0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шатун из чего состоит

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Основной задачей двигателей внутреннего сгорания, использующиеся на всевозможной технике, является преобразование энергии, которая выделяется при сжигании определенных веществ, в случае с ДВС – это топливо на основе нефтепродуктов или спиртов и воздуха, необходимого для горения.

Преобразование энергии производится в механическое действие – вращение вала. Далее уже это вращение передается дальше, для выполнения полезного действия.

Однако реализация всего этого процесса не такая уж и простая. Нужно организовать правильно преобразование выделяемой энергии, обеспечить подачу топлива в камеры, где производиться сжигание топливной смеси для выделения энергии, отвод продуктов горения. И это не считая того, что тепло, выделяемое при сгорании нужно куда-то отводить, нужно убрать трение между подвижными элементами. В общем, процесс преобразования энергии сложен.

Поэтому ДВС – устройство довольно сложное, состоящее из значительного количества механизмов, выполняющих определенные функции. Что же касается преобразования энергии, то выполняет его механизм, называющийся кривошипно-шатунным. В целом, все остальные составные части силовой установки лишь обеспечивают условия для преобразования и обеспечивают максимально возможный выход КПД.

Шатун поршня двигателя (Часть1).

Шатун поршня в двигателе внутреннего сгорания играет очень важную роль, он является соединяющим звеном цепочки: поршень — коленчатый вал. Он преобразует вращение коленвала в поступательные движения поршня. При работе двигателя шатун испытывает на себе переменные циклические нагрузки, поэтому одной из важных характеристик отвечающих за его ресурс, является усталостная прочность.

Усталостная прочность шатуна достигается изготовлением его из правильно подобранного материала, удачной конструкции и соблюдении всех технологий.

Для изготовления шатунов применяют стали с содержанием углерода 0,3 — 0,45%:

  • марганцовистые;
  • хромистые;
  • хромоникелевые;
  • хромомолибденовые.

Шатун состоит из стержня, нижней и верхней головки по краям. Через поршневой палец на верхней головке крепится поршень, на нижней, которая является разъемной — коленчатый вал.

Заготовки шатунов получают штамповкой в несколько этапов с промежуточной термообработкой. Это дает высокую вязкость и пластичность при невысокой твердости.

При проектировании двигателя, в шатун закладывается высокая прочность его конструкции путем снятия или максимального уменьшения напряжений в опасных местах.

Для придания прочности конструкции должны быть выполнены следующие условия:

  • Переход между верхней головкой и стержнем должен быть максимально широким, в идеальном случае он должен равняться радиусу верхней головки.
  • Стержень должен расширяться к нижней головке.
  • Середина крышки нижней головки должна иметь большое сечение.
  • Площадки под болты и гайки нижней головки не должны ослаблять конструкцию.

Для надежной работы шатуна, должен обладать высокой прочностью не только сам шатун, но и болты, соединяющие две половинки его нижней головки. Так как болты, как и сам шатун подвержены цикличным нагрузкам. Для придания прочности их изготавливают из стали с низким содержанием углерода 0.3%. Резьба на болтах не нарезается, а накатывается, так как катаная резьба прочнее нарезной на 20-30%. Шаг резьбы на болтах: чаще всего М8х1, М9х1 и М10х1, реже применяется М10х1.25, еще реже М8х0.75.

Для центрирования крышек применяются разные варианты.

На большинстве двигателей применяются шатуны с плоским стыком крышки, так как его нижняя часть беспрепятственно проходит сквозь цилиндр (при установке на двигатель поршня и шатуна в сборе). Но встречаются двигатели, где это сделать проблематично, например, на некоторых дизельных двигателях, где шатун из-за больших нагрузок на него выполнен массивнее. При плоском стыке нижняя головка может не пройти в цилиндр, поэтому на таких двигателях делают косой стык по треугольным или прямоугольным шлицам.

Из-за облегчения центрирования нижней крышки по отверстиям на последних двигателях VOLVO, а также ALFA ROMEO применена конструкция с треугольными шлицами на прямом стыке. У них есть один минус, при разрушении шатунного вкладыша, такие шатуны гораздо сложнее в ремонте.

На некоторых последних двигателях именитых марок BMW и FORD применяются “колотые” шатуны. У таких шатунов стыком разъема крышки является хрупкий излом. Огромным преимуществом такой конструкции шатунов является высокая точность отверстия нижней головки, она составляет порядка 0.001-0.002 мм. Но при этом они обладают большим минусом, они практически не ремонтопригодны.

Шатун является довольно точной деталью. Основной параметр закладывается в параллельности осей верхней и нижней головки. Здесь его точность должна лежать в пределах 0.02 — 0.03 мм на расстоянии 100 мм. В одном двигателе шатуны могут отличаться по массе не более чем на 1% от массы шатуна.

Для уравновешенности всей кривошипно-шатунной системы необходимо провести развесовку шатунов и поршней. Так вот, когда речь идет о развесовке шатунов, то их вес учитывается по отдельности. Для уравновешенности коленчатого вала учитывается вес только нижней головке шатуна, так как именно она совершает вращательное движение и должна быть уравновешенна противовесом коленчатого вала.

Масса нижней его части может быть определена путем ее взвешивания, когда верхняя головка находится на шарнирной опоре.

Масса верхней его части определяется аналогично, только в этом случае на весах взвешивается его передняя часть, а задняя часть находится на шарнирной опоре.

В сумме оба веса должны дать общую массу шатуна.

В следующей части статьи шатун поршня двигателя мы поговорим о верхней головке шатуна.

Устройство автомобилей

Шатунная группа

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.

Двигатель внутреннего сгорания

Шатун для двигателя внутреннего сгорания состоит из «большого конца», «штока» и «малого конца» (или «маленького конца»). Маленький конец прикрепляется к поршневому пальцу (также называемому «поршневой палец» или «запястье»), который может поворачиваться в поршне. Обычно шатун соединяется с шатунной шейкой с помощью подшипника скольжения для уменьшения трения; однако некоторые двигатели меньшего размера могут вместо этого использовать подшипник качения , чтобы избежать необходимости в насосной системе смазки.

Обычно в подшипнике на большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазочное масло разбрызгивается на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневых колец .

Шатун может вращаться на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала .

Материалы

Материалы, используемые для шатунов, широко варьируются, в том числе углеродистая сталь, спеченный металл на основе железа, микролегированная сталь, чугун с шаровидным графитом. В массовых автомобильных двигателях шатуны чаще всего изготавливаются из стали . В высокопроизводительных приложениях могут использоваться «заготовки» шатунов, которые изготавливаются из цельной металлической заготовки , а не отливаются или кованы.

Другие материалы включают T6- 2024 алюминиевый сплав или T651- 7075 из алюминиевого сплава , которые используются для легкости и способности поглощать большое влияние за счет долговечности. Титан — более дорогой вариант, который снижает вес. Чугун можно использовать для более дешевых приложений с более низкими характеристиками, таких как мотороллеры.

Отказ во время работы

Во время каждого вращения коленчатого вала на шатун часто действуют большие и повторяющиеся силы: силы сдвига из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, силы сжатия, когда поршень движется вниз, и силы растяжения, когда поршень движется вверх. Эти силы пропорциональны квадрату частоты вращения двигателя (об / мин).

Отказ шатуна, часто называемый «выбросом шатуна», является одной из наиболее частых причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, поскольку часто сломанный стержень проходит через боковую часть картера, что приводит к неисправности двигателя. Распространенными причинами выхода из строя шатуна являются разрушение при растяжении из-за высоких оборотов двигателя, сила удара, когда поршень ударяет по клапану (из-за проблемы с клапанным механизмом), выход из строя подшипника штока (обычно из-за проблемы со смазкой или неправильной установки шатуна.

Износ цилиндра

Боковое усилие, действующее на поршень через шатун со стороны коленчатого вала, может привести к изнашиванию цилиндров до овальной формы. Это значительно снижает производительность двигателя, поскольку круглые поршневые кольца не могут должным образом плотно прилегать к стенкам цилиндра овальной формы.

Величина бокового усилия пропорциональна углу шатуна, поэтому более длинные шатуны уменьшают величину бокового усилия и износ двигателя. Однако максимальная длина шатуна ограничена размером блока двигателя; длина хода плюс длина соединительного стержня не должна приводить к поршню бегущего мимо верхней части блока цилиндров.

Штанги Master-and-Slave

В радиальных двигателях обычно используются шатуны типа «ведущий и ведомый», при этом один поршень (самый верхний поршень на анимации) имеет ведущий стержень, непосредственно прикрепленный к коленчатому валу. Остальные поршни прикрепляют крепления своих шатунов к кольцам по краю ведущего штока.

Многорядные двигатели с большим количеством цилиндров, такие как двигатели V12 , имеют мало места для многих шатунных шейек на ограниченной длине коленчатого вала. Самое простое решение, которое используется в большинстве двигателей дорожных автомобилей, состоит в том, чтобы каждая пара цилиндров имела общую шейку кривошипа , но это уменьшает размер подшипников штока и означает, что совпадающие (т. Е. Противоположные) цилиндры в разных рядах слегка смещены по длине. ось коленчатого вала (создающая качающуюся пару ). Другое решение состоит в использовании соединительных стержней типа «ведущий-ведомый», где ведущий стержень также включает в себя один или несколько кольцевых штифтов, которые соединены с большими концами ведомых стержней на других цилиндрах. Недостатком штоков «главный-подчиненный» является то, что ход подчиненных поршней будет немного длиннее, чем ход главного поршня, что увеличивает вибрацию в V-образных двигателях.

Одним из самых сложных примеров шатунов типа «ведущий-ведомый» является 24-цилиндровый экспериментальный авиационный двигатель Junkers Jumo 222 , разработанный для Второй мировой войны. Этот двигатель состоял из шести рядов цилиндров, по четыре цилиндра в каждом. В каждом «слое» из шести цилиндров использовался один главный шатун, а в остальных пяти цилиндрах — подчиненные шатуны. Было построено около 300 испытательных двигателей, однако двигатель не был запущен в серийное производство.

Вилочные стержни

Штанги с вилкой и лезвиями, также известные как «штанги с раздельными головками», использовались в двигателях мотоциклов V-twin и авиационных двигателях V12 . Для каждой пары цилиндров шток «вилки» разделен на две части на большом конце, а шток «лезвия» из противоположного цилиндра утончается, чтобы поместиться в этот зазор в вилке. Эта конструкция устраняет качающуюся пару, которая возникает, когда пары цилиндров смещены вдоль коленчатого вала.

Обычная конструкция подшипника шатуна состоит в том, что шток вилки имеет одну широкую опорную втулку, охватывающую всю ширину штока, включая центральный зазор. При этом стержень лопасти движется не непосредственно по шатунной шейке, а по внешней стороне этой втулки. Это заставляет два стержня колебаться вперед и назад (вместо вращения относительно друг друга), что снижает силы, действующие на подшипник, и поверхностную скорость. Однако движение подшипника также становится возвратно-поступательным, а не непрерывным, что является более сложной проблемой для смазки.

Известные двигатели, в которых используются штанги вилки и лезвия, включают авиационный двигатель Rolls-Royce Merlin V12 и различные мотоциклетные двигатели Harley Davidson V-twin.

Шатун двигателя в вопросах и ответах

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

Как работает шатун?

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

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

Из чего состоит шатун?

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

Из чего делают шатуны?

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

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

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

Как правильно покупать шатуны?

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

Сколько стоит шатун?

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

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

Почему проскакивает цепь на велосипеде?

Почему проскакивает цепь на велосипеде? Скольжение — одна из распространенных проблем велосипедной механики, с которой сталкивается каждый велосипедист.

Эта проблема не может оставаться незамеченной так как испортит вам впечатление от езды на велосипеде.

Пропуск цепи может быть вызван множеством вещей, связанных с системой трансмиссии, в большинстве случаев изношенной или несовместимой цепью. Чтобы решить эту проблему, вам потребуется провести тщательный осмотр нескольких частей, чтобы узнать, что именно источник проблемы.

Нестандартные конструкции

1. Роторная система RS4X

Стандартно шатуны на велосипеде закрепляются по одной прямой линии. При этом нога велогонщика оказывается чрезмерно согнутой в колене у верхней мертвой точки. Неудивительно, что коленные суставы периодически испытывают стресс.

Кроме того, подмечено, что при вращении педалей случается такая ситуация, при которой велосипедист не может передать целиком свою силу к заднему колесу. Мертвая зона наблюдается, когда шатуны оказываются в горизонтальном положении к земле. Естественно, из-за этого снижается коэффициент полезного действия.

В роторной системе RS4X радикально решаются перечисленные проблемы. При смещении от прямой занижается верхняя мертвая точка и исключается провал момента силы в течение всего цикла вращения педалей, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия.

Практика показывает, что новая схема установки обеспечивает фактический прирост мощности в 16% на трековом велосипеде. Из-за отсутствия резкого перепада нагрузки уменьшается риск возникновения боли в коленном суставе, а также растяжения сухожилий.

2. Шатуны для велосипеда с эллиптическими звездами

Эксперимент со звездочками нестандартной формы начался ещё в конце XIX века. Уже тогда знали о существовании проблемной мертвой зоны.

Впервые массовый выпуск овальных звезд под брендом Biopace открыла компания Shimano в 1983 году. Тогда в мире велоспорта было много споров о необходимости нововведения, но со временем они отпали, поскольку профессиональным велосипедистам новинка не понравилась. Термин Biopace прижился, и так называют случаи неравномерного вращения педалей. В настоящее время выпускается два экземпляра овальных звезд Osymetric и Q-rings специально для гоночных велосипедов.

Овальные звезды позволяют легче преодолевать провал в горизонтальном положении педалей. Передаточное отношение в этой точке повышается, чтобы соответствовать сниженному усилию на педали. Как результат, крутятся педали более плавно. Однако чудес не бывает, и при подъеме в горку придется попотеть, ведь из ничего ничто не получается.

О том, как снимать шатуны с велосипеда, — в полезном видеоролике:

Материалы

Чтобы максимально снизить вибрации и шум, а также для повышения мощности, инженеры разрабатывают шатуны и остальные элементы двигателя авто максимального малого веса. Однако постоянное облегчение ведет к понижению прочностных характеристик. А ведь шатун – это деталь, испытывающая огромные нагрузки. Элемент должен иметь определенный запас прочности.

Для экономии и для снижения себестоимости производства, изделия для ДВС изготавливают преимущественно из чугуна методом литья. Данный подход отлично применяется бензиновых моторов. Чугун – это идеальный компромисс между ценой и прочностью.

Что касается дизелей, то все детали здесь работают под еще более серьезными нагрузками. Поэтому чугун здесь неуместен. Шатуны для дизельных ДВС производят штамповкой и горячей ковкой. Материал в данном случае – специальные легированные стали. Шатун, изготовленный методом ковки, значительно прочнее литых чугунных изделий. Но и цена значительно выше.

Кривошипно-шатунный механизм

Основными рабочими компонентами КШМ являются коленчатый вал, поршни с шатунами и маховик.

Поршень

Движение поршня в цилиндре происходит в результате сгорания топливовоздушной смеси. Возникает давление, которое воздействует на днище поршня. В разных типах двигателей оно может отличаться по своей форме. В бензиновых изначально днище было плоским, затем стали применять вогнутые конструкции с проточками под клапаны. В дизельных моторах в камере сгорания сжимается изначально не топливо, а воздух. Поэтому днище поршня имеет также вогнутую форму, которая и образует камеру сгорания.

Форма днища имеет большое значение для формирования правильного факела сгорания топливовоздушной смеси.

Остальная часть поршня называется юбкой. Это своего рода направляющая, которая движется в цилиндре. Нижняя часть поршня или юбки сделана так, чтобы она не соприкасалась с шатуном во время его движения.

Поршень и его элементы

На боковой поверхности поршней выполнены канавки или проточки под поршневые кольца. Сверху располагаются два или три компрессионных кольца. Они необходимы для создания компрессии, то есть препятствуют проникновению газов между стенками цилиндра и поршнем. Кольца прижимаются к зеркалу, уменьшая зазор. Снизу расположен паз под маслосъёмное кольцо. Оно необходимо для снятия излишков масла со стенок цилиндра, чтобы то не проникало в камеру сгорания.

Поршневые кольца, особенно компрессионные, работают при постоянных нагрузках и высокой температуре. Для их изготовления применяется высокопрочные материалы типа легированного чугуна, который покрывают пористым хромом.

Поршневой палец и шатун

Шатун крепится к поршню при помощи поршневого пальца. Он представляет собой цельную или полую деталь цилиндрической формы. Палец устанавливается в отверстие в поршне и в верхней головке шатуна.

Существуют два типа крепления пальца:

  • с фиксированной посадкой;
  • с плавающей посадкой.

Наиболее распространен так называемый «плавающий палец». Для его фиксации используются стопорные кольца. Фиксированный палец устанавливается с натягом. Как правило, используется тепловая посадка.

Шатун двигателя

Шатун, в свою очередь, соединяет коленчатый вал и поршень и создает вращательные движения. При этом возвратно-поступательные движения шатуна описывают восьмерку. Он состоит из нескольких элементов:

  • стержня или основы;
  • поршневой головки (верхней);
  • кривошипной головки (нижней).

Для уменьшения трения и смазки соприкасающихся деталей в поршневой головке запрессовывается бронзовая втулка. Кривошипная головка выполнена разборной, чтобы обеспечить возможность сборки механизма. Детали точно подогнаны друг к другу и крепятся с помощью болтов и контргаек. Чтобы уменьшить трение, устанавливаются шатунные подшипники скольжения. Они выполнены в форме двух стальных вкладышей с замками. По масляным канавкам осуществляется подвод масла. Подшипники с высокой точностью подогнаны под размер соединения.

Вопреки расхожему мнению, вкладыши удерживаются от проворота не за счет замков, а из-за возникающей силы трения между их внешней поверхностью и головкой шатуна. Поэтому при установке внешнюю часть подшипника скольжения нельзя смазывать маслом.

Коленчатый вал

Коленчатый вал является сложной по устройству и изготовлению деталью. Он принимает на себя крутящий момент, давление и другие нагрузки, поэтому выполнен из высокопрочной стали или чугуна. Коленвал передает вращение от поршней на трансмиссию и другие элементы автомобиля (например, приводной шкив).

Устройство коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из нескольких основных элементов:

  • коренные шейки;
  • шатунные шейки;
  • противовесы;
  • щеки;
  • хвостовик;
  • фланец маховика.

Конструкция коленвала во многом будет зависеть от количества цилиндров в двигателе. В простом рядном четырехцилиндровом двигателе на коленчатом валу имеются четыре шатунных шейки, на которых устанавливаются шатуны с поршнями. Пять коренных шеек расположены по центральной оси вала. Они устанавливаются в опоры блока цилиндров или картера на подшипники скольжения (вкладыши). Сверху коренные шейки закрываются крышками на болтах. Соединение образует П-образную форму.

Специально обработанное место опоры под установку коренной шейки с вкладышем называется постелью.

Коренные и шатунные шейки соединены так называемыми щеками. Противовесы обеспечивают гашение излишних колебаний и обеспечивают равномерное движение коленчатого вала.

Устройство КШМ

Шейки коленвала термически обработаны и отполированы, что обеспечивает высокую прочность и точность посадки. Коленчатый вал также имеет очень точную балансировку и центровку для равномерного распределения всех действующих на него сил. В районе центральной коренной шейки, по бокам от опоры, устанавливаются упорные полукольца. Они необходимы для компенсации осевых перемещений.

На хвостовик коленвала крепятся шестерни (звездочки) привода ГРМ, а также приводной шкив навесного оборудования двигателя.

Маховик

На задней части вала имеется фланец, к которому крепится маховик. Это чугунная деталь, представляющая собой массивный диск. Благодаря своей массе маховик создает необходимую инерцию для работы КШМ, а также обеспечивает равномерную передачу крутящего момента на трансмиссию. На ободе маховика выполнен зубчатый венец для соединения с шестерней стартера. Именно маховик раскручивает коленвал и приводит в движение поршни в момент запуска двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм, конструкция и форма коленчатого вала долгие годы остаются неизменными. В основном происходят только небольшие конструктивные доработки, направленные на снижение веса, сил инерции и трения.

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector