17 января 2024
1087
Шатун, наряду с поршнем, является основным объектом интереса любителей тюнинга, поскольку он является одним из первых элементов, который следует заменить для увеличения производительности двигателя. Шатуны играют ключевую роль в двигателях, однако многие среднестатистические водители, вероятно, даже никогда их не видели. В сегодняшней статье мы обсудим функции, устройство, применение и изготовление шатунов, а также их смазку.

Конструкция шатуна
Шатун – это соединение поршня и коленчатого вала, преобразующее скользящее (линейное) движение во вращение. Конструкция шатуна зависит главным образом от диаметра поршневых и шатунных шеек и их взаимного расстояния. Важно помнить, что при определении длины шатуна также необходимо учитывать соображения противовеса. Причем на размеры шатуна влияют величина и частота напряжений, а значит, и частота вращения. На шатун действует не только давление поршня, приведённого в движение расширением газа, но и силы масс противоположного направления, изменение которых экспоненциально связано с изменением оборотов. Чтобы уравновесить эти нагрузки, вес должен быть уменьшен как можно больше, а соотношение веса и жесткости должно поддерживаться как можно более низким. Шатунная лапка также требует тщательной конструкции, и избежать раскола можно только в обмен на дорогую и трудоемкую конструкцию. Важным конструктивным моментом является то, что после снятия крышки шатунной лапки шатунно-поршневой узел можно вытащить из цилиндра, не повредив при этом подшипники коленчатого вала.

шатун.jpg

В подавляющем большинстве случаев шатуны соединяются с коленчатым валом при помощи подшипников скольжения (подшипников). Закрепление полукруглых вкладышей в разъемных шатунных лапах не представляет никаких сложностей. Подшипники качения обычно используются только в двухтактных двигателях. Установка поршневого пальца необходима только в моделях с так называемым плавающий штифт – в других моделях он установлен резистивно. Существуют конструкции, существенно отличающиеся от типовой шатунной конструкции, в которых движение поршней нескольких цилиндров в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, должно передаваться на шатунную шейку.

Силы, действующие на шатуны
Шатун нагружен инерцией, возникающей за счет силы расширяющегося газа, действующей на поршень, а также ускоренного движения массы всего поршня и шатуна. Нагрузку, возникающую из-за давления газа, достигающего максимума вблизи верхней мертвой точки поршня, можно снизить на высоких оборотах. Однако в случае легковых автомобилей этот эффект не очень значителен, поскольку установленные в них двигатели внутреннего сгорания могут свободно нагружаться даже при низких скоростях вращения. Поэтому этот эффект не учитывается при расчете двигателей легковых автомобилей.

шатун. Силы, действующие на шатуны.jpg

Вообще говоря, можно сказать, что точное определение напряжений невозможно, поскольку напряжения накапливаются в определенных точках. На напряжение элемента данного сечения влияют не только нагрузка и частота вращения двигателя, но и величина массы, действующей на этот элемент. Это означает, что нагрузка на хвостовик шатуна у основания различна, чем вокруг головки, даже если хвостовик имеет одинаковую геометрию по всей длине.
Из вышеизложенного следует, что теоретические размеры шатунов являются лишь ориентировочными и их результаты обычно модифицируются на основе предыдущего практического опыта. Тем не менее, в настоящее время существуют модели FEM, которые очень хорошо аппроксимируют фактические напряжения в шатунах. Информацию аналогичной точности можно получить с помощью оптических стресс-тестов шатуна, при которых заготовка из синтетической смолы загружается и освещается поляризованным светом, а полученное изображение предоставляет информацию о возможном распределении напряжений.

шатун. Смазка шатунов.jpgСмазка шатунов
Смазка шатунной головки обычно не представляет особых проблем. Замена масла между контактными поверхностями в четырехтактном двигателе возможна путем прокачки его через масляный насос. Небольшое количество масла также скапливается в канавках втулки. Шатунная лапка обычно имеет подшипник скольжения, имеющий компактные массу и размеры. Такая конструкция используется, если возможна смазка под давлением. Когда это невозможно или в очень быстрых гоночных двигателях используются подшипники качения. Особая трудность в такой ситуации состоит в том, что их использование возможно только в случае разъемного коленчатого вала. Масло подается к шатунному подшипнику, смазываемому под давлением, через отверстия в коленчатом валу. Масло из подшипника поступает в шейку поршня через отверстие в поршне, противоположное стенке цилиндра.
Рекомендуется смазать шатунный подшипник, если масло попало в ненагруженную часть шатунной шейки. Для этого необходимо точно знать нагруженность шеек и подшипников. Нагрузка определяется газовыми и массовыми силами, зависящими от частоты вращения коленчатого вала.

шатун. изготовления шатунов.jpgИз чего состоят шатуны?
Классический метод изготовления шатунов – цельная штамповка. При этой процедуре не возникает проблем с подготовкой валов двутаврового, «Н» или «Т» сечения с ребром жесткости. Оставшиеся на поверхности заусенцы шлифуются в плоскости симметрии так, чтобы остались только продольные следы обработки. Затем делаются отверстия для подшипников. Как и поршни, шатуны, напечатанные на 3D-принтере, сейчас производятся в значительных количествах.
Материалом, из которого они изготовлены, является сталь, которая легко рафинируется и имеет хорошие свойства удлинения. Для двигателей с более высокими характеристиками они изготавливаются из легированных сталей Cr-Mo, Cr-V и Ni, которые можно рафинировать - сегодня также распространены стали TWIP и TRIP. Кроме того, существуют еще сплавы Al-Cu-Mg. В настоящее время проводятся эксперименты с пластиковыми шатунами.
Если шатун предполагается использовать в высокопроизводительном двигателе, вся наружная поверхность повторно обрабатывается и полируется, чтобы исключить риск образования трещин.
Позвоните нам!
Ваш заказ готов к оформлению
Личный кабинет
Вам будет доступна история заказов, управление рассылками, свои цены и скидки для постоянных клиентов и прочее.
Ваш логин
Ваш пароль
Работаем для вас с 8:00 до 18:00
для сообщений
Ярославская область, город Ярославль, пр-т Машиностроителе 83
Посмотреть на карте