У роботі кривошипно-шатунного механізму поршневих двигунів одну з ключових ролей відіграють деталі, що з'єднують поршні і колінчастий вал - шатуни.Про те, що таке шатун, які види бувають і як вони влаштовані, а також про правильний вибір, ремонт і заміну шатунів читайте в цій статті.
Що таке шатун і яке місце він займає в двигуні?
Шатун — складова частина кривошипно-шатунного механізму поршневих двигунів внутрішнього згоряння всіх типів;Роз'ємна деталь, призначена для з'єднання поршня з відповідною шийкою колінчастого вала.
Ця частина виконує кілька функцій в двигуні:
● Механічне з'єднання поршня і колінчастого вала;
● Передача від поршня до колінчастого вала моментів, що виникають під час робочого ходу;
● Перетворення зворотно-поступальних рухів поршня в обертовий рух колінчастого вала;
● Мастило подається на поршневий палець, стінки поршня (для додаткового охолодження) і циліндр, а також на деталі ГРМ в силових агрегатах з нижнім розташуванням розподільного вала.
У двигунах кількість шатунів дорівнює кількості поршнів, кожен шатун з'єднаний з поршнем (через бронзову втулку і цапфу), а нижня частина з'єднана з відповідною шийкою колінчастого вала (через підшипники ковзання).В результаті утворюється шарнірна конструкція, яка забезпечує вільне переміщення поршня у вертикальній площині.
Шатуни відіграють важливу роль в роботі силового агрегату, і їх поломка часто повністю виводить двигун з ладу.Але для правильного вибору і заміни цієї деталі необхідно розібратися в її конструкції та особливостях.
Типи та конструкція шатунів
Сьогодні існує два основних типи шатунів:
● Стандартні - звичайні шатуни, які використовуються у всіх типах поршневих двигунів;
● Спарений (шарнірний) - вузол, що складається із звичайного шатуна і шарнірно прикріпленого до нього шатуна без кривошипно-шатунної головки, такі агрегати використовуються в V-подібних двигунах.
Конструкція шатунів двигуна внутрішнього згоряння відпрацьована і практично доведена до досконалості (наскільки це можливо при сучасному розвитку техніки), тому, незважаючи на величезну різноманітність двигунів, всі ці деталі влаштовані однаково.
Шатун - це розбірна (композитна) деталь, в якій виділяють три частини:
● Стрижень;
● Поршнева (верхня) головка;
● Кривошипна (нижня) головка зі знімною (від’ємною) кришкою.
Стрижень, верхня головка і половина нижньої головки є однією частиною, всі ці частини формуються відразу при виготовленні шатуна.Кришка нижньої головки - це окрема деталь, яка тим чи іншим способом з'єднана з шатуном.Кожна з частин шатуна має свої конструктивні особливості і функціональність.
Конструкція шатуна
Стрижень.Це основа шатуна, що з'єднує головки і забезпечує передачу зусилля від головки поршня до кривошипа.Довжина штока визначає висоту поршнів і їх хід, а також загальну висоту двигуна.Для досягнення необхідної жорсткості на стрижні кріплять різні профілі:
● Двотавр з розташуванням полиць перпендикулярно або паралельно осям оголовків;
● Хрестоподібна.
Найчастіше на стрижень надається двотавровий профіль з поздовжнім розташуванням полиць (праворуч і ліворуч, якщо дивитися на шатун по осях головок), решта профілі використовуються рідше.
Усередині штока просвердлений канал для подачі масла від нижньої головки до верхньої, у деяких шатунів від центрального каналу зроблені бічні загини для розпилення масла на стінки циліндра та інші деталі.На стрижнях двотаврових балок замість просвердленого швелера може використовуватися металева маслоподводящая трубка, з'єднана зі стрижнем металевими скобами.
Зазвичай для правильної установки деталі на штангу нанесено маркування і маркування.
Головка поршня.У голівці висічено отвір, в яке втиснута бронзова втулка, що грає роль підшипника ковзання.У гільзу з невеликим зазором встановлений поршневий палець.Для змащування тертьових поверхонь цапфи і втулки в останній виконано отвір для забезпечення надходження масла з каналу всередину шатуна.
Кривошипна головка.Дана головка є роз'ємною, її нижня частина виконана у вигляді знімної кришки, встановленої на шатуні.Роз'єм може бути:
● Прямий - площина роз'єму розташована під прямим кутом до стрижня;
● Коса - площина роз'єму виконана під певним кутом.
| Шатун з прямим роз'ємом кришки | Шатун з роз'ємом косої кришки |
Найбільш поширені деталі з прямим з'єднувачем, шатуни з косим з'єднувачем частіше використовуються на V-подібних силових агрегатах і дизелях, вони більш зручні в установці і зменшують габарити силового агрегату.Кришка може кріпитися до шатуна за допомогою болтів і шпильок, рідше використовується шпилька та інші з'єднання.Болтів може бути два або чотири (по два з кожного боку), їх гайки кріпляться спеціальними стопорними шайбами або шплінтами.Для забезпечення максимальної надійності з'єднання болти можуть мати складний профіль і доповнюватися допоміжними деталями (центруючими втулками), тому кріплення шатунів різних типів не є взаємозамінними.
Кришка може бути виконана одночасно з шатуном або окремо.У першому випадку після формування шатуна нижня головка розділяється на дві частини для виготовлення кришки.Для надійного з'єднання і забезпечення стійкості з'єднання при виникненні поперечних моментів поверхні стикування шатуна і кришки профільовані (зубчасті, з прямокутним замком і т. д.).Незалежно від технології виготовлення шатуна отвір в нижній головці просвердлюється в зборі з кришкою, тому ці деталі слід використовувати тільки попарно, вони не взаємозамінні.Для запобігання запарювання шатуна і кришки на них наносять позначки у вигляді міток різної форми або цифр.
Конструкція шатунів різних типів
Усередині кривошипної головки встановлений корінний підшипник (вкладиш), виконаний у вигляді двох півкілець.Для фіксації вкладишів всередині головки є два або чотири канавки (канавки), до яких належать відповідні вуса на вкладишах.На зовнішній поверхні головки може бути передбачений вихід мастила для розпилення мастила на стінки циліндра та інші частини.
У шарнірно-шатунних шатунах над голівкою виконано виступ із просвердленим отвором, у який вставляється цапфа нижньої головки шатуна, що тягається.Сам тяговий шатун має пристрій, схожий на звичайний шатун, але його нижня головка має малий діаметр і нерозбірна.
Шатуни виготовляються штампуванням або куванням, проте кришка нижньої головки може бути лита.Для виготовлення цих деталей використовуються різні марки вуглецевих і легованих сталей, здатних нормально працювати при високих механічних і термічних навантаженнях.
Питання технічного обслуговування, ремонту та заміни шатунів
Шатуни в процесі роботи двигуна піддаються незначному зносу (так як основні навантаження сприймають вкладиші в нижній головці і втулки у верхній головці), а деформації і поломки в них виникають або при серйозних несправностях двигуна, або в результаті його тривале інтенсивне використання.Однак при виконанні деяких ремонтних робіт доводиться демонтувати і розбирати шатуни, а капітальний ремонт силового агрегату часто супроводжується заміною шатунів і супутніх деталей.
Демонтаж, демонтаж і подальша установка шатунів вимагає дотримання певних правил:
● Кришки нижніх головок встановлювати тільки на «рідні» шатуни, поломка кришки вимагає повної заміни шатуна;
● При установці шатунів необхідно дотримуватися порядку їх установки - кожен шатун повинен займати своє місце і мати правильну просторову орієнтацію;
● Закручувати гайки або болти потрібно з певною силою (за допомогою динамометричного ключа).
Особливу увагу слід звернути на орієнтацію шатуна в просторі.Зазвичай на штоку є позначка, яка при установці на рядний двигун повинна бути звернена до його передньої частини і збігатися з напрямком стрілки на поршні.У V-подібних двигунів в одному ряду позначка і стрілка повинні дивитися в одну сторону (зазвичай лівий ряд), а в другому ряду - в різні боки.Таке розташування забезпечує балансування КШМ і двигуна в цілому.
При поломці кришки, при крученні, прогинах та інших деформаціях, а також при руйнуванні шатуни замінюються повністю.Новий шатун повинен мати той же тип і каталожний номер, що і той, що був встановлений на двигуні раніше, але цю деталь все одно потрібно вибрати за вагою, щоб зберегти балансування двигуна.В ідеалі всі шатунні і поршневі групи двигуна повинні мати однакову вагу, але насправді всі шатуни, поршні, пальці і вкладиші мають різну масу (особливо якщо використовуються деталі ремонтних розмірів), тому деталі необхідно зважувати. і заповнюється вагою.Вага шатунів визначається з урахуванням маси кожної його головки.
Розбирання, заміну і складання шатунів і шатунно-поршневих груп необхідно проводити в суворій відповідності до інструкції з ремонту та технічного обслуговування автомобіля.Надалі шатуни не потребують спеціального обслуговування.При правильному підборі і установці шатунів двигун забезпечить необхідну продуктивність в будь-яких умовах експлуатації.
Час публікації: 5 серпня 2023 р