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

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

Содержание

Конструкция шатуна

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

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

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

Стержень

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

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

Поршневая головка

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

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

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

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

Кривошипная головка

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

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

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

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

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

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

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

Материалы для производства шатунов

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

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

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

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

Шатун двигателя

Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и таким образом передают силы действия газов и силы инерции на шатунную шейку коленчатого вала. Шатун обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре. Верхняя головка шатуна со стороны поршня в направлении опоры поршневого пальца на многих современных двигателях имеет втулку ВГШ из бронзы. Шатун устанавливается на шейке кривошипа коленчатого вала посредством шатунных вкладышей. Нижняя головка шатуна имеет разъемное исполнение для монтажа на коленчатом валу. Для подачи масла к поршневому пальцу в конструкции шатуна предусматривают отверстие между верхней головкой шатуна (ВГШ) и нижней головкой шатуна (НГШ).

Шатун изготавливается из стали путем ковки или литья, причем в зависимости от нагрузки используется либо легированная, либо улучшенная сталь.

Шатуны подлежат замене, если они сломались или погнулись или если были разрушены опоры подшипников шатунов. Если остальные шатуны не повреждены, то шатуны можно заменять по отдельности, при этом рекомендуется взвесить старые шатуны и новый шатун подобрать или подогнать под вес старых шатунов.

При ремонте двигателя рекомендуется менять болты нижней головки шатуна.

 

Шатуны подлежат ОБЯЗАТЕЛЬНОЙ проверке и при необходимости замене в следующих случаях:

• значительные повреждения шатунных вкладышей коленчатого вала
• гидроудары в цилиндро-поршневой группе
• существенные повреждения поршней, например, в результате превышения максимально допустимой частоты вращения
• детонационное сгорание
• ошибки при монтаже, например, перепутывание крышек нижней головки шатунов
• поломки и/или повреждение поршней и гильз цилиндров

 

Конструкция шатуна:

 

Конструктивные особенности нижней головки шатуна:

«Прямой» и «косой» разъем нижней головки шатуна:

 

«Ломаный» разъем нижней головки шатуна:

«Ломаные» шатуны изначально изготавливаются в виде цельной детали, затем на них наносят насечки для разлома (металлокерамический шатун) или лазерную насечку (стальной шатун), после чего их целенаправленно ломают на две части (крекинг). Обе части свинчивают при монтаже шатуна. Благодаря наличию места разлома они точно подходят друг к другу. Из-за индивидуальной геометрии разлома, шатуны и крышки шатунов всегда должны использоваться вместе и не могут быть заменены по отдельности! Ломаные шатуны имеют преимущества в отношении прочности и точности изготовления. После монтажа поверхности разъема почти не видны. Шатуны и крышки шатунов устанавливаются с высокой точностью и благодаря этому обеспечивают оптимальную передачу силы.

«Зубчатый» разъем нижней головки шатуна:

 

Конструктивные особенности верхней головки шатуна:

«Прямая» и «трапециевидная» верхняя головка шатуна:

Шатун

: определение, функции, типы, детали, проблема

Шатун , также называемый шатуном , является одной из основных частей двигателя внутреннего сгорания. Хотя он также используется в паровом двигателе, но очень важен для транспортных средств.

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, что способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Деталь функционирует как плечо рычага и должна передавать сжимающие и растягивающие усилия от поршня и вращаться на обоих концах.

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, материал, детали, работу и схему шатунов.

Contents

• 1 Connecting Rod Definition
• 2 Conrod Materials
  • 2.1 Design Nomenclature
• 3 Connecting Rod Parts
• 4 Functions of Conrod
• 5 Types of Connecting Rod
  • 5.1 Billet conrods:
  • 5.2 Литой стержень:
  • 5.3 Кованый стержень:
  • 5.4 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
  • 5,5 Порошкообразной металл:
• 6 Проблемы с шатуном
  • 6.1 усталость:
  • 6. 2 Гидролок:
  • 6.3.

Определение шатуна

Шатун или шатун преобразует линейное движение вверх и вниз или возвратно-поступательное движение поршня в круговое движение коленчатого вала. В процессе он испытывает растяжение, сжатие, изгиб и коробление.

Читать Все, что вам нужно знать об автомобильных поршнях

Материалы шатунов

Шатуны обычно изготавливаются из литого алюминиевого сплава, который помогает выдерживать напряжения, возникающие в процессе.

В серийном производстве шатун обычно изготавливают из стали. Для высокопроизводительных приложений используются заготовки, которые вытачиваются из цельной заготовки, а не отливаются или куются.

Однако чугун можно использовать для более дешевых изделий с низкой производительностью, таких как мотороллеры.

Конструкция Номенклатура

• A = площадь поперечного сечения шатуна.
• L = длина шатуна.
• C = предел текучести при сжатии.
• Wcr = разрушающая или изгибающая нагрузка.
• Ixx = момент инерции сечения относительно оси x
• Iyy = момент инерции сечения относительно оси y соответственно.
• Kxx = радиус вращения сечения вокруг оси x
• Kyy = радиус вращения сечения вокруг оси y соответственно.
• D = Диаметр поршня r = Радиус кривошипа

Детали шатуна

Части шатуна в двигателе внутреннего сгорания состоят из большой головки , шатуна и малой головки .

Поршни соединены с малым концом шатуна с помощью поршневого пальца или поршневого пальца, который может поворачиваться в поршне. Этот штифт обеспечивает точку поворота между поршнем и шатуном. Поршневой палец удерживается на месте с помощью пружинного зажима или фиксатора поршневого пальца.

Большая головка шатуна крепится к шатунной шейке с помощью подшипника скольжения, что снижает трение. Но в некоторых двигателях меньшего размера используются подшипники, чтобы избежать необходимости в смазке насоса.

Как правило, в подшипнике на большом конце шатуна имеется отверстие. Это позволяет смазочному маслу накачиваться на упорную сторону стенки цилиндра для смазки хода поршней и поршневых колец.

Наконец, на деталях шатуна шатун может вращаться на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун совершает возвратно-поступательное движение вокруг коленчатого вала.

Прочтите: Знакомство с бензиновым двигателем

Функции шатуна

• Основная функция шатуна заключается в создании связи между поршнем и коленчатым валом для передачи мощности.
• Шатун помогает доставлять смазочное масло к стенкам цилиндра и поршневому или поршневому пальцу.

Типы шатунов

Типы шатунов зависят от материала, из которого они изготовлены. Ниже представлены различные доступные типы шатунов:

Заготовки шатунов:

Заготовки шатунов изготавливаются из цельного куска стали или алюминия. Он легче, прочнее и долговечнее, чем другие виды шатунов. Шатуны заготовочного типа обычно используются для автомобилей высокого класса.

Продукт иногда предназначен для уменьшения концентраторов напряжения и облегчения естественного зерна материала заготовки.

Литой шток:

Производители предпочитают литой шток, поскольку он способен выдерживать нагрузку стандартного двигателя. Стоимость производства ниже, но его нельзя использовать в приложениях с высокой мощностью от 450 до 6000 об/мин.

Литые шатуны имеют заметный шов посередине, что отличает их от кованых.

Кованый стержень:

шатуны, изготовленные из ковки, изготавливаются путем прессования зерна выбранного материала по форме стержня. Материал может быть стальным сплавом или алюминием в зависимости от требуемых свойств.

Ну производители кованых стержней используют разные виды стальных сплавов, хромовые и никелевые сплавы. Конечный продукт не должен быть хрупким. Никель или хромовый сплав повышают прочность шатуна.

Присоединяйтесь к нашей рассылке новостей

Металлический порошок:

Шатун из порошкового металла также является подходящим выбором для производителей. Он производится из порошкообразной смеси металлов, которая прессуется в форму и нагревается при высоких температурах. Он плавит смесь в твердую форму.

Может потребоваться легкая механическая обработка, но продукт выходит из формы в основном готовым продуктом. Шатуны из порошкового металла дешевле в производстве, чем сталь, и прочнее литых шатунов.

Читайте: Классификация двигателей внутреннего сгорания

Проблемы с шатуном

Шатун может испытывать проблемы во время работы. Это связано с тем, что он испытывает различные напряжения в камере сгорания. Некоторые из этих проблем могут быть устранены, в то время как некоторые требуют полной замены шатуна. В процессе эксплуатации шатун растягивается и сжимается, что может привести к поломке шатуна. Сломанный шток может полностью повредить двигатель. Ниже показана неисправность, возникающая на шатуне:

Усталость:

Это основная причина поломки шатуна. Это часто происходит в старых двигателях. Сжатие и растяжение стержня в процессе происходит тысячи раз в минуту. Это в конечном итоге приводит к износу детали, пока она не сломается. Недостаток масла и наличие грязи в двигателе могут ускорить эту проблему.

Новые двигатели также могут испытывать усталость в соединении, если двигатель перестроен. Ну так бывает, когда используются дешевые запчасти или не те.

Гидроблокировка:

Гидроблокировка возникает, когда вода проникает в поршневую камеру, что приводит к деформации шатуна. Обычно это происходит, когда автомобиль едет по затопленной улице.

Небольшое количество воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание, которые можно легко устранить. Однако, если в цилиндре много воды, все пространство для искрового разряда занято, что может привести к изгибу или поломке штока цилиндра.

Превышение оборотов:

Превышение оборотов — это неисправность, возникающая в новых и высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это указывает на то, что состояние шатуна находится в опасности. Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах.

Неисправность пальца:

Поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем, изнашивается и становится причиной выхода из строя. В некоторых двигателях это приводит к катастрофическому отказу двигателя. Это когда шатун заходит в блок двигателя или когда коленчатый вал погнут.

Читать: Типы автомобильных двигателей

В некоторых двигателях вызывает потерю мощности. Если такое произойдет, то это если двигатель остановился сразу после поломки штифта. Есть вероятность, что двигатель спасут, иначе может произойти полная поломка.

Вот и все для этой статьи «шатун». Я надеюсь, вам понравилось чтение, если вы так любезны прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!

Что такое шатун? Детали, функции и типы

Джиннеш Сабхадия

Содержание

Что такое соединительный стержень?

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

Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня. В наиболее распространенной форме в двигателе внутреннего сгорания он позволяет поворачиваться на конце поршня и вращаться на конце вала.

Предшественником шатуна является механическое соединение, используемое водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. Шатуны чаще всего используются в двигателях внутреннего сгорания или паровых двигателях.

Детали шатуна

Ниже приведены детали шатуна:

• Малая головка: Конец, которым шатун крепится к поверхности поршневого пальца, называется шатун.
• Шатун: Конец, которым шатун прикрепляется к шатунной шейке, называется большим концом шатуна.
• Подшипник втулки: Оба конца шатуна закреплены подшипником втулки. К маленькому концу шатуна прикреплена втулка из фосфористой бронзы со сплошной проушиной. Большой конец прикреплен к шатунной шейке. Конец разделен на две части и опирается на вкладыш коренного подшипника.
• Вставка подшипника: В большом конце шатуна есть 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Поршень: Поршень соединяется с коленчатым валом с помощью шатуна, который обычно укорачивается до шатуна или шатуна. Назначение поршня — работать как подвижная пробка в цилиндре, образующая дно камеры сгорания.
• Крышка подшипника: Вкладные подшипники имеют регулировку износа, но она контролирует ход, а боковой зазор позволяет правильно затянуть крышку подшипника.

Конструкция и назначение шатуна

Шатун преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и поэтому подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун создает связь между поршнем и коленчатым валом и, таким образом, передает мощность. Он преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун установлен на шатунной шейке коленчатого вала с подшипником скольжения. Крышка шатунного подшипника прикручена болтами к большой головке. В большинстве случаев шатун является полым или имеет внутренний литой масляный канал для подачи смазки на поршневой палец.

Материалы

Для получения минимального веса и высокой прочности шатуны изготавливаются из следующих материалов:

• Микролегированная сталь
• Металлоспек
• двигатели)

Серийно выпускаемые шатуны кованые, литые или спеченные. Кованые шатуны имеют лучшее отношение прочности к весу и более низкую стоимость, чем спеченные шатуны. Однако производство штампов сравнительно дорого.

Типы шатунов

Ниже приведены типы шатунов, используемых в различных типах двигателей:

• Плоский шатун
• Вилкообразный шатун
• Ведущий и ведомый шатуны 700908
• Шатуны-заготовки шатуны
• Кованые шатуны
• Шатуны с приводом

1. Шатуны плоские

Шатуны плоских шатунов используются в рядных и оппозитных двигателях. 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. Шатуны вилки и ножа

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. Ведущие и ведомые шатуны

В радиальных двигателях обычно используются ведущие 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 шатунов ведущий-ведомый является то, что ход ведомого поршня немного больше, чем у ведущего поршня, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе.

4. Стержни 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 придавливания зерна материала к форме конца. 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. Металлические шатуны с электроприводом

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

Выход из строя шатуна

При каждом вращении коленчатого вала на шатун часто воздействуют большие повторяющиеся силы: силы сдвига из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, силы сжатия при движении поршня вниз, и растягивающие силы при движении поршня вверх. Эти силы пропорциональны квадрату скорости вращения двигателя (об/мин).

Выход из строя шатуна, часто называемый «бросанием шатуна», является одной из наиболее распространенных причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, когда сломанный шатун часто пробивает стенку картера, что делает двигатель неремонтопригодным.