Шатун поршня: конструкция, причины неисправности, ремонт
Шатун поршня обеспечивает передачу энергии от поршня к коленчатому валу. Первое применение таких деталей датируется концом III века н.э. Устройства, похожие на современные шатуны использовались на лесопилках в Малой Азии, принадлежавшей Римской империи. Они служили для преобразования вращательного движения водяного колеса в поступательно для привода пилы. Подобные конструкции были обнаружены при раскопках в Эфесе, которые датируются VI веком н.э.
Шатун в процессе работы совершает 2 вида движения – круговые, в месте соединения нижней головки с коленвалом, и возвратно-поступательные, в месте соединения верхней головки и поршня. При эксплуатации двигателя на данную деталь постоянно воздействуют высокие нагрузки.
В шатун входят следующие элементы:
- Верхняя головка (поршневая)
- Нижняя головка (кривошипная)
- Силовой стержень
Поршневая головка
Поршневой палец соединяет верхнюю головку с поршнем.
В первом случае в верхнюю головку пальца впрессовываются бронзовые или биметаллические втулки. Но это относится не ко всем двигателям. Существуют модификации, где этих втулок нет, а сам палец свободно вращается в отверстии головки шатуна благодаря зазору. Для обеспечения работоспособности подобной детали важно обеспечить смазывание поршневого пальца.
Для установки фиксированных пальцев в головке шатуна проделывается отверстие цилиндрической формы, изготовленное с очень высокой точностью. Диаметр этого отверстия меньше, чем диаметр поршневого пальца. Благодаря этому обеспечивается необходимый натяг при соединении двух деталей.
Верхняя головка шатуна имеет форму трапеции. Это позволяет увеличить опорную площадь поверхности при работе поршня и снизить разрушительное воздействие очень высоких нагрузок.
Кривошипная головка
Кривошипная головка служит для соединения шатуна и коленвала. В большинстве шатунов этот элемент разъемный, что обусловлено методом сборки двигателя. Крышка головки фиксируется на шатуне болтами, но в некоторых случаях для этих целей используют штифты или бандажное крепление.
На шатуне можно использовать лишь ту крышку, которая была установлена на заводе. Это обусловлено тем, что она имеет определенный вес и размер, и потому не может быть заменена на другую.
Разъем головки относительно расположения стержня может быть прямым (90° к оси) или косым (под определенным углом к оси). В V-образных ДВС применяется последний вид.
В нижней части шатунной головки находятся подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Для их производства используется стальная лента, с внутренней стороны покрытая антифрикционным материалом, который обладает высокими противоизносными характеристиками.
Для подшипников скольжения шатунов, коренных подшипников коленвала, юбок поршней, распределительных валы, втулок пальцев, в дроссельной заслонке подходит антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Данный материал эффективно снижает трение и износ, предотвращает заклинивание поршня в цилиндре и задир поверхностей. Он не разрушается при длительном воздействии моторного масла, предотвращает движение рывками, работает в режиме масляного голодания.
Благодаря аэрозольной упаковке с выверенными параметрами распыления нанесение покрытия не вызывает затруднений. Полимеризация материала происходит как при комнатной температуре, так и при нагреве.
Силовой стержень
Стержень шатуна имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней.
В дизельных двигателях, в отличие от бензиновых, шатуны более прочные и массивные. В спорткарах для производства этих деталей используется алюминий, что способствует снижению массы автомобиля.
Все шатуны в двигателе должны иметь одинаковую массу. В противном случае при работе ДВС будут сильные вибрации. Это требование распространяется также на обе головки детали. Для выравнивания веса шатунов их взвешивают на очень точных весах. После этого, выбрав самый легкий шатун, подгоняют массу других деталей под него путем снятия части металла на головках детали и с бобышек на стержне.
Каждый автопроизводитель стремиться снизить затраты на производство и уменьшить вес деталей кривошипно-шатунного механизма. Но, ввиду того, что при работе шатуны испытывают высокие нагрузки, уменьшение их массы может отрицательно отразиться на прочности.
Для бензиновых серийных ДВС при массовом производстве шатунов применяется метод литья из специального чугуна.
При такой технологии изготовления обеспечивается идеальный баланс между себестоимостью и прочностью детали.
Шатуны для дизельных силовых агрегатов производятся методом горячей ковки или штамповки из легированной стали, так как использование литья для таких ДВС неуместно. Прочность таких изделий гораздо выше, чем у литых, но их стоимость и производство обходится дороже.
В автомобилях с форсированными ДВС и спорткарах используются шатуны из алюминиевых и титановых сплавов. Это позволяет повысить мощность двигателя и снизить его вес. Вес таких деталей на 50 % меньше, чем у стальных и чугунных шатунов.
Болты крепления крышки шатунной головки изготавливают из высоколегированной стали. В отличие от обычной углеродистой стали предел текучести такого материала в 2-3 раза выше.
Износ деталей – основная причина выхода из строя шатуна. Ремонт верхней головки производится редко, а срок службы втулки эквивалентен ресурсу всего ДВС.
Но существуют явления, при которых шатун может изогнуться или полностью разрушаться. Это происходит вследствие столкновения поршня с головкой блока, гидроудара или попадания в камеру абразивных веществ и посторонних предметов.
Подшипники нижней головки изнашиваются по причине неудовлетворительного смазывания. Об этом свидетельствует удлинение шатунных болтов, изменение цвета частей вкладышей (чернеют) и шатунной головки (становится темно-синей), замятие вкладышей. В случае, если смазывание обеспечивалось должным образом, причиной поломки служит разрушение или износ самих подшипников.
Причинами поломки шатуна может быть засорение фильтров, недостаточный уровень моторного масла и его несвоевременная замена, потеря маслом рабочих свойств, попадание в цилиндр загрязнений и абразивов.
Ремонт шатунов возможен в следующих случаях:
-
При деформации стержня
-
При износе зазора в верхней головке
-
При износе зазора и поверхности нижней части головки
Ремонтные работы начинаются с тщательного осмотра деталей.
В первую очередь производится измерение овала и диаметра, зазоров в верхней и нижней части шатуна. Для этого используется нутрометр. При нормальных показателях замена шатуна не нужна. При деформации стержня отверстия головок непараллельны, в результате чего происходит перекос цилиндра, износ коленвала, головки шатуна, поршня и стенок цилиндра. Об этом свидетельствует повышение шумности ДВС при работе на высоких оборотах. Существует еще один способ проверки шатуна на деформацию – деталь устанавливается на проверочную плиту и раскачивается.
После осмотра можно производить ремонт. Качество работ напрямую зависит от точности специального оборудования.
Добиться нужного размера зазора нижнего шатуна позволяет снятие некоторого количества металла с поверхности крышки головки. Затем крышку следует установить на штатное место и зафиксировать при помощи болтов.
При расточке отверстия головки нужно учитывать заданный размер детали.
Операция выполняется на расточном или универсальном станке. После этого выполняется хонингование.
При увеличенном зазоре под поршневой палец необходимо поменять бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь в процессе приработке примет нужный размер. Следует учитывать, что отверстия втулки и головки должны совместиться, иначе моторное масло, выходящее из поршня, не попадет на поршневой палец.
После расточки следует взвесить шатуны и подогнать их по массе. Для этой процедуры используется самая легкая деталь.
Шатунные вкладыши дополнительно следует обработать антифрикционным покрытием MODENGY Для деталей ДВС.
Возврат к списку
Шатун двигателя: устройство, предназначение
При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т.к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения.
Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.
Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.
Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность.
Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала.
Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.
Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.
Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться.
Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.
Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными.
Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.
Ремонт шатунов двигателя — работа не сложная. Хотя при поломке последствия могут быть очень плачевными, поэтому важно уметь определять поломку этой детали и пути быстрого ремонта.
Первый признак поломки — стук в двигателе. Но многие могут спутать его со звукам распредвала, клапана или других элементов двигателя. Перепутать стук шатунов двигателя с другими звуками очень сложно. Он очень сильно похож на частый и громкий стук молотка.
Для того чтобы проверить в каком цилиндре поломка нужно попробовать снять провода с крышки трамблёра, но делать это нужно последовательно. Сняв один из проводов звук в двигателе уменьшится — это значит, что поломка скрыта именно в этом цилиндре.
На инжекторных двигателях сделать это немного сложнее. На модификации с фишками, нужно снять фишку с катушки зажигания, тем самым отключив нужный цилиндр.
После того как вы определили в каком цилиндре поломка — разберите двигатель и проверьте все шатуны. Если окажется что помимо сломанного шатуна в двигателе есть ещё и гнутые, то проблема может возникнуть в том, что с одной стороны поршень будет испытывать большее трение, а с другой пропускать масло, что впоследствии приведёт к образованию нагара.
Определить гнутый шатун очень просто. Для этого вам понадобится плоская поверхность и наждачная бумага. Натяните бумагу на поверхность и потрите об неё каждый шатун поршневой головкой. Если шатун ровный, то поверхность верхней головки будет равномерно блестящая. Если же шатун кривой, то поверхность будет блестеть не равномерно. В случае если шатун кривой — его так же следует заменить.
Менять шатун нужно в нескольких случаях:
- Деформирован стержень
- Появились зазоры в верхней или нижней части головки
Какие же могут быть причины обрыва шатуна в двигателе? Очень просто!
- Поддерживайте достаточный уровень масла
- Меняйте фильтр, не допускайте его загрязнения
- Меняйте масло каждые 7-12 тыс км
Перед началом восстановления шатунов двигателявнимательно осмотрите все шатуны и проверьте какие из них можно отремонтировать, а какие следует заменить.
Чтобы хорошо и правильно отремонтировать шатун, желательно использовать специализированное оборудование, если у вас такого оборудования нет, то лучше доверить дело профессионалам.
Во-первых, для того чтобы привести нижний шатун в идеальное заводское состояние — вам нужно обточить крышку головки. Слой, который вы снимите, должен быть минимальным. После проведения операции установить головку в прежнее положение и затяните болты.
Во-вторых, помните, что нельзя растачивать головку больше установленного диаметра. Для того чтобы не превысить допустимое значение — расточку следует выполнять на специализированном станке.
В-третьих, после расточки шатуна может увеличиться зазор под поршневым пальцем в головке. Для решения этой проблемы нужно заменить бронзовую втулку, после чего она примет требуемый диаметр.
Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности
Конструкция шатуна
Шатун передает энергию от поршня к коленчатому валу.
При этом он совершает два вида движения: круговое и возвратно-поступательное. Первое происходит в месте соединения его нижней головки с коленвалом, второе – в зоне соединения верхней головки с поршнем. Вследствие такой конструкции шатун постоянно испытывает высокие нагрузки во время работы.
Шатун поршня состоит из следующих элементов.
Поршневая головка
Верхняя (поршневая) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, которая соединяется с поршнем при помощи пальца: плавающего или фиксированного.
В верхней головке плавающего пальца обычно расположены бронзовые или биметаллические втулки. Если их нет, палец свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данный механизм функционировал нормально, ему требуется достаточное количество смазки.
Чтобы обеспечить необходимый уровень натяга, фиксированный палец вставляется в цилиндрическое отверстие меньшего диаметра.
Так как на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки, она имеет трапециевидную форму. Это позволяет увеличить опорную поверхность при работе поршня.
Кривошипная головка
Нижняя (кривошипная) головка соединяет коленчатый вал и шатун. Многие шатуны обладают разъемной кривошипной головкой, что зависит от метода сборки двигателя. Крышку головки с шатуном соединяют болты, штифты или бандажное крепление.
На каждый шатун можно установить только ту крышку, которой он оснащался с завода, так как она обладает определенным весом и размером. При ремонте данную деталь заменить нельзя.
По расположению стержня головка может быть прямой или косой. Последняя характерна для V-образных двигателей и используется для уменьшения размеров силового агрегата.
В нижней части шатунной головки располагаются подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала.
Их изготавливают из стальной ленты, которая изнутри обработана антифрикционным материалом с высокими износостойкими характеристиками. Особенностью этого слоя является то, что он работает только в присутствии моторного масла, а в режиме «сухого трения» очень быстро истирается.
Покрытие может наноситься как на заводе-изготовителе, так и при дальнейшем обслуживании двигателя в условиях гаража или автосервиса. Для защиты подшипников скольжения и других деталей силового агрегата оптимально подходит антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY Для деталей ДВС.
Чаще всего его применяют на юбках поршней, дроссельных заслонках, вкладышах распредвала, подшипниках скольжения.
MODENGY Для деталей ДВС обладает следующими преимуществами:
- Имеет широкий диапазон рабочих температур: от -70 до +260 °C
-
Повышает КПД двигателя
-
Снижает трение и износ
-
Защищает детали от задиров в режиме масляного голодания
-
Снижает расход топлива
-
Отверждается при комнатной температуре
Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель‑активатор MODENGY.
Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия с основанием.
Силовой стержень
Силовой стержень многих шатунов имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях используются более прочные и массивные детали, чем в бензиновых. В спорткарах устанавливаются шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.
Все шатуны должны иметь одинаковый вес, в противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата.
Из чего изготавливают шатуны?
Каждый производитель стремится уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но так как на шатуны в процессе работы двигателя воздействуют высокие нагрузки, уменьшать их массу нежелательно – это может пагубно отразиться на прочности изделий.
При массовом производстве шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет добиться практически идеального соотношения прочности и стоимости деталей.
В дизельных силовых агрегатах шатуны испытывают более высокие нагрузки, поэтому их производят из легированной стали методом горячей ковки или горячей штамповки. Получаемые детали прочнее, но при этом дороже литых.
В мощных автомобилях и спорткарах используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Они в два раза легче стальных и чугунных, что позволяет снизить вес двигателя и увеличить его оборотистость.
Большое значение играет конструкционный материал, из которого изготовлены болты крепления крышки шатунной головки. Их производят из высоколегированной стали, предел текучести которой в 2-3 раза больше, чем у обычной углеродистой.
Почему шатуны выходят из строя?
Основной причиной выхода шатунов из строя является износ деталей.
Верхняя головка редко подвергается ремонту, а рабочий ресурс втулки нередко оказывается равен ресурсу самого двигателя.
Нарушение формы или разрушение шатуна может произойти вследствие гидроудара, попадания внутрь двигателя абразивных веществ и посторонних предметов, соударения головки блока и поршня.
Подшипники нижней головки могут выйти из строя вследствие недостаточного смазывания. Определить такую неисправность можно по замятию вкладышей, удлинению шатунных болтов, темно-синему окрасу шатунной головки и потемнению вкладышей.
К поломке шатуна приводит недостаточный уровень масла в двигателе, засорение масляного фильтра, загрязнение цилиндра абразивами и посторонними предметами.
Ремонт шатунов
Шатуны нуждаются в ремонте, если наблюдаются:
Перед началом работ шатун тщательно осматривается, при помощи нутрометра измеряется диаметр детали, зазоры в верхней и нижней части.
Если все показатели в норме, менять шатун не потребуется. При деформации стержня отверстия головок перестают быть параллельными, что приводит к перекосу цилиндра. Об этом свидетельствуют повышенная шумность двигателя при работе на холостом ходу, следы износа на коленвале, головке шатуна, поршне и стенках цилиндра. Еще одним методом проверки шатуна на деформацию является его раскачка на специальной проверочной плите.
После проведения всех необходимых измерений приступают к ремонту.
Чтобы получить нужную геометрию зазора нижнего шатуна, необходимо убрать небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этого крышка ставится назад и фиксируется при помощи болтов.
Расточка отверстия головки по требуемому размеру производится на расточном или универсальном станке. После операции выполняется хонингование.
Если зазор под поршневой палец увеличен, бронзовая втулка под верхнюю головку меняется, и новая деталь принимает нужный размер.
Очень важно, чтобы отверстия головки и втулки совместились. В этом случае масло не будет попадать на поршневой палец.
Шатунные вкладыши и юбки поршней рекомендуется дополнительно обработать антифрикционным покрытием.
Поршни и шатуны двигателей
Функция поршня состоит в том, чтобы действовать как подвижная заглушка в цилиндре, образуя нижнюю часть камеры сгорания. Между поршнем и стенкой цилиндра имеется газонепроницаемое уплотнение, так что единственный способ расширить горячие газы сгорания — это заставить поршень опуститься. Это тот же принцип, что и у пушечного ядра, но вместо того, чтобы лететь в чей-то любимый пиратский корабль, поршень выталкивается обратно вверх по цилиндру вращающимся коленчатым валом, и цикл повторяется.
Более 60 % трения внутри двигателя возникает из-за движения поршня в сборе, поэтому это основное направление для повышения эффективности двигателей. Поршень все еще находится в стадии разработки и исследований, как мы вскоре увидим более подробно.
При изменении направления движения поршня вверх и вниз возникают огромные силы. Более легкий поршневой узел имеет меньший импульс, поэтому он оказывает меньшее усилие и позволяет использовать двигатели с более высокими оборотами. Это означает, что существует постоянный толчок к уменьшению веса шатуна и поршня.
Поршень соединен с коленчатым валом через шатун , часто сокращается до стержень или же шатун . Эти части вместе называются поршень в сборе . Оба конца шатуна могут свободно поворачиваться: часть шатуна, которая соединяется с поршнем, называется маленький конец , а конец, который крепится к коленчатому валу, называется большой конец . Большой конец будет иметь вкладыши подшипников которые минимизируют трение и поддерживают точный масляный зазор с шатунной шейкой на коленчатом валу.
Шатун разделен на две части — с крышка штока используется для зажима вокруг подшипника шатуна и коленчатого вала.
Компоненты сборки поршня
Поршень
Вся мощность в двигателе создается за счет силы, действующей на верхнюю часть поршня. Эта сила определяется как произведение площади поршня на давление газа. Большие поршни и более высокое давление газа обеспечат большую мощность. В целом размер поршня ограничен конструкцией двигателя, но поршень играет жизненно важную роль в поддержании высокого давления газа, создавая газонепроницаемое уплотнение со стенкой цилиндра.
Верхняя поверхность поршня называется корона (также головка или же купол ). В серийных двигателях существуют различные формы короны, но обычно она бывает плоской, выпуклой или выпуклой.
[Различные формы коронок]
Почти все современные поршни включают предохранительные клапаны которые обеспечивают зазор вокруг клапанов в верхней части хода поршня.
Головка, являющаяся областью непосредственного контакта с горячими дымовыми газами, сильно нагревается. Именно эта область расширяется больше всего, поэтому от нижней части поршня будет небольшой конус внутрь, чтобы обеспечить больший зазор вокруг этой верхней площадки между головкой и верхним поршневым кольцом.
Хотя нам нужно газонепроницаемое уплотнение, нам также нужно, чтобы поршень плавно двигался по цилиндру с минимальным трением, поэтому поршню требуется некоторое зазор . Типичный поршень имеет зазор 0,1 мм (0,004 дюйма) между собой и стенкой цилиндра, что примерно равно ширине человеческого волоса. Чтобы сохранить этот зазор, поршень должен быть точно обработан, а сплав, из которого он сделан, точно рассчитан с учетом теплового расширения.
Небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра перекрывается поршневые кольца , которые входят в канавки на поршне в области, известной как поршневой ремень . Промежутки между этими бороздками называются кольцевые земли .
Поршень прикреплен к шатуну короткой полой трубкой, называемой штифт на запястье , или же поршневой палец . Этот штифт на запястье несет всю силу горения.
На поршень действуют не только вертикальные силы во время сгорания, но и боковые силы, вызванные постоянно изменяющимся углом наклона шатуна. Из-за этих боковых сил поршень нуждается в гладких поверхностях, чтобы прижиматься к стенке цилиндра и удерживать поршень в вертикальном вертикальном положении. Боковые поверхности поршня называются юбка поршня .
[Полная юбка против юбки-тапочки]
Есть два типа юбок. Самым основным является пышная юбка или сплошная юбка, представляющая собой поршень классической трубчатой формы. Эта конструкция до сих пор используется в двигателях грузовиков и больших коммерческих автомобилей, но уже давно заменена на легковых автомобилях и мотоциклах более легкой конструкцией, известной как скользящий поршень .
У плунжерного поршня срезана часть юбки, оставлены только поверхности, которые опираются на переднюю и заднюю стенки цилиндра.
Это удаление минимизирует вес и уменьшает площадь контакта между поршнем и стенкой цилиндра, тем самым уменьшая трение.
Современные серийные двигатели дополнительно снижают трение между поршнем и стенкой цилиндра за счет использования покрытия поршня с низким коэффициентом трения , похоже на тефлон в сковороде с антипригарным покрытием. Эти покрытия обычно наносят методом трафаретной печати на юбки поршней, например, как показано на рисунке покрытие на основе графита на двигателе Ford Fiesta Ecoboost.
[Поршень Ford]
Когда поршень толкается вниз во время такта сгорания, он оказывает боковое усилие в направлении, противоположном наклонному шатуну. Направление цилиндра, на которое действует эта сила, известно как сторона тяги, и и поршень, и стенка цилиндра будут подвергаться большему износу в этой области.
[Диаграмма тяги]
Поршень сильно нагревается и должен эффективно рассеивать это тепло. Тепло от поршня поступает в три места: в виде лучистого тепла в камеру сгорания, в стенки цилиндра через поршневые кольца и вниз по шатуну.
Кроме того, во многих двигателях поршень охлаждается за счет распыления масла на его нижнюю часть.
Поршневые кольца
Поршневые кольца устанавливаются вокруг поршня, перекрывая небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. На поршне обычно три поршневых кольца, и они выполняют разные функции.
Компрессионные кольца
Два верхних кольца называются компрессионные кольца (также известен как прижимные кольца или же газовые кольца ) и их основная роль заключается в предотвращении попадания газов через небольшой зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Этот проход газа мимо поршня в картер известен как продувка и должно быть сведено к минимуму для поддержания сжатия.
Компрессионные кольца обычно изготавливаются из цельного чугуна и оказывают внешнее давление на стенку цилиндра. Это внешнее давление возникает из-за естественной упругости колец, но на такте сгорания дополняется давлением газа за кольцами, которое более плотно прижимает их к стенке цилиндра.
[Давление газа за компрессионными кольцами]
Важно отметить, что компрессионные кольца не оказывают бокового давления на поршень и не служат для него направляющими. Канавка в поршне будет глубже, чем ширина поршневого кольца, что позволит кольцу двигаться по масляной пленке.
Компрессионные кольца также передают тепло от поршня к стенке цилиндра, где оно рассеивается в охлаждающей жидкости, протекающей через водяные рубашки.
Эти кольца разбиты с небольшим зазором, что позволяет устанавливать и снимать их над поршнем. Ширина этого Зазор поршневых колец будет указан производителем и может быть измерен путем помещения кольца внутрь цилиндра и измерения зазора щупом. На этой иллюстрации зазоры сильно преувеличены, в действительности они будут очень тонкими — 0,2 мм или меньше.
Маслосъемные кольца
Кольцо нижнее на поршень маслосъемное кольцо . Масло постоянно разбрызгивается на стенки цилиндров либо из отверстий в шатунах, либо форсунками, установленными в картере.
Для минимального трения нам нужна тонкая масляная пленка, а функция маслосъемного кольца состоит в том, чтобы удалять излишки масла и оставлять идеальную масляную пленку для скольжения компрессионных колец и юбки поршня.
Нам определенно не нужно масло в камере сгорания: присутствие масла может вызвать плохое сгорание, высокие выбросы, избыточное нагарообразование на клапанах и поршнях и сизый дым — все это плохие новости для плавно работающего двигателя.
Маслосъемное кольцо обычно состоит из двух тонких хромированных скребковых колец с прокладкой между ними, позволяющей удалять масло. Он предназначен для скольжения по маслу при движении вверх и соскребания его при движении вниз. Это известно как сегментированный дизайн. В канавке управления маслом будут просверлены отверстия, позволяющие лишнему маслу легко стекать обратно в картер.
Установка новых поршневых колец
Область стенки цилиндра над верхним компрессионным кольцом не задевается кольцами и меньше изнашивается.
Это может привести к образованию гребня в течение всего срока службы двигателя. Если новые кольца устанавливаются на цилиндр, который не подвергался повторной расточке, то может потребоваться кольцо с удаленной выемкой, известное как обводной выступ, чтобы гарантировать, что новое кольцо не соприкасается с этим гребнем материала.
[Схема смещения колец]
При установке новых колец зазоры должны быть смещены и никогда не должны находиться на одной линии друг с другом, чтобы предотвратить прямой выход газов.
булавка на запястье
Поршень крепится к шатуну через полую трубку из закаленной стали, известную как штифт на запястье или же поршневой палец . Этот штифт проходит через малый конец шатуна и позволяет ему поворачиваться на поршне.
Существует два способа крепления штифта на запястье. А полуплавающий В конструкции штифт закреплен в шатуне, но может свободно вращаться в отверстиях в поршне. А полностью плавающий поршневой штифт будет свободно вращаться как в малом конце, так и в поршне, и будет закреплен на месте с помощью стопорных колец или тефлоновых кнопок на концах штифта.
Для полностью плавающего штифта внутри маленького торцевого отверстия предусмотрена сменная втулка.
Поршневой палец может быть немного смещен в сторону, а не точно по центру поршня. Это известно как штифт на запястье со смещением и используется для уменьшения поперечного движения поршня внутри цилиндра. Чрезмерное движение из стороны в сторону известно как стук поршня из-за производимого им стука.
Шатун
шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу, он постоянно подвергается растягивающим, сдавливающим и изгибающим силам, так как действует как посредник в этих двухтактных отношениях. Шатун должен быть конструктивно прочным, и не случайно он имеет форму миниатюрной стальной двутавровой балки, похожей на своих больших братьев, поддерживающих небоскребы и мосты. Профиль двутавровой балки обеспечивает максимальную прочность конструкции при минимальных затратах веса, и, как и в случае с поршнем, мы хотим максимально снизить вес шатуна.
Требуемая прочность шатуна означает, что он изготовлен из кованой стали или порошковой стали. Экзотические двигатели могут иметь титановые шатуны. Чугун не используется из-за его веса.
Верхняя часть шатуна, прикрепленная к поршню, называется маленький конец . Он не всегда будет иметь подшипники. От малого конца стержень проходит по профилю в форме двутавровой балки вниз к большой конец который разделен на две части, чтобы он мог поместиться вокруг шейки коленчатого вала. Нижняя часть стержня называется крышка штока и он будет прикреплен либо шпильками, либо болтами к самому стержню.
В настоящее время стержень обычно изготавливается как единое целое, а затем колпачок стержня надрезается и отламывается. Это оставляет неровную поверхность на сопрягаемой поверхности, но придает большую прочность. Крайне важно, чтобы крышки шатунов не перепутались с другими шатунами — они входят в комплект.
Шатунная шейка будет иметь вкладыши подшипника, разделенные на две половины, эти вкладыши подшипника будут изготовлены из того же материала, что и коренные шейки.
Подшипники шатуна смазываются маслом, поступающим под давлением через каналы в коленчатом валу.
Во многих шатунах просверлено отверстие от большого конца вверх через вал к выходному отверстию где-то по всей длине. Этот канал позволяет маслу проходить вверх по шатуну от большой головки и распыляться на упорную область стенки цилиндра, где трение максимально.
Неисправности
Шлепок поршня
Износ стенки цилиндра или юбки поршня может привести к слишком большим зазорам между поршнем и стенкой цилиндра. Это допускает чрезмерное перемещение поршня из стороны в сторону. Когда поршень меняет направление в верхней и нижней части своего хода, это может привести к его ударам о стенку цилиндра, вызывая шум, известный как стук поршня .
Стук поршня обычно усиливается, когда двигатель холодный, до того, как поршень успел нагреться и расшириться. Его можно вылечить путем механической обработки цилиндра и использования поршня увеличенного размера.
Модификации и обновления
Модернизированные поршни и шатуны
Установка комплекта более прочных и легких шатунов и поршней сделает двигатель более мощным. Это может быть важно для турбонаддува или наддува двигателя. Переход от кованых стержней к титану или порошковой (спекшейся) стали приведет к более прочному двигателю.
Покрытия поршней
Как обсуждалось выше, недавно разработанные двигатели часто имеют антифрикционное покрытие, наносимое на поршни на заводе. Но эти покрытия также доступны на вторичном рынке для снижения трения и увеличения (или уменьшения) теплопередачи.
[Примеры покрытий]
- Покрытия наносятся на юбку для уменьшения трения между ней и стенкой цилиндра.
- может быть нанесено на головку и предназначено для отражения тепла обратно в камеру сгорания и уменьшения его количества, передаваемого поршню.
- Нижняя сторона поршня может иметь нескользящее покрытие, известное как маслоотталкивающее покрытие который отталкивает масло, тем самым уменьшая вес узла и обеспечивая более эффективное охлаждение масла.
Шатун: определение, функции, типы, детали, проблема
Шатун , также называемый шатуном , является одной из основных частей двигателя внутреннего сгорания. Хотя он также используется в паровом двигателе, но очень важен для транспортных средств.
Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, что способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Деталь функционирует как плечо рычага и должна передавать сжимающие и растягивающие усилия от поршня и вращаться на обоих концах.
Сегодня мы рассмотрим определение, функции, материал, детали, работу и схему шатунов.
Содержание
- 1 Определение шатуна
- 2 Conrod Materials
- 2.1 Design Nomenclature
- 3 Connecting Rod Parts
- 4 Functions of Conrod
- 5 Types of Connecting Rod
- 5.1 Billet conrods:
- 5.2 Cast Rod:
- 5. 3 Forged Rod:
- 5.4 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
- 5.5 Металлический порошок:
- 6 Проблемы с шатуном
- 6.1 Усталость:
- 6.2 Гидроблокировка:
- 9:90 Превышение оборотов0227 6.4 Неисправность контакта:
- 6.5 Пожалуйста, поделитесь!
3 Forged Rod:Шатун или шатун преобразует линейное движение вверх и вниз или возвратно-поступательное движение поршня в круговое движение коленчатого вала. В процессе он испытывает растяжение, сжатие, изгиб и коробление.
Читать Все, что вам нужно знать об автомобильных поршнях
Материалы шатуновШатуны обычно изготавливаются из литого алюминиевого сплава, который помогает выдерживать напряжения, возникающие в процессе.
В серийном производстве шатун обычно изготавливается из стали. Для высокопроизводительных приложений используются заготовки, которые вытачиваются из цельной заготовки, а не отливаются или куются.
Однако чугун можно использовать для более дешевых изделий с низкой производительностью, таких как мотороллеры.
Конструкция Номенклатура- A = площадь поперечного сечения шатуна.
- L = длина шатуна.
- C = предел текучести при сжатии.
- Wcr = разрушающая или изгибающая нагрузка.
- Ixx = момент инерции сечения относительно оси x
- Iyy = момент инерции сечения относительно оси y соответственно.
- Kxx = радиус вращения сечения вокруг оси x
- Kyy = радиус вращения сечения вокруг оси y соответственно.
- D = диаметр поршня r = радиус кривошипа
Детали шатуна двигателя внутреннего сгорания состоят из большой конец , стержень и маленький конец .
Поршни соединены с малым концом шатуна с помощью поршневого пальца или поршневого пальца, который может поворачиваться в поршне.
Этот штифт обеспечивает точку поворота между поршнем и шатуном. Поршневой палец удерживается на месте с помощью пружинного зажима или фиксатора поршневого пальца.
Большая головка шатуна крепится к шатунной шейке с помощью подшипника скольжения, что снижает трение. Но в некоторых двигателях меньшего размера используются подшипники, чтобы избежать необходимости в смазке насоса.
Как правило, в подшипнике на большом конце шатуна имеется отверстие. Это позволяет смазочному маслу накачиваться на упорную сторону стенки цилиндра для смазки хода поршней и поршневых колец.
Наконец, на деталях шатуна шатун может вращаться на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун совершает возвратно-поступательное движение вокруг коленчатого вала.
Читайте: Что такое бензиновый двигатель
Функции шатуна- Основной функцией шатуна является создание связи между поршнем и коленчатым валом для передачи мощности.
- Шатун помогает доставлять смазочное масло к стенкам цилиндра и поршневому или поршневому пальцу.
Типы шатунов зависят от материала, из которого они изготовлены. Ниже приведены различные типы доступных шатунов:
Шатуны-заготовки:Заготовки шатунов изготавливаются из цельного куска стали или алюминия. Он легче, прочнее и долговечнее, чем другие виды шатунов. Шатуны заготовочного типа обычно используются для автомобилей высокого класса.
Продукт иногда предназначен для уменьшения концентраторов напряжения и облегчения вхождения в натуральную зернистость материала заготовки.
Литой шток:Производители предпочитают литой шток, поскольку он способен выдерживать нагрузку стандартного двигателя. Стоимость производства ниже, но его нельзя использовать в приложениях с высокой мощностью от 450 до 6000 об/мин.
Литые шатуны имеют заметный шов посередине, что отличает их от кованых..jpg)
шатуны, изготовленные из ковки, изготавливаются путем прессования зерна выбранного материала по форме стержня. Материал может быть стальным сплавом или алюминием в зависимости от требуемых свойств.
Ну производители кованых стержней используют разные виды стальных сплавов, хромовые и никелевые сплавы. Конечный продукт не должен быть хрупким. Никель или хромовый сплав повышают прочность шатуна.
Подпишитесь на нашу рассылку новостей
Металлический порошок:шатун из порошкового металла также является подходящим выбором для производителей. Он производится из порошкообразной смеси металлов, которая прессуется в форму и нагревается при высоких температурах. Он плавит смесь в твердую форму.
Может потребоваться легкая механическая обработка, но продукт выходит из формы в основном готовым продуктом. Шатуны из порошкового металла дешевле в производстве, чем сталь, и прочнее литых шатунов.
Читать: Классификация двигателей внутреннего сгорания
Проблемы с шатуномШатун может испытывать проблемы во время работы. Это связано с тем, что он испытывает различные напряжения в камере сгорания. Некоторые из этих проблем могут быть устранены, в то время как некоторые требуют полной замены шатуна. В процессе эксплуатации шатун растягивается и сжимается, что может привести к поломке шатуна. Сломанный шток может полностью повредить двигатель. Ниже показана неисправность, возникающая на шатуне:
Усталость:Это основная причина поломки шатуна. Это часто происходит в старых двигателях. Сжатие и растяжение стержня в процессе происходит тысячи раз в минуту. Это в конечном итоге приводит к износу детали, пока она не сломается. Недостаток масла и наличие грязи в двигателе могут ускорить эту проблему.
Новые двигатели также могут испытывать усталость в соединении, если двигатель перестроен. Ну так бывает, когда используются дешевые запчасти или не те.
Гидроблокировка возникает, когда вода проникает в камеру поршня, что приводит к деформации шатуна. Обычно это происходит, когда автомобиль едет по затопленной улице.
Небольшое количество воды в цилиндре может вызвать стук или постукивание, которые можно легко устранить. Однако, если в цилиндре много воды, все пространство для искрового разряда занято, что может привести к изгибу или поломке штока цилиндра.
Превышение оборотов:Превышение оборотов — это неисправность, возникающая в новых и высокопроизводительных двигателях. Если тахометр показывает красный цвет, это указывает на то, что состояние шатуна находится в опасности. Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах.
Неисправность пальца: Поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем, изнашивается и становится причиной выхода из строя. В некоторых двигателях это приводит к катастрофическому отказу двигателя.
Это когда шатун заходит в блок двигателя или когда коленчатый вал погнут.
Читать: Типы автомобильных двигателей
В некоторых двигателях вызывает потерю мощности. Если такое произойдет, то это если двигатель остановился сразу после поломки штифта. Есть вероятность, что двигатель спасут, иначе может произойти полная поломка.
Вот и все для этой статьи «шатун». Я надеюсь, вам понравилось чтение, если вы так любезны прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!
Что такое шатун? Детали, функции и типы
от Jignesh Sabhadiya
Что такое шатун? Шатун — это часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Шатун вместе с кривошипом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.
Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня. В наиболее распространенной форме в двигателе внутреннего сгорания он позволяет поворачиваться на конце поршня и вращаться на конце вала.
Предшественником шатуна является механическое соединение, используемое водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. Шатуны чаще всего используются в двигателях внутреннего сгорания или паровых двигателях.
Детали шатунаНиже приведены детали шатуна:
- Малая головка: шатун.
- Шатун: Конец, которым шатун прикрепляется к шатунной шейке, называется большим концом шатуна.
- Подшипник втулки: Оба конца шатуна закреплены подшипником втулки. К маленькому концу шатуна прикреплена втулка из фосфористой бронзы со сплошной проушиной. Большой конец прикреплен к шатунной шейке. Конец разделен на две части и опирается на вкладыш коренного подшипника.
- Вкладыш подшипника: В большом конце шатуна находится вкладыш подшипника, который соединен с крышкой подшипника, он известен как вкладыш подшипника. Они состоят из двух частей, которые соединяются вместе на коленчатом валу. Это положение, при котором шатун перемещается в обратном направлении.
- Болт и гайка: После установки кривошипа в нижней части шатуна обе стороны больших головок крепятся несколькими болтами и гайками. Таким образом, объединив все эти компоненты, шатун готов к использованию.
- Хвостовик: Кроме того, каждый болт и гайка используются для соединения шатуна и крышки подшипника. И применяется секционная балка, известная как хвостовик. Сечение стержня может быть прямоугольным, трубчатым и круглым.
- Наручный палец: Поршень двигателя соединен с шатуном с помощью полой трубы из закаленной стали, называемой наручным пальцем. Он также известен как поршневой штифт. Пальцевый палец проходит через короткий конец шатуна и поворачивается на зацепленном поршне.
- Поршень: Поршень соединяется с коленчатым валом при помощи шатуна, который обычно укорачивается до шатуна или шатуна. Назначение поршня — работать как подвижная пробка в цилиндре, образующая дно камеры сгорания.
- Крышка подшипника: Вкладные подшипники имеют регулировку износа, но она контролирует ход, а боковой зазор позволяет правильно затянуть крышку подшипника.
Шатун преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и поэтому подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.
Шатун создает связь между поршнем и коленчатым валом и, таким образом, передает мощность. Он преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.
Шатун установлен на шатунной шейке коленчатого вала с подшипником скольжения.
Крышка шатунного подшипника прикручена болтами к большой головке. В большинстве случаев шатун является полым или имеет внутренний литой масляный канал для подачи смазки на поршневой палец.
Для получения минимального веса и высокой прочности шатуны изготавливаются из следующих материалов: двигателей)
Серийно выпускаемые шатуны кованые, литые или спеченные. Кованые шатуны имеют лучшее отношение прочности к весу и более низкую стоимость, чем спеченные шатуны. Однако производство штампов сравнительно дорого.
Типы шатуновНиже приведены типы шатунов, используемых в двигателях различных типов: шатуны
Шатуны плоских шатунов используются в рядных и оппозитных двигателях. Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке и снабжен крышкой подшипника.
Крышка подшипника крепится болтом или шпилькой на конце шатуна.
Шатун следует заменять в том же цилиндре и в том же относительном положении, чтобы обеспечить правильную посадку и балансировку.
Эти типы шатунов используются в мотоциклетных двигателях V-twin и авиационных двигателях V12. В каждой паре цилиндров двигателя «вилочный» шток разделен на две части на большом конце, а «лопаточный» шток сужается от противоположного цилиндра, чтобы соответствовать этому зазору в вилке.
Эта система устраняет качающуюся пару, возникающую при балансировке пар цилиндров вместе с коленчатым валом.
В конструкции с шатунными подшипниками шток вилки имеет одну широкую опорную втулку, которая проходит по всей ширине штока, включая центральный зазор.
В этом случае стержень лопасти проходит непосредственно снаружи этой втулки, а не на шатунной шейке. Это заставляет два стержня двигаться вперед и назад, что снижает усилие на подшипник и поверхностную скорость. Но скорость подшипника также является возвратно-поступательной, а не непрерывно вращающейся, что является серьезной проблемой для смазки.
В радиальных двигателях обычно используются ведущие и ведомые шатуны. В этой системе один поршень состоит из главного штока, непосредственно прикрепленного к коленчатому валу. Другие поршни соединяют свои шатуны с кольцами, окружающими край главного штока.
Недостатком шатунов ведущий-ведомый является то, что ход ведомого поршня немного больше, чем у ведущего поршня, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе.
4. Стержни заготовкиШатуны заготовки изготавливаются из стали или алюминия. По сравнению с другими типами шатунов они легче, прочнее и долговечнее.
Обычно используется в высокоскоростных транспортных средствах. Иногда он предназначен для уменьшения концентраторов напряжения и облегчения естественного зерна материала заготовки.
5. Литые шатуны Эти типы шатунов предпочтительны и разработаны производителями, поскольку они могут выдерживать нагрузку стандартного двигателя.
Производство литых стержней требует низких затрат, и их нельзя использовать в приложениях с высокой мощностью. Литые стержни имеют заметный шов посередине, который отличает их от кованых.
6. Кованые шатуныНекоторые шатуны изготавливаются методом ковки. Эти типы шатунов изготавливаются путем придавливания зерна материала к форме конца. В зависимости от требуемых свойств материал может быть стальным сплавом или алюминиевым.
Обычно используемые стальные сплавы представляют собой сплавы хрома и никеля. Конечный продукт не должен быть хрупким. Следовательно, никелевые или хромовые сплавы повышают прочность шатуна.
7. Металлические шатуны с электроприводом Шатуны также изготавливаются из силового металла, поскольку это подходящий выбор для производителей. Его готовят из смеси металлических порошков, которую прессуют в форму и нагревают до высокой температуры. Эта смесь превращается в твердую форму.