Шатун ДВС
Шатун — звено в цепи передачи возвратно-поступательного движения от поршней коленчатому валу ДВС, который преобразует линейное движение во вращательное.
Содержание статьи:
Что такое шатун
Шатун ДВС — это простая конструкционная механическая деталь или, как его еще называют, тяговое дышло, соединяющее поршень посредством поршневого пальца и коленвала посредством шатунной шейки.
Чтобы не менять шатуны каждый раз, когда выполняют капитальный ремонт ДВС, в местах крепления используются специальный быстросъемные вкладыши (подшипники скольжения) с антифрикционными слоями.
Бывают также, по конструкционной особенности, шатуны залитые баббитом. В таких шатунах зазор регулируется выемками пластин половинками шатунов. Такие шатуны, в основном устанавливаются в компрессорах и тихоходных двигателях внутреннего сгорания.
Бывают шатуны из алюминия. Такие шатуны без защитного антифрикционного слоя и не подлежат ремонту. Устанавливаются в пусковых двигателях.
Во всех двигателях внутреннего сгорания, в которых есть поршни и коленчатый вал, устанавливаются шатуны, кроме мотора Баландина (вместо шатуна для передачи движения используется ползунок).
Из чего сделан шатун
Шатуны ДВС делаются из стали методами ковки и штамповки. Для двигателей с высокой нагрузкой, это, например, гоночные авто и боллиды, шатуны могут выполнятся литьем титанового сплава.
Для ДВС массового производства шатуны изготавливаются методом горячей штамповки из следующих среднеуглеродистых и легированных марок сталей:
- Сталь 40. Сталь с содержанием углерода 0,4 %.
- Сталь 45. Означает, что углерода в сплаве 0,45 %.
- Сталь 45Г2. Шифр этой марки таков: в сплаве содержится 0,45 % углерода (С) и марганца (Mn) 2 %/
- Сталь 40ХН. В этом легированном сплаве, помимо 0,4 % углерода, содержится хром (Cr) в объеме 1 % и никеля (Ni) в объеме 1 %.
- Сталь 30ХМА. Это шифр жаропрочной релаксакционнстойкой стали. В составе 0,3 % С; хрома (Cr) 1%; молибдена (Mo) 1 %. Буква «А» говорит, что сплав улучшенный, прошел закалку с высоким отпуском.
Строение шатуна
Шатун ДВС состоит из:
- верхней поршневой головки;
- силовой стержень;
- нижней кривошипной головки.
Верхняя головка шатуна изготавливается цельной. Это соединительный элемент с отверстием для поршневого пальца. Верхняя головка не разъемная.
Силовой стержень выполняется цельным, без соединительных частей.
Нижняя головка шатуна — это место соединения шатунной шейки коленвала ДВС. Нижняя головка разборная, соединяются шатунными болтами.
Во время ремонта вместо шатунных болтов нельзя ставить обычные, так как шатунные выдерживают большую температуру и нагрузку.
Испорченную резьбу на шатунных болтах не восстанавливают методом нарезки, на заводе резьбу создают методом накатки, а не нарезкой плашкой. Это означает, что при поврежденной резьбе шатунных болтов, их следует заменить, а не ремонтировать.
В нижнюю головку в посадочное место устанавливают тонкостенные вкладыши (подшипники скольжения). Подшипники для нижней головки шатуна не отличаются по конструкции от коренных вкладышей коленвала.
В некоторых шатунах имеются специальные отверстия для прохождения моторного масла к подшипнику скольжения.
Для подачи масла к верхней головке, в некоторых видах предусмотрено смазывающее отверстие. Силовой стержень дизельных двигателей более толще, массивнее.
1 — шатунный болт; 2 — крышка; 3, 4 — нижний и верхний шатунные вкладыши; 5, 8 — нижняя и верхняя головки шатуна; 6 — корончатая гайка; 7 — стержень шатуна; 9 — втулка (гильза); 10, 11 — штифты; a — канал; б, в, г — стержень, конусный поясок и головка шатунного болта; д, е — дугообразные канавки; ж, и, о — радиальные отверстия; з, м — холодильники; к, л — кольцевые канавки; н — короткая канавка; п — выемка под штифт; р — лыска.
По конструкции строение шатунов классифицируют на:
- двутавровые;
- круглые;
- ромбические.
Двутавровые используются в автомобильных двигателях внутреннего сгорания.
Круглые шатуны применяются в двигателях для судов.
Ромбические шатуны назначаются для двигателей к высокоскоростным гоночным автомобилям.
Кривошипные головки классифицируются на:
- простые;
- прицепные;
- вильчатые.
Шатуны с простыми кривошипными головками устанавливают в простые ДВС.
Шатуны с прицепными кривошипными головками используются в звездообразных и V-образных двигателях.
Шатуны с вильчатыми кривошипными головками применяются в V-образных и W-образных моторах.
Как работает шатун
Передает энергию движения шатуну в двигателе внутреннего сгорания энергия взрыва горюче-воздушной смеси в рабочей камере сгорания цилиндра. После того, как топливно-воздушная смесь воспламенилась, происходит толчок поршня от его верхней мертвой точки вниз до нижней мертвой точки поршня (в мертвых точках скорость движения равна 0).
Так как поршень плотно соединен с верхней головкой шатуна поршневым пальцем, поршень толкает шатун вниз. Нижняя головка шатуна плотно закреплена на шатунной шейки коленчатого вала. Шатун при движении вниз проворачивается вокруг оси коленвала ДВС на 360 градусов и начинает обратное движение вверх.
Это один цикл работы цилиндро-поршневой группы кривошипно-шатунного механизма.
Как стучит шатун
Для обеспечения вибраций близкой к нулю, шатуны изготавливаются как можно легкими. Облегчение веса может уменьшить прочность. Поэтому конструкторы ищут золотую середину.
В этом видео показано, как стучит шатун автомобиля Сузуки.
В этом видео показывается стук в работе мотора Ваз 2199 и как проверить стучат ли шатуна ДВС.
Если новые шатуны ДВС приходят по заказу в цельном виде, то их надо сломать. Ниже, на видео показано, как сломать новый шатун для Шевроле.
Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны
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.
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 и какие шатуны бывают
Приветствую всех гостей моего сайта. Многие наверное заметили, что у меня уже есть достаточное количество статей про разные поршни, от простых до керамических. Но внезапно спохватившись, я осознал, что у меня на сайте нет ни одной статьи, про не менее важную и нагруженную деталь любого двигателя внутреннего сгорания — шатун.
В ДВС эта деталь испытывает такие же нагрузки как и поршень, и даже больше. А важность качественного изготовления шатуна, ещё более значима, так как в нём находятся два подшипника, скольжения или качения, а сил, воздействующих на шатун, даже больше чем у поршня.
В этой статье я попытаюсь рассказать всё, ну или почти всё о шатуне, рассказать какие они бывают, и т. д. и т. п.
Основная задача детали двигателя, называемой шатун, это превращение поступательного движения поршня (вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала.
Верхняя головка шатуна соединена через стальной палец с поршнем, и воспринимает на себя давление газов сгорающей топливо-воздушной смеси. А нижняя головка шатуна передаёт давление газов на кривошипно-шатунный механизм коленвала и заставляет его крутиться.
И при этих казалось бы простых движениях, шатун испытывает колосальные ,и в тоже время неравномерные (переменные) нагрузки.
К тому же в начале такта впуска и в конце такта сжатия, шатун тянет на себя и поршень и собственный вес, и всё это на больших оборотах, в итоге силы инерции пытаются его растянуть (разорвать).
А на рабочем такте двигателя и такте выпуска, шатун наоборот сжимается от давления газов, давящих на поршень, и от сопротивляющегося коленчатого вала. То есть на больших оборотах, нагрузка на разрыв и нагрузка на сжатие, чередуются очень резко и быстро.
Теперь я думаю вы представили, как и в каких условиях приходится работать этой детали.
Поэтому и требования о качестве изготовления шатуна, очень высоки.
Ведь если он хоть немного не выдержит нагрузки и чуть деформируется, то поршневую группу тут же перекосит и начнёт прихватывать, а подшипники в его головках будут работать с перекосом, естественно перекос подшипников будет и при трении на шейках коленвала (и поршневого пальца тоже). В таком случае, ресурс двигателя резко устремится к нулю, к тому же как известно, поршневая и коленвал — это самые дорогие детали двигателя.
Шатун и подшипники его головок двухтактного 50 кубового мотора
Значит ясно, чтобы шатун выдержал вышеперечисленные нагрузки, его необходимо изготовить из прочной и высококачественной стали. А к шатунам и к материалу их изготовления у спортивного двигателя (форсированного, с надувом), требования ещё более жёсткие.
При изготовлении, заготовку штампуют, и очень тщательно следят за образованием соответствующего профиля, который придает конструктивную жесткость детали.
Так же очень важна полная одинаковость (особенно по весу) изготовления шатунов для многоцилиндровых двигателей, ведь если будет расхождение по массе даже на пару граммов, то повышенная вибрация на высоких оборотах, будет очень ощутима и вредна.
Неудобство от вибрации будет ощущаться как водителем, так и самим двигателем, в итоге разрушение коренных подшипников коленвала, может произойти за считанные километры. Поэтому если вам придётся поменять один из нескольких шатунов вашего двигателя, настоятельно советую убедиться в том, что новый шатун весит точно столько же как и остальные шатуны.
Предостережение.
Многие «Кулибины», разобрав свой двигатель и увидев впервые шатуны, удивляются какой же он,, или они шероховатые. Тут же в их светлой голове возникает мысль: а не пригладить ли их наждаком или напильником.
Всем настоятельно советую — не нужно, здесь народное творчество неуместно.
И объясню почему: ведь при штамповке самым прочным получается верхний (наружный) слой металла, и именно поэтому все шатуны серийных двигателей не обрабатываются снаружи, после штамповки.
Шатуны мотоцикла Урал, вымирающая конструкция из-за плохой смазки подшипников и их малого ресурса. На фото Б — нормальный двутавровый шатун, а на фото В — шатун непрочной формы.
Ещё следует обратить внимание на центральную часть шатуна (стержень), которая имеет двутавровое сечение (исключение составляют шатуны некоторых моделей мотоциклов Урал). Многих «Кулибиных», у которых постоянно чешутся руки, так и подмывает пройтись по граням двутавра с болгаркой.
Они обычно мыслят так: мол куда столько лишнего металла и веса, а вот если это дело удалить и этим облегчить шатун, то мотор закрутится веселее. Но ребятки, неужели вы умнее японских инженеров, которые годами только и думают, как заставить крутиться двигатель резвее и выжать из него максимальную мощность.
Посмотрите на фото (специально помещённое мной внизу текста) шатунов с японских спортбайков, у которых мощи явно поболее чем у вашего оппозита. Почему то на них двутавровое сечение сохранено. А дело в том, что именно двутавровая форма придаёт шатуну максимальную жёсткость на кручение и на изгиб, особенно при передаче переменных усилий.
Жаль что это не понимают многие народные умельцы и инженеры Ирбитского завода, на мотоциклах Урал, как я уже говорил стоят шатуны странной формы (см. фото) Но на некоторых моделях Уралов, стоят нормальные двутавровые шатуны. Наверное Ирбитский завод решил поэкспериментировать. Только вот жаль, что результаты экспериментов отразятся на потребителе.
Завод в Киеве по изготовлению мотоциклов Днепр, в этом плане намного умнее, и шатуны их мотоциклов, практически не отличаются от шатунов импортных мотоциклов (см. предпоследнее фото внизу текста).
Правильная доработка шатуна
И всё же шатун можно доработать и облегчить, но делать это нужно правильно, особенно если вы при тюнинге двигателя параллельно облегчаете поршневую. Как известно облегчение деталей уменьшает силы инерционных нагрузок (особенно на больших оборотах).
При облегчении деталей главное не переусердствовать, так как правильная технология облегчения веса, позволяет облегчить стержень шатуна всего на 10 — 15 %. Для этого шатун фрезеруют, а не пользуются обычной болгаркой, так как фрезерный станок (особенно с ЧПУ) позволяет снять лишний слой металла абсолютно одинаково с обеих сторон детали.
После фрезеровки поверхность шатуна необходимо тщательно отшлифовать и затем отполировать.
Полировка поверхности шатуна обязательна, так как после фрезерной обработки поверхности металла, у шатуна не остаётся упрочнённого верхнего слоя, а микронеровности, оставленные фрезой фрезерного станка, становятся концентратором напряжений на поверхности детали и их важно удалить (сгладить). И если эти неровности не убрать, то при очень высоких оборотах, на шатуне в местах микронеровностей появятся трещины, и возможен обрыв шатуна.
Верхняя часть шатуна (головка).
На шатунах разных двигателей как верхняя часть, так и нижняя, может быть разной. Нагрузки при работе мотора, на верхнюю часть приходятся меньшие, чем на нижнюю (подшипник кривошипа), соответственно от этого и диаметр на верхней головке меньше, чем на нижней. А вообще существует три способа соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна.
Самый древний способ, это запрессовка поршневого пальца в головку шатуна (а в поршне палец сидит на свободной посадке).
И этот способ некоторыми мотоциклистами самодельщиками имеющими Урал, применяется и поныне, когда некоторые из них устанавливают поршни от древних автомобилей (например от классических жигулей).
Некоторые преимущества такого сочленения деталей всё же есть, например полное отсутствие люфта между пальцем и шатуном, что позволяет свести диаметр головки к минимуму. От этого немного снижается (совсем чуть чуть) масса и естественно происходит некоторое (опять же чуть чуть) снижение инерционных сил.
И все эти небольшие достоинства снижаются куда более ощутимыми недостатками, а именно: поршневой палец не вращается в отверстии головки, а вращается в алюминиевых бобышках поршня.
Это приводит к достаточно быстрому (по сравнению с другими способами соединения) однобокому износу бобышек поршня (получаются овальные, и в двигателе появляется неприятный стук). К тому же при сборке деталей таким способом, нужно иметь небольшие навыки термиста.
То есть если не нагреть головку шатуна до 150 — 200 градусов (а палец желательно охладить в морозилке), то деталь не установишь.
Так же нужно успеть выставить детали ровно (палец относительно поршня), и если не успеешь, то нагреваемый от соприкосновения с горячей деталью палец намертво обожмётся остывающей головкой, и палец так и останется стоять криво, относительно поршня. Короче нужны определённые навыки.
Второй способ соединения поршневого пальца и верхней головки шатуна, это плавающий палец (палец подвижен в отверстии головки).
При таком соединении, в верхнюю головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка, и в сопряжении с поршневым пальцем, втулка представляет собой подшипник скольжения, а так же применяют ещё и подшипник качения — роликовый (чаще на двухтактных моторах).
В таком способе необходимо ограничить осевое перемещение пальца, и для этого и предназначены стопорные кольца, которые защёлкиваются в проточках бобышек поршня. В таком сопряжении в верхней головке шатуна сверлят отверстие или два отверстия, для лучшего подвода смазки при работе. Ресурс деталей при соединении вторым способом, увеличивается примерно в два раза.
Как я уже говорил, применяют или подшипник скольжения — втулку, или подшипник качения — сепаратор с роликами. В верхней головке шатуна четырёхтактных двигателей, применяют втулку (бронзовую). И при нормальной смазке четырёхтакников, она способна пережить несколько капитальных ремонтов двигателя.
В головках шатуна двухтактных двигателей, по крайней мере современных, используют игольчатый (роликовый) подшипник качения, и это естественно, так как условия смазки этого сопряжения, в двухтактных моторах значительно хуже, так как здесь не подаётся чистое масло, а топливно-воздушно-масляная смесь.
И замечу, что подшипник качения, не отличается долговечностью в режиме работы тяни-толкай (а шатун имеет именно такой режим работы), и довольно быстро изнашивается и начинает стучать (вспомните новые 12 вольтовые Явы, которые начинали стучать намного раньше, чем их более древние 6 вольтовые модели, в которых устанавливалась бронзовая втулка в головке шатуна).
Время бежит, моторы совершенствовались в повышении мощности, и казалось бы, что в сочленении пальца и головки шатуна уже ничего не придумаешь получше и совершеннее. Но неугомонная инженерная мысль не давала уснуть многим инженерам и изобретателям. Но сначала на спортивных моторах, а затем и на серийных, отказались от втулки в головке шатуна.
И вот уже лет 25, как на импортных моторах в шатунах втулки нет вообще. Стальной поршневой палец ходит (плавает) непосредственно в отверстии стального шатуна. И в условиях современной смазочной системы, и качественного синтетического масла, такое сопряжение деталей работает великолепно.
Такое сопряжение позволило значительно уменьшить головку шатуна, и свести зазор между пальцем и отверстием головки к минимуму.
Естественно все эти приколы даются не просто так: сам шатун изготовлен из сверхтвёрдой, сверхпрочной и от этого очень износостойкой стали, а палец покрывается специальным износостойким покрытием. Естественно такие шатуны и пальцы значительно дороже обычных.
Нижняя часть шатуна (кривошипная нижняя головка).
Здесь так же различия зависят от тактов мотора. В кривошипно-шатунном механизме двухтактного двигателя устанавливают роликовый подшипник качения. Он по конструкции почти такой же как и в верхней головке шатуна, но естественно значительно мощнее и массивнее.
И нижняя головка любого шатуна, испытывает нагрузки намного большие чем поршневая группа двигателя.
Кстати на древних моторах (например БМВ и Цюндапп вермахта, К-750, М-72, или мотоциклов Урал) в нижней головке шатуна также устанавливали подшипник качения, и ресурс коленвала таких моторов очень маленький — всего 15 тысяч км.
В современных четырёхтактных двигателях (например у японских или европейских спортбайков, или продвинутых дорожников, и практически во всех автомобильных двигателях) нижняя головка шатуна разъёмная, и с шейкой коленчатого вала контактирует через подшипники скольжения — вкладыши. Основа вкладышей стальная, а сверху нанесён мягкий антифрикционный слой.
Г — шатун Днепра, Д и Е — шатуны зарубежных мотоциклов.
На шатуне с вкладышами имеются специальные шатунные болты, которые обеспечивают жёсткость и точность фиксации частей (половинок) нижней головки шатуна. Эти болты изготавливают из прочной высоколегированной стали и к тому же ещё и подвергаются термообработке (закаливаются и отпускаются).
Это важно, так как болт из обычного металла, при работе шатуна вытянулся бы, и отверстие нижней головки шатуна потеряло бы форму идеального круга (стало бы овальным). А в овальном отверстии сразу бы появился стук, и ударные нагрузки быстро бы доканали сопряжение.
Так же шатунные болты выполняют функцию точных фиксаторов шатунной крышки относительно самого шатуна, из-за того, что диаметр шатунных болтов выдерживается при изготовлении очень точно (да и сами болты плотно входят в свои отверстия).
Гайки шатунных болтов изготавливают из той же прочной стали, что и болты, и имеют особую самоконтрящую их площадку. Но бывают гайки с отверстием для шплинта, который надёжно страхует их от отворачивания. Гайки с отверстиями бывают на некоторых европейских моторах и на нашем хорошо знакомом двигателе мотоцикла Днепр.
Кстати, как я уже отмечал, шатуны Днепра, почти такие же как и шатуны импортных мотоциклов (см. фото), только в них стоит всё та же бронзовая втулка, а гайки шатунных болтов стоят вверху, а не внизу.
Хочу отметить, что очень важно чтобы вкладыши прилегали к постелям в шатуне очень плотно и без зазоров, ведь чем плотнее прилегают вкладыши к металлу шатуна, тем интенсивнее отводится тепло от него (тепло отводится через плёнку масла и коленчатый вал).
От этого зависит нормальная температура при работе и долговечность подшипника скольжения.
И если обнаружите при вскрытии двигателя и замерах, что овальность отверстий превышает 0,05 мм, то такие вкладыши необходимо менять (подробнее о ремонте двигателя можно почитать вот здесь).
Ну и естественно нельзя переворачивать или менять местами крышки нижних головок шатунов. Ведь отверстия под вкладыши обрабатывают на заводе по отдельности на каждом шатуне (обрабатывают пару — шатун с крышкой), в итоге каждый шатун только со своей крышкой имеет идеальный круг.
А при замене крышки этот круг естественно нарушается. Чтобы ремонтники не ошибались, на шатуне и его крышке ставят клеймо или метки (если вдруг их не найдёте на деталях, то ставьте свои).
Оба клейма (и на крышке и на шатуне) при сборке должны оказаться на одной стороне шатуна и иметь одинаковую маркировку.
И последнее: при ремонте двигателя советую проверять шатуны (особенно отечественные) на прямолинейность и параллельность верхней и нижней головок шатуна, это очень важно для нормальной работы мотора. Как это сделать можно посмотреть в этой статье.
Вот вроде бы и всё самое главное о шатуне, что как я думаю полезно знать каждому ремонтнику и не только ему. У кого возникнут вопросы, пишите. Удачи всем!
Устройство автомобилей
Шатунная группа образует промежуточное шарнирное звено между прямолинейно перемещающимся поршнем и вращающимся коленчатым валом.
Она включает в себя шатун, шатунные вкладыши, втулку верхней головки шатуна и крепежные детали, к которым относятся болты и гайки нижней головки шатуна, выполняемой чаще всего разъемной (см. рис. 1).
Детали шатунной группы несут значительные механические нагрузки, принимаемые от поршня через поршневой палец и передаваемые далее деталям группы коленчатого вала, а также значительные инерционные нагрузки, обусловленные сложным знакопеременным движением шатуна.
По этим причинам к конструкции деталей шатунной группы предъявляются определенные требования, направленные на обеспечение их надежной и безотказной работы, а также приемлемой долговечности, поскольку ремонт и замена этих деталей связаны с ремонтными работами значительной трудоемкости.
***
Шатун
Основной деталью шатунной группы является шатун – металлический стержень с головками на обоих концах, шарнирно соединяющий поршень и коленчатый вал.
Шатун воспринимает усилие со стороны газов при рабочем ходе от поршневого пальца и передает его кривошипу коленчатого вала, а также обеспечивает перемещение поршневой группы при совершении промежуточных процессов (тактов).
Верхняя головка шатуна качается на поршневом пальце через специальную втулку, а нижняя вращается относительно шатунной шейки посредством подшипников скольжения (вкладышей).
Анализ кинематики движения шатуна показывает, что его верхняя головка перемещается возвратно-поступательно совместно с поршнем. Совершая при этом цикличные угловые колебания небольшой амплитуды. Нижняя головка шатуна вращается вместе с кривошипом коленчатого вала, при этом она тоже совершает колебания небольшой амплитуды относительно оси цилиндра.
Стержень шатуна совершает сложное циклическое движение в плоскости, перпендикулярной коленчатому валу.
Механические нагрузки, действующие на шатун, очень разнообразны и изменяются по величине и направлению во время работы двигателя.
Набольшие напряжения обусловлены силами сжатия при рабочем ходе поршня, поэтому расчеты на прочность для шатунов выполняют по сжимающей нагрузке.
Растягивающие усилия при вспомогательных тактах, а также напряжения, вызванные силами трения и инерции значительно меньше сжимающих сил, тем не менее, при конструировании шатунов (особенно высоконагруженных и быстроходных двигателей) приходится учитывать и их.
К шатунам предъявляются следующие требования:
- высокая усталостная прочность при динамических нагрузках;
- высокая жесткость головок и стержня;
- минимальная масса и габариты (размеры шатуна не должны препятствовать его проходу через цилиндр при сборке двигателя);
- простота и технологичность конструкции.
В зависимости от компоновки двигателя могут применяться различные типы шатунов.
В однорядных и V-образных двигателях со смещенными цилиндрами правого и левого ряда наибольшее распространение получили простые одинарные шатуны (рис. 1), непосредственно сопрягаемые с шатунной шейкой коленчатого вала.
Реже встречаются в двухрядных и многорядных двигателях с цилиндрами, расположенными в одной поперечной плоскости, сочлененные шатуны (рис. 2).
Сочлененные шатуны могут быть:
- вильчатыми (рис. 2, а) с нижними головками, расположенными соосно шатунной шейке;
- главными (рис. 2, б) и прицепными (рис. 2, в) с нижними головками, размещенными вне центра шатунной шейки.
В последнем случае оси нижних головок главного и прицепного шатунов движутся по разным траекториям.
Конструкция верхней головки шатуна зависит от способов фиксации поршневого пальца. В случае жесткого закрепления поршневого пальца в верхней головке шатуна он запрессовывается в головку с гарантированным натягом.
При установке плавающего пальца в верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку, толщиной 0,8…2,5 мм.
Для подгонки шатуна по массе и расположению центра масс на верхней головке имеется прилив 1 (рис. 3). Чтобы обеспечить равномерное давление на опорную поверхность втулки, поперечное сечение верхней головки делается с утолщением в центре.
Для смазывания поршневого пальца в менее нагруженной части верхней головки шатуна выполняют отверстия или прорези (рис. 3, б, в).
Учитывая значительные отличия величин сжатия и растяжения, верхние головки шатунов дизельных двигателей иногда выполняют с наклонными торцевыми плоскостями (рис. 3, г). При этом давление на нижнюю и верхнюю половины головки сравниваются, а масляный слой имеет более равномерную толщину по окружности.
В наиболее нагруженных двигателях применяют подачу масла к поршневому пальцу под давлением через канал в стержне шатуна (рис. 3, д, е). При этом появляется возможность принудительного струйного охлаждения днища поршня через распылитель 2 на верхней головке.
С точки зрения прочности самым опасным сечением верхней головки является сечение в месте ее перехода в стержень (рис. 1, точка А), расположение которого определяется углом φЗ.
Для упрочнения верхней головки выполняют плавный переход (галтель) к стержню или создают прилив металла в зоне перехода.
Стержень шатуна должен обладать высокой жесткостью и прочностью. Этим требованиям отвечает стержень двутавровой формы поперечного сечения, который имеет высокую жесткость по оси х-х (рис. 1). Такая форма стержня выгодна и с точки зрения уменьшения массы шатуна, а также экономии металла.
Размер поперечного сечения стержня шатуна плавно возрастает от верхней до нижней головки.
Нижняя головка шатуна обеспечивает вращательное движение шатуна вокруг шейки коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника. Для обеспечения сборки механизма нижние головки шатунов выполняются разъемными (разрезными). Крышка нижней головки крепится к шатуну с помощью шатунных болтов, шпилек или конических штифтов (рис. 2).
Для обеспечения правильных переходов отверстия под шатунный вкладыш нижняя головка обрабатывается в сборе с крышкой. Поэтому крышки нижних головок шатунов не взаимозаменяемы.
Плоскость разъема нижней головки чаще всего перпендикулярна оси стержня шатуна (рис. 1). Однако в дизелях, имеющих относительно большие диаметры шатунных шеек, коленчатого вала иногда применяют косой разъем нижней головки (рис. 4).
Если же применять обычный перпендикулярный разъем, нижняя головка может не пройти сквозь цилиндр при монтаже или демонтаже
Для точной центровки крышки относительно шатуна применяют призонные болты (имеющие точно обработанный направляющий поясок), а также треугольные шлицы, буртики и фиксирующие штифты.
Шатунные вкладыши, являясь подшипниками скольжения, обеспечивают вращение шатуна относительно коленчатого вала с минимальным трением и изнашиванием.
Шатунные вкладыши работают в более тяжелых условиях, чем коренные, так как нагружены неравномерно. Они выполняются аналогично вкладышам коренных подшипников и из того же материала. Осевой зазор, которому соответствует возможное перемещение шатуна вдоль шатунной шейки, не должен превышать 0,2…0,3 мм.
Шатунные болты затягиваются с усилием; момент затяжки должен в 2…3 раза превышать момент растяжения, возникающий при работе двигателя.
Болт должен исключать напряжения, перекосы. Должна быть предусмотрена надежная фиксация, препятствующая самоотворачиванию болта.
Напряжения в болте и гайке, возникающие при затяжке, снимаются обратным поворотом гайки на небольшой угол. Болты выполняют фасонными с таким расчетом, чтобы минимальное сечение тела было меньше ослабленного внутреннего диаметра резьбы.
Радиусы перехода от головки к телу и от тела к резьбе выполняются достаточно большими.
Для предотвращения проворачивания головок болтов при затяжке гаек на их боковой поверхности выполняется лыска (срез), которая упирается в выступ нижней головки шатуна. Гайки и болты от самоотворачивания предохраняются шплинтами и стопорными шайбами с отгибаемыми краями. Гайки шатунных болтов иногда делают самоконтрящимися (обжатые по краям).
***
Из каких металлов изготавливают шатуны?
Для изготовления шатунов бензиновых двигателей используются углеродистые или легированные стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р, а для дизельных двигателей – высокопрочные легированные стали 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХНЗА, 40Х2МА и др.
Шатуны могут отливаться, также, из высокопрочных титановых сплавов или композитных материалов.
Чаще всего шатуны изготавливаются методом горячей штамповки с последующим механической обработкой рабочих поверхностей. Для повышения прочности шатуны подвергаются термической обработке. Для того, чтобы повысить усталостную прочность, их поверхность обрабатывают стальной дробью.
***
Группа коленчатого вала
Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Шатун двигателя внутреннего сгорания
В шатуне ДВС, содержащем поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, особенностью является то, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центры площадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле:ifiri, гдеi – величина смещения, fi – коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира, r i – радиус шарнира, в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец – поршневая головка и кривошип – кривошипная головка. Изобретение позволяет обеспечить равномерное распределение напряжений в поперечных сечениях стержня шатуна для уменьшения его массы при обеспечении необходимых несущих свойств. 1 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям шатунов.
Известна конструкция шатуна двигателя внутреннего сгорания, состоящая из шатунной ножки, шатунной головки и стержня, ось которого проходит через центры отверстий в верхней и нижней головках шатунов и имеет равновеликие составные половинки (см. патент FR №2719349 кл. F 16 C 7/00 от 29.04.94).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного изобретения является неравномерное распределение сжимающих напряжений по поперечному сечению стержня шатуна, возникающих при передаче усилия от поршня во время рабочего хода, обусловленное его симметричностью.
Известна конструкция шатуна двигателя внутреннего сгорания, поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, в котором центр масс смещен относительно его продольной оси (см. А.С. SU №1227837, кл. F 16 C 7/02, от 28.04.81 г.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, является пересечение осей кривошипной и поршневой головок с линией, соединяющей центры площадей поперечных сечений корпуса (штока, стержня).
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является шатун, ось стержня которого смещена от линии, соединяющей центры поршневой и кривошипной головок с целью достижения большей мощности, момента и экономичности машины (см. заявка WO №49300, кл. F 16 C 7/02, от 25.02.2000 г.)
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного изобретения, принятого за прототип, является пересечение оси отверстия поршневой головки шатуна с осью его стержня или неопределенное по величине и направлению смещение оси стержня относительно центра кривошипной головки, приводящее к нагружению стержня дополнительными моментами от сил трения в поршневой и кривошипной головках шатунов и соответствующему увеличению его массы.
Сущность изобретения – обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечных сечениях стержня шатуна с целью уменьшения его массы при обеспечении необходимых несущих свойств.
Технический результат – снижение массы шатуна приводит к уменьшению массы противовесов коленчатого вала, уменьшению инерционных сил подвижных деталей кривошипно-шатунного механизма, снижению шума, вибраций, расхода топлива и уменьшению вредных выбросов ДВС.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в шатуне двигателя внутреннего сгорания, содержащем поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, особенностью является то, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центрыплощадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле
iiri,
гдеi- величина смещения,
i – коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира,
ri – радиус шарнира, в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец – поршневая головка и кривошип – кривошипная головка.
На чертеже представлен шатун двигателя внутреннего сгорания – общий вид.
Шатун для двигателя внутреннего сгорания включает корпус шатуна 1, содержащий поршневую головку 6 с осью отверстия 9, стержень 7 с осью 10 и кривошипную головку 8 с осью отверстия 11, к которой болтами 2 крепится крышка шатуна 3. Шатун поршневым пальцем 5 соединен с поршнем 4.
Работа шатуна осуществляется следующим образом. Газовые силы, действующие на поршень 4 в период рабочего хода, действуют на поршневой палец 5, от которого передаются на поршневую головку шатуна 6, далее через стержень шатуна 7 на кривошипную головку 8, от которой передаются на кривошип коленчатого вала.
Для неподвижной схемы все силы проходят через центры отверстий.
Но при вращении в шарнирных парах образуются моменты, вызванные трением фрикционных пар поршневой палец -поршневая головка шатуна, кривошипная головка – кривошип, которые дополнительно нагружают стержень шатуна изгибающим моментом, и стержень работает как сжато-изогнутая балка, несущая способность которой значительно уменьшается.
Преимущество изобретения состоит в том, что оси отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна не совпадают с осью стержня (если стержень симметричен) или линией, соединяющей центры площадей сечений, а смещены на величинуi.
В этом случае сила, действующая на шатун, создает момент, противоположный по направлению моменту трения, что приводит к полной или частичной разгрузке стержня шатуна от изгиба.
Величину разгрузки следует назначать с учетом всех действующих сил на конкретный кривошипно-шатунный механизм.
Формула изобретения
Шатун двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршневую и кривошипную головки, соединяющий их жесткий шток (стержень) и крышку, присоединенную болтами к кривошипной головке, отличающийся тем, что ось отверстий поршневой и кривошипной головок шатуна выполнена со смещением от линии, соединяющей центры площадей поперечных сечений штока (стержня) на величины, определяемые по формуле
ifiri,
гдеi – величина смещения,
fi – коэффициент трения материалов, составляющих фрикционную пару шарнира;
ri – радиус шарнира,
в сторону, обеспечивающую разгрузку стержня шатуна от действия момента трения в парах палец – поршневая головка и кривошип – кривошипная головка.
РИСУНКИ
Назначение и конструкция шатуна
Шатун (еще его могут называть “тяговое дышло”) – это деталь двигателя, которая соединяет поршень (через поршневой палец) с шатунной шейкой коленвала, либо движущих колес паровоза.
Шатун предназначен для передачи возвратно-поступательных движений поршневой к коленвалу, либо к колесам для того, чтобы происходило преобразование во вращательные движения.
Для того, чтобы не происходил износ в области шатунных шеек коленвала, между этими шейками и шатунами устанавливаются специальные вкладыши, имеющие антифрикционное покрытие.
Шатун состоит из:
1. Стержень;
2. Верхняя головка;
3. Нижняя головка.
В области верхней головки запрессовывается втулка из бронзового материала. На ней, как и во втулке, присутствуют специальные отверстия для того, чтобы происходил подвод масла в изнашиваемую поверхность на поршневом кольце. Шатунный стержень сделан в двутавровом сечении.
Нижняя шатунная головка приходится разъемной. Съемную часть шатунной нижней головки называют шатунной крышкой. Она крепится на шатун при помощи 2 болтов с лысками. Лыски нужны для того, чтобы не давать проворачиваться болтам.
Под скользящие подшипники на нижней шатунной головке, как и в крышке, делается расточка, поэтому шатунные крышки считаются невзаимозаменяемыми. Для того, чтобы обеспечить наиболее правильную комплектацию относительно деталей, на них выбиваются специальные порядковые номера.
В области шатунной крышки и на теле самого шатуна присутствуют некоторые пазы, в них входят вкладышные выступы. Шатунный и коренной подшипник выглядит как тонкостенный вкладыш, у которого рабочий слой выполнен из свинцовой бронзы.
В области верхнего вкладыша оборудовано небольшое отверстие для обеспечения возможности подвода масла, а также оборудована небольшая канавка, через которую распределяется масло. Вкладыши, расположенные на верхних и нижних коренных подшипниках, считаются не взаимозаменяемыми.
Чтобы предотвратить смещения и проворачивания этих вкладышей, а также некоторых осевых перемещений, оборудованы специальные выступы, усики. В том случае, когда необходимо произвести ремонт блока, шатунов и коленвала, существует перечень различных размеров вкладышей.
Конструкция шатуна:
По своей конструкции шатун выполнен из: нижняя разъемная головка, верхняя неразъемная головка и стальной стержень. Верхняя головка размещена на поршневом пальце, за счет чего и соединяется с поршнем.
Две половинки нижней шатунной головки помещены в область шатунной шейки коленвала и соединяются между собой за счет стяжных болтов, гайки которых шплинтуются после затяжки. Для того, чтобы трение деталей, как и износ их, был минимальным, в верхнюю шатунную головку вставляется бронзовая втулка.
В нижнюю шатунную головку вставляются тонкостенные вкладыши, которые являются подшипниками скольжения. Во внутреннюю поверхность вкладышей заливается баббит (это сплав свинца с оловом).
Шатун выполняет роль соединения поршня с шатунной шейкой коленвала, а также служит для того, чтобы передавать усилие от поршня в область коленчатого вала при его рабочем ходу, также для перемещения поршня при подготовительном такте.
Шатуны
Шатуны служат для преобразования прямолинейного возратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и передачи ему сил давления газов и инерции поступательно движущихся и вращающихся масс. Шатун включает верхнюю и нижнюю головки с запрессованными в них подшипниками и соединяющий их стержень крутого или двутаврового сечения. Нижняя головка разъемная и скрепляется шатунными болтами.
Шатуны тронковых (рис 8.2- а) и крейцкопфных двигателей отличаются конструкцией верхней головки (рис 8.2 – б), в последних головка разъемная и имеет вильчатую форму, так как. в ней крепится крейцкопфный узел.
Условия работы, нагрузки.
Нагрузка шатунов определяются действием сил давления газов Рr и сил инерции Рj поступательно-движущихся и вращающихся масс.
Нижняя часть верхней головки шатуна и верхняя часть нижней головки подвергаются сжатию суммарной силой Р = Рr± Рj , а стержень сжатию и продольному изгибу.
Кроме того, в 4-х тактном двигателе при изменении знака суммарной силы за счет изменения направления силы инерции поступательно движущихся масс Рj (вверх) верхняя часть верхней головки шатуна подвергается сжатию, разрыву (опасное сечение I – I ) и изгибу (опасное сечение II – II), стержень шатуна – разрыву (опасное сечение III – III), нижняя часть головки – сжатию и изгибу (опасное сечение IV – IV) – рис 8.2- а. Зоны действия опасных напряжений представлены также на рис 8.3. Разрывающие напряжения в шатунах возникают также при заклинивании поршня и работе 2-х тактного двигателя с декомпрессией.
Шатунные подшипники работают на истирание при больших удельных давлениях, достигающих 20-30 МПа и более.
Поршневой подшипник нагружается еще более высокими удельными давлениями и в дополнение к ним работает в зоне высоких температур.
Перекладка зазоров в подшипниках четырехтактного дизеля вызывает в них ударные нагрузки и стуки. Кинетическая энергия удара резко возрастает при увеличении зазора в подшипнике, эллиптичности шейки и частоты вращения вала.
К конструкции шатунов предъявляют следующие основные требования: высокая жесткость и прочность головок шатуна и его стержня при возможно меньшей массе (для уменьшения сил инерции); габариты нижней головки (в тронковых дизелях) должны позволять демонтаж шатуна вместе с поршнем через цилиндр; высокая усталостная прочность, податливость (упругость) и равнозначная прочность шатунных болтов.
При увеличении жесткости подшипника улучшаются условия образования масляного клина (подшипник сохраняет цилиндрическую форму), равномернее распределяются удельные давления по поверхности антифрикционного сплава и уменьшается нагрузка шатунных болтов при перекладке зазоров в подшипниках (в четырехтактных дизелях).
Материал:
стержня шатуна – углеродистая и легированная сталь.; вставных втулок поршневых подшипников тронковых дизелей – сталь 10, 15. Их заливают свинцовистой бронзой БрСЗО или отливают целиком из оловянистой бронзы БрОС-8-12, БрОФЮ-1;
крейцкопфных подшипников – сталь 15 и 20, а в качестве антифрикционного сплава используется высокооловянистый баббит Б83, Б89 и др.
, или сплав на алюминиевой основе, который имеет высокую усталостную прочность, износостойкость и теплопроводность.
На поверхность белого металла часто наносят тонкий слой (0,04-0,05 мм) приработочного покрытия (90% свинца, 10% олова), который заполняет неровности на поверхности подшипника и увеличивает площадь контакта цапфы и белого металла;
вкладышей кривошипных подшипников -сталь 15 и 20. Их заливают высокооловянистым баббитом, а в форсированных СОД и ВОД-свинцовистой бронзой, на которую гальваническим способом наносят приработочное покрытие, в современных двигателях чаще используют тонкостенные трехслойные вкладыши (см. Гл.9);
шатунных болтов – отковывают или штампуют из катаной или тянутой стали (для предотвращения разрыва продольных волокон). Болты МОД изготавливают из углеродистой стали, болты ВОД и СОД-из легированной стали.
Верхняя головка шатуна имеет разную конструкцию в зависимости от типа и тактности дизеля.
В тронковых дизелях поршневая головка (рис. 8.5 – а-б) обычно неразъемная, ее отковывают заодно со стержнем шатуна.
В головку запрессовывают втулку 4 поршневого подшипника, ее часто фиксируют от проворачивания и осевого сдвига винтами 6 (рис. 8.7 – а).
Для снижения удельных давлений в поршневом подшипнике применяют подшипники дифференциального типа, у которых наиболее нагруженную опорную поверхность 8 увеличивают.
Смазка в поршневой подшипник чаще всего подводится по сверлению 1 в шатуне (см. рис. 8.5 – а).
Для подвода масла к рабочей поверхности втулки обычно протачивают внешнюю кольцевую или полукольцевую канавку 2, из которой по радиальным отверстиям 3 масло поступает в холодильник 5.
Распределение масла по длине подшипника в четырехтактных дизелях осуществляется по холодильникам, а в двухтактных – по канавкам на нижней части втулки.
В малоразмерных ВОД смазка поршневого подшипника часто осуществляется за счет «масляного тумана». В этом случае головка и втулка имеют сверления, через которые на палец оседают капельки масла.
Стержень (тело) шатуна может иметь различную форму поперечного сечения: круглое и двутавровое. У шатунов двутаврового сечения жесткость и прочность более высокая при меньшей массе.
Наибольший изгибающий момент действует в сечении шатуна, расположенном ближе к нижней головке.
Поэтому для увеличения ее жесткости в ВОД сечение тела шатуна часто постепенно увеличивают от верхней головки к нижней (шатун равного сопротивления).
Нижняя головка шатуна (кривошипная) в судовых дизелях применяется двух основных типов: съемная, отделяемая от тела шатуна – морского типа и неотъемная -нормального типа.
В головке морского типа антифрикционный сплав заливается непосредственно в тело нижней 2 и верхней 6 половин кривошипного подшипника (рис. 8.6- а). Для регулировки степени сжатия (а следовательно, и давления в конце сжатия) между головкой и пяткой шатуна 8 устанавливают «компрессионную» прокладку 7.
Для обеспечения соосности тела шатуна и кривошипной головки и разгрузки шатунных болтов 10 от боковых сил предусматривают центрирующий выступ 11 на верхней половине головки или устанавливают центрирующую проставку. Крышку подшипника центрируют шатунными болтами или специальным штифтом.
Набор латунных прокладок 3 в разъеме подшипника служит для регулировки масляного зазора (в современных дизелях прокладки не применяются).
Для закрепления шатунных болтов после снятия их гаек служат стопорные болты 5, которые часто одновременно являются предохранительными, предотвращающими выпадение шатунного болта в случае его обрыва.
К преимуществам головки морского типа относят: возможность замены всей головки, регулировки степени сжатия, повышения жесткости коленчатого вала за счет увеличения диаметра его шеек; удобство монтажа и демонтажа шатуна. Недостатки: значительная масса подшипника затрудняет его перезаливку, наличие двух разъемов и прокладок снижает жесткость.
В современных двухтактных СОД часто применяют отъемные головки 3, прикрепленные к пятке 2 шатуна не шатунными болтами, а шпильками 1 (рис. 8.6 -б); конструкция позволяет существенно повысить жесткость коленчатого вала за счет увеличения диаметра его шеек при сохранении возможности демонтажа шатуна через цилиндр.
Верхняя часть головки нормального типа откована заодно с пяткой шатуна (рис. 8.6 – в). Кривошипный подшипник образован верхним
5 и нижним 3 вкладышами, залитыми антифрикционным сплавом.
Нижний вкладыш иногда фиксируют от проворачивания штифтом 1.
Чаще всего фиксаторами вкладышей являются шатунные болты, которые с целью уменьшения габаритов головки располагают ближе к шейке вала (для этого во вкладышах вырезают карманы).
Нижняя половина 2 головки (крышка подшипника) центрируется с верхней шатунными болтами или выступами 4 на краях нижней половины (в этом случае болты разгружаются от боковых сил). Для регулировки масляного зазора в разъеме подшипника иногда предусматривают набор прокладок.
В современных СОД и ВОД прокладки обычно не устанавливают или применяют одну прокладку необходимой толщины. Отказ от применения прокладок объясняется стремлением повысить жесткость нижней головки и, тем самым, улучшить условия работы кривошипного подшипника и шатунных болтов.
Головка с косым разъемом (рис. 8.
6 – г) дает возможность повысить жесткость коленчатого вала за счет увеличения диаметра его шеек при сохранении демонтажа шатуна через цилиндр, а также уменьшить силу Рр, стремящуюся разорвать болты 1 (или шпильки) крепления крышки подшипника к верхней половине (при изменении знака движущей силы в четырехтактных дизелях). Для того чтобы воспринимать боковую (срезающую) силу Рс стыки головки имеют ступенчатый замок или зубчатую (рифленую) поверхность.
В V-образных дизелях чаще всего применяют общую для двух шатунов кривошипную головку. Главный шатун 1 (рис.8.6 -ц) имеет разъемную нижнюю головку. Кривошипный подшипник образован двумя тонкостенными вкладышами.
Крышка 8 подшипника крепится
к верхней половине головки двумя коническими штифтами 7. Прицепной шатун 3 имеет неразъемную нижнюю головку с бронзовой втулкой 4 и соединяется с головкой главного шатуна пальцем 2.
Подшипник прицепного шатуна смазывается маслом, поступающим из кривошипного подшипника по каналам 6 и 5.
Основное преимущество головки – длина кривошипных шеек коленчатого вала такая же, как и у рядных дизелей. Недостатки: большие удельные давления, воспринимаемые подшипником прицепного шатуна, и дополнительные нагрузки подшипника главного шатуна со стороны прицепного шатуна. Эти недостатки устранены в V-образных дизелях со смещенными осями цилиндров, но длина дизеля при этом больше.
Верхняя половина кривошипной головки независимо от тактности дизеля передает на шейку вала движущую силу, и для обеспечения необходимой жесткости ее выполняют массивной. Нижняя половина головки (крышка подшипника) в четырехтактных дизелях нагружена силами инерции и ее массу также обычно увеличивают (см. рис.8.6 – в) или подкрепляют ребрами жесткости (см.рис. 8.6 – а).
В двухтактных дизелях усиление нижней половины головки лишено смысла, однако для снижения ударных нагрузок на кривошипный подшипник ее часто выполняют массивной (см. рис. 8.6 -б).
При этом центр тяжести шатуна располагается ближе к оси кривошипной головки, увеличиваются вращающиеся массы, и возросшая сила инерции разгружает кривошипную шейку от силы давления газов.
В МОД для уменьшения массы кривошипную головку иногда выполняют дифференциальной (большую поверхность имеет наиболее нагруженная верхняя половина); снижение ударной нагрузки на кривошипный подшипник в этом случае обеспечивается за счет значительных сил инерции поступательно движущихся масс.
Смазка кривошипного подшипника осуществляется маслом, поступающим из рамовых подшипников по сверлениям в кривошипе коленчатого вала или из крейцкопфных подшипников по сверлению в шатуне и каналам в кривошипной головке.
Для обеспечения постоянного потока масла из кривошипного подшипника в трубку 12 (см. рис.8.6 -а) или в осевой канал 7 (см. рис. 8.6 -в) для смазки поршневого подшипника предусматривают круговую канавку 14 и канал 15.
Однако такая канавка на наиболее нагруженной верхней половине нарушает масляный клин и снижает несущую способность подшипника. Поэтому часто прорезают одну или две канавки 9 в нижней части подшипника; масло поступает в осевой канал 7 по наклонным каналам 6 и 8 в верхней части головки.
Для предотвращения утечки масла из масляной полости шатуна при остановке дизеля в его нижней части иногда устанавливают невозвратный клапан.