Шатун двигателя что это такое

Шатун здесь рулит — это он меняет направление момента силы

Шатун – так называют медведя, который от недостатка пищи просыпается среди зимы или совсем не впадает в спячку.

Ходит, шатается по лесу, может напасть даже на человека.

Но в этой статье будет не про него, а про совсем безобидную деталь, точнее про шатун в двигателе автомобиля.

Он при своей работе совершает качающие движения, поэтому назван именем коварного хищника. А про Мишку мы как-нибудь в другой раз поговорим. Наш шатун сейчас нам гораздо нужнее чем медведь.

Эта самая деталь, соединяет коленчатый вал и поршень. Ее назначение – преобразование поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала, который в свою очередь через трансмиссию приводит в движение колеса автомобиля.

Шатун, особенности конструкции

Конструктивные отличия шатуна определяются типом мотора и схемой его компоновки. Так в бензиновых двигателях используют легкий вариант, а в дизельных – утяжеленный, Причина тому – дизель работает при бОльших степенях сжатия .

Основные элементы

К главным звеньям относятся: стержень, верхняя головка (поршневая) и нижняя (кривошипная). Также в комплект входят: вкладыши нижней головки (подшипники скольжения), подшипниковая втулка верхней головки, болты и гайки со шплинтами для крепления нижней головки к шатуну.

Стержень шатуна может быть разных видов сечения: прямоугольник, круг, крест или Н-образный. Есть движки, в которых шатуны имеют масляную канавку, через которую подается масло к поршню.

Поршневая головка находится вверху – это неразъемный шатунный элемент. Его конструкция зависит от способа установки поршневого пальца.

В двигателях, с пальцем фиксированного типа (палец жестко запрессован в верхнюю шатунную головку), в поршневой в головке предусмотрено цилиндрическое отверстие без втулки.

В варианте движка с плавающим пальцем (палец фиксируется в бобышках поршня), присутствует биметаллическая или бронзовая втулка.

Кривошипная головка находится внизу и имеет разборную конструкцию. Она соединяет коленчатый вал и сам шатун. Включает верхнюю часть и крышку, которая прикреплена к шатуну болтами. Бывает с двумя категориями разъемов относительно стержневой оси – косым (под углом) и прямым (перпендикулярным).

В головке, как уже говорилось, установлены вкладыши подшипника скольжения. Выглядят как две половинки разрезанного плоского кольца. Покрыты и могут содержать от двух до пяти слоев мягкого металла.

В современных моторах применяют двух и трехслойные вкладыши. В двухслойном на металлическую основу нанесен покров антифрикционного материала, а в трехслойном, кроме того есть еще изоляционный слой.

Чтобы не возникало вибраций и шумов во время работы двигателя, все шатуны, и их составляющие должны быть одинаковой массы. Подгонку по массе делают, снимая тонкую стружку с бобышек, которые расположены на верхней головке, на стержне или внизу поршневой головки.

Применяемый материал и профили

Шатуны делают штамповкой из высокопрочной стали или методом литья из чугуна.

В дизельных моторах используются изделия из легированной стали изготовленные методом ковки (горячей штамповки), а в некоторых бензиновых двигателях из порошкообразных металлов, полученные методом спекания.

Напряженные условия работы этой детали предполагают ее высокую надежность, долговечность и износостойкость. Повышенные требования предъявляются и к болтам крепления. Для их производства используют легированные стали, с высоким коэффициентом текучести.

Конструктивные особенности

Стержень шатуна, при работе, подвергается продольному изгибу, поэтому обычно имеет двутавровое сечение, хотя встречаются также круглые, крестообразные и трубчатые. Но оптимальным вариантом считается двутавровый стержень, обладающий хорошей жесткостью при минимальном весе.

Для крестообразных профилей нужны более развитые головки, а это способствует утяжелению детали. У круглого исполнения простая геометрия, но оно требует высокого качества механической обработки.

В массовом автомобильном производстве применяются стержни двутаврового сечения. Для повышения общей жесткости, уменьшения габаритов и массы шатунов в форсированных двигателях обе головки отковывают как одно целое со стержнем. При этом верхней, как правило, придают форму цилиндра.

Верхние головки выпускаются различной формы, отличия зависят лишь от устройства и способа фиксации поршневого пальца, а так же от способа смазки.

Ну, теперь поняли, чем отличается наш шатун от медведя?)))

Теперь самое время поделится информацией с друзьями в социальных сетях про медведя-шатуна.

Да! Не забудьте поделиться с друзьями! Ссылочку скиньте им на эту статью и порядок. И не останавливайтесь на прочитанном, продолжайте расширять свой автомобильный кругозор, читай те статьи про Поршень, про Блок двигателя, Про Коленчатый вал. Всё будет для вас интересно!

ФОРУМ МОТОРИСТОВ

Форум для общения мотористов, водителей и любопытных

  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск
  • Список форумовОбщедоступные форумыТюнинг и форсирование
  • Поиск

Влияние длины шатуна на характер форсированного двигателя

Влияние длины шатуна на характер форсированного двигателя

Сообщение Xidden » 16 авг 2006, 20:35

Re: Влияние длины шатуна на характер форсированного двигател

Сообщение AB-Engine » 16 авг 2006, 21:49

Сообщение Xidden » 16 авг 2006, 22:25

шатун

Сообщение aleks » 16 авг 2006, 22:44

Сообщение Xidden » 17 авг 2006, 00:22

Существует такое понятие, как отношение длины шатуна к ходу поршня, эта характеристика и сам диаметр кривошипа коленчатого вала (ход поршня) существенно влияют на «дыхание» мотора: ведь по своей сути, ДВС – это насос, который прокачивает через себя определенный объем смеси воздуха с топливом за определенный промежуток времени. . В англоязычной литературе это соотношение именуется R/S – rod to stroke ratio, и ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R/S, равная 1,75.
Эффект большого R/S:

Читать еще:  Замена датчика коленвала

ЗА: Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах.
Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R/S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана).
Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ
Эффект малого R/S:

ЗА: Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию.
преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R/S.

Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:
1) Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.

2) Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении «кованных» поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.

3) Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.
Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

Шатун двигателя в вопросах и ответах

Основной задачей шатуна является передача возвратно-поступательного движения от поршня к вращательному движению коленчатого вала. Таким образом, шатун фактически преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Также, как и его омоним — медведь-шатун в лесу, шатун в двигателе является самым крепким и сильным «зверем».

Как работает шатун?

Шатун (отмечен жёлтым) передаёт возвратно-поступательное движение от поршня (отмечен синим) к коленвалу (отмечен зелёным)

Как уже было отмечено выше, шатун берёт на себя задачу передачи тягового усилия от поршня, который движется вверх-вниз, к коленчатому валу, преобразовывая тягу во вращательную. Происходит это очень просто. В то время, когда поршень находится в верхней мёртвой точке — точнее, чуть ниже её, происходит воспламенение топлива и воздуха в камере сгорания над поршнем, и в результате взрыва поршень выталкивается вниз. Шатун, прикреплённый сверху к поршню, также движется вниз, заставляя крутиться коленчатый вал. Когда поршень достигает нижней точки, по инерции коленвал толкает шатун и вместе с ним поршень вверх.

Из чего состоит шатун?

Верхняя часть шатуна единая и неразрывная, а нижняя — разъединяется для того, чтобы шатун был одет на коленчатый вал. Очень важную роль играет подшипник между шатуном и коленчатым валом — он должен быть выполнен очень качественно и выдерживать колоссальные нагрузки.

Из чего делают шатуны?

Как правило, существует несколько материалов, которые используются при создании шатунной системы. Это легированная сталь, алюминий и титан.

Но чаще всего шатуны изготавливаются из стальных сплавов, таких как 42CrMo4, 43CrMo4, 44csr4, C-70, EN-8D, SAE1141 и подобные. Шатуны обычно штампуются из стального сплава. А вот алюминий и титан уже используются при изготовлении шатунов для спортивных автомобилей, где важна высочайшая прочность и лёгкость.

Также иногда для изготовления шатуна используют смеси материалов — обычно те же алюминий и титан смешивают вместе, чтобы получить высокопрочный сплав.

Читать еще:  Что плохого в плохих подушках двигателя
Как правильно покупать шатуны?

Выбор шатуна — довольно простая задача, Вам просто нужно знать марку и модель двигателя (или, ещё лучше, код запчасти). Однако, шатуны следует покупать только оригинальные и лучше только у авторизованных дилеров. Проблема здесь в том, что при замене вышедших из строя шатунов двигатель полностью разбирается, а некачественные шатуны могут не только заставить повторить недешёвый процесс разборки/сборки мотора, но и привести к более дорогостоящим последствиям.

Сколько стоит шатун?

Несмотря на требовательность к точности, прочности при производстве, шатун — относительно недорогая запчасть автомобиля. И здесь работает закономерность — чем крупнее шатун (и, соответственно, двигатель), тем он дороже.

Для большинства российских легковых автомобилей шатун стоит около 700-1200 рублей (один шатун, не комплект), для иномарок (причём, цена на сам автомобиль не сильно коррелирует со стоимостью шатуна) около 1000-3000 рублей. Для КамАЗа — от 4000 до 7000 рублей, для грузовых автомобилей иностранного производства — от 5000 до 15000 рублей.

Узлы и детали дизельного двигателя. Компоненты системы Часть 3

Подшипники

Как уже упоминалось, коленчатый вал в дизельном двигателе BMW устанавливается в подшипники с обеих сторон шатунной шейки. Эти коренные подшипники удерживают коленчатый вал в блок-картере. Нагруженная сторона находится в крышке подшипника. Здесь воспринимается сила, возникающая в процессе сгорания.
Для надежной работы двигателя требуются малоизнашивающиеся коренные подшипники. Поэтому используются вкладыши подшипников, поверхность скольжения которых покрыта специальным подшипниковым материалам. Поверхность скольжения находится внутри, т. е. вкладыши подшипников не вращаются вместе с валом, а закреплены в блок-картере.
Малый износ обеспечивается в том случае, если поверхности скольжения разделяются тонкой масляной пленкой. Значит, должна быть обеспечена достаточная подача масла. Идеально это осуществляется с ненагруженной стороны, т. е. в данном случае со стороны постели коренного подшипника. Смазка моторным маслом происходит через смазочное отверстие. Круговая канавка (в радиальном направлении) улучшает распределение масла. Однако, она уменьшает поверхность скольжения и, тем самым, увеличивает действующее давление. Точнее говоря, подшипник делится на две половинки с меньшей несущей способностью. Поэтому масляные канавки обычно находятся только в ненагруженной зоне. Моторное масло, кроме того, охлаждает подшипник.

Подшипники с напылением
Другим типом подшипников коленчатого вала является подшипник с напылением. При этом речь идет о подшипнике с трехслойным вкладышем с напыленным на поверхность скольжения слоем, выдерживающим очень высокие нагрузки. Такие подшипники находят применение в высоконагруженных двигателях.
Подшипники с напылением по свойствам материала очень твердые. Поэтому такие подшипники, как правило, используются в местах, в которых имеют место самые большие нагрузки. Это значит, что подшипники с напылением устанавливаются только с одной стороны (со стороны давления). С противоположной стороны всегда устанавливается более мягкий подшипник, а именно подшипник с трехслойным вкладышем. Более мягкий материал такого подшипника в состоянии вбирать из детали частицы грязи. Это чрезвычайно важно для предотвращения его повреждения.
При вакуумировании отделяются мельчайшие частицы. С помощью электромагнитных полей эти частицы наносятся на поверхность скольжения подшипника с трехслойным вкладышем. Такой процесс называют напылением. Напыленный слой скольжения отличается оптимальным распределением отдельных составляющих.
Подшипники с напылением в районе коленчатого вала устанавливаются в дизельных двигателях BMW с максимальной мощностью и в ТОР-вариантах.

Рис. 27 — Подшипники с напылением
1- Стальной вкладыш
2- Свинцовистая бронза или высокопрочный алюминиевый сплав
3- Напыленный слой

Осторожное обращение с вкладышами подшипников имеет большое значение, т. к. очень тонкий металлический слой подшипника не в состоянии компенсировать пластическую деформацию.
Подшипники с напылением можно различить по выбитой букве „S» на обратной стороне крышки подшипника.

Упорный подшипник
Коленчатый вал имеет только один упорный подшипник, который часто называют центрирующим или упорным подшипником. Подшипник удерживает коленчатый вал в осевом направлении и должен воспринимать силы, действующие в продольном направлении. Эти силы возникают под действием:

  • шестерни с косыми зубьями для привода масляного насоса;
  • привода управления сцеплением;
  • ускорения автомобиля.

Упорный подшипник может иметь форму подшипника с буртиком или составного подшипника с упорными полукольцами.
Упорный подшипник с буртиком имеет 2 шлифованные опорные поверхности для коленчатого вала и опирается на постель коренного подшипника в блок-картере. Подшипник С буртиком — это одночастная половинка подшипника, с плоской поверхностью, перпендикулярной или параллельной оси. На более ранние двигатели устанавливалась только одна половинка подшипника с буртиком. Коленчатый вал имел осевую опору только 180°.
Составные подшипники состоят из нескольких деталей. При такой технологии на обеих сторонах устанавливается по одному упорному полукольцу. Они обеспечивают стабильное, свободное соединение с коленчатым валом. Благодаря этому упорные полукольца подвижны и прилегают равномерно, что уменьшает износ. В современных дизельных двигателях для направления коленчатого вала устанавливаются две половинки составного подшипника. Благодаря этому коленчатый вал имеет опору 360°, что обеспечивает очень хорошую устойчивость к осевому перемещению.
Важно, чтобы обеспечивалась смазка моторным маслом. Причиной отказа упорного подшипника, как правило, является перегрев.
Изношенный упорный подшипник начинает шуметь, прежде всего, в районе демпфера крутильных колебаний. Другим симптомом могут быть неисправности датчика коленчатого вала, что у автомобилей с автоматической коробкой передач проявляется через жесткие толчки при переключении передач.

Читать еще:  Что нужно сделать чтобы снять двигатель

Шатуны с подшипниками Общая информация
Шатун в кривошипно-шатунном механизме соединяет поршень с коленчатым валом. Он преобразует прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кроме того, он передает силы, возникающие при сгорании топлива и действующие на поршень, от поршня на коленчатый вал. Т. к. он является деталью, которая испытывает очень большие ускорения, то его масса оказывает непосредственное влияние на мощность и плавность работы двигателя. Поэтому при создании максимально комфортно работающих двигателей придается большое значение оптимизации массы шатунов. Шатун испытывает нагрузки сил воздействия газов в камере сгорания и инерционных масс (включая свою собственную). На шатун действуют переменные нагрузки сжатия и растяжения. В высокооборотных бензиновых двигателях нагрузки растяжения являются определяющими. Кроме того, вследствие боковых отклонений шатуна возникает центробежная сила, которая вызывает изгиб.

Особенностями шатунов являются:

  • двигатели М47/ М57/ М67: части подшипников на стержне шатуна выполняются в виде подшипников с напылением;
  • двигатель М57: шатун такой же, как у двигателя М47, материал С45 V85;
  • двигатель М67: трапециевидный шатун с нижней головкой, выполненной методом разлома, материал С70;
  • M67TU: толщина стенок вкладышей шатунных подшипников увеличена до 2 мм. Шатунные болты впервые устанавливаются с герметиком.

Шатун передает усилие и дниже-ние oт поршня на коленчатый вал. Шатуны сегодня изготавливают из ковкой стали, а разъем на большой головке делают методом разлома. Разлом, кроме прочего, имеет те преимущества, что плоскости разьема не требуют дополнительной обработки и обе части точно позиционируются относительно друг друга.

Конструкция
Шатун имеет две головки. Через малую головку шатун соединяется с поршнем с помощью поршневого пальца. Из-за боковых отклонений шатуна во время вращения коленчатого вала он должен иметь возможность вращаться в поршне. Это осуществляется с помощью подшипника скольжения. Для этого в малую головку шатуна запрессовывается втулка.
Через отверстие в этом конце шатуна (со стороны поршня) к подшипнику подводится масло. Со стороны коленчатого вала находится большая разъемная головка шатуна. Большая головка шатуна разделяется для того, чтобы шатун можно было соединить с коленчатым валом. Работа этого узла обеспечивается подшипником скольжения. Подшипник скольжения состоит из двух вкладышей. Смазочное отверстие в коленчатом вале обеспечивает подшипник моторным маслом.
На следующих рисунках показана геометрия стержней шатунов с прямым и косым разъемами. Шатуны с косым разъемом применяются в основном в V-образных двигателях.
V-образные двигатели вследствие больших нагрузок имеют большой диаметр шатунных шеек. Косой разъем позволяет сделать блок-картер компактнее, т. к. при вращении коленвала он описывает меньшую кривую в нижней части.

Рис. 28 — Шатун трапециевидной формы
1- Поршни
2- Поверхности, передающие силы
3- Поршневой палец
4- Стержень шатуна

Шатун трапециевидной формы
В случае трапециевидного шатуна малая головка в поперечном сечении имеет форму трапеции. Это значит, что шатун становится тоньше от основания, прилегающего к стержню шатуна, к концу у малой головки шатуна. Это позволяет дополнительно уменьшить массу, т. к. с „ненагруженной» стороны экономится материал, в то время как на нагруженной стороне сохраняется полная ширина подшипника. Кроме того, это позволяет уменьшить расстояние между бобышками, что, в свою очередь, уменьшает прогиб поршневого пальца. Другое преимущество — отсутствие смазочного отверстия в малой головке шатуна, т. к. масло поступает через скошенную боковину подшипника скольжения. Вследствие отсутствия отверстия исключается его отрицательное влияние на прочность, что позволяет сделать шатун в этом месте еще тоньше. Таким образом не только экономится масса, но и получается выигрыш в пространстве поршня.

Рис.29 Шатун с косым разъемом
1- Смазочное отверстие
2- Подшипник скольжения
3- Стержень шатуна
4- Вкладыш подшипника
5- Вкладыш подшипника
6- Крышка шатуна
7- Шатунные болты

Изготовление и свойства
Заготовка шатуна может быть выполнена различными способами.

Горячая штамповка
Исходным материалом для изготовления заготовки шатуна служит стальной стержень, который нагревается прим. до 1250-1300 «С. Прокаткой осуществляется перераспределение масс в сторону головок шатуна. При образовании основной формы во время штамповки за счет лишнего материала образуется облой, который затем снимается. При этом также проде-лываются отверстия головок шатуна. В зависимости от легирования стали после штамповки свойства улучшаются с помощью термической обработки.

Литье
При литье шатунов используется модель из пластмассы или металла. Эта модель состоит из двух половинок, которые вместе образуют шатун. Каждая половинка формуется в песке, так что соответственно получаются обратные половинки. Если их теперь соединить, получается форма для отливки шатуна. Для большей эффективности в одной литейной форме отливают рядом друг с другом много шатунов. Форма заполняется жидким чугуном, который затем медленно остывает.

Обработка
Независимо от того, как были изготовлены заготовки, они обрабатываются резанием до окончательных размеров.
Для обеспечения равномерной работы двигателя шатуны должны иметь заданную массу в узких пределах допуска. Раньше для этого задавались дополнительные размеры на обработку, которые затем при необходимости фрезеровались При современных способах изготовления технологические параметры контролируются настолько точно, что это позволяет изготавливать шатуны в допустимых пределах по массе.
Обрабатываются лишь торцевые поверхности большой и малой головок и сами головки шатуна. Если разъем головки шатуна выполняется резанием, то поверхности разъема необходимо обрабатывать дополнительно. Внутренняя поверхность большой головки шатуна после этого высверливается и хонингуется.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector