Шатун двигателя внутреннего сгорания — это простой механический компонент или, как его еще называют, шатун, который соединяет поршень через поршневой палец и коленчатый вал через шейку коленчатого вала.
Шатун: назначение, устройство, материалы
Шатун — это часть двигателя автомобиля, которая соединяет коленчатый вал и поршень. Его функция заключается в преобразовании поступательного движения поршня непосредственно в цилиндре двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение коленчатого вала, а затем в передаче этого вращения на колеса автомобиля через трансмиссию.
Производители выбирают конструкцию шатуна в зависимости от типа и конструкции двигателя. Как правило, тяжелые шатуны используются в дизельных двигателях, а легкие шатуны — в бензиновых двигателях. Основными элементами являются:
- шатун,
- верхний поршневой венец,
- нижняя головка кривошипа.
Поршневой палец соединяет юбку коронки поршня и шатун с шейкой коленчатого вала.
Стержень
Цапфа коленчатого вала может иметь различные сечения — крестообразное, круглое, прямоугольное и Н-образное. Некоторые типы двигателей оснащены шатуном с канавкой, через которую масло поступает в коронку поршня.
Наиболее популярной является конструкция, в которой в верхней части кривошипа имеются небольшие отверстия, через которые масло попадает в поршень и цилиндр.
Верхняя поршневая головка
Поршневой венец является неподвижной частью шатуна, и его форма определяется положением поршневого кольца. В двигателях с неподвижным поршневым пальцем в коронке поршня имеется цилиндрическое отверстие для соединения деталей. Если выбран плавающий штифт, в головке используется бронзовая или биметаллическая втулка. Существуют также головки поршней без гильзы, в этом случае в двигателе используется плавающий палец. В этих случаях палец вращается в специальном отверстии в коронке поршня.
Использование трапецеидальных головок в некоторых моделях двигателей значительно снижает нагрузку на поршневой палец.
Нижняя кривошипная головка
Нижняя головка шатуна раздвоена и служит для соединения коленчатого вала и шатуна. Кривошипная головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну с помощью крепежных винтов. Различают головки коленчатого вала по отношению к оси коленчатого вала: угол называется косым, а перпендикуляр — прямым.
Тонкие вкладыши подшипников интегрированы в конструкцию головки. Эти оболочки обычно состоят из 2-5 слоев. Для изготовления конструкции используются стальные полосы. Внутренняя часть защищена смазочной смесью, выбранной в соответствии с типом двигателя.
В современных конструкциях двигателей используются вкладыши с 2-3 слоями. В первом случае антифрикционный состав наносится в виде слоя на металлическую подложку, а во втором случае используется дополнительный изолирующий слой.
Для снижения шума и вибрации работающего двигателя шатуны и их компоненты должны иметь одинаковый вес. Это означает, что масса компонента на одном шатуне должна быть равна массе соответствующего компонента на всех остальных шатунах. Например, шатун массой 50 г на одном из шатунов должен иметь такую же массу, как и шатуны на других шатунах.
Материалы для изготовления шатуна
Существует два процесса изготовления шатунов: Ковка из высокопрочной стали или литье из чугуна. Для дизельных двигателей шатуны из легированной стали выбирают для ковки или горячей штамповки. Для некоторых бензиновых двигателей выбирают клапаны, изготовленные из спеченного металлического порошка.
Требования к шатуну как компоненту привода коленчатого вала двигателя определяются жесткими условиями эксплуатации. Требуется износостойкость, долговечность и надежность.
Важно! Повышенные требования предъявляются не только к шатунам, но и к крепежным винтам. Такие болты изготавливаются из легированных сталей с высоким пределом текучести (значительно выше, чем у высокоуглеродистых сталей).
Для двигателей с повышенной передачей и спортивных автомобилей используются шатуны из алюминиевых или титановых сплавов. Это улучшает производительность двигателя и снижает его вес. Вес на 50 процентов меньше, чем у стальных и чугунных шатунов.
Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны
Без заголовков
Шатун является связующим звеном между коленчатым валом и поршнем и используется для преобразования поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала, который затем передает мощность на колеса автомобиля через коробку передач.
Конструкция шатуна
Конструкция шатуна зависит от типа и конструкции двигателя. Например, легкие шатуны используются для бензиновых двигателей, а тяжелые — для дизельных.
Основными компонентами являются конический шатун, верхняя головка поршня и нижняя головка кривошипа.
Головка поршня соединена с шатуном поршневым пальцем, головка кривошипа — пальцем коленчатого вала.
Стержень
Этот шатунный фитинг может иметь различное сечение — он может быть прямоугольным, круглым, поперечным или Н-образным. В некоторых типах двигателей шатуны имеют небольшую масляную канавку в стержнях, чтобы масло своевременно поступало к верхней части поршня.
В большинстве случаев в верхней части кривошипной головки имеется небольшое отверстие, через которое масло направляется во внутренние полости поршня и цилиндра.
Поршневая головка
Головка поршня расположена сверху и является неподвижным элементом шатуна, конструкция которого напрямую зависит от способа крепления поршневого пальца.
В двигателях с неподвижным пальцем поршневой венец имеет специальное цилиндрическое отверстие для фиксации поршневого венца. В двигателях внутреннего сгорания с плавающим штифтом эта головка оснащена медной или биметаллической втулкой.
В моделях двигателей, в которых используется плавающий штифт, но нет втулки, штифт вращается в соответствующем отверстии в головке.
Чтобы уменьшить значительные нагрузки на палец, некоторые двигатели внутреннего сгорания оснащаются трапециевидными шатунами.
Кривошипная головка
Показанный ниже конец шатуна раздвоен и служит главным образом для соединения двух движущихся частей — коленчатого вала и самого шатуна.
Головка состоит из головки и колпачка, который навинчивается на шатун. Кроме всего прочего, существует два типа шарниров по отношению к оси стержня — косой (под углом) и прямой (перпендикулярный).
Длина кронштейна ролика зависит от толщины нижней головки. Головка оснащена тонкими вкладышами подшипников, которые могут состоять из 2-5 слоев стальных полос, внутренняя поверхность которых покрыта противоскользящим составом, подходящим для данного типа двигателя.
В современных двигателях внутреннего сгорания обычно используются вкладыши, состоящие из 2 или 3 слоев. В двухслойном вкладыше металлический вкладыш просто покрывается слоем антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется дополнительный изоляционный слой.
Для снижения вибрации и шума двигателя все собранные шатуны — и их отдельные части — должны иметь одинаковый вес. Это означает, что шатун должен иметь такой же вес определенного компонента, как и его аналог на другом шатуне.
Например, если масса одного шатуна составляет 50 г, то все остальные шатуны должны иметь такую же массу.
Вес шатунов регулируется путем снятия тонкого слоя металла с выступов на верхних головках шатунов. В некоторых случаях эти выступы находятся на шатуне или на нижней части поршневого венца.
Материалы для производства шатунов
Шатуны изготавливаются двумя способами — ковкой из высокопрочной стали или литьем из чугуна. Для дизельных двигателей используются кованые или горячештампованные шатуны из легированной стали.
Некоторые бензиновые двигатели оснащены шатунами, изготовленными из спеченного порошкового металла.
Из-за высокой нагрузки эта деталь шатуна должна быть прочной, долговечной и износостойкой.
Особое внимание следует уделять не только шатунам, но и крепежным винтам. Для изготовления болтов используются легированные стали с высоким пределом текучести, который во много раз превышает предел текучести высокоуглеродистых сталей.
