Что находится в верхней головке шатуна: Шатун — Википедия – Шатун ДВС: строение, прочность, материал, назначение

Конструкция шатунов

Верхняя головка шатуна выполняется неразъемной и в зависимости от типа крепления поршневого пальца может быть цельной или разрезной. При закреплении пальца в шатуне верхнюю головку делают с косым разрезом. В некоторых конструкциях применяют круглые тонкостенные головки. В двухтактных мотоциклетных двигателях и в некоторых двигателях для малолитражных автомобилей устанавливают игольчатые подшипники. В этом случае конструкция головки получается более тяжелой и сложной, но при этом значительно увеличивается продолжительность работы без ремонта.

При применении плавающего пальца в верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую (из листовой бронзы) или биметаллическую втулку, которую после запрессовки протягивают или подвергают алмазному растачиванию. Смазка пальца в верхней головке шатуна осуществляется маслом, засасываемым как через зазоры с торца, так и через отверстия 1 или прорези 2 в верхней части головки. Широкое распространение получила смазка поршневого пальца маслом под давлением, поступающим по каналу 3 в стержне шатуна от коленчатого вала.

Во избежание защемления верхней головки из-за удлинения коленчатого вала в осевом направлении при нагреве между головкой и бобышками поршня предусматривается зазор около 1,5 мм на сторону.

При неправильном распределении массы между верхней и нижней головками часть металла снимают с прилива 4, расположенного на верхней головке. У некоторых шатунов центр отверстия головки смещают на величину е относительно наружной поверхности головки, что уменьшает деформацию головки при восприятии сил газов.

В некоторых дизелях в верхней части головки шатуна ставят распылитель, предназначенный для орошения маслом внутренних ребер днища поршня. В этом случае на внутренней поверхности втулки шатуна делают маслораспределяющие канавки.

Стержень шатуна симметричен относительно продольной оси нижней головки. Смещение стержня шатуна относительно нижней головки позволяет при двухпролетном коленчатом вале сократить расстояние между осями цилиндров и тем самым уменьшить длину и массу двигателя. Несимметричные шатуны коротким плечом нижней стороны головки устанавливаются в сторону ближайшего коренного подшипника. В таких конструкциях шатунные шейки неравномерно изнашиваются по длине. Наибольший износ наблюдается под коротким плечом нижней головки несимметричного шатуна.

Стержень шатуна может иметь круглое , кресто-образное, Н-образное и двутавровое сечения. Первые три типа сечений в автомобильных двигателях применяются весьма редко. Обычно шатуны изготовляют двутаврового сечения. Такие шатуны при относительно малой массе имеют большую жесткость.

В случае подвода масла от шатунной шейки коленчатого вала к верхней головке шатуна в его стержне делают канал , диаметркоторогозависитот длины шатуна и колеблетсяв пределах 4—8 мм.

В быстроходных двигателях стержню шатуна придают обтекаемую форму . Стержень шатуна имеет плавные переходы к головкам, что уменьшает концентрацию напряжений.

Нижнюю головку шатуна обычно выполняют разъемной. Только при применении роликовых или игольчатых подшипников нижние головки делают неразъемными. Однако они не получили большого распространения из-за увеличения массы и габаритных размеров, а также необходимости применения разъемных коленчатых валов.

Нижняя головка шатуна должна обладать высокой жесткостью, что связано с надежной работой тонкостенных вкладышей, иметь наименьшие габаритные размеры, определяющие контуры картера, а также минимальную массу. Во избежание больших концентраций напряжений очертания кривошипной головки должны быть плавными с большими радиусами переходов.

В разъемных нижних головках крышка притягивается болтами или шпильками, сила затяжки которых должна обеспечивать плотный стык при работе двигателя на любом скоростном режиме.

При проектировании шатуна необходимо стремиться к повышению жесткости бобышек нижней головки, уменьшению кольцевых опорных площадей под головку и гайку шатунного болта, чтобы предотвратить возможность возникновения дополнительных изгибных напряжений в теле шатунного болта.

У большинства автомобильных двигателей шатуны имеют но два болта, которые должны быть равномерно затянуты.

Крышки нижних головок шатунов упрочняются ребрами и приливами различных форм.

Для смазки зеркала цилиндра, распределительного вала и толкателей шатуны некоторых двигателей имеют отверстие А  диаметром 1—1,5 мм, через которое в момент совпадения его с отверстием в коленчатом валу подается масло. При проектировании нижней головки шатуна необходимо принять все меры, чтобы избежать концентрации напряжений.

У двигателей с блок-картерами нижняя головка шатуна должна проходить через цилиндр при демонтаже кривошипно-шатун-ного механизма.

3.2. Шатунная группа

В состав группы входят шатун, крышка кривошипной головки, втулка верхней (поршневой) головки, подшипниковые вкладыши, шатунные болты и элементы их фиксации.

3.2.1. Шатун

Назначение шатуна — передача усилий от возвратно — поступательно движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

В процессе работы двигателя шатун испытывает интенсивные знакопеременные нагрузки от газовых и инерционных сил и от давления в результате натяга от запрессованной в его поршневую головку бронзовой втулки.

К конструкции шатуна предъявляются следующие требования:

— высокая жесткость, обеспечивающая надежную работу тонкостенных подшипниковых вкладышей и шатунных болтов;

— минимальные габаритные размеры и масса;

— высокая усталостная прочность;

— возможность прохождения кривошипной головки через цилиндр при монтаже.

Шатун изготовлен из конструкционной стали 40Х.

Заготовки шатунов получают ковкой в штампах и подвергают термической (нормализация) и механической обработке. После механической обработки — закалка с высоким отпуском. Для повышения усталостной прочности поверхность шатунов подвергается дробеструйной обработке.

Конструктивно шатун выполнен со стержнем двутаврового сечения, с разъёмной кривошипной головкой с прямым плоским разъемом.

Крышка кривошипной головки крепится двумя шатунными болтами и фиксируется от боковых смещений призонным пояском на шатунных болтах.

В поршневую головку шатуна запрессована тонкостенная-δвт≈(1…3)мм. подшипниковая втулка из свинцовистой бронзы Бр.С30. Зазор между пальцем и бронзовой втулкой назначается в пределах Δ=(0,0004…0,001)dп.

Шатуны подбирают из условий, чтобы входящие в комплект двигателя экземпляры, имели минимальную разницу по массе и положению центра масс. Верхнюю и нижнюю головки шатунов подгоняют по массе с отклонением ±2 г. посредством удаления лишнего металла с бобышек приливов крышки шатуна и его верхней головки.

Конструктивные параметры элементов шатуна определялись по статистическим данным для двигателей аналогичной конструкции [3].

Эскиз элементов шатунной группы приведен на рис.5.

Рис.5. Эскиз элементов шатунной группы.

Верхняя головка шатуна:

-диаметр отверстия под подшипниковую втулку d

d =+(2…5) мм=23,24 + 3,26=26,5 мм;

диаметр головки Dг

Dг=(1,25…1,4) d=1,3 26,5=34,45 мм;

ширина головки а

а=b-(2…3)мм=33,2-2,2=31 мм;

угол заделки з

з=90…130=110.

Стержень шатуна:

ширина двутавра в среднем сечении hш

hш=(0,65…0,75) Dг=0,67 34,45=23,0815 мм;

ширина полки двутавра в среднем сечении bш

hш/bш=1,3…1,7=1,5

bш= hш/1,56=15,38767 мм;

толщина стержня – аш и полкиtш двутавра

аш tш=2,5…4 мм=3 мм;

ширина двутавра в минимальном сечении hш.

min

hш.min=(0,55…0,65) Dг=0,6 34,45=20,67 мм.

Кривошипная головка шатуна:

ширина hкг

hкг= D-(1,0…2,0) мм=83-2=81 мм;

расстояние между центрами шатунных болтов С

С=65,95 мм;

диаметр отверстия под вкладыши Dшп

Dшп=dшш+(2…6) мм= 53,95+3=56,95 мм.

диаметр шатунной шейки

Оценка работоспособности элементов шатуна и корректировка его конструктивных параметров производится по запасам прочности при повторно-переменном нагружении его поршневой головки и стержня.

Расчётным режимом является режим номинальной мощности – ,.

Оценка работоспособности поршневой головки шатуна и корректировка его конструктивных параметров производится по запасам прочности при повторно-переменном её нагружении.

Расчёт коэффициента запаса прочности поршневой головки шатуна производится для наиболее нагруженной точки её наружной поверхности в сечении её перехода проушины в стержень шатуна :

— напряжения от технологического и теплового натяга втулки:

МПа,

где – удельное давление втулки на головку,

= 37,446 МПа,

=0,3 — коэффициент Пуассона,

Еш = (1,87…2,16) 105 = 2 105, Евт = (1,03…1,18) 105 = 1,05 10

5 МПа – модуль Юнга, соответственно, для материалов шатуна и втулки,

(0,05…0,1)∙10-3 = 0,07 мм – технологический натяг при запрессовке втулки [3],

мм – тепловой натяг,

100…120K = 110К – разность температур поршневой головки на расчётном режиме и на непрогретом двигателе[3],

αвт = 1810-6, αш = 11 10-6 K-1 – коэффициенты линейного расширения, соответственно, материалов втулки и шатуна

— максимальные растягивающие и сжимающиенапряжения в цикле нагружения головки в точкеА расчётного сечения:

, МПа.

–толщина стенки головки

м

–средний радиус головки

м

Коэффициент, учитывающий долю действующих усилий растяжения-сжатия, воспринимаемых непосредственно головкой [3] :

мм

При определении напряжений величины моментаи нормальной силыв расчётном сечении рассчитываются по уравнениям кривого бруса малой кривизны:

Н

Аналогичные параметры при определении напряжений :

=

Максимальные и минимальные напряжения в цикле нагружения поршневой головки шатуна

МПа

МПа

Определение коэффициента запаса прочности

МПа

МПа

Для стали 40Х

-1 = 400 МПа,т =750 МПа,σ = 0

Определение зоны диаграммы усталостной прочности, в которой расположен цикл нагружения:

А < B, следовательно, расчет проводится по пределу текучести.

Здесь- 1,67 – совокупный фактор концентрации напряжений в расчётном сечении поршневых головок шатунов [3].

Характерные величины запасов прочности поршневых головок шатуна для двигателей аналогичной конструкции находятся в пределах 2,5…5,0.

Стержень шатуна

Оценка напряжённого состояния стержня шатуна проводится по запасу прочности при его повторно-переменном нагружении силой S. Расчёт производится с учётом напряжений продольного изгиба при центральном сжатии для его среднего сечения . равноотстоящего от центров верхней и нижней головок, так как это сечение является наиболее нагруженным.

Экстремальные напряжения нагрузочного цикла:

МПа;

МПа;

–максимальная величина силы растягивающей стержень шатуна

=

МН

–максимальная величина силы сжимающей стержень шатуна

=

МН

fср – площадь среднего сечения стержня;

K – коэффициент, учитывающий увеличение напряженного состояния стержня от его продольного изгиба при сжатии; K =1,1…1,15 = 1,13 [3]

МПа

МПа

Выбор зоны диаграммы усталостной прочности, в которой расположен цикл:

А < B, следовательно, расчет проводим по пределу текучести.

1,67…2,5 = 1,9 [3]

Характерные для автотракторных двигателей запасы прочности стержня шатуна находятся в пределах 2…3.

Как правильно установить поршни и шатуны

Большие и маленькие хитрости при монтаже поршней и шатунов в двигатель

Когда приходит время собирать двигатель, особенно V-образный, правильная взаимная установка поршней и шатунов, а также по отношению к блоку цилиндров и коленчатому валу, может поставить в тупик многих мотористов. Этой статьей мы постараемся им помочь.
Как правильно устанавливать поршни на шатуны?

Если вы собираете V-образной двигатель, то следует иметь в виду: если нижняя головка шатуна имеет с одной стороны более широкую фаску, то она должна быть обращена к галтели (закруглению) шатунной шейки коленчатого вала. 

Если же шатуны предназначены для использования с коленчатым валом, без четко выраженных галтелей, то они могут быть и без несимметричных фасок. Тогда ориентация шатуна может определяться по положению «замков» вкладышей: обращенных наружу блока или внутрь (в сторону распредвала – если он находится в развале блока цилиндров). 

К примеру, «замки» вкладышей SBC и BBC должны быть обращены наружу. У других вкладышей «замки» могут быть направлены внутрь. На работу собственно вкладышей расположение «замков» не оказывает никакого влияния. Надо лишь правильно ориентировать шатун.

Если же на нижней головке шатуна отсутствуют фаски с обеих сторон, то вкладыш должен быть смещен от галтели шатунной шейки, чтобы его край не попал на закругление.

Сквозные отверстия в верхней и нижней головках шатуна

Часто шатун имеет на нижней головке сквозное отверстие, которое нужно для смазки стенки цилиндра. Эти отверстия предназначены не для смазывания распределительного вала, как полагают некоторые. 

Бывает, что отверстие расположено только с одной стороны нижней головки шатуна. Подобные шатуны надо устанавливать так, чтобы отверстие в нижней головке было обращено в сторону распределительного вала (в сторону развала блока цилиндров).

Отверстие в верхней головке шатуна (будь оно сверху или под сбоку – углом) служит для смазки поршневого пальца. Поэтому его ориентация в двигателе роли не играет.

«Замки» шатунных вкладышей

«Замки» (фиксирующие выступы) на вкладышах и соответствующие пазы на нижней головке шатуна и его крышки нужны лишь для правильного позиционирования вкладышей. От «проворота» вкладышей они не спасают, поскольку вкладыши в своей «постели» фиксируются за счет натяга, возникающего при правильной затяжке крепежных болтов крышки нижней головки. 

«Правильные» вкладыши, при надлежащем монтаже, слегка выступают за линию разъема нижней головки. Поэтому, после затягивания болтов, они надежно фиксируются в «постели». 

В последнее время во многих двигателях используют «беззамковые» вкладыши (примером могут служить двигатели Chrysler 3.7L и 4.7L). За счет устранения операций по механической обработке пазов в шатуне и его крышке, а также «замков» на самих вкладышах снижаются затраты на их изготовление. При монтаже подобных вкладышей их надо ставить строго посередине нижней головки шатуна.

Рис. 1 Если в V-образном двигателе на одну шатунную шейку коленчатого вала монтируют два шатуна, то сторона нижней головки шатуна с более узкой фаской должна быть обращена к соседнему шатуну…

Рис. 2 … в этом случае бОльшая фаска на нижней головке шатуна оказывается обращенной в сторону галтели шатунной шейки коленчатого вала.

Рис. 3 Фиксирующий выступ («замок») на вкладыше и соответствующий ему паз в нижней головке шатуна нужны только для того, чтобы правильно установить вкладыши в шатуне. «Замки» никогда не удержат вкладыши от проворачивания в шатуне, если при сборке были допущены какие-либо нарушения. К примеру: болты нижней головки шатуна не затянуты как следует или отверстие в нижней головке потеряло свою форму.

Рис. 4 Вкладыши фиксируются в шатуне только за счет радиального усилия, которое возникает от натяга установленных вкладышей, когда крепежные болты нижней головки затянуты надлежащим моментом. Чтобы получить требуемый натяг вкладыш сделан чуть длиннее своего посадочного места. Поэтому, когда вы «от руки» установите вкладыш в «постель», он будет немного выступать над плоскостью разъема. Так и должно быть – ни в коем случае не надо подпиливать или подрезать края вкладышей!

Crush Height Each Half Bearing — выступание вкладышей над плоскостью разъема
Bearing — вкладыш
Cap — крышка нижней головки шатуна
Radial Pressure — радиальное усилие

Рис. 5 Измерять максимальный диаметр поршня надо в строго определенном месте, поскольку юбка поршня имеет «бочкообразный» профиль и результаты измерений, по высоте поршня, будут существенно различаться.

Рис. 6 Сквозное отверстие на боковой поверхности ВГШ (верхней головки шатуна) (верхнее фото) может указывать на прессовую посадку пальца в шатуне. На втором фото показан тот же самый шатун, но снаружи. А вот отверстие сверху ВГШ (третье фото) служит для улучшения смазки «плавающего» поршневого пальца.

Рис. 7 На днище поршня обычно есть специальные метки (например, изображена стрелка и надпись «FRONT» — как на фото) помогающие правильно сориентировать поршень при сборке двигателя.

Рис. 8 Если поршни предназначены для V-образного двигателя, то обычно с «изнанки» таких поршней ставят метку «L» — если их монтируют в левый ряд цилиндров или «R» — для правого ряда цилиндров.

Смещение шатуна

Существуют двигатели, у которых стержень шатуна смещен относительно верхней или нижней головок (если смотреть на шатун сбоку – «в профиль»). Подобные шатуны применяют в V-образных двигателях, у которых левый и правый ряды цилиндров стоят «со сдвигом», вперед и назад, относительно друг друга. В зависимости от конкретной модели двигателя, стержень шатуна может иметь смещение 2,5 мм или даже более. 

Если есть какие-то сомнения, то при монтаже обратите внимание, что верхняя головка шатуна центрируется по поршню – в бобышках под палец.

Нужно ли в двигателях с вращением против часовой стрелки устанавливать поршни в «обратную» сторону?

На двигателе с обратным вращением – когда коленвал вращается против часовой стрелки, если смотреть с передней части двигателя – шатуны обычно устанавливаются так же, как и в обычном моторе, коленвал которого вращается по часовой стрелке. То есть, бОльшая фаска нижней головки шатуна все равно будет обращена к галтели шатунной шейки.

Однако, если применяются поршни со смещенным поршневым пальцем, то в этом случае поршень должен быть установлен «назад» (развернут на 180 град) относительно его «стандартного» положения. Поршневой палец в подобном поршне смещен к нагруженной стороне юбки поршня. 

В двигателе с вращением по часовой стрелке нагруженная сторона цилиндра обращена к впускному коллектору на левом ряду цилиндров («водительской» стороне) и к выпускному коллектору на правом ряду цилиндров («пассажирской» стороне) стороне. 

В двигателе с обратным вращением давление на стенку цилиндра от поршня направлено в другую сторону: со стороны выхлопа – слева и со стороны впуска – справа. Если поршни симметричны (т. е. не имеют смещенного пальца), то их ориентация зависит только от цековок под клапанные тарелки на днище – они должны быть сориентированы в соответствии с положением клапанов.

Конструкция юбки поршня

Форма, площадь и масса юбки поршня играют важную роль в потерях на трение и стабилизации поршня при перекладке в верхней и нижней мертвых точках. Здесь мы покажем роль нагруженных и ненагруженных сторон поршня и разработку асимметричных юбок, предназначенных преимущественно для снижения веса. 

Левая и правая стороны поршня при работе двигателя нагружены по-разному. Поэтому конструкция юбки поршня играет важную роль в распределении воспринимаемых нагрузок – с точки зрения прочности и веса поршня. 

Юбка поршня должна выдерживать давление на стенку цилиндра при одновременном уменьшении трения. А ее площадь должна быть такой, чтобы быть прочной, обеспечивая при этом стабильность поршня, чтобы свести к минимуму «раскачивание» относительно оси пальца, когда поршень движется вверх-вниз. Причем нагруженная поверхность юбки испытывает наибольшую нагрузку на такте расширения. 

Если коленчатый вал вращается по часовой стрелке (глядя на двигатель спереди), то нагруженная поверхность юбки поршня обращена к впускному коллектору на левом ряду цилиндров («водительской» стороне) и к выпускному коллектору на правом ряду цилиндров («пассажирской» стороне). 

Менее нагруженная сторона юбки воспринимает усилие на такте сжатия. Эта разница в нагрузках обусловлена положением, углом между шатуном и поршнем, при его перемещении. 

За весь рабочий цикл разница в нагрузке на разные стороны юбки поршня различается в десять раз! Причем, нагрузка на юбку поршня может варьироваться в зависимости от хода поршня, длины шатуна и максимального давления в цилиндре.

Поэтому асимметричные поршни должны быть специальными – для левого и правого ряда цилиндров. На днище поршня в таком случае наносятся стрелки или иные метки, указывающие на переднюю часть двигателя.

Рис. 9 На этом фото показаны асимметричные поршни для левого и правого рядов цилиндров V-образного двигателя. Их особенностью является расширенная часть юбки поршня на нагруженной стороне и зауженная – на стороне с меньшей нагрузкой.

Рис. 10 Другой пример асимметричного поршня. Обратите внимание, как сближены бобышки под поршневой палец, что позволяет сделать поршневой палец короче и легче. Кроме того, хотя это почти невозможно заметить глазом, ось пальца смещена к нагруженной стороне поршня (в сторону более широкой части юбки) на 0,50 мм – для уменьшения дисбаланса из-за разницы в массе «узкой» и «широкой» частей юбки.

Нагруженная сторона юбки поршня

Когда поршень движется вниз на такте расширения, он испытывает значительное сопротивление, пытаясь провернуть коленчатый вал. С ростом нагрузки увеличивается и сопротивление. При этом нагруженная сторона юбки поршня воспринимает боковое давление, которое увеличивает нагрузку (с ростом трения и износа) на соответствующей стороне стенки цилиндра. 

Если на днище поршня имеется какая-либо метка (к примеру точка, или стрелка, или надпись «Front»), важно установить поршень в соответствии с этой меткой, обычно указывающей на переднюю часть двигателя.

 

Ненагруженная сторона юбки поршня

Эта часть юбки поршня противоположна нагруженной стороне. Она работает, когда поршень движется вверх на такте сжатия, из-за сопротивления, создаваемого сжимаемой топливно-воздушной смесью. Основная ее задача, в том, чтобы обеспечить стабильность поршня при движении в цилиндре. Поэтому эта часть юбки может быть поуже, для экономии веса. 

Так что, для точной настройки в распределении этих сил между разными сторонами юбки были разработаны асимметричные поршни, которые имеют более широкую юбку на нагруженной стороне и зауженную юбку с противоположной стороны. Это обеспечивает оптимальное распределение нагрузок на юбку поршня, одновременно снижая массу поршня. 

В качестве примера можно привести «асимметричную» (или Т-образную) конструкцию поршней FSR компании JE Pistons, которые имеют расширенную часть юбки на нагруженной стороне, а со стороны бобышек юбка отсутствует вовсе, что позволяет сделать поршневой палец короче и легче. Подобные поршни изначально разрабатывались для гоночных двигателей. 

Еще одним преимуществом подобных поршней является улучшение условий работы поршневых колец. Но, в основном, подобная конструкция юбки, в сочетании со слегка смещенным пальцем, позволяет существенно снизить потери на трение.

Рис. 11 Из этой схемы видно, как определить нагруженную и ненагруженную стороны юбки поршня.

Thrust Load — действие боковой силы
Minor Thrust Side — ненагруженная сторона цилиндра
Major Thrust Side — нагруженная сторона цилиндра
Красная изогнутая стрелка — направление вращения коленчатого вала

Рис. 12 На этом фото хорошо видно, как различается ширина юбки поршня на нагруженной (слева) и ненагруженной (справа) сторонах поршня.

Рис. 13 Компьютерное моделирование показывает, как распределяются механические нагрузки в поршне, возникающие при работе двигателя на частичных нагрузках. (Чем темнее цвета – тем меньше нагрузка, а чем ярче – тем больше).

Рис. 14 А на этой схеме видно, как нагружен поршень сразу после воспламенения смеси.

Рис. 15 Здесь поршень показан снизу. На этой схеме хорошо видно, что во время рабочего хода наиболее нагружены верхние части отверстий под поршневой палец (они выделены красным цветом) и элементы юбки поршня, непосредственно примыкающие к ним.

Рис. 16 Тонкий слой антифрикционного покрытия (темного цвета) на юбке поршня помогает удерживать масло и снижает трение между поршнем и цилиндром – особенно при холодном запуске мотора.

Смещение пальца

Асимметричные поршни также могут иметь смещение поршневого пальца. При этом ось пальца смещена от оси поршня к нагруженной стороне примерно на 0,51 мм. Это небольшое смещение «балансирует» поршень, компенсируя разницу в массе юбки, а также снижая усилие, прикладываемое к нагруженной стороне поршня. 

Опять же, ссылаясь на опыт компании JE Pistons, асимметричный поршень позволяет сделать поршневые пальцы короче, жестче и легче (примерно на 10 грамм).

 

Заключение

Надеемся, эта статья поможет вам лучше ориентироваться в тонкостях сборки двигателя. Помните, что лучше всего пометить поршни и шатуны перед разборкой. Грамотные ответы на ваши вопросы и помощь в технических проблемах с двигателями – наша главная задача.

ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ?

Пришлите свою статью


Необходимые размеры шатунов

В этот раз речь пойдет в большей степени о размерах шатунов которые следует учитывать при проектировании двигателя. Рассмотрим варианты установки как стоковых шатунов так и варианты с заменой на подходящие и особенности этой модернизации. Возможно из предыдущего поста Какой шатун выбрать вы решили устанавливать подходящие по прочности и весу шатуны и они отличаются от рекомендуемых производителем, то на пути установки могут возникнуть некоторые сложности, описанные в этом посте. Разберемся какие размеры стоит соблюдать и какие работы по замерам предстоит произвести.

 

Длина шатуна от центра к центру

Длина шатуна — это расстояние от центра верхней головки шатуна до центра нижней головки.

Измерение длинны шатуна для каждого цилиндра обусловлено необходимостью иметь одинаковый подъем поршня относительно плоскости блока цилиндров. Это позволит получить одинаковую степень сжатия, что очень важно при тонкой настройки всего двигателя.

Итак, для измерения собирается кривошипно-шатунный механизм, но без поршневых колец. Медленно проворачивается коленвал до подъема поршня к верхней мертвой точке, измеряется размер от плоскости блока до плоскости поршня, записывается размер и так же повторяем замер для остальных поршней находящихся в ВМТ, проворачивается коленвал до подъема остальных поршней и проводится точно такой же замер. Даже при заводской сборке можно наблюдать разброс в этих замерах, и производитель устанавливает допуски не критичные для этого двигателя. Однако если разброс ощутимый или же мы хотим тщательно подогнать размеры, есть много вариантов добиться необходимого путем перестановки поршней на шатунах или даже перестановки самих шатунов на коленвале. После того как мы добились желаемого, стоит учитывать, что развесовка нарушена и следует решать уже другую задачу, но об этом в другом посте. Точная подгонка размерности и веса очень долгая и кропотливая работа.

Размер между головкой шатуна и дном поршня

Верхняя головка шатуна не должна касаться на какой части поршня. При сборке поршень/шатун проверяется каждая группа, если используются оригинальные детали обычно не вызывает ни каких проблем. Следует учитывать тепловое расширение поэтому минимальный зазор от головки шатуна до любой части в поршне не должен быть меньше 2 мм.

Проверяем зазор между головкой шатуна и отливами в поршне для пальца. Зазор может быть в пределах нормы, но после установки на коленвал головка шатуна может касаться поршня, это обусловлено положением коленвала. Поэтому зазор проверяется в собранном состоянии и не должен быть в пределах 1-2 мм. Очень часты так и происходит, что после сборки шатуны прижимают поршни. Это решается пропилом касаемой части поршня или части шатунной головки. Только после всех подгонок описанных выше и замера между поршнем и клапаном( описание ниже) можно приступать к развесовке коленвала.

 

Размер между шатуном и блоком

Об этом стоит задуматься обычно при использовании строкер коленвала или с использованием алюминиевых шатунов, потому что они толще и объемнее. Полностью собирается поршневая группа и коленвал в блок, проворачиваем и если есть касание блока шатунами, то следует проточить сам блок обеспечив зазор по крайней мере 2 мм.

Размер между поршнем и клапанами

После всех манипуляций по доводке поршневой группы обращаем внимание на клапанный механизм. Для этого устанавливаем собранную головку блока и настраиваем фазы. После этого проводим проверку касания клапанов плоскости поршня осторожным проворачиванием коленвала. Если почувствуется усилие, следует остановиться и с помощью маленького фонарика по возможности обнаружить место касания. Есть и другой вариант, более точный. Для этого на очищенные клапана от масел и загрязнений наносится полоска глины толщиной примерно 3мм и повторяем прошлую процедуру. Для точности измерения если ранее не было обнаружено касаний, коленчатый вал раскручивают до полвины максимальных оборотов и после этого снимается головка для замера сжатой глины. Тут зазор от любой части клапана до поршня должен составлять не менее 1.5 мм. Вообще об этом стоит подумать за ранее при выборе коленвала, шатуна, поршня, распредвала. Однако если размер не очень большой, то это решается удалением лишнего метала в местах касания. Возможно удалить лишний метал как с клапана, так и с поршня. Рассматривается вариант эксцентриковой втулки в верхних головках шатунов или проточкой нижних крышек шатунов. Или рассмотреть вариант с другими фазами газораспределения, другим распредвалом.

 

Размеры шатунных вкладышей

Постараюсь доходчиво описать метод измерения. Перед всеми манипуляциями следует проверить все шейки коленвала на эллипс, задиры и толщину. Измерять следует все шейки, так как они могут отличаться даже на новом коленвале. После всех замеров решаем, что нужно делать. Если был обнаружен эллипс, это означает неравномерный износ шейки и следует восстанавливать перешлифовкой. Состояние шеек коленвла влияет на срок службы вкладышей, например, 100% — новый двигатель; 58% — первая замена вкладышей; 44% — вторая замена; 29% — третья замена без ремонта коленвала. И так один из вариантов в котором можно обойтись без точного измерительного инструмента. Для этого нам понадобятся специальная пластичная калибровочная проволока, например PLASTIGAUGE и новые вкладыши, тут можно ознакомиться с инструкцией 

Так вот после установки пластичного калибра шатун стягивается болтами необходимым моментом, без смещения шатуна. Затем по откалиброванной шкале выявляется зазор. Следует так же измерить зазор приложив калибр на шейку коленвала через 90 градусов. Из полученных значений выносится решение о применении подходящих вкладышей.

Не буду заострять внимание на зазоре между шатуном и бугелем на блоке двигателя, отмечу лишь что зазор должен быть в пределах 0.35-0.5мм, легко можно измерить набором щупов. возможно при использовании алюминиевых шатунов зазор теоретически может быть больше в виду их большего температурного расширения.

 

 

 

 

Формы шатунов

Шатуны обычно имеют конструкцию I-или H-формы. Реже используются + формы, чаще на дизельных двигателях.

 Разновидность крестообразной формы шатуна

 Такая форма позволяет снизить вес шатуна не теряя его прочности. Форма шатуна обуславливается сопротивлением воздушному потоку во время работы и прилипаемости масла. Какая форма лучше? В теории шатуны H-формы более прочные, но в действительности H-форма может быть легче имея такую же прочность как I-форма. С точки зрения сопротивления воздуха (масло, цепляющаяся за шатун во время эксплуатации), I-форма теоретически лучше.

 

 

Шатуны

Шатун служит связующим звеном между поршнем и кривошипом коленчатого вала. Так как поршень совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение, а коленчатый вал — вращательное, то шатун совершает сложное движение и подвергается действию знакопеременных, носящих ударный характер нагрузок от газовых сил и сил инерции.

Шатуны автомобильных массовых двигателей изготовляют мето­дом горячей штамповки из среднеуглеродистых сталей марок: 40, 45, марганцевистой 45Г2, а в особенно напряженных двигателях из хромо-никеле­вой 40ХН, хромо-молибдено­вой улучшенной ЗОХМА и дру­гих легированных качествен­ных сталей.

Общий вид шатуна в сборе с поршнем и элементы его конструкции показаны на рис. 1. Основными элемен­тами шатуна являются: стер­жень 4, верхняя 14 и ниж­няя 8 головки. В комплект шатуна входят также: под­шипниковая втулка 13 верх­ней головки, вкладыши 12 нижней головки, шатунные болты 7 с гайками 11 и шплин­тами 10.

 

 

Рис.  1.   Шатунно-поршневая   группа в сборе с гильзой цилиндра; элементы конструкции шатуна:

1 — поршень; 2 — гильза цилиндра; 3 — уплотнительные резиновые кольца; 4 — стер­жень шатуна; 5 — запорное кольцо; б — порш­невой палец; 7 — шатунный болт; 8 — нижняя головка шатуна; 9— крышка нижней головки шатуна; 10 — шплинт; 11 — гайка шатунного болта; 12 — вкладыши нижней головки шату­на; 13 — втулка верхней головки шатуна; 14 — верхняя   головка  шатуна

Стержень шатуна, подвер­женный продольному изгибу, чаще всего имеет двутавровое сечение, но применяют иногда крестообразные, круглые, трубчатые и Другие профили (рис. 2). Наиболее рациональными являются двутавровые стержни, обладающие большой жесткостью при малом весе. Крестообразные профили нуждаются в более развитых головках шатуна, что приводит к переутяжелению его. Круглые профили отличаются простой геометрией, но требуют повышенного качества механической обработки, так как наличие у них следов обработки приводит к увеличению местной концентра­ции напряжений и возможной поломке шатуна.

Для массового автомобильного производства удобными и наибо­лее приемлемыми являются стержни двутаврового сечения. Пло­щадь поперечного сечения стержня обычно имеет переменную величину, причем минимальное сечение находится у верхней голов­ки 14, а максимальное — у нижней головки 8 (см. рис. 1). Это обеспечивает необходимую плавность перехода от стержня к ниж­ней головке и способствует повышению общей жесткости шатуна. С этой же целью и для уменьшения габаритов и веса шатунов

 

Рис. 2. Профили стержня шатуна: а) двутавровый; б) крестообразный; в) трубчатый;   г) круглый

в быстроходных двигателях автомобильного типа обе головки, как правило, отковываются за одно целое со стержнем.

Верхняя головка обычно имеет форму, близкую к цилиндриче­ской, но особенности ее конструкции в каждом конкретном случае

 

Рис. 3. Верхняя головка шатуна

выбираются в зависимости от методов фиксации поршневого пальца и его смазки. Если поршневой палец закрепляется в поршневой головке шатуна, то ее делают с разрезом, как показано на рис. 3, а. Под действием стяжного болта стенки головки несколько деформируются и обеспечивают глухую затяжку поршневого паль­ца. Головка при этом не работает на износ и выполняется с относи­тельно небольшой длиной, равной примерно ширине наружной полки стержня шатуна. С точки зрения выполнения монтажно-демонтажных работ предпочтительнее боковые разрезы, но использование их приводит к определенному увели­чению размеров и веса головкиу Верхние головки с креплением в них поршневых пальцев применялись на шатунах старых моделей рядных двигателей ЗИЛ, например, на 5 и 101 моделях.

При других методах фиксации поршневых пальцев в верхнюю головку шатуна в качестве подшипника запрессовывают втулки из оловянистой бронзы с толщиной стенок от 0,8 до 2,5 мм (см. рис. 3, б, в, г). Тонкостенные втулки изготовляют свертными из листовой бронзы и обрабатывают под заданный размер поршне­вого пальца после запрессовки в головку шатуна. Свертные втулки применяют на всех двигателях автомобилей ГАЗ, ЗИЛ-130, МЗМА и др.

Втулки верхней головки шатунов смазывают разбрызгиванием или под давлением. В автомобильных двигателях широкое распро­странение получила смазка разбрызгиванием. Капельки масла при такой простейшей системе смазки попадают в головку через одно или несколько больших с широкими фасками на входе масло-улавливающих отверстий (см. рис. 3, б) или через глубокую прорезь, сделанную фрезой со стороны, противоположной стержню. Подачу масла под давлением применяют только в двигателях, рабо­тающих с повышенной нагрузкой на поршневые пальцы. Масло подводится из общей системы смазки через канал, просверленный в стержне шатуна (см. рис. 3, б), или по специальной трубке, уста­навливаемой на стержне шатуна. Смазка под давлением применяется в двух- и четырехтактных дизелях ЯМЗ.

Двухтактные дизели ЯМЗ, работающие со струйным охлажде­нием днища поршней, имеют на верхней головке шатуна специаль­ные форсунки для подачи и распыливания масла (см. рис. 3, г). Малая головка шатуна снабжается здесь двумя толстостенными литыми бронзовыми втулками, между которыми образуется коль­цевой канал для подвода масла к форсунке-распылителю из канала в стержне шатуна. Для более равномерного распределения смазоч­ного масла на поверхностях трения втулок нарезаются спираль­ные канавки, а дозирование масла осуществляют с помощью калиб­рованного отверстия в пробочке 5, которую запрессовывают в канал стержня шатуна, как показано на рис. 4, б.

Нижние головки шатунов двигателей автомобильного и трак­торного типов обычно делают разъемными, с упрочняющими прили­вами и ребрами жесткости. Типичная конструкция разъемной голов­ки показана на рис. 1. Основная ее половина откована совместно со стержнем 4, а отъемная половина 9, называемая крышкой ниж­ней головки, или просто крышкой шатуна, скрепляется с основной двумя шатунными болтами 7. Иногда крышка крепится четырьмя и даже шестью болтами или шпильками. Отверстие в большой головке шатуна обрабатывают в собранном состоянии с крышкой (см. рис. 4), поэтому ее нельзя переставлять на другой шатун или изменять принятое положение на 180° относительно шатуна, с которым она была спарена до расточки. Чтобы предотвратить возможную путаницу на основной половине головки и на крышке, у плоскости их разъема выбивают порядковые номера, соответ­ствующие номеру цилиндра. При сборке кривошипно-шатунного механизма надо следить за правильной постановкой шатунов на ме­сто, строго руководствуясь инструкцией завода-изготовителя.

 

Рис. 4. Нижняя головка шатуна:

а) с прямым разъемом; б) с косым разъемом; 1 — половина головки, отковы­ваемая совместно со стержнем 7; 2 — крышка головки; 3 — болт шатуна; 4 — треугольные шлицы; 5 — втулочка с калиброванным отверстием; 6 — канал в стержне для подвода масла к поршневому пальцу

Для двигателей автомобильного типа с характерной совместной отливкой цилиндра и картера в одном блоке и Ессбще при наличии блок-картерной отливки остова двигателя желательно, чтсбы боль­шая головка шатуна свободно проходила через цилиндры и не за­трудняла выполнение монтажно-демонтажных работ. Когда габа­риты этой головки развиты так, что она не проходит в отверстие цилиндровой гильзы 2 (см. рис. 1), то комплект шатуна в сборе с поршнем 1 (см. рис. 1) можно свободно установить на место только при снятом коленчатом вале, что создает крайние неудобства при ремонте (Иногда поршень без уплотнительных колец, но собранный с шатуном удается просунуть за смонтированный коленчатый вал и вставить его в цилиндр со стороны картера (или, наоборот, вынуть из цилиндра через картер), а потом завершать сборку поршневой группы и шатуна, затрачивая на все это непроизводительно много времени). Поэтому развитые нижние головки выполняют с косым разъемом, как сделано это в дизеле ЯМЗ-236 (см. рис. 4, б).

Плоскость косого разъема головки обычно располагают под углом 45° к продольной оси стержня шатуна (в отдельных случаях возможен угол разъема 30 или 60°). Габариты таких головок после удаления крышки резко уменьшаются. При косом разъеме крышки чаще всего крепятся болтами, которые ввертываются в основную

половину головки. Реже для этой цели применяют шпильки. В отли­чие от нормальных разъемов, выполняемых под углом 90° к оси стержня шатуна (см. рис. 4, а), косые разъемы головок (см. рис. 4, б) позволяют несколько разгружать шатунные болты от разрывающих усилий, а возникающие при этом боковые усилия воспринимаются буртиками крышки или треугольными шлицами, сделанными на стыкующихся поверхностях головки. У разъемов (нормальных или косых), а также под опорными плоскостями шатунных болтов и гаек стенки нижней головки обычно снабжают упрочняющими приливами и утолщениями.

В головках автомобильных шатунов с нормальной плоскостью разъема в подавляющем большинстве случаев шатунные болты одновременно являются установочными, точно фиксирующими поло­жение крышки относительно шатуна. Такие болты и отверстия под них в головке обрабатывают с высокой чистотой и точностью, как установочные штифты или втулки. Шатунные болты или шпиль­ки являются исключительно ответственными деталями. Обрыв их связан с аварийными последствиями, поэтому они изготовляются из высококачественных легированных сталей с плавными перехо­дами между элементами конструкции и подвергаются термообра­ботке. Стержни болтов выполняются иногда с проточками в местах перехода к резьбовой части и около головок. Проточки делают без подрезов с диаметром, равным примерно внутреннему диаметру резьбы болта (см. рис. 1 и 4).

Шатунные болты и гайки к ним у ЗИЛ-130 и некоторых других автомобильных двигателей изготовляются из хромо-никелевой ста­ли марки 40ХН. Применяются для этих целей также стали 40Х, 35ХМА и аналогичные им материалы.

Чтобы предотвратить возможное проворачивание шатунных болтов при затягивании гаек, их головки делают с вертикальным срезом, а в зоне сопряжения кривошипной головки шатуна со стерж­нем выфрезеровывают площадки или углубления с вертикальным уступом, удерживающим болты от проворачивания (см. рис. 1 и 4). В тракторных и других двигателях шатунные болты фикси­руются иногда специальными штифтами. С целью уменьшения габаритов и веса головки шатунов болты размещают по возмож­ности ближе к отверстиям под вкладыши. Допускаются даже небольшие выемки в стенках вкладышей, предназначенные для прохода шатунных болтов. Затяжка шатунных болтов строго нор­мируется и контролируется с помощью специальных динамометри­ческих ключей. Так, в двигателях ЗМЗ-66, ЗМЗ-21 момент затяжки составляет 6,8—7,5 кГ·м (≈68—75 н-м), в двигателе ЗИЛ-130 — 7—8кГ·м (≈70—80 н-м), а в двигателях ЯМЗ — 16—18 кГ·м (≈160—180 н-м). После затяжки корончатые гайки тщательно шплинтуются, а обычные (без прорезей под шплинты) фиксируются каким-либо другим способом (специальными контргайками, отштам­пованными из тонкой листовой стали, замковыми шайбами и т. д.).

Чрезмерная затяжка шатунных болтов или шпилек недопустима, гак как может привести к опасной вытяжке у них резьбы.

Нижние головки шатунов автомобильных двигателей обычно снабжаются подшипниками скольжения, для которых применяют сплавы, обладающие высокими антифрикционными свойствами и необходимой механической стойкостью. Только в редких случаях применяют подшипники качения, причем наружными и внутрен­ними обоймами (кольцами) для их роликов служат сама головка шатуна и шейка вала. Головка в этих случаях делается неразъем­ной, а коленчатый вал — составным или разборным. Так как вместе с изношенным роликовым подшипником приходится иногда заменять весь шатунно-кривошипный узел, то широкое применение подшипники качения находят лишь в сравнительно дешевых двига­телях мотоциклетного типа.

Из антифрикционных подшипниковых сплавов в двигателях внутреннего сгорания чаще всего применяют баббиты на оловянной или свинцовой основах, алюминиевые высокооловянистые сплавы и свинцовистую бронзу. На оловянной основе в автомобильных двигателях применяют сплав баббит Б-83, содержащий 83% олова. Это качественный, но довольно дорогой подшипниковый сплав. Более дешевым является сплав на свинцовой основе СОС-6-6, содержащий по 5—6% сурьмы и олова, остальное — свинец. Его называют также малосурьмянистым сплавом. Он обладает хоро­шими антифрикционными и механическими свойствами, стоек против коррозии, отлично прирабатывается и по сравнению со спла­вом Б-83 способствует меньшему износу шеек коленчатого вала. Сплав СОС-6-6 применяется для большинства отечественных карбю­раторных двигателей (ЗИЛ, МЗМА и др.). В двигателях с повы­шенными нагрузками па шатунные подшипники применяют высокооловянистый алюминиевый сплав, содержащий 20% олова, 1% меди, остальное — алюминий. Такой сплав используется, напри­мер, для подшипников V-образных двигателей ЗМЗ-53, ЗМЗ-66 и др.

Для шатунных подшипников дизелей, работающих с особенно высокими нагрузками, применяют свинцовистую бронзу Бр.С-30, содержащую 30% свинца. Как подшипниковый материал, свинцо­вистая бронза обладает повышенными механическими свойствами, но сравнительно плохо прирабатывается и подвержена коррозии под воздействием кислотных соединений, накапливающихся в мас­ле. При использовании свинцовистой бронзы картерное масло должно содержать поэтому специальные присадки, предохраняю­щие подшипники от разрушения.

В старых моделях двигателей антифрикционный сплав зали­вали непосредственно по основному металлу головки, как говори­лось «по телу». Заливка по телу не оказывала заметного влияния на габариты и вес головки. Хорошо обеспечивала отвод тепла от шатунной шейки вала, но так как толщина слоя заливки состав­ляла более 1 мм, то в процессе работы вместе с износом сказывалась заметная усадка антифрикционного сплава, вследствие чего отно­сительно быстро увеличивались зазоры в подшипниках и возни­кали стуки. Чтобы устранить или предупредить стуки подшипни­ков, их периодически приходилось подтягивать, т. е. устранять излишне большие зазоры за счет уменьшения числа тонких латун­ных прокладок, которые с этой целью (около 5 штук) ставились в разъем нижней головки шатуна.

Метод заливки по телу в современных быстроходных транспорт­ных двигателях не применяется. Нижние головки их снабжаются сменными взаимозаменяемыми вкладышами, форма которых точно соответствует цилиндру, состоящему из двух половин (полуколец). Общий вид вкладышей показан на рис. 1. Два вкладыша 12, поставленные в головку, образуют ее подшипник. Вкладыши имеют стальную, реже бронзовую, основу, с нанесенным на пей слоем антифрикционного сплава. Различают вкладыши толстостен­ные и тонкостенные. Вкладыши несколько увеличивают габариты и вес нижней головки шатуна, особенно толстостенные, имеющие толщину стенок более 3—4 мм. Поэтому последние применяются только для сравнительно тихоходных двигателей.

Шатуны быстроходных автомобильных двигателей, как правило, снабжаются тонкостенными вкладышами, выполненными из сталь­ной ленты толщиной 1,5—2,0 мм, покрытой антифрикционным сплавом, слой которого составляет всего 0,2—0,4 мм. Такие двух­слойные вкладыши называются биметаллическими. Они применяют­ся на большинстве отечественных карбюраторных двигателей. В настоящее время получили распространение трехслойные так называемые триметаллические тонкостенные вкладыши, у которых на стальную ленту сначала наносится подслой, а потом уже анти­фрикционный сплав. Триметаллические вкладыши толщиной 2 мм применяются, например, для шатунов двигателя ЗИЛ-130. На сталь­ную ленту таких вкладышей наносится медно-никелевый подслой, покрытый малосурьмянистым сплавом СОС-6-6. Трехслойные вкла­дыши применяются также для шатунных подшипников дизелей. Слой свинцовистой бронзы, толщина которого обычно составляет 0t3—0,7 мм, сверху покрывают еще тонким слоем свинцово-оловянистого сплава, что улучшает прирабатываемость вкладышей и пре­дохраняет их от коррозии. Трехслойные вкладыши допускают большие удельные давления на подшипники, чем биметаллические.

Гнездам под вкладыши и самим вкладышам придают строго цилиндрическую форму, а поверхности их обрабатывают с высокой точностью и чистотой, обеспечивая полную взаимозаменяемость для данного двигателя, что значительно упрощает ремонт. Под­шипники с тонкостенными вкладышами не нуждаются в периоди­ческой подтяжке, так как имеют малую толщину антифрикционного слоя, не дающего усадки. Они ставятся без регулировочных про­кладок, а изношенные заменяются новым комплектом.

С целью получения надежного прилегания вкладышей и улучшения их контакта со стенками головки шатуна они изготовляются так, чтобы при затягивании шатунных болтов обеспечивался неболь­шой гарантированный натяг. От проворачивания тонкостенные вкладыши удерживаются фиксирующим усом, который отгибается у одной из кромок вкладыша. Фиксирующий ус входит в специаль­ную пазовую канавку, выфрезерованную в стенке головки у разъема (см. рис. 4). Вкладыши с толщиной стенок 3 мм и более толстые, фиксируются штифтами (дизели В-2, ЯМЗ-204 и др.).

Шатунные подшипниковые вкладыши современных автомобиль­ных двигателей смазываются маслом, поступающим под давлением через сверление в кривошипе из общей системы смазки двигателя. Для поддержания давления в смазочном слое и увеличения его несущей способности рабочую поверхность шатунных вкладышей рекомендуется выполнять без маслораспределительных дуговых или продольных сквозных канавок. Диаметральный зазор между вкладышами и шатунной шейкой вала обычно составляет 0 025— 0,08 мм.

В тронковых двигателях внутреннего сгорания применяют шатуны двух типов: одинарные и сочлененные.

Одинарные шатуны, конструкция которых подробно рассмат­ривалась выше, получили большое распространение. Они приме­няются во всех однорядных двигателях и широко используются в двухрядных автомобильных двигателях. В последнем случае на каждую кривошипную шейку вала рядом друг с другом устанав­ливают два обычных одинарных шатуна. Вследствие этого один ряд цилиндров смещается относительно другого вдоль оси вала на величину, равную ширине нижней головки шатуна. Чтобы уменьшить такое смещение цилиндров, нижнюю головку изготов­ляют с возможно меньшей шириной, а иногда шатуны выполняют с асимметричным стержнем. Так, в V-образных двигателях автомо­билей ГАЗ-53, ГАЗ-66 стержни шатунов смещены относитель­но оси симметрии нижних головок на 1 мм. Смещение осей цилин­дров левого блока относительно правого составляет в них 24 мм.

Использование обычных одинарных шатунов в двухрядных дви­гателях приводит к увеличению длины шатунной шейки вала и общей длины двигателя, но в целом такая конструкция является самой простой и экономически целесообразной. Шатуны имеют одинаковую конструкцию, создаются и одинаковые условия работы для всех цилиндров двигателя. Шатуны можно полностью унифи­цировать также с шатунами однорядных двигателей.

Сочлененные шатунные узлы представляют единую конструк­цию, состоящую из двух спаренных между собой шатунов. Их обыч­но используют в многорядных двигателях. По характерным призна­кам конструкции различают вильчатые, или центральные, и кон­струкции с прицепным шатуном (рис. 5).

 


Рис. 5. Сочлененные шатуны: а) вильчатой конструкции, б) с прицепным шатуном

У вильчатых шатунов (см. рис. 5, а), используемых иногда в двухрядных двигателях, оси больших головок совпадают с осью шейки вала, в связи с чем их называют также центральными. Большая головка главного шатуна 1 имеет вильчатую конструкцию; а головка вспомогательного шатуна 2 устанавливается в развилку главного шатуна. Его называют поэтому внутренним, или средним, шатуном. Оба шатуна имеют разъемные нижние головки и снаб­жаются общими для них вкладышами 3, которые от проворачивания чаще всего фиксируются штифтами, расположенными в крышках 4 вильчатой головки. У зафиксированных таким образом вкладышей внутренняя поверхность, соприкасающаяся с шейкой вала, пол­ностью покрывается антифрикционным сплавом, а наружная — только в средней части, т. е. в зоне размещения вспомогательного шатуна. Если вкладыши не фиксируются от проворачивания, то поверхности их с обеих сторон полностью покрываются анти­фрикционным сплавом. В этом случае вкладыши изнашиваются более равномерно.

Центральные шатуны обеспечивают одинаковую величину хода поршней во всех цилиндрах V-образного двигателя, как и обычные одинарные шатуны. Однако комплект их довольно сложен в про­изводстве, а вилке не всегда удается придать нужную жест­кость.

Конструкции с прицепным шатуном проще в производстве и обладают надежной жесткостью. Примером такой конструкции может служить шатунный узел дизеля В-2, показанный на рис. 5, б. Он состоит из главного 1 и вспомогательного прицепного 3 шатунов. Главный шатун имеет верхнюю головку и двутавровый стержень обычной конструкции. Нижняя его головка снабжена тонкостен­ными вкладышами, залитыми свинцовистой бронзой, и выполнена с косым разъемом относительно стержня главного шатуна; иначе ее нельзя скомпоновать, так как под углом 67° к оси стержня на ней размещают две проушины 4, предназначенные для крепления при­цепного шатуна 3. Крышка главного шатуна крепится шестью шпильками 6, завернутыми в тело шатуна, причем от возможного проворачивания они фиксируются штифтами 5.

Прицепной шатун 3 имеет двутавровое сечение стержня; обе головки его неразъемны и поскольку условия их работы аналогич­ны, то они снабжены бронзовыми подшипниковыми втулками. Сочленение прицепного шатуна с главным осуществляется при помощи полого пальца 2, закрепленного в проушинах 4.

В конструкциях V-образных двигателей с прицепным шатуном последний располагают относительно стержня главного шатуна справа по вращению вала, чтобы уменьшить боковое давление на стенки цилиндра. Если при этом угол между осями отверстий в проушинах крепления прицепного шатуна и стержня главного шатуна больше угла развала между осями цилиндров, то ход порш­ня прицепного шатуна будет больше хода поршня главного шатуна.

Объясняется это тем, что нижняя головка прицепного шатуна опи­сывает не окружность, как головка главного шатуна, а эллипс, большая ось которого совпадает с направлением оси цилиндра, поэтому у поршня прицепного шатуна 5 > 2г, где 5 — величина хода поршня, а г — радиус кривошипа. Например, у дизеля В-2 оси цилиндров расположены под углом 60°, а оси отверстий в про­ушинах 4 пальца нижней (большой) головки прицепного шатуна и стержня главного шатуна — под углом 67°, вследствие чего раз­ница в величине хода поршней составляет в нем 6,7 мм.

Сочлененные шатуны с прицепивши и особенно с вильчатыми конструкциями кривошипных готовок вследствие относительной их сложности в двухрядных автомобильных двигателях применяют­ся очень редко. Наоборот, использование прицепных шатунов в звездообразных двигателях является необходимостью. Большая (нижняя) головка главного шатуна в звездообразных двигателях выполняется неразъемной.

При сборке автомобильных и других быстроходных двигателей шатуны подбирают из условий, чтобы комплект их имел минималь­ную разницу в весе. Так, в двигателях автомобилей «Волга», ГАЗ-66 и ряде других верхняя и нижняя головки шатунов подгоняются по весу с отклонением ±2 г, т. е. в пределах 4 г (≈0,04 н). Следо­вательно, общая разница в весе шатунов не превышает у них 8 г (≈0,08 н). Лишний металл обычно снимают с бобышэк-приливов, крышки шатуна и верхней головки. При отсутствии у верхней головки специального прилива вес подгоняют обтачиванием ее с обе­их сторон, как, например, в двигателе ЗМЗ-21.

Отклонения от весовых показателей, принятых для шатунно-поршневой группы, не допускаются, так как это нарушает уравно­вешенность двигателя.

 

  Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.


Newer news items:

Older news items:


Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о