Назначение и устройство шатуна: Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны — Autodromo — RallySale.ru Продажа спортивных автомобилей, гоночной техники и экипировки для автоспорта. Работа. Аренда и тюнинг машин

Содержание

назначение и устройство, обслуживание и ремонт

Двигатель – пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Именно он вырабатывает крутящий момент для дальнейшего движения машины. В основе конструкции ДВС лежит кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство его будет рассмотрено в нашей сегодняшней статье.

Конструкция

Итак, что это за элемент в двигателе?

Данный механизм воспринимает энергию давления газов и преобразует его в механическую работу. КШМ двигателя внутреннего сгорания объединяет в себе несколько составляющих, а именно:

поршень;
шатун;
коленчатый вал со вкладышами;
кольца и втулки.

В совокупности они образуют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипно-шатунного механизма делает свою работу. При этом элементы взаимосвязаны между собой. Каждая деталь имеет свое устройство и назначение. Кривошипно-шатунный механизм должен выдерживать повышенные ударные и температурные нагрузки. Это обуславливает надежность силового агрегата в целом. Далее мы подробно расскажем о каждой из перечисленных выше составляющей.

Поршень

Данная деталь кривошипно-шатунного механизма воспринимает давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере. Поршень изготавливается из сплавов алюминия и осуществляет возвратно-поступательные движения в гильзе блока. Конструкция поршня объединяет в себя головку и юбку. Первая может иметь разную форму: вогнутую, плоскую или выпуклую.

На 16-клапанных двигателях ВАЗ зачастую используются поршни с выемками. Они служат для предотвращения столкновения головки поршня с клапанами в случае обрыва ремня ГРМ.

Кольца

Также в конструкции есть кольца:

маслосъемное;
компрессионные (две штуки).

Последние препятствуют утечкам газов в картер двигателя. А первые служат для удаления излишков масла, что остается на стенках цилиндра при осуществлении хода поршня. Чтобы поршень соединился с шатуном (о нем мы расскажем ниже), в его конструкции также предусмотрены бобышки.

Шатун

Работа кривошипно-шатунного механизма не обходится без этого элемента. Шатун передает толкательные усилия от поршня на коленвал. Данные детали машин и механизмов имеют шарнирное соединения. Обычно шатуны изготавливаются путем ковки или штамповки. Но на спортивных двигателях используются титановые литые элементы. Они более устойчивы к нагрузкам и не деформируются в случае большого толчка.

Каково устройство и назначение кривошипно-шатунного механизма? Конструктивно шатун состоит из трех частей:

верхней головки;
стрежня;
нижней головки.

Вверху данный элемент соединяется с поршнем при помощи пальца. Вращение детали осуществляется в тех самых бобышках. Такой тип пальца называется плавающим. Стержень у шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя часть является разборной. Это нужно для того, чтобы производить его демонтаж с коленчатого вала в случае неисправностей. Нижняя головка соединяется с шейкой коленчатого вала. Устройство последнего мы рассмотрим прямо сейчас.

Коленчатый вал

Данный элемент является основной составляющей в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Назначение его в следующем. Коленчатый вал воспринимает нагрузки от шатуна. Далее он преобразует их в крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Именно он является заключительной частью в конструкции двигателя. Может быть одно- и двухмассовым. На конце имеет зубчатый венец. Он нужен для зацепления с шестерней стартера в случае запуска двигателя. Что касается самого вала, он изготавливается из высокопрочных сортов стали и чугуна. Элемент состоит из шатунных и коренных шеек, что соединяются «щеками». Последние вращаются во вкладышах (подшипники скольжения) и могут быть разъемными. Внутри щек и шеек есть отверстия для подачи масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 Бар, в зависимости от нагруженности ДВС.

Во время работы двигателя может возникать дисбаланс вала. Чтобы его предотвратить, в конструкции предусмотрен гаситель крутильных колебаний. Он являет собой два металлических кольца, что соединяются через упругую среду (моторное масло). На внешнем кольце гасителя имеется ременной шкив.

Типы ЦПГ

На данный момент существует несколько разновидностей цилиндропоршневой группы. Наиболее популярная – рядная конструкция. Она применяется на всех 4-цилиндровых двигателях. Также есть рядные «шестерки» и даже «восьмерки». Данная конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Рядные двигатели отличаются высокой сбалансированностью и малой вибрацией.

Существует также и V–образная конструкция, которая пошла от американцев. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.

Как видите, здесь цилиндры располагаются в двух плоскостях. Обычно они находятся под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции, можно существенно сэкономить место в подкапотном пространстве. Примером могут послужить 6-цилиндровые моторы от «Опель» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем размещается под капотом поперечно. Если взять рядную «шестерку» от переднеприводного «Вольво», она будет заметно скрадывать место под капотом.

Но за компактность приходится платить меньшей виброустойчивостью. Еще одна схема размещения цилиндров – оппозитная. Практикуется на японских автомобилях «Субару». Оси цилиндров размещены тоже в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они находятся под углом 180 градусов. Основные плюсы – низкий центр тяжести и отличная балансировка. Но такие двигатели очень дорогие в производстве.

Ремонт и обслуживание кривошипно-шатунного механизма

Обслуживание любого КШП предполагает лишь регулярную замену масла в двигателе. В случае ремонта уделяется внимание следующим элементам:

Кольцам поршней. При залегании они меняются на новые.
Вкладышам коленчатого вала. При существенной выработке или проворачивании подшипника скольжения – замена на новый.
Поршневым пальцам. Они тоже имеют выработку.
Самим поршням. При детонации возможен прогар головки, что влечет за собой снижение компрессии, троение, жор масла и прочие неполадки с двигателем.

Зачастую подобные неисправности возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании низкооктанового бензина. Также ремонт КШМ может понадобится при постоянных нагрузках и при высоком пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но есть случаи, когда вкладыши проворачивало уже на 120 тысячах километров, прогорали клапаны и поршни. Все это является следствием несвоевременного обслуживания силового агрегата.

Итак, мы выяснили, что являет собой кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.

устройство, назначение, технические характеристики, специфические особенности эксплуатации и ремонта

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет вращения коленчатого вала. Он вращается под воздействием шатунов, которые передают усилия на коленвал от поступательных движений поршней в цилиндрах. Чтобы шатуны могли работать в паре с коленчатым валом, применяется шатунный подшипник. Это подшипник скольжения в виде двух полуколец. Он обеспечивает возможность вращения коленчатого вала и долгую эксплуатацию двигателя. Давайте подробно рассмотрим данную деталь.

Общее описание

Подшипник шатуна (он же вкладыш) представляет собой подшипник скольжения. Он устанавливается в нижней головке шатуна и охватывает шейку коленчатого вала. Деталь представляет собой два полукольца из стали с специальным напылением – оно снижает трение. В полукольцах имеются канавки для смазки, а в одном полукольце есть отверстие для подачи масла.

Непосредственного контакта с шейкой коленчатого вала шатунный подшипник не имеет. Детали трутся в особом гидродинамическом режиме за счет масляной пленки, образующейся в зазоре между шейкой вала и подшипником.

Условия работы вкладышей двигателя

Благодаря образованию масляной пленки предотвращается локальная концентрация нагрузок. Но если будут созданы определенные условия, то нормальный для подшипника гидродинамический режим будет изменен на смешанный. Это может произойти, если в двигателе недостаточное давление масла, узел испытывает огромные нагрузи, вязкость масла низкая, смазка перегревается, на поверхности вала и подшипника имеется повышенная шероховатость. Также смешанный режим может возникнуть по причине грязного масла, деформации и геометрических дефектов подшипников.

В этом смешанном режиме у шатунного подшипника может возникнуть контакт с поверхностью шейки коленчатого вала, что может в дальнейшем стать причиной задиров, повышенного износа, спекания вала с подшипником.

Материалы и их характеристики

Материалы для изготовления этих деталей обязаны иметь массу иногда противоречивых характеристик и свойств. Вообще материал определяет надежность и качество подшипника. Разница между разными моделями — в материале и антифрикционном напылении.

Так, материал должен иметь достаточную усталостную прочность – это максимальные циклические нагрузки, которые элемент способен выдерживать в течение неограниченного числа циклов. Если превысить данную нагрузку, то начнут появляться трещины по причине усталости металла.

Еще одно важное свойство – сопротивление материала схватыванию. Это способность материала для коренных и шатунных подшипников сопротивляться спеканию с металлом вала в процессе непосредственного контакта.

Стойкость к износу – это свойство материала хранить свои геометрические размеры, несмотря на наличие абразивов в смазке, а также при условии прямого контакта с коленчатым валом. Материал должен иметь прирабатываемость. Это означает, что подшипник должен компенсировать незначительные дефекты коленчатого вала и гнезда в шатуне за счет локального износа или деформации. Материал должен иметь свойство захватывать абразив и грязь, которая циркулирует в масле. Также важное качество – стойкость к коррозии.

Долгая и надежная работа шатунных подшипников двигателей достигается только при помощи соединения специалистами высокой прочности материала с мягкостью. Вкладыш должен быть одновременно мягким и в то же время твердым. Это может казаться парадоксальным, но современные изделия соединяют все эти характеристики.

Устройство подшипника

На самом деле материал, из которого изготавливают данные детали, гораздо важнее, чем геометрические характеристики. Подшипник скольжения устроен из нескольких слоев. Можно выделить биметаллические элементы и триметаллические.

Биметаллический вкладыш

Вкладыши шатунного подшипника изготовлены из стального основания. Сталь обеспечивает детали необходимую жесткость, а также натяг.

Далее идет второй слой – антифрикционное напыление. Оно достаточно толстое – толщина составляет 0,3 миллиметра. Толщина этого слоя очень важна для подшипника. Он может прирабатываться даже к большим дефектам вала. Подшипник имеет высокие абсорбционные свойства. Состав антифрикционного слоя – от шести до двадцати процентов олова, а также от двух до четырех процентов кремния. В сплаве могут содержаться и такие элементы, как никель, медь, марганец, ванадий.

Триметаллический вкладыш

Здесь кроме основания из стали имеется еще и промежуточный медный слой – он содержит кроме меди до 25 % свинца и до 5 % олова. Антифрикционное напыление выполняется из сплава на основе свинца и олова. Покрытие не толстое – около 20 мкм. Такая толщина придает усталостную прочность, но антифрикционные свойства снижены. Также между основным и промежуточным слоем вкладыш покрывается никелем – толщина составляет не более 2 мкм.

Особенности эксплуатации

В процессе эксплуатации шатунный подшипник изнашивается, и это первая причина, по которой его меняют. Как бы ни пытался автовладелец сберечь эти элементы, но законы физики берут свое, и избежать этого никак нельзя. Антифрикционный слой стирается, у коленчатого вала появляется свободный ход, снижается давление масла и количество смазки. В результате из-за повышенного трения возникают поломки.

Еще одна ситуация – проворачивание вкладышей. Это тоже причина для замены. Вкладыш просто слипается с шейкой коленчатого вала. Двигатель глохнет. Среди причин – густая смазка с большим количеством мусора, отсутствие масла, несоблюдение моментов затяжки шатунных подшипников.

Заключение

Как видно, вкладыши – это небольшие, но очень важные детали для беспроблемной работы двигателя. Без них бы двигатель попросту не работал. Это технологичные изделия, способные выдерживать высокие нагрузки, большие температуры и запредельные обороты. И именно по причине наличия вкладышей в двигателе нужно чаще менять масло – грязь убивает подшипники. Сами элементы стоят не так дорого, однако для их замены нужно полностью разбирать двигатель. Эта работа не из легких, требующая знаний, опыта и наличия большого количества времени.

устройство, предназначение, поломки и ремонт

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Менять шатун нужно в двух случаях:

Деформирован стержень
Появились зазоры в верхней или нижней части головки

Причины обрыва шатуна в двигателе:

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

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

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

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

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

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

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

Ключевые теги: устройство автомобиля, двигатель

Шатун | Secotools.com

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

ВАШИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ

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

1 — Сверление большого количества отверстий

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

2 — Producing spot faces

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

3 — Roughing the crank bore

Your Challenge:		Производительное и надежное изготовление обеих фасок при черновой обработке отверстия кривошипа.
Наше решение:		Этот специальный инструмент обеспечивает как черновую обработку отверстия кривошипа, так и снятие фаски с помощью круговой интерполяции с возможностью регулировки размера фаски путем установки пластины с помощью винта точной настройки. Сквозные отверстия для СОЖ увеличивают стойкость инструмента и эвакуацию стружки, а также использование ISO/ANSI Duratomic 9Пластины 0060 ® обеспечивают максимальную производительность съема металла. Ваши преимущества включают повышение эффективности процессов и снижение затрат.
Продукт:		Странная и бурильная бар

4 — Заканчивая Crank Bore

. отверстие кривошипа.
Наше решение:		Поддерживая высокую точность производства при минимальном времени цикла, Xfix использует до девяти зубьев для обеспечения высокой скорости подачи, сохраняя допуски на уровне IT6. Прочные и стабильные вставные картриджи обеспечивают безопасность процесса, а предварительно нагруженные направляющие прокладки предотвращают вибрацию и повышают стабильность. Ваши преимущества включают достижение необходимых допусков без ущерба для производительности вашей производственной линии.
Товар:		XFIX ^TM Multi -Tooth Reamer

5 — Производство обеих патчей на поршневой скважине

Ваша задача:	Ваша задача:	3	. Ваша задача:	3	. Ваша задача:	3	9. отверстие поршня.
Наше решение:	Специально разработанная для обработки V-образной формы шатуна со стороны поршня, эта фреза сочетает в себе точечную обработку и снятие фаски для повышения производительности. Использование картриджей со вставками защищает корпус фрезы и позволяет легко регулировать величину фаски путем установки вставки для снятия фаски. К вашим преимуществам относится экономичное решение, оптимизирующее ваш производственный процесс.
Product:	Plunging and Chamfering Cutter

6 — Drilling the piston bore

Your Challenge:		Сверление отверстия под поршень с минимальными затратами и временем.
Наше решение:		Специально разработанное сверло Perfomax, разработанное для предотвращения прогиба в начале сверления большого штамповочного углубления, оснащено двумя пластинами по внешнему диаметру для стабилизации инструмента до тех пор, пока центральная пластина не войдет в материал. Уникальная форма канавки оптимизирует удаление стружки, а использование пластин для сверления Perfomax делает процесс очень экономичным. Ваши преимущества включают снижение затрат при сохранении высокой стабильности процесса.
Product:		Perfomax ^TM Chamfer Drill

7 — Reliably finish cutting the piston bore brass bush

Your Challenge:		Reliably finish резка латунной втулки отверстия поршня с высоким качеством и производительностью.
Наше решение:		Чтобы обеспечить высокую скорость резания при сохранении точности, развертка Bifix PCD использует лезвие для развертывания PCD и несколько направляющих пластин для обеспечения стабильности. Лезвие с наконечником из поликристаллического алмаза обеспечивает долгий срок службы инструмента и отличное качество поверхности. К вашим преимуществам относится высокопроизводительная прецизионная обработка при более низких производственных затратах.
Product:		Bifix ^TM PCD Reamer

HOME

Шатуны и подшипники — Журнал изготовителей двигателей

Выбор шатунов и шатунных подшипников для двигателя становится намного сложнее, когда вы модифицируете двигатель по стандартным спецификациям. OEM-производители тратят много времени и денег на разработку компонентов, которые входят в серийный двигатель, и стоимость обычно является фактором, влияющим на то, какие компоненты используются.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше

Подшипники шатуна также играют ключевую роль, и эксперты говорят, что все зависит от нагрузки и от того, как долго вы должны нести нагрузку, что помогает определить тип подшипников, которые вы должны использовать для каждого приложения, будь то производительность, дизель или сток.

Будучи частью вращающегося узла, шатуны и подшипники являются важной частью «характера», который вы придаете своему двигателю. Ремонтируете ли вы шатуны или устанавливаете новые, должным образом подготовленные и сбалансированные шатуны, а также подшипники, изготовленные из правильных материалов, это во многом продлит срок службы вашего двигателя и удовлетворит ваших клиентов вашей работой.

Шатуны

Без сомнения, существует множество шатунов на выбор, поэтому вы должны иметь четкое представление о том, что хочет ваш клиент, прежде чем начать заказывать детали. Штатные шатуны достаточно хороши, чтобы выдерживать небольшое увеличение мощности в умеренных уличных условиях. Сборка двигателя мощностью более 400-450 л.с. или такого, который будет вращаться выше 6000 об/мин с использованием стандартных литых шатунов, сопряжена с трудностями. Если вы стремитесь к большой мощности, хорошей идеей будет обновить шатуны до более прочного материала, который может выдерживать более высокие нагрузки и давления модифицированного двигателя.

Двигатели, которые производят большую мощность, ударяют по шатунам, в то время как двигатели, которые вращаются до более высоких оборотов, раздвигают шатуны. Шатуны обычно не гнутся и не ломаются при сжатии, но разрываются на высоких оборотах и имеют тенденцию ломаться во время такта выпуска. Из-за этого рабочие стержни усилены для повышения прочности на сжатие и жесткости для более высоких нагрузок, а более высокая прочность на растяжение модернизированных стержней помогает предотвратить их разрушение на высоких оборотах.

В спринте или дрэг-рейсинге обычно предпочтительнее более легкий шатун для более быстрого ускорения. В этих типах двигателей часто используется алюминиевый стержень из-за его легкого веса, но может возникнуть проблема с прочностью. Чем легче стержни, тем быстрее ускорение, но алюминий может растягиваться со временем и требует ремонта или замены чаще, чем стальные стержни.

Надлежащий момент затяжки болтов шатуна имеет жизненно важное значение для срока службы шатуна. Крепление с стержневым болтом, без сомнения, является крепежным элементом, подвергающимся наибольшей нагрузке в двигателе. Отверстие под большую головку шатуна является нагруженным отверстием почти так же, как цилиндры на блоке. Эксперты говорят, что важно правильно затянуть, желательно с помощью манометра, чтобы обеспечить правильный размер большого конца стержня. Неправильный крутящий момент, скорее всего, приведет к выходу из строя штока на дороге или на трассе.

Эксперты также рекомендуют следить за чрезмерно обесцвеченными шатунами. Когда масляная пленка между шатунной шейкой и шатунным подшипником разрушается, выделяется достаточно тепла, чтобы вращать подшипники и, возможно, повредить термообработку шатуна. Существует много споров о том, почему это происходит, но когда видно изменение цвета (даже очень небольшое), стержень был нагрет достаточно, чтобы нарушить или разрушить термообработку стали. Это может иметь непредсказуемые последствия для прочности стержня. Использование этих удилищ снова, как только это произошло, является большим риском. Лучше всего заменить стержень, если вы не уверены.

Существует четыре основных типа шатунов, которые используют большинство производителей двигателей: литые, кованые, цельные и из порошкового металла, двух основных типов: двутавровые и двутавровые. У каждого типа удилища есть назначение и ограничения. Разумные траты здесь могут сэкономить вашему клиенту много денег, но если шатуны не справятся с этой задачей, это, вероятно, приведет к тому, что вы снова увидите двигатель в ближайшем будущем.

Литые

Литые шатуны часто выбирают OEM-производители, поскольку они недороги в производстве и довольно хорошо выдерживают нагрузки стандартного двигателя. Один из способов отличить эти стержни — это наличие заметного шва на линии разъема посередине стержня, где он был залит в форму. Эти шатуны не следует использовать в приложениях с высокой мощностью, но они могут выдерживать небольшое увеличение примерно до 450 л.с. и 6000 об/мин. Некоторые гоночные классы требуют, чтобы эти компоненты оставались на складе, чтобы помочь контролировать затраты и скорость.

Кованые

Кованые шатуны изготавливаются с помощью процесса, при котором зерна материала принимают форму шатуна для увеличения усталостной долговечности. Некоторые производители шатунов куют крышку отдельно, так что зерно проходит перпендикулярно силам нагрузки, что еще больше укрепляет шатун. Многие шатуны вторичного рынка изготавливаются из стали 4340, которая имеет определенный диапазон характеристик, что позволяет производителям выбирать немного разные материалы для достижения желаемых результатов. Некоторые шатуны изготовлены из никеля и хрома в большем количестве, что, по словам экспертов, увеличивает прочность и усталостную долговечность, не делая шатун хрупким.

Заготовка

Заготовка шатунов, как правило, представляет собой наиболее прочный шатун и в основном используется в высококлассных гоночных конструкциях. Они изготавливаются из цельного куска стали или алюминия и бывают разных стилей и материалов. Обычно они обрабатываются на станке с ЧПУ и прочнее, легче и долговечнее, чем другие типы стержней. Некоторые стержни для заготовок имеют специальные конструктивные особенности, которые уменьшают концентраторы напряжения и облегчают естественное зерно материала заготовки. Некоторые стержни также включают в себя высокопрочные болты стержня для надлежащей зажимной нагрузки, а также полированные бронзовые втулки, отточенные до точного зазора штифта.

Металлический порошок

Стержни из порошкового металла сегодня используются многими производителями оборудования, поскольку их производство дешевле, чем стальных стержней, и они прочнее. Стержни ПМ начинаются как порошкообразная смесь металла, которая прессуется в форму и нагревается до высокой температуры, при которой металл плавится в твердую массу (т. е. спекание). Готовый стержень намного ближе к готовому изделию, и поэтому для окончательной обработки стержня требуется очень небольшая обработка. Стержни PM имеют треснутые крышки, что оставляет уникальную поверхность сопряжения, что экономит время и дополнительную механическую обработку. Для некоторых областей применения также доступны стержни PM на вторичном рынке. Штанги PM могут быть хорошей модернизацией по сравнению со стандартными литыми шатунами и могут выдерживать более высокие нагрузки, но для больших мощностей или приложений с высокими оборотами обычно лучшим выбором является высококачественная сталь, алюминий или другие экзотические материалы.

Двутавровая балка

Двутавровые шатуны являются наиболее распространенным типом шатунов и используются для большинства стандартных применений, а также для повышения производительности. Эти стержни имеют большую плоскую площадку, расположенную перпендикулярно (90 градусов) к боковым балкам. Боковые балки штока параллельны отверстиям на концах для поршневого пальца и шатунной шейки и обеспечивают хорошее сочетание малого веса и прочности на растяжение и сжатие. Стержни двутавровой балки могут хорошо выдерживать силы растяжения при высоких оборотах, но стержень может погнуться и выйти из строя, если сжимающие силы слишком велики. Чтобы выдерживать большие нагрузки в лошадиных силах, двутавровую балку можно сделать толще, шире или обработать особым образом для повышения прочности.

Производители стержней производят несколько вариантов базовой двутавровой балки. Некоторые обрабатывают центр, чтобы создать зубчатый эффект между балками, оставляя закругленную область рядом с обеими балками, что увеличивает прочность и жесткость, как галтели коленчатого вала. Их иногда называют «овальными», «радиальными» или «параболическими».

Двутавровая балка

Тяги двутавровой балки имеют две большие плоские боковые балки, перпендикулярные отверстиям поршневого пальца и шейки коленчатого вала. Центральная область, которая соединяет две стороны буквы «Н», обеспечивает боковую жесткость. Этот тип конструкции имеет более высокую прочность на сжатие и весит меньше, чем стержни двутавровой балки, говорят эксперты. Шатуны с двутавровой балкой часто рекомендуются для приложений с высоким крутящим моментом, которые развивают большую мощность при частоте вращения ниже 6000 об/мин. Двутавровые стержни также могут быть усилены для удовлетворения большинства требований, но обычно это связано с увеличением толщины и веса стержня или использованием более прочного сплава, такого как сталь 4340.

Подшипники шатунов

Подшипники, хотя и кажутся простыми, имеют сложную конструкцию, отвечающую особым требованиям в отношении величины нагрузки, создаваемой двигателем. Эксперты говорят, что вы должны смотреть на тип производительности, для которой предназначен двигатель, прежде чем выбирать. Будет ли это легковой автомобиль, высокопроизводительный уличный автомобиль, высокопроизводительный для соревнований, сверхмощный дизель? Поскольку двигатели легковых автомобилей не обязательно работают с полностью открытой дроссельной заслонкой, они обычно не полностью нагружены. Однако во многих случаях нагрузка является более серьезной, например, в дизельных двигателях большой мощности, судовых и высокопроизводительных двигателях.

Один из экспертов по подшипникам объяснил на саммите производителей двигателей, состоявшемся в марте, что они видели, как шатунные подшипники выдерживают экстремальные нагрузки, такие как двигатели дрэг-рейсинга с максимальным топливом, где нагрузки могут достигать 63 000 фунтов на квадратный дюйм в течение четырех секунд. Он сказал, что долговечность подшипника напрямую связана с величиной нагрузки на подшипник. В NASCAR, Формуле-1 и IndyCar нагрузки могут превышать 14 000 фунтов на квадратный дюйм, но средний срок службы этих подшипников увеличивается до 500 миль и более с четверти мили. В тяжелых дизельных двигателях нагрузка на подшипники не так высока, около 6500 фунтов на квадратный дюйм, но средний срок службы для этих применений существенно увеличивается до 500 000 миль.

Специалисты по подшипникам говорят, что чем больше нагрузка на подшипник, тем труднее поддерживать масляную пленку между валом и подшипником. И отдельно от уровня нагрузки, есть общие нагрузки от сил сгорания и инерции, которые также необходимо учитывать.

Одним из основных моментов, которые необходимо учитывать, является пропорция подшипника по сравнению с уровнем нагрузки. Именно здесь инженеры по подшипникам смотрят на нагрузку узла; сколько фунтов на квадратный дюйм, а не общее количество фунтов нагрузки. По словам экспертов, пропорция подшипника определяет не только уровень нагрузки, но и способность создавать смазочную масляную пленку между валом и подшипником. Подшипник должен иметь правильные пропорции, и соотношение длины к диаметру около одной трети является почти идеальным, говорят эксперты. С помощью этого эмпирического правила вы можете посмотреть на подшипник и сказать, что он, вероятно, будет работать или у вас, вероятно, возникнут какие-то проблемы с ним.

Для получения дополнительной информации о подшипниках двигателя щелкните раздел «Специальные вопросы», а затем щелкните саммит по подшипникам двигателя, который содержит официальные документы конференции, состоявшейся в марте.

Проектирование и анализ шатуна для снижения веса и напряжения – IJERT

Проектирование и анализ шатуна для снижения веса и напряжения

Dr. BSN Murthy1, K. Adarsh Kumar2 , Mohammed Abdul Shafeeq3, S. Sai Sundara Praveen4

1Доцент, 2Ассистент, 3,4 Студент,

1,2,3,4Отд. машиностроения, GIT, GITAM,

Visakhapatnam-530 045, Андхра-Прадеш, Индия.

Аннотация Основная цель проектирования и анализа шатуна с использованием уменьшения веса состоит в том, чтобы добиться подходящей конструкции шатуна для напряжений, возникающих под нагрузкой, и предложить возможности снижения веса. Этого можно достичь, изменив такие конструктивные параметры в существующем проекте. Для исследования взят конечно-элементный анализ одноцилиндровых четырехтактных бензиновых двигателей; Структурные системы соединительных стержней можно легко проанализировать с помощью методов конечных элементов. Статический анализ проводится для определения напряжения фон Миссеса, напряжения сдвига, упругой деформации, общей деформации шатуна настоящей конструкции для заданных условий нагрузки с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов ANSYS 18.

1. В первой части исследуются статические нагрузки, действующие на шатун, после чего проводятся работы по безопасному расчету. На основании наблюдений статического МКЭ и результатов анализа нагрузки была выбрана нагрузка для исследования оптимизации. Результаты также использовались для определения различных напряжений и модели усталости, которая будет использоваться для анализа усталостной прочности. Результаты анализа усталости включают усталостную долговечность, повреждение, коэффициент запаса прочности, индикацию двухосности напряжения. Затем результаты существующей модели в ANSYS сравниваются с результатами существующего дизайна в справочной статье.

Ключевые слова:- Снижение напряжения, шатун, конечно-элементный анализ.

ВВЕДЕНИЕ
Шатун является основной частью двигателя. Он вращает коленчатый вал, который помогает двигателю любого транспортного средства вращать колеса. Он расположен между кривошипом и поршнем двигателя. Он предназначен для сопротивления нагрузкам от сгорания и движения поршня.
Это легкий компонент. Он должен выдерживать большие силовые нагрузки, хотя и имеет меньший вес. Основная цель шатуна — обеспечить движение жидкости между поршнями и коленчатым валом, поэтому шатун испытывает огромные нагрузки от нагрузки, создаваемой поршнем. При создании высокопроизводительного двигателя большое внимание уделяется шатунам. Наиболее эффективной характеристикой шатуна должна быть однородная форма.
Поперечное сечение конструкции стержневой балки должно быть распределено и сводить к минимуму нагрузку на массивные участки однородной формы. Во время работы напряжения возникают и распространяются от одного или нескольких источников на компоненте, потому что стержень функционирует. Устройство шатуна в двигателе показано на рис. 1
.
Рис. 1: Шатун в двигателе
Основной функцией шатуна является преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, как показано на рис. 2. Толкание и вытягивание поршня, который может передавать энергию.
Это вращает шток и кривошип. Его называют сердцем двигателя. Он выполняет операции толкания и вытягивания поршня в основном для работы механизма двигателя. Это обеспечивает мощность двигателя для запуска и перемещения оборудования, в котором он используется. Чаще всего используется в двигателях автомобилей. Шатун, используемый во всех видах транспортных средств, таких как автомобили, грузовики и мотоциклы, где используется двигатель внутреннего сгорания. Все коммерческие автомобили будут иметь такой двигатель, в котором используются шатуны. Даже строительные машины, такие как бульдозеры, дорожные катки (землеуборочные машины), используют двигатели внутреннего сгорания. Таким образом, все тормозные механизмы существенно зависят от поршневых, шатунных и коленчатых валов.
Рис. 2: Работа шатуна
Сурадж Пал и др. [1] изучал анализ методом конечных элементов одноцилиндровых четырехтактных бензиновых двигателей. Структурные системы соединительных стержней можно легко проанализировать с помощью методов конечных элементов. Итак, сначала разрабатывается правильная модель конечных элементов с использованием программного обеспечения Cad Software Pro/E Wildfire 4.0. Затем выполняется статический анализ для определения напряжения фон Миссеса, напряжения сдвига, упругой деформации, общей деформации в настоящее время
рассчитывают шатун для заданных условий нагружения с помощью программы конечно-элементного анализа ANSYS v 12. В первой части исследуются статические нагрузки, действующие на шатун, после чего проводятся работы по безопасному расчету.
Нага Маллешвара Рао и др. [2] исследовали возможности снижения веса шатуна двигателя внутреннего сгорания. двигателя путем изучения различных материалов, таких как генетическая сталь, алюминий, титан и чугун. Это было связано с проведением подробного анализа нагрузки. Это исследование касалось двух тем: во-первых, анализа статической нагрузки и напряжения шатуна, а во-вторых, оптимизации конструкции для подходящего материала для минимизации прогиба. Сударшан Кумар и др.
[3] описывает моделирование и анализ шатуна. В этом проекте шатун заменен на алюминий, армированный карбидом бора для мотоцикла Suzuki GS150R. На основе расчетов составляется 2D-чертеж. Параметрическая модель шатуна моделируется в программе PRO-E 4.0. Анализ проводится с помощью программного обеспечения ANSYS.
Джули Сааху и Джитендра Джаянт [4] спроектировали шатун из алюминиевого сплава, заменив железный сплав, и проанализировали его методом МКЭ для определения различных напряжений. Джеймс [5] сосредоточился на использовании анализа методом конечных элементов, чтобы показать, где и как можно изменить исходную конструкцию шатуна для снижения веса. Вивек и др. [7] выполнили анализ напряжения шатуна, спроектировав его в программе CREO. Raman Preet Singgh [8] провел моделирование на модели шатуна одноцилиндрового четырехтактного двигателя. Доши[9] смоделировал модель шатуна, чтобы определить лучший материал для шатуна. Санджай и др.[15] изучили влияние геометрических параметров на жесткость конструкции большой головки шатуна. Шаари и др. [18] спроектировали шатун двигателя внутреннего сгорания, используя оптимизацию топологии, и проанализировали его с использованием подхода FEA. Мирехей и др. [13] исследовали усталость шатуна универсального трактора с помощью ANSYS. Виджаябхаскарредди и др. [19] провели статический анализ шатуна, чтобы определить напряжения фон-мисс, деформации, напряжения сдвига и общую деформацию, выбрав два материала и сравнив их. Омпаркаш и др. [10] повторно оптимизировали существующую конструкцию шатуна универсального трактора (У650), изменив некоторые конструктивные параметры. Silvaa [11] исследовал распределение напряжения и деформацию для двух различных материалов коленчатого вала. Франсиско и др. [16] оптимизировали подшипники шатуна с помощью метамодели. Сначала анализируется теоретическая основа, затем выполняется анализ методом конечных элементов.
Замечено, что во многих случаях снижение веса шатуна достигается за счет удаления материалов из определенных областей. Широко используемыми материалами в производстве шатунов являются углеродистая сталь, чугун, кованая сталь или порошковый металл и т. д. Таким образом, есть возможность попробовать другие материалы, такие как титановый сплав, углеродное волокно, алюминиевый сплав, стекловолокно и т. д., чтобы создать легкую альтернативу. . Поскольку они легкие по весу, масса детали уменьшится. Следовательно, мы можем оптимизировать шатун для снижения веса с использованием таких материалов. Шатун в любом двигателе определяет КПД двигателя. Есть много факторов шатуна, которые влияют на эффективность и
производительность двигателя. Факторами, влияющими на характеристики двигателя по отношению к шатуну, являются: материал шатуна и вес шатуна. Количество энергии, используемой для перемещения шатуна в рабочем такте, определяет КПД двигателя. Чем больше мощность используется для приведения в движение шатуна, тем меньше эффективность.
Основной целью статьи является изучение различных материалов и анализ различных сил, действующих на различные материалы, чтобы проанализировать каждый материал и найти лучший материал, подходящий для изготовления шатуна. Другими задачами являются проектирование и разработка структурной модели шатуна, выполнение конечно-элементного анализа шатуна, изучение всех факторов нагрузки, действующих на шатун, и изучение деформаций напряжений и деформаций, возникающих в шатуне. стержня и разработать модель структурной оптимизации шатуна.
МЕТОДОЛОГИЯ
1. Конструкция шатуна
  Шатун представляет собой элемент машины, на который действуют переменные прямые сжимающие и растягивающие усилия. Поскольку сжимающие усилия намного выше, чем растягивающие, поэтому поперечное сечение шатуна выполнено в виде распорки и используется формула Ренкина. Шатун, подвергнутый осевой нагрузке W, может изгибаться с осью x как нейтральной осью в плоскости движения шатуна,
  {или} ось Y является нейтральной осью. Шатун считают, что оба его конца шарнирно закреплены для изгиба вокруг оси х, а оба конца закреплены для изгиба вокруг оси у. Шатун должен одинаково сильно изгибаться вокруг обеих осей.
  Лет,
  A = площадь поперечного сечения шатуна. L = длина шатуна.
  c = предел текучести при сжатии. Wcr = разрушающая или изгибающая нагрузка.
  Ixx = момент инерции сечения вокруг оси x Iyy = момент инерции сечения вокруг оси y kxx = радиус вращения сечения вокруг оси x kyy = радиус вращения сечения вокруг оси y D = Диаметр поршня
  r = радиус кривошипа, формула Ренкина = (Ixx=4Iyy)
2. Расчет давления для двигателя объемом 150 куб.см
  Тип двигателя: 4-тактный с воздушным охлаждением Диаметр цилиндра Ã— Ход поршня (мм) = 57*58,6 Рабочий объем = 149,5 см3
  Макс. Мощность = 13,8 л.с. при скорости 8500 об/мин Макс. Крутящий момент = 13,4 Нм при скорости 6000 об/мин Степень сжатия = 9,35/1
  Плотность бензина [C8h28] = 737,22 Температура = 60F = 288,855K
  Масса = Плотность Ã — Объем = 0,11 кг Молекулярный вес бензина = 114,228 г/моль
  Из уравнения газа, PV = Mrt
  R = R*/Mw = 8,3143/114,28 = 72,76
  P = (0,11*72,786*288,85)/149,5E 3 P = 15,469 МПа.
3. Расчет конструкции для углеродистой стали Толщина полки и стенки сечения = t Ширина сечения (B) = 4t
Стандартный размер двутавра показан на рис. 3.
Высота секции H = 5т
Площадь сечения A= 2(4t*t) +3t*t = MI сечения вокруг оси x:
Ixx = 1\12 (4t (5t) 3 -3t (3t)3) = 419\12
Рисунок 3: Стандартный размер двутавра
МИ сечения по оси Y:
Iyy = (2+1\12t (4t)3 ) = 131\12
Ixx/Iyy = 3,2
Длина шатуна (L) = 2-кратная длина хода L = 117,2 мм
Нагрузка на изгиб = максимальная сила газа Ã— F.O.S
= (c*A) /1+ [a*(L\Kxx) 2 ] = 37663 c = предел текучести при сжатии = 415 МПа
kxx = Ixx\A kxx = 1,78t A = c/ 2 E a = 0,0002
Путем замены c, A, a, L, kxx
4565t4 -37663t2 -81639,46=0
= 10,03
т=3,2 мм
Ширина секции B = 4t = 12,8 мм Высота секции H = 5t = 16 мм Площадь A = = 112,64
Радиус кривошипа (r) = длина хода/2 = 58,6/2 = 29,3
Максимальное усилие на поршень из-за давления Fl = /4*D2 *p
= (/4)*(57)2 *15,469 = 39473,16N
Максимальная угловая скорость Wmax = [2Nmax]/60 = [2*8500]/60, = 2 =768 рад/сек
Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа N= L/r =112/ (29,3) = 3,8
Максимальная сила инерции возвратно-поступательных частей F im = Mr (Wmax) 2 r (cos + COS2n) (или)
F im = Mr (Wmax)*2 r (1+1/n) = 0,11x (768)2 * (0,0293) * (1+ (1/3,8))
F им = 2376. 26N
Внутренний диаметр малого конца d1 =fg /Pb1*l1
= 6277,167/12,5*1,5d1
= 17,94 мм
где,
Расчетное давление на малую головку pb1=12,5–15,4 Н/
Длина поршневого пальца l1= (от 1,5 до 2) d1
Внешний диаметр малого конца = d1+2tb+2tm = 17,94 + [2*2] + [2*5] = 31,94 мм
где,
Толщина втулки (tb) = от 2 до 5 мм Предельная толщина ™ = от 5 до 15 мм
Внутренний диаметр шатуна d2= 23,88 мм, где
Расчетное давление подшипника для шатуна pb2 = от 10,8 до 12,6 Н/мм Длина шатунной шейки l2 = (от 1,0 до 1,25) d2
Диаметр основания болта = ((2Fim) (*St))1/2 = (2*6277,167*56,667)1/2= 4 мм
Внешний диаметр шатуна = d2 + 2tb + 2db +2tm = 23,88+2*2+2*4+2*5= 47,72 мм
где,
Толщина втулки [tb] = от 2 до 5 мм Предельная толщина [tm] = от 5 до 15 мм
Номинальный диаметр болта [db] = 1,2 x внутренний диаметр болта = 1,2×4 = 4,8 мм
Высота шатуна (со стороны кривошипа) = h3 = от 1,1H до 1,25H
= 17,6 мм
Высота на маленьком конце (поршень) =h2= 0,9H -0,75H =14,4 мм

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ:

Моделирование шатуна

Шатун был смоделирован с помощью программного обеспечения Solid Works, как показано на рис. 4

Рис. 4: 3D-модель шатуна

Комплектация двигателя, к которому относится шатун, указана в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1: КОНФИГУРАЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Радиус коленчатого вала	48,5 мм
Длина шатуна	141,014 мм
Диаметр поршня	86 мм
Масса поршня в сборе	0,434 кг
Масса шатуна	0,439 кг
Изз относительно центра тяжести	0,00144 кг
Расстояние ЦТ от центра конца кривошипа	36,44 мм
Максимальное давление газа	37,29 Бар

Анализ методом конечных элементов шатуна

Модель, разработанная в программном обеспечении Solid Works, импортируется в программное обеспечение ANSYS 18. 1 Workbench, и создается сетка модели, как показано на рис. 5.

Рис. 5: Зацепление шатуна

Эквивалентное напряжение конструкционной стали рассчитывается путем фиксации конца поршня и приложения давления 22,2 МПа к кривошипу, как показано на рис. 6, а минимальные и максимальные напряжения показаны в таблице II.

Рис. 6: Эквивалентное напряжение конструкционной стали

ТАБЛИЦА II: ЗНАЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ И МАКСИМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

Время [с]	Минимум [МПа]	Максимум [МПа]
1	1.3838e-007	164,68

Эквивалентное напряжение титана рассчитывается путем фиксации конца поршня и приложения давления 22,2 МПа к концу кривошипа, как показано на рис. 7, а минимальные и максимальные напряжения показаны в таблице III.

Рис. 7: Эквивалентное напряжение титана

ТАБЛИЦА III: ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТИТАНЕ

Время [с]	Мин. [МПа]	Макс. [МПа]
1	2.4734e-007	164,61

Эквивалентное напряжение титана рассчитывается путем фиксации конца кривошипа и приложения давления 23,2 МПа к концу поршня, как показано на рис. 8, а минимальные и максимальные значения напряжений приведены в таблице IV.

Материал

имеет более высокие механические свойства, лучшую обрабатываемость и меньшую пластичность и в основном имеет меньший вес по сравнению со сталью

Рис. 8: Эквивалентное напряжение титана

ТАБЛИЦА IV: ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТИТАНЕ

Время [с]	Мин. [МПа]	Макс. [МПа]
1	6.2465e-004	290,59

Эквивалентное напряжение конструкционной стали рассчитывается путем фиксации конца кривошипа и приложения давления 23,2 МПа к концу поршня, как показано на рис. 9, а значения минимального и максимального напряжения приведены в таблице V.

Рис. 9: Эквивалентное напряжение конструкционной стали ТАБЛИЦА V: ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ

Время [с]	Мин. [МПа]	Макс. [МПа]
1	8.2163e-004	288,37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом обзорном исследовательском отчете рассматриваются возможности снижения веса шатуна из кованой стали. Для процесса снижения веса статическая прочность рассматривалась как конструктивный фактор. Во-первых, шатун был смоделирован в 3D. После этого анализ нагрузки был выполнен с использованием программного обеспечения ANSYS. По результатам исследования можно сделать следующие выводы.

Было замечено, что шатун рассчитан на максимальную частоту вращения двигателя и максимальное давление газа. Согласно результатам, полученным в результате анализа конечных элементов, существует большой запас удаления материала из области большого конца, области малого конца и области, соединяющейся с малым концом шатуна. По результатам, полученным в результате аналитических расчетов, возможно уменьшение толщины его двутавра. Было замечено, что новая геометрия шатуна легче, чем исходный шатун. Также было замечено, что Титаниум

ССЫЛКИ

Сурадж Пал, Сунил Кумар Оценка конструкции и оптимизация параметров шатуна с использованием FEM Международный журнал инженерных и управленческих исследований, том-2, выпуск-6, декабрь 2012 г.
Г. Нага Маллесвара Рао Оптимизация конструкции и анализ шатуна с использованием ANSYS International Journal of Science and Research (IJSR), июль 2013 г.
К. Сударшан Кумар, К. Тирупати Редди, Сайед Альтаф Хуссейн, Моделирование и анализ шатунов двухколесных транспортных средств Международный журнал современных инженерных исследований, октябрь-2012.
Джули Саху, Джитендра Джаянт, Проектирование и анализ шатуна с алюминиевыми сплавами Замена чугуна и стали для двигателей внутреннего сгорания с помощью ANSYS, Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра, декабрь 2015 г.
Джеймс. Р. Дейл Оценка шатуна, Федерация металлургической порошковой промышленности, январь 2005 г.
T.G.Thomas, S.Srikari, M.L.J.Suman Проектирование шатуна для тяжелых условий эксплуатации, изготовленного с использованием различных процессов для повышения усталостной долговечности, SASTECH Journal Volume 10, Issue 1, May 2011.
Вивек Си Патхейд, Бхумешвар Патле. Анализ напряжения шатуна двигателя внутреннего сгорания с помощью FEM, Международный журнал инженерных и инновационных технологий (IJEIT), том 1, выпуск 3, март 2012 г.
Раманприет Сингх, Анализ напряжения ортотропного и изотропного шатуна с использованием метода конечных элементов, Международный журнал исследований в области машиностроения и робототехники, Vol. 2, № 2, апрель 2011 г.
Н.П.Доши, Н.К.Инголе Анализ шатуна с использованием аналитического метода и метода конечных элементов, Международный журнал современных инженерных исследований (IJMER), стр. 65-68, том 3, выпуск 1, январь-февраль. 2013.
Ом Паркаш, Викас Гупта, Винод Миттал Оптимизация конструкции шатуна при статической и усталостной нагрузке, Международный журнал исследований в области управления, науки и технологий, Vol. 1; № 1, июнь 2013 г.
Ф.С. Сильва, Анализ отказа коленчатого вала транспортного средства Анализ технических отказов, Том 10, стр. 605616, 2003.
Ф.С. Сильва, Усталость поршней двигателей. Сборник тематических исследований Анализ технических отказов, том 13, стр. 48049.2, 2006.
Mirehei e, M hedayati Zadeh, A.jafari, M.omid Анализ усталости шатуна универсального трактора методом конечных элементов (ANSYS), Журнал сельскохозяйственных технологий 2008
Гудиметал П. и Гопинад К.В. Анализ методом конечных элементов поршня двигателя внутреннего сгорания с обратным проектированием, AIJSTPME, 2009.
Санджай Б. Чикалтанкар, Вилас Мадхаорао Анализ геометрических параметров большой головки шатуна МКЭ, Международный журнал инженерных наук и технологий, Том 04, № 04, апрель 2012 г.

Назначение и устройство шатуна: Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны — Autodromo