Приветствую всех гостей моего сайта. Многие возможно увидели, что у меня уже имеется достаточное количество статей про различные поршни, от несложных до керамических. Но неожиданно спохватившись, я понял, что у меня на сайте нет ни одной статьи, про не меньше серьёзную и нагруженную деталь любого двигателя внутреннего сгорания — шатун. В ДВС эта подробность испытывает такие же нагрузки как и поршень, а также больше. А важность качественного изготовления шатуна, ещё более значима, поскольку в нём находятся два подшипника, скольжения либо качения, а сил, влияющих на шатун, кроме того больше чем у поршня.
В данной статье я постараюсь поведать всё, ну либо практически всё о шатуне, поведать какие конкретно они бывают, и т. д. и т. п.
Главная задача детали двигателя, именуемой шатун, это превращение поступательного перемещения поршня (вверх-вниз) во вращательное перемещение коленчатого вала. Верхняя головка шатуна соединена через металлический палец с поршнем, и принимает на себя давление газов сгорающей горючее-воздушной смеси.
А нижняя головка шатуна передаёт давление газов на кривошипно-шатунный механизм коленвала и заставляет его крутиться. И при этих казалось бы несложных перемещениях, шатун испытывает колосальные ,и в также время неравномерные (переменные) нагрузки.
К тому же в начале такта впуска и в конце такта сжатия, шатун тянет на себя и собственный вес и поршень, и всё это на громадных оборотах, в итоге силы инерции пробуют его растянуть (порвать). А на рабочем такте выпуска и такте двигателя, шатун напротив сжимается от давления газов, давящих на поршень, и от сопротивляющегося коленчатого вала. Другими словами на громадных оборотах, нагрузка на разрыв и нагрузка на сжатие, чередуются весьма быстро и скоро. Сейчас я думаю вы представили, как и в каких условиях приходится трудиться данной подробности.
Исходя из этого и требования о качестве изготовления шатуна, довольно большие.
Так как если он хоть мало не выдержит нагрузки и чуть деформируется, то поршневую группу тут же перекосит и начнёт прихватывать, а подшипники в его головках будут трудиться с перекосом, конечно перекос подшипников будет и при трении на шейках коленвала (и поршневого пальца также). При таких условиях, ресурс двигателя быстро устремится к нулю, к тому же как мы знаем, поршневая и коленвал — это самые дорогие детали двигателя.
подшипники и Шатун его головок двухтактного 50 кубового мотора
Значит светло, дабы шатун выдержал перечисленные выше нагрузки, его нужно изготовить из прочной и отличной стали.
А к шатунам и к материалу их изготовления у спортивного двигателя (форсированного, с надувом), требования ещё более твёрдые. При изготовлении, заготовку штампуют, и весьма шепетильно смотрят за образованием соответствующего профиля, что придает конструктивную жесткость подробности. Так же крайне важна полная одинаковость (особенно по весу) изготовления шатунов для многоцилиндровых двигателей, поскольку в случае если будет расхождение по массе кроме того на несколько граммов, то повышенная вибрация на высоких оборотах, будет весьма ощутима и вредна. Неудобство от вибрации будет ощущаться как водителем, так и самим двигателем, в итоге разрушение коренных подшипников коленвала, может случиться за считанные километры. Исходя из этого в случае если вам нужно будет поменять один из нескольких шатунов вашего двигателя, настоятельно рекомендую убедиться в том, что новый шатун весит совершенно верно столько же как и остальные шатуны.
Предостережение.
Многие «Кулибины», разобрав собственный двигатель и заметив в первый раз шатуны, удивляются какой же он,, либо они шероховатые. Тут же в их яркой голове появляется идея: а не пригладить ли их наждаком либо напильником. Всем настоятельно рекомендую — не требуется, тут народное творчество неуместно. И растолкую из-за чего: так как при штамповке самым прочным получается верхний (наружный) слой металла, и как раз исходя из этого все шатуны серийных двигателей не обрабатываются снаружи, по окончании штамповки.
Шатуны мотоцикла Урал, вымирающая конструкция из-за нехорошей смазки подшипников и их малого ресурса. На фото Б — обычный двутавровый шатун, а на фото В — шатун непрочной формы.
Ещё направляться обратить внимание на центральную часть шатуна (стержень), которая имеет двутавровое сечение (исключение составляют шатуны некоторых моделей мотоциклов Урал). Многих «Кулибиных», у которых всегда чешутся руки, так и подмывает прогуляться по граням двутавра с болгаркой. Они в большинстве случаев мыслят так: дескать куда столько веса и лишнего металла, а вот в случае если это дело удалить и этим уменьшить шатун, то мотор закрутится радостнее.
Но ребятки, неужто вы умнее японских инженеров, каковые годами лишь и думают, как вынудить крутиться двигатель резвее и выжать из него большую мощность. взглянуть на фото (намерено помещённое мной внизу текста) шатунов с японских спортбайков, у которых мощи очевидно поболее чем у вашего оппозита. Из-за чего то на них двутавровое сечение сохранено. А дело в том, что именно двутавровая форма придаёт шатуну большую жёсткость на кручение и на изгиб, в особенности при передаче переменных упрочнений. Жаль что это не знают многие инженеры Ирбитского и народные умельцы завода, на мотоциклах Урал, как я уже сказал стоят шатуны необычной формы (см. фото) Но на некоторых моделях Уралов, стоят обычные двутавровые шатуны.
Возможно Ирбитский завод решил поэкспериментировать. Лишь вот жаль, что экспериментальные результаты отразятся на потребителе. Завод в Киеве по изготовлению мотоциклов Днепр, в этом замысле намного умнее, и шатуны их мотоциклов, фактически не отличаются от шатунов импортных мотоциклов (см. предпоследнее фото внизу текста).
Верная доработка шатуна
И однако шатун возможно доработать и уменьшить, но делать это необходимо верно, в особенности если вы при тюнинге двигателя параллельно облегчаете поршневую. Как мы знаем облегчение подробностей сокращает силы инерционных нагрузок (особенно на громадных оборотах). При облегчении подробностей основное не переусердствовать, поскольку верная разработка облегчения веса, разрешает уменьшить стержень шатуна всего на 10 — 15 %. Для этого шатун фрезеруют, а не пользуются простой болгаркой, поскольку фрезерный станок (особенно с ЧПУ) разрешает снять лишний слой металла полностью одинаково с обеих сторон подробности. По окончании фрезеровки поверхность шатуна нужно шепетильно отшлифовать и после этого отполировать.
Полировка поверхности шатуна необходима, поскольку по окончании фрезерной обработки поверхности металла, у шатуна не остаётся упрочнённого верхнего слоя, а микронеровности, покинутые фрезой фрезерного станка, становятся концентратором напряжений на поверхности подробности и их принципиально важно удалить (сгладить). И в случае если эти неровности не убрать, то при высоких оборотах, на шатуне в местах микронеровностей покажутся трещины, и вероятен обрыв шатуна.
Верхняя часть шатуна (головка).
На шатунах различных двигателей как верхняя часть, так и нижняя, возможно различной.
Нагрузки при работе мотора, на верхнюю часть приходятся меньшие, чем на нижнюю (подшипник кривошипа), соответственно от этого и диаметр на верхней головке меньше, чем на нижней. А по большому счету существует три метода соединения верхней головки и поршневого пальца шатуна.
Самый старый метод, это запрессовка поршневого пальца в головку шатуна (а в поршне палец сидит на свободной посадке). И данный метод некоторыми мотоциклистами самодельщиками имеющими Урал, используется и поныне, в то время, когда кое-какие из них устанавливают поршни от древних машин (к примеру от хороших жигулей).
Кое-какие преимущества для того чтобы сочленения подробностей однако имеется, к примеру полное отсутствие люфта между шатуном и пальцем, что разрешает свести диаметр головки к минимуму. От этого мало понижается (совсем чуть чуть) масса и конечно происходит некое (снова же чуть чуть) понижение инерционных сил.
И все эти маленькие преимущества понижаются куда более ощутимыми недочётами, в частности: поршневой палец не вращается в отверстии головки, а вращается в алюминиевых бобышках поршня. Это ведет к достаточно стремительному (по сравнению с другими методами соединения) однобокому износу бобышек поршня (получаются круглые, и в двигателе появляется неприятный стук).
К тому же при сборке подробностей таким методом, необходимо иметь маленькие навыки термиста. Другими словами если не нагреть головку шатуна до 150 — 200 градусов (а палец нужно охладить в морозилке), то подробность не установишь. Так же необходимо успеть выставить подробности ровно (палец относительно поршня), и если не успеешь, то нагреваемый от соприкосновения с тёплой подробностью палец намертво обожмётся остывающей головкой, и палец так и останется находиться криво, относительно поршня. Меньше необходимы определённые навыки.
Второй метод соединения верхней головки и поршневого пальца шатуна, это плавающий палец (палец подвижен в отверстии головки). При таком соединении, в верхнюю головку шатуна запрессовывается медная втулка, и в сопряжении с поршневым пальцем, втулка является подшипником скольжения, конечно используют ещё и подшипник качения — роликовый (чаще на двухтактных моторах). В таком методе нужно сократить осевое перемещение пальца, и для этого и предназначены стопорные кольца, каковые защёлкиваются в проточках бобышек поршня. В таком сопряжении в верхней головке шатуна сверлят отверстие либо два отверстия, для лучшего подвода смазки при работе. Ресурс подробностей при соединении вторым методом, возрастает приблизительно вдвое.
Как я уже сказал, используют либо подшипник скольжения — втулку, либо подшипник качения — сепаратор с роликами. В верхней головке шатуна четырёхтактных двигателей, используют втулку (медную). И при обычной смазке четырёхтакников, она способна пережить пара капитальных ремонтов двигателя.
В головках шатуна двухтактных двигателей, по крайней мере современных, применяют игольчатый (роликовый) подшипник качения, и это конечно, поскольку условия смазки этого сопряжения, в двухтактных моторах существенно хуже, поскольку тут не подаётся чистое масло, а топливно-воздушно-масляная смесь. И увижу, что подшипник качения, не отличается долговечностью в режиме работы тяни-толкай (а шатун имеет как раз таковой режим работы), и достаточно скоро изнашивается и начинает стучать (вспомните новые 12 вольтовые Явы, каковые начинали стучать намного раньше, чем их более древние 6 вольтовые модели, в которых устанавливалась медная втулка в головке шатуна).
Время бежит, моторы совершенствовались в увеличении мощности, и казалось бы, что в сочленении головки и пальца шатуна уже ничего не придумаешь получше и идеальнее.
Но неугомонная инженерная идея не позволяла уснуть многим изобретателям и инженерам. Но сперва на спортивных моторах, а после этого и на серийных, отказались от втулки в головке шатуна. И вот уже лет 25, как на импортных моторах в шатунах втулки нет по большому счету.
Стальной поршневой палец ходит (плавает) конкретно в отверстии металлического шатуна. И в условиях современной смазочной совокупности, и качественного синтетического масла, такое сопряжение подробностей трудится великолепно. Такое сопряжение разрешило существенно уменьшить головку шатуна, и свести зазор между отверстием головки и пальцем к минимуму.
Конечно все эти приколы даются не просто так: сам шатун изготовлен из сверхтвёрдой, сверхпрочной и от этого весьма износостойкой стали, а палец покрывается особым износостойким покрытием. Конечно пальцы и такие шатуны существенно дороже простых.
Нижняя часть шатуна (кривошипная нижняя головка).
Тут так же различия зависят от тактов мотора. В кривошипно-шатунном механизме двухтактного двигателя устанавливают роликовый подшипник качения. Он по конструкции практически такой же как и в верхней головке шатуна, но конечно существенно замечательнее и массивнее. И нижняя головка любого шатуна, испытывает нагрузки намного большие чем поршневая несколько двигателя. Кстати на древних моторах (к примеру БМВ и Цюндапп вермахта, К-750, М-72, либо мотоциклов Урал) в нижней головке шатуна кроме этого устанавливали подшипник качения, и ресурс коленвала таких моторов весьма мелкий — всего 15 тысяч км.
В современных четырёхтактных двигателях (к примеру у японских либо европейских спортбайков, либо продвинутых дорожников, и фактически во всех автомобильных двигателях) нижняя головка шатуна разъёмная, и с шейкой коленчатого вала контактирует через подшипники скольжения — вкладыши. База вкладышей металлическая, а сверху нанесён мягкий антифрикционный слой.
Г — шатун Днепра, Д и Е — шатуны зарубежных мотоциклов.
На шатуне с вкладышами имеются особые шатунные болты, каковые снабжают точность и жёсткость фиксации частей (половинок) нижней головки шатуна. Эти болты изготавливают из прочной высоколегированной стали и к тому же ещё и подвергаются термообработке (закаливаются и отпускаются).
Это принципиально важно, поскольку болт из простого металла, при работе шатуна растянулся бы, и отверстие нижней головки шатуна утратило бы форму совершенного круга (стало бы круглым). А в круглом отверстии сходу бы показался стук, и ударные нагрузки скоро бы доканали сопряжение. Так же шатунные болты делают функцию правильных фиксаторов шатунной крышки довольно самого шатуна, по причине того, что диаметр шатунных болтов выдерживается при изготовлении весьма совершенно верно (да и сами болты хорошо входят в собственные отверстия). Гайки шатунных болтов изготавливают из той же прочной стали, что и болты, и имеют особенную самоконтрящую их площадку. Но бывают гайки с отверстием для шплинта, что надёжно страхует их от отворачивания.
Гайки с отверстиями бывают на некоторых европейских моторах и на отечественном прекрасно привычном двигателе мотоцикла Днепр. Кстати, как я уже отмечал, шатуны Днепра, практически такие же как и шатуны импортных мотоциклов (см. фото), лишь в них стоит всё та же медная втулка, а гайки шатунных болтов стоят вверху, а не внизу.
Подчеркну, что крайне важно дабы вкладыши прилегали к постелям в шатуне весьма хорошо и без зазоров, поскольку чем плотнее прилегают вкладыши к металлу шатуна, тем интенсивнее отводится тепло от него (тепло отводится через коленчатый вал и плёнку масла). От этого зависит обычная температура при работе и долговечность подшипника скольжения. И в случае если найдёте при замерах и вскрытии двигателя, что овальность отверстий превышает 0,05 мм, то такие вкладыши нужно поменять (подробнее о ремонте двигателя возможно почитать вот тут).
Ну и конечно нельзя переворачивать либо поменять местами крышки нижних головок шатунов. Так как отверстия под вкладыши обрабатывают на заводе по отдельности на каждом шатуне (обрабатывают несколько — шатун с крышкой), в итоге любой шатун лишь со своей крышкой имеет совершенный круг. А при замене крышки данный круг конечно нарушается.
Дабы ремонтники не ошибались, на его крышке и шатуне ставят клеймо либо метки (в случае если внезапно их не обнаружите подробностях, то ставьте собственные). Оба клейма (и на крышке и на шатуне) при сборке должны появляться на одной стороне шатуна и иметь однообразную маркировку.
И последнее: при ремонте двигателя рекомендую контролировать шатуны (особенно отечественные) на параллельность и прямолинейность верхней и нижней головок шатуна, это крайне важно для обычной работы мотора.
Как это сделать возможно взглянуть в данной статье.
Вот помой-му и всё самое основное о шатуне, что как я думаю полезно знать каждому ремонтнику и не только ему. У кого появятся вопросы, пишите.
Удачи всем!