Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности

Конструкция шатуна

Шатун передает энергию от поршня к коленчатому валу. При этом он совершает два вида движения: круговое и возвратно-поступательное. Первое происходит в месте соединения его нижней головки с коленвалом, второе – в зоне соединения верхней головки с поршнем. Вследствие такой конструкции шатун постоянно испытывает высокие нагрузки во время работы.

Шатун поршня состоит из следующих элементов.

Поршневая головка

Верхняя (поршневая) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, которая соединяется с поршнем при помощи пальца: плавающего или фиксированного.

В верхней головке плавающего пальца обычно расположены бронзовые или биметаллические втулки. Если их нет, палец свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данный механизм функционировал нормально, ему требуется достаточное количество смазки.

Чтобы обеспечить необходимый уровень натяга, фиксированный палец вставляется в цилиндрическое отверстие меньшего диаметра.

Так как на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки, она имеет трапециевидную форму. Это позволяет увеличить опорную поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Нижняя (кривошипная) головка соединяет коленчатый вал и шатун. Многие шатуны обладают разъемной кривошипной головкой, что зависит от метода сборки двигателя. Крышку головки с шатуном соединяют болты, штифты или бандажное крепление.

На каждый шатун можно установить только ту крышку, которой он оснащался с завода, так как она обладает определенным весом и размером. При ремонте данную деталь заменить нельзя.

По расположению стержня головка может быть прямой или косой.

Последняя характерна для V-образных двигателей и используется для уменьшения размеров силового агрегата.

В нижней части шатунной головки располагаются подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Их изготавливают из стальной ленты, которая изнутри обработана антифрикционным материалом с высокими износостойкими характеристиками. Особенностью этого слоя является то, что он работает только в присутствии моторного масла, а в режиме «сухого трения» очень быстро истирается.

Покрытие может наноситься как на заводе-изготовителе, так и при дальнейшем обслуживании двигателя в условиях гаража или автосервиса. Для защиты подшипников скольжения и других деталей силового агрегата оптимально подходит антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.

Чаще всего его применяют на юбках поршней, дроссельных заслонках, вкладышах распредвала, подшипниках скольжения.

MODENGY Для деталей ДВС обладает следующими преимуществами:

• Имеет широкий диапазон рабочих температур: от -70 до +260 °C

• Повышает КПД двигателя

• Снижает трение и износ

• Защищает детали от задиров в режиме масляного голодания

• Снижает расход топлива

• Отверждается при комнатной температуре

Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель‑активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия с основанием.

Силовой стержень

Силовой стержень многих шатунов имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях используются более прочные и массивные детали, чем в бензиновых. В спорткарах устанавливаются шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.

Все шатуны должны иметь одинаковый вес, в противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата.

Из чего изготавливают шатуны?

Каждый производитель стремится уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но так как на шатуны в процессе работы двигателя воздействуют высокие нагрузки, уменьшать их массу нежелательно – это может пагубно отразиться на прочности изделий.

При массовом производстве шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет добиться практически идеального соотношения прочности и стоимости деталей.

В дизельных силовых агрегатах шатуны испытывают более высокие нагрузки, поэтому их производят из легированной стали методом горячей ковки или горячей штамповки. Получаемые детали прочнее, но при этом дороже литых.

В мощных автомобилях и спорткарах используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Они в два раза легче стальных и чугунных, что позволяет снизить вес двигателя и увеличить его оборотистость.

Большое значение играет конструкционный материал, из которого изготовлены болты крепления крышки шатунной головки. Их производят из высоколегированной стали, предел текучести которой в 2-3 раза больше, чем у обычной углеродистой.

Почему шатуны выходят из строя?

Основной причиной выхода шатунов из строя является износ деталей. Верхняя головка редко подвергается ремонту, а рабочий ресурс втулки нередко оказывается равен ресурсу самого двигателя.

Нарушение формы или разрушение шатуна может произойти вследствие гидроудара, попадания внутрь двигателя абразивных веществ и посторонних предметов, соударения головки блока и поршня.

Подшипники нижней головки могут выйти из строя вследствие недостаточного смазывания. Определить такую неисправность можно по замятию вкладышей, удлинению шатунных болтов, темно-синему окрасу шатунной головки и потемнению вкладышей.

К поломке шатуна приводит недостаточный уровень масла в двигателе, засорение масляного фильтра, загрязнение цилиндра абразивами и посторонними предметами.

Ремонт шатунов

Шатуны нуждаются в ремонте, если наблюдаются:

Перед началом работ шатун тщательно осматривается, при помощи нутрометра измеряется диаметр детали, зазоры в верхней и нижней части.

Если все показатели в норме, менять шатун не потребуется. При деформации стержня отверстия головок перестают быть параллельными, что приводит к перекосу цилиндра. Об этом свидетельствуют повышенная шумность двигателя при работе на холостом ходу, следы износа на коленвале, головке шатуна, поршне и стенках цилиндра. Еще одним методом проверки шатуна на деформацию является его раскачка на специальной проверочной плите.

После проведения всех необходимых измерений приступают к ремонту.

Чтобы получить нужную геометрию зазора нижнего шатуна, необходимо убрать небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этого крышка ставится назад и фиксируется при помощи болтов.

Расточка отверстия головки по требуемому размеру производится на расточном или универсальном станке. После операции выполняется хонингование.

Если зазор под поршневой палец увеличен, бронзовая втулка под верхнюю головку меняется, и новая деталь принимает нужный размер. Очень важно, чтобы отверстия головки и втулки совместились. В этом случае масло не будет попадать на поршневой палец.

Шатунные вкладыши и юбки поршней рекомендуется дополнительно обработать антифрикционным покрытием.

Шатун: назначение, конструкция, материалы

Шатуном называют деталь двигателя автомобиля, соединяющую коленвал и поршень. Его назначение состоит в преобразовании поступательных движений поршня непосредственно в цилиндре ДВС во вращательные движения коленчатого вала, а дальше через трансмиссию это вращение передается на колеса транспортного средства.

Особенности конструкции

Производители выбирают конструкцию шатуна в зависимости от типа и схемы компоновки двигателя. Обычно в дизельных моторах применяются тяжелые шатуны, в бензиновых – легкие. Основными элементами детали являются:

• стержень;
• верхняя поршневая головка;
• нижняя кривошипная головка.

Для соединения со стержнем поршневой головки используется поршневой палец, кривошипная головка соединена с шейкой коленвала.

Стержень

Стержень шатуна может иметь разные типы сечения: в виде креста, круга, прямоугольника, Н-образные. Для оснащения некоторых типов двигателей используют шатуны со стержнем, в котором предусмотрена небольшая канавка, по которой масло поступает в поршневую головку.

Наиболее популярна конструкция, в которой в верхнем отделе кривошипной головки есть небольшие по размеру отверстия для разбрызгивания масла внутри поршня и цилиндра.

Верхняя поршневая головка

Верхняя поршневая головка является неразъемным элементом шатуна, ее конструкция определяется методом установки поршневого кольца.

Если в моторе используется палец фиксированного типа, в поршневой головке предусматривается специальное отверстие цилиндрической формы для соединения деталей. Если выбран палец плавающего типа, в головке предусматривают втулку из бронзы или биметаллическую. Существуют конструкции поршневых головок без втулки, при этом в двигателе используется плавающий палец. В таких случаях вращательные движения пальца выполняются в специальном отверстии поршневой головки.

Использование головок в форме трапеции в некоторых моделях двигателей позволяет значительно снизить нагрузки на поршневой палец.

Нижняя кривошипная головка

Нижняя кривошипная головка имеет разборную конструкцию и предназначена для соединения коленчатого вала и шатуна. В состав кривошипной головки входят верхняя часть и крышка, фиксируемая к шатуну с помощью крепежных болтов. Различают кривошипные головки по типу разъемов по отношению к стержневой оси: выполненный под углом называют косым, перпендикулярно – прямым.

В конструкции головки предусмотрены тонкие вкладыши подшипника скольжения. Обычно такие вкладыши состоят из 2-5 слоев. Для изготовления используют стальные полосы. Внутри предусмотрена защита антифрикционным составом, который выбирается в соответствии с типом двигателя.

В современных моделях моторов используют вкладыши из 2-3 слоев. В первом случае антифрикционный состав слоем наносится на металлическую основу, во втором дополнительно используется изоляционный слой.

Для снижения шумов и вибрации от работающего двигателя шатуны и их элементы должны иметь равную массу. Это означает, что масса какой-то детали одного шатуна должна быть равна массе аналогичной детали остальных шатунов. Например, стержень массой 50 г в одном из шатунов должен по этому параметру соответствовать стержням остальных шатунов.

Массы шатунов подгоняют, снимая тонкий металлический слой с бобышек (бобышки расположены в верхних шатунных головках). Есть конструкции с бобышками на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

Материалы для изготовления шатуна

Существует два способа производства шатунов: методом штамповки из высокопрочной стали или литьем из чугуна. Для дизельных двигателей выбирают шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки. Для ряда моделей бензиновых моторов выбирают шатуны, изготовленные из металла в порошкообразном виде путем спекания материала.

Требования к шатуну, как элементу кривошипно-шатунного механизма двигателя, определяются напряженными условиями работы. Необходима износостойкость, долговечность и надежность детали.

Важно! Повышенные требования предъявляются не только к шатунам, но и к крепежным болтам. Такие болты изготавливают из легированной стали с высоким коэффициентом текучести (значительно выше, чем у высокоуглеродистой стали).

Детали

, типы, функции, области применения [PDF]

Из этой статьи вы узнаете, что такое шатун ? Как это работает ? его детали , функции , приложения и типа шатуна . Объясняется диаграммой , а также загрузите PDF-файл этой статьи в конце.

Шатун и типы

Что такое шатун?

Шатун представляет собой соединение между поршнем и коленчатым валом. Он соединяет поршневой палец с шатунной шейкой. Меньший конец шатуна соединен с поршневым пальцем и большой конец шатунной шейки.

Шатун предназначен для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Шатун состоит из двутаврового сечения и изготовлен из кованой стали. Алюминиевый сплав также используется для шатунов. Они точно подобраны в комплекты одинакового веса, чтобы сохранить баланс двигателя.

Чем легче шатун и поршень, тем выше результирующая мощность и меньше вибрация, поскольку возвратно-поступательный вес меньше.

Шатун передает силовую нагрузку от поршня к шатунной шейке, поэтому он должен быть очень прочным, жестким и максимально легким.

Parts of Connecting Rod

Following are the parts of connecting rod:

1. Small End
2. Big End
3. Bushing
4. Bearing inserts
5. Bolt and Nut
6. Shank
7. Wrist pin
8. Piston
9. Bearing колпачок

1.

Малый наконечник

Конец, которым шатун крепится к поверхности поршневого пальца, называется малым концом шатуна.

2. Шатун

Конец, которым шатун прикрепляется к шатунной шейке, называется большим концом шатуна.

3. Подшипник втулки

Оба конца шатуна закреплены подшипником втулки. К маленькому концу шатуна прикреплена втулка из фосфористой бронзы со сплошной проушиной.

Шатун крепится к шатунной шейке. Конец разделен на две части и опирается на вкладыш коренного подшипника.

4. Вкладыш подшипника

В большом конце шатуна находится вкладыш подшипника, который соединен с крышкой подшипника, он известен как вкладыш подшипника. Они состоят из двух частей, которые соединяются вместе на коленчатом валу. Это положение, при котором шатун перемещается в обратном направлении.

5. Болт и гайка

После установки кривошипа в нижней части шатуна обе стороны больших головок крепятся несколькими болтами и гайками. Таким образом, объединив все эти компоненты, шатун готов к использованию.

6. Хвостовик

Кроме того, каждый болт и гайка используются для соединения шатуна и крышки подшипника. И применяется секционная балка, известная как хвостовик. Сечение стержня может быть прямоугольным, трубчатым и круглым.

Длина соединительного стержня лежит на соотношении (i/r)

, где,

I = — длина хвостовика или луча

R = является радиусом хвостовика.

7. Наручный палец

Поршень двигателя соединен с шатуном с помощью полой трубы из закаленной стали, называемой наручным пальцем. Он также известен как поршневой штифт. Пальцевый палец проходит через короткий конец шатуна и поворачивается на зацепленном поршне.

8. Поршень

Поршень соединяется с коленчатым валом при помощи шатуна, который обычно укорачивается до шатуна или шатуна. Назначение поршня — работать как подвижная пробка в цилиндре, образующая дно камеры сгорания.

9. Крышка подшипника

Вкладные подшипники имеют регулировку износа, но она контролирует ход, а боковой зазор позволяет правильно затянуть крышку подшипника.

Конструкция и функции шатуна

Существует два типа подшипников с малым и большим концами. Шатун разделен под прямым углом к ​​своей длине, как в (а), или под углом, как в (б), для того, чтобы его можно было установить на шатунную шейку. Крышка крепится к корпусу шатуна двумя болтами и гайками.

В современных двигателях металлический подшипник не сплавляется с отверстием шатуна, а используются отдельные вкладыши подшипников из низкоуглеродистой стали.

Вкладыш подшипника имеет регулировку износа, но позволяет контролировать ход и боковой зазор, обеспечивая правильную посадку крышки подшипника. Иногда при использовании цилиндрических подшипников используются тонкие куски металла, известные как голени.

Их можно наполнить тоньше, чтобы компенсировать износ подшипника, а также обеспечить правильный зазор подшипника между шатуном и коленчатым валом. Маленький конец обычно представляет собой сплошную проушину, снабженную втулкой из фосфористой бронзы и винтом, закрывающим проушину вокруг штифта.

Все шатуны в двигателе должны иметь одинаковый вес, иначе может возникнуть ощутимая вибрация. При сборке шатуны и крышки индивидуально подгоняются друг к другу. Обычно на нем указаны идентификационные номера, чтобы их нельзя было перепутать, если двигатель разбирается для обслуживания.

Типы шатунов

Ниже приведены типы шатунов, используемых в различных типах двигателей:

1. Плоский шатун
2. Вилочный и ножевой стержень
3. Главный и подчиненный шатуны
4. Шатуны из заготовок
5. Литые шатуны
6. Кованые шатуны
7. Металлические шатуны с приводом

Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке и снабжен крышкой подшипника.

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

2. Вилка и шатуны

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

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

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

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

3. Главный и ведомый стержни

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

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

4. Шатуны заготовки

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

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

5. Литые шатуны

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

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

6. Кованые шатуны

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

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

7. Приводные металлические шатуны

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

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

Неисправности шатунов

Шатун часто подвергается воздействию больших повторяющихся усилий при каждом вращении коленчатого вала. Эти создаваемые силы пропорциональны скорости вращения двигателя (об/мин). Пока шатун непрерывно работает в коленчатом валу, он может повредиться или сломаться. Ниже приведены неисправности шатуна:

1. Усталость
2. Гидроблокировка
3. Превышение оборотов
4. Выход из строя пальца

1. Усталость

Усталость часто возникает из-за того, что во время процесса большую часть времени происходит сжатие и растяжение стержня. В конечном итоге это приводит к износу стержня вплоть до его поломки. Недостаток масла и наличие грязи в двигателе могут усугубить эту проблему.

Это наиболее распространенный тип дефекта, который часто встречается и в старых двигателях. Если двигатель перестроен, вы также можете испытывать усталость при добавлении нового двигателя. Ну, это происходит, когда используются дешевые детали или неправильные детали.

2. Гидроблокировка

Гидроблокировка возникает, когда вода попадает в камеру поршня, вызывая деформацию шатуна. Это может произойти, когда транспортные средства проезжают по затопленной дороге.

Небольшая капля воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание в двигателе. Это можно легко исправить. Но если в цилиндре слишком много воды, искра в течение определенного периода времени будет повсюду, что приведет к наклону или поломке штока цилиндра.

3. Превышение оборотов

Избыточный бред — еще одна неисправность шатуна. Это происходит в новых и высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это указывает на то, что положение шатуна находится в опасности. Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при более высоких оборотах.

4. Выход из строя пальца

Иногда поршневой палец также повреждается, что приводит к катастрофическому отказу двигателя. Это происходит при перемещении шатуна в блок цилиндров или при искривлении коленчатого вала.

В некоторых двигателях может привести к значительной потере мощности. Двигатель немедленно останавливается, когда штифт ломается из-за этой проблемы. Есть вероятность, что двигатель уцелел, иначе может произойти полная поломка.

Применение шатунов

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

Шатуны применяются в различных двигателях автомобилей. Шатун используется во всех типах транспортных средств, таких как автомобили, грузовики и велосипеды. Кроме того, он также используется в строительных машинах, таких как бульдозеры, дорожные катки (землеройные машины).

Поэтому в современную эпоху все типы машин неизбежно зависят от поршней, шатунов и коленчатых валов. Эти компоненты необходимы для точного функционирования двигателя внутреннего сгорания.

Заключение

В двигатель с более длинным шатуном можно установить поршень меньшего размера и легче. Преимущество этого заключается в том, что он уменьшает переменную массу для безопасности и снижает износ компонентов. Вот и все, спасибо за чтение.

Итак, теперь я надеюсь, что вы понимаете все о Шатуны . Но, если у вас все еще есть сомнения по теме « Типы шатунов », вы можете задать их в комментариях. Если эта статья оказалась для вас полезной, поделитесь ею с друзьями.

Вы также можете скачать PDF-файл этой статьи, нажав ниже.

Скачать PDF

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления о наших последних статьях. Это бесплатно.

Введите адрес электронной почты…

Вы можете узнать больше в нашем блоге:

1. Что такое распределительный вал? Детали, применение, схема [PDF]
2. Список деталей автомобильного двигателя (с иллюстрациями)
3. Тормозная система: работа, типы, детали, конструкция.

Артикул:

• Шатун разъемного типа – Freepatentsonline.com
• https://en.wikipedia.org/wiki/Connecting_rod

Часто задаваемые вопросы

Как работает шатун?

Шатун представляет собой соединение между поршнем и коленчатым валом. Он соединяет поршневой палец с шатунной шейкой. Использование шатуна заключается в преобразовании прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала 9.0019

Из каких частей состоит шатун?

Шатуны состоят из таких частей, как малая головка, большая головка, втулка, вкладыши подшипника
Болт и гайка, хвостовик, поршневой палец, поршень и крышка подшипника.

Какие бывают типы шатунов?

Ниже приведены типы шатунов, используемых в различных типах двигателей: шатун простого типа
шатун с вилкой и лопастью, ведущий и ведомый шатун, шатунные заготовки, литые шатуны, кованые шатуны и приводные металлические шатуны.

Каково применение шатуна?

Шатуны применяются в различных двигателях автомобилей. Шатун используется во всех типах транспортных средств, таких как автомобили, грузовики и велосипеды. Кроме того, он также используется в строительных машинах, таких как бульдозеры, дорожные катки (землеройные машины).

Соединительные стержни — Джим МакФарланд обсуждает технологию шатунов

| Практическое руководство — двигатель и трансмиссия

Снова на тяге…

Общепризнано, что геометрия шатуна, в частности, его межцентровая длина, может оказывать существенное влияние на различные условия работы двигателя. К ним относятся конкретные отношения к фазам газораспределения (конструкция распределительного вала), история давления в цилиндре, требования к моменту зажигания и выходному крутящему моменту, причем последнее относится к фактической форме кривых крутящего момента. Чуть позже мы коснемся наиболее важных из них.

В зависимости от конкретных применений шатуны, возможно, являются одними из самых нагруженных частей двигателя, особенно тех, которые предназначены для гонок. От высоких нагрузок, возникающих в положении поршня в ВМТ и сразу за ним во время сгорания, до растягивающих и несимметричных нагрузок, вызванных смещением оси поршневого пальца, нагрузок, которые фактически противоположны нагрузкам давления сгорания и напряжениям, создаваемым боковой инерцией, шатуны становятся виртуальными «хлыстами». «, которые механически соединяют поршни с коленчатым валом.

Еще больше усложняют проблему вибрационные нагрузки, вызванные колебательным движением коленчатого вала, вращающегося вокруг своей оси при вращении в нормальном направлении. Визуализируйте этот набор условий нагрузки в очень медленном движении. Каждый пусковой импульс, предназначенный для ускорения вращения коленчатого вала, прикладывается как сила, передаваемая в промежутке времени. Из-за своей инерции коленчатый вал не может мгновенно увеличить свою скорость и, следовательно, на мгновение отклоняется в том же направлении, что и его вращение. Это отклонение является локальным для шатунной шейки, к которой прикреплен передающий нагрузку шатун. Затем из-за своей эластичности коленчатый вал (в этом месте шейки) будет пружинить против направления вращения, продолжая это возвратно-поступательное колебательное движение, пока следующий пусковой импульс не будет доставлен на эту конкретную шатунную шейку. Таким образом, шатун должен воспринимать ряд растягивающих и сжимающих нагрузок, вызванных колебаниями шатунной шейки во время первичного вращения коленчатого вала.

Имейте в виду, что мы только что предоставили очень упрощенное описание динамики нагрузки на шатун только для одного работающего цилиндра. Сложность этой среды с переменной нагрузкой увеличивается на порядки, когда вы добавляете еще семь цилиндров и увеличиваете скорость вращения фитиля. Итак, когда вы думаете о шатунах как об «амортизаторах», на ум приходит несколько вопросов.

Например, рассмотрите нагрузки от давления в цилиндре не как «удары молотком» по поршню, а как очень быстрое повышение давления, на которое влияет скорость пламени при сгорании и развитие результирующего давления при сгорании. Мы также знаем, что эта «история» давления не постоянна и не однородна, поскольку она применяется к поршню. Кроме того, любые вспомогательные силы, приложенные к поршню, также каким-то образом передаются на шатун. Шатуны могут быть сконструированы слишком жесткими, что приведет к слишком агрессивной передаче давления сгорания на шатунные подшипники и подшипники шейки коленчатого вала. Они также могут быть слишком гибкими, и ни одно из условий не является приемлемым. Но в любом случае шатуны должны поглощать скачки нагрузки и минимизировать потери при передаче давления, чтобы предотвратить потерю крутящего момента, который в конечном итоге создается кривошипом.

Возможно, одной из проблемных областей, где важна жесткость шатуна, являются вибрационные нагрузки, создаваемые жесткостью на кручение секции балки шатуна, поскольку вес поршня уменьшается. Как и следовало ожидать, уменьшение вращающейся и совершающей возвратно-поступательные движения массы в узле коленчатого вала двигателя может стать компромиссом в отношении поглощения газовых и механических нагрузок одной лишь массой. Визуализируйте, как вы бросаете набивной мяч человеку весом 150 фунтов, а затем человеку весом 250 фунтов, и вы сможете лучше понять это.

Конечно, чтобы свести к минимуму сопротивление вращению узла коленчатого вала, уменьшение веса поршней и шатунов является проверенным временем подходом. Тем не менее, снижение веса в пользу прочности и долговечности является точкой опоры, вокруг которой вращается этот вопрос. Возможно, одним исключением из этого «правила» была ранняя конструкция составных шатунов (так называемый «полимотор» прошлых лет), в которых шатуны первой конструкции были чрезмерно жесткими и приводили к выходу из строя шатунного подшипника из-за отсутствия нагрузки. способность к абсорбции. С другой стороны, легкие материалы, обладающие прочностью и малой массой, могут быть слишком дорогими для рынка, даже для среднего гоночного двигателя. Таким образом, в то время как другие соображения должны быть включены, основные цели должны включать прочность, малый вес и долговечность.

Говоря с ведущими производителями шатунов, вы часто слышите, что большой процент отказов шатунов не происходит при высоком давлении сгорания. Скорее, во время такта выпуска шток «выдергивается» из ВМТ. Это внезапное движение поршня вызывает аномально высокие растягивающие нагрузки в балке штока и приводит к поломке в этой области, обычно где-то под концом поршневого пальца.

Кроме того, отказы могут возникать либо при плавании клапана, либо при чрезмерном увеличении оборотов двигателя. Что происходит, так это то, что открытые клапаны (и потеря давления сгорания) не обеспечивают какой-либо подушки для поршней, направляющихся к ВМТ. Таким образом, когда они проходят через ВМТ, ничто не мешает им «соскочить» с головками цилиндров, что часто приводит к другой причине разрушения при растяжении в секции балки. Фактически, «эффективный» или динамический вес поршня, проходящего через ВМТ, в этих условиях может намного превышать его фактический статический вес. Точнее, несколько раз.

Еще одним распространенным местом поломки стержня является участок, иногда называемый «точкой шарнира», который обычно находится там, где поперечное сечение балки шатуна изменяется (от широкого к узкому). Разработчики шатунов часто работают в этой области, чтобы определить наилучший компромисс между прочностью шатуна и выбором материала. Конечно, вы всегда должны учитывать надлежащий боковой зазор штока, следя за тем, чтобы не создавать чрезмерный размер, который позволяет маслу создавать чрезмерное смазывание стенок цилиндра. Недостаточный боковой зазор также может привести к перегреву и выходу из строя шатунных подшипников.

Наконец, если мы предположим, что поршень представляет собой «пол» камеры сгорания двигателя, то скорость движения поршня и время, затрачиваемое на каждый угол поворота коленчатого вала, будут влиять на скорость изменения камеры сгорания (объема). Одна из причин, по которой это важно, заключается в том, что движение поршня может влиять на плотность смеси во время такта сжатия (и последующую скорость пламени и повышение давления сгорания). Это, в свою очередь, влияет на угол опережения зажигания и оптимизацию IMEP (минимизация «отрицательного» крутящего момента). Во время цикла выпуска движение поршня также может влиять на эффективную эвакуацию воздуха из цилиндра и, следовательно, связано с правильной синхронизацией выпускного клапана.

Просто рассматривая эти две периферийные части движения поршня, мы можем сразу увидеть, что любые изменения скорости движения поршня могут повлиять на чистое давление и мощность в цилиндре. Длина шатуна может и влияет на давление в цилиндре. Возможно, неясным является тот факт, что, хотя более длинные шатуны создают больший внутренний угол между осью шатуна и ходом кривошипа (ходом) при том же положении поршня и угле кривошипа, именно движение поршня приближается к ВМТ и выходит из ВМТ, что представляет собой интересное исследование.

Вот пример. По мере увеличения длины шатуна движение поршня (как ускорение, так и скорость) от ВМТ уменьшается. Это приводит к более медленному падению давления на впускном тракте, что приводит к уменьшению расхода на впуске (при прочих равных условиях). Если это изменение скорости поршня не будет компенсировано, может быть потеряна некоторая степень объемного КПД.

В отличие от этого влияния на объемный КПД (потенциальный крутящий момент), «время пребывания» поршня в ВМТ и вблизи нее во время сгорания имеет тенденцию увеличивать скорость пламени, соответственно повышать давление в цилиндре в единицу времени и усиливать склонность к детонации. Уменьшение начального (или полного) угла опережения зажигания, применяемое для снижения давления в цилиндре перед ВМТ, также увеличивает IMEP за счет уменьшения отрицательного крутящего момента. Или он может работать против поршня, когда он приближается к ВМТ во время сгорания.

Комбинации длинных штоков, как правило, такие как проходы впускного коллектора (на самом деле головки и коллектор), которые помогают увеличить скорость потока, не обеспечиваемую более быстро опускающимися поршнями, связанными с более короткими штоками. Таким образом, в дополнение к регулировке фаз газораспределения и схем подъема в соответствии с изменениями скорости поршня, необходимыми для увеличения объемного КПД при увеличении длины штока, площади сечения портов и даже размер карбюратора могут быть использованы для восстановления сниженного расхода.

Также существует проблема с уменьшенной боковой нагрузкой на поршень при использовании длинного штока. Это снижение мощности трения объясняется увеличением мощности, особенно когда скорость поршня превышает примерно 2500 футов в секунду. Некоторые производители двигателей также заявляют об увеличении срока службы колец за счет длинных штоков.

Таким образом, хотя ни один из выпусков Enginology этого месяца не был предназначен для пропаганды использования коротких или длинных шатунов, в нем подчеркивается важность учета других функций двигателя, которые необходимо учитывать при внесении существенных изменений в скорость хода поршня как прямую функцию коленчатого вала.