимо освободить место, чтобы устройство поместилось внутри кости. Внешняя часть кости состоит из твердой ткани, а внутренняя часть кости состоит из более мягкой ткани костного мозга. Врач будет использовать ортопедическую дрель, чтобы создать канал в полости костного мозга в центре кости. Этот канал будет достаточно большим, чтобы в него поместился гвоздь или стержень.

Способ введения стержня или стержня зависит от кости и конкретной ситуации пациента:

• В бедренную кость (бедренную кость) устройство можно вводить двумя различными способами:
  • Через верхнюю часть бедренной кости, которая находится ближе всего к бедру (вставляется от бедра к колену).

• • Через нижнюю часть бедренной кости, ближайшую к колену (вводится от колена к бедру).

• Для большеберцовой кости (голени) устройство почти всегда вводится через верхнюю часть большеберцовой кости, ближайшую к колену (вводится от колена к лодыжке).

• В плечевую кость (верхняя кость руки) устройство вводится через верхнюю часть плечевой кости, ближайшую к плечу (от плеча к локтю).

Каковы преимущества использования стержня или гвоздя?

Стержни и гвозди поддерживают кость во время ее заживления, что позволяет пациентам быстрее нагружать ногу или руку. Нагрузка на кость способствует заживлению кости.

Не повредит ли костный мозг введение стержня или гвоздя?

Он повредит костный мозг в этой кости, но не повлияет на способность организма создавать новые эритроциты или иммунные клетки (например, Т-клетки). У людей много костей, содержащих костный мозг. После удаления стержня/гвоздя костный мозг в кости, подвергшейся лечению, регенерирует сам.

Нужно ли удалять стержни и гвозди после лечения?

После полного заживления кости стержень/гвоздь больше не служит и может быть удален. Обычно это делается через год после первоначальной операции и может быть амбулаторной процедурой (т. Е. Пациент не остается в больнице на ночь после операции). В некоторых ситуациях, когда имеется основное заболевание костей, которое делает кости подверженными риску переломов на протяжении всей жизни (рахит, несовершенный остеогенез, врожденный ложный сустав большеберцовой кости), может быть предпочтительнее оставить стержень/гвоздь внутри кости навсегда, чтобы предотвратить повторный перелом. перелом.

Почему стоит выбрать Международный центр удлинения конечностей?

Нажмите здесь, чтобы узнать, почему пациенты выбирают Международный центр удлинения конечностей.

Металлический стержень

Металлический стержень – это металлы и сплавы, выполненные в виде круглых стержней или стержней, прямоугольных или плоских стержней, квадратных стержней, шестиугольников и других образцов пруткового материала. Эти формы также бывают в виде заготовок и обычно имеют поперечное сечение в зависимости от формы стержня или прутка. Арматурные стержни также представляют собой тип металлических стержней, которые используются для придания прочности или внутренней поддержки бетонных и каменных конструкций. Некоторые другие формы металлических стержней включают рулонные заготовки и заготовки из полых труб.

Типы

Металлические стержни можно разделить на различные типы и категории в зависимости от металла, используемого в их конструкции. Таким образом, в зависимости от используемого металла металлические стержни можно разделить на следующие типы —

Эти различные типы стержней из черных и цветных металлов кратко описаны ниже —

Прутки из черных металлов
Прутки из черных металлов и сплавов на основе железа. Некоторыми распространенными черными металлами и сплавами, используемыми для изготовления стержней, являются углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, чугун, инструментальная сталь и литая сталь. Простые углеродистые стали состоят из железа, углерода и других легирующих элементов в небольших количествах. Легированная сталь используется в различных отраслях промышленности и может быть легко изготовлена ​​путем механической обработки, формовки, литья и сварки.

Сплав углерода и железа, инструментальная сталь известна высоким уровнем упрочнения и свойствами легирующих элементов. Сплав обладает превосходной износостойкостью, однако его трудно изготовить в закаленном виде. Чугун — еще один черный металл, который используется в металлических стержнях. Сплав железа, углеродистый сплав содержит большое количество углерода. Литая сталь представляет собой сплав, который получают путем заливки расплавленного железа в форму.

Прутки из цветных металлов
Прутки из цветных металлов можно определить как стержни, не содержащие железо или сплавы железа. Некоторыми распространенными цветными металлами, которые используются для изготовления стержней, являются алюминий, медь, кобальт, никель, огнеупоры и титан.