Что несет в себе нижняя головка шатуна
Перейти к содержимому

Что несет в себе нижняя головка шатуна

  • автор:

Ремонт нижней головки шатуна

Ремонт нижней головки шатуна

Помимо эксплуатационного износа к необходимости ремонта детали приводит сильный перегрев и масляное голодание. Для выявления отклонений от нормативных показателей применяется нутрометр – для нижней головки есть заданная величина по диаметру отверстия и его форме.

Если диаметр отверстия не соответствует нормативу, если его форма приобрела конусность или эллипсность, которая не укладывается в допуски, необходима расточка. Цель расточки – восстановление отверстия до нужной геометрии и диаметра.

Как выполняется ремонт нижней головки

На первом этапе обрабатывается крышка. Она обрабатывается по плоскости на величину не более 0,1 миллиметра. Если припуск небольшой, можно использовать притирку. Обычно процедура выполняется шлифованием, но иногда используется фрезеровка. После того, как крышка обработана, шатун собирается и притягивается болтами. Притяжка выполняется в рабочий момент.

Затем реализуется собственно расточка отверстия головки под номинальный размер.

Задачу можно выполнять на станках разных типов, чаще всего применяется горизонтально-хонинговальный. Это целесообразно в плане точности, такой станок позволяет получить отклонение по диаметру и форме до 0,010 миллиметра.

На что обратить внимание

Ремонт головки посредством расточки имеет смысл при нарушении диаметра отверстия и при небольших деформациях. Ведь позиционирование шатуна реализуется по поверхности отверстия. То есть при наличии значительного перекоса головок процедура не исправит его.

В этом случае может потребоваться обработка не только крышки, но и шатуна. Расточка отверстий выполняется при строгом соблюдении их соосности, за базу берется любое из них. Расточка делается на расточном или универсальном станке с последующим хонингованием.

Необходимо помнить, что при расточке расстояние между отверстиями в любом случае станет меньше. Это важно, например, для дизелей, где даже самое маленькое изменение длины шатуна отрицательно сказывается на работе цилиндра, шатун которого ремонтируется.

Copyright © 2021 ООО «Мотор Технологии» — механическая обработка деталей двигателей внутреннего сгорания, капитальный ремонт двигателей.

Представленная на сайте информация носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.

Назначение шатуна

Назначение шатуна

Назначение шатуна

Шатун, одна из основных деталей КШМ, а значит и всего двигателя. Предназначение шатуна, передавать давление расширяющихся газов от поршня к коленчатому валу во время третьего такта расширения, который для простоты называют рабочим ходом, и затем наоборот, передавать движение уже от коленчатого вала обратно к поршню, для совершения 3 оставшихся тактов.

То есть шатун, есть этакий посредник между поршнем и коленчатым валом, и находится он в двигателе соответственно между ними.

Назначение шатуна

Шатун представляет из себя металлический стержень с отверстиями разного диаметра на концах, называемых головками шатуна. Верхней головкой, той что поменьше, шатун крепиться к поршню с помощью поршневого пальца, который и вставляется в это отверстие. Нижней головкой, шатун крепится к шейке коленчатого вала, обхватывая её. Такой обхват возможен благодаря тому, что нижняя головка шатуна разборная. Она состоит из самого шатуна и крышки шатуна, которая крепится к шатуну снизу болтами и вместе они образуют окружность.

Дабы исключить трение, в нижнюю головку шатуна, вставляются вкладыши, такие специальные пластины из мягкого металла, выполняющие по сути роль подшипников скольжения.

-крышка шатуна не взаимозаменяема с другими крышками, у каждого шатуна своя крышка, чтобы не перепутать, они все пронумерованы, все дело в развесовке.

-разница в весе, между шатунами всего двигателя, должна быть минимальна, вплоть до нескольких граммов, иначе это приведет к разбалансировке всего двигателя и долго такой двигатель не проработает

-изготавливаются шатуны из стали

-амплитуда движения шатуна хаотична. Шатун одновременно движется возвратно-поступательно вниз-вверх и в то же время происходит качательное движение.

Написать ответ Cancel reply

Поршень

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Коленчатый вал

Что такое блок цилиндров

Двигатель работает на воздухе

Маховик

Поршневой палец

Устройство двигателя

Параметры работы двигателя

Поршневые кольца | Для чего нужны и из чего состоят

Общая классификация грузовых автомобилей

Поршень

Ралли Италии WRC 2017 — 7 этап

Чопперы

Евгений Новиков

Томми Мякинен с WRC навсегда

Классификация автобусов

Франсуа Дюваль

Бьорн Вальдегорд — первый раллийный чемпион

Для чего у многих грузовиков бутылки на колесах?

Устройство автомобилей

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).

устройство и размеры шатуна поршневого двигателя

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

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.

конструкция верхней головки шатуна

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.

нижняя головка шатуна с косым разъемом

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.

Шатун Двигателя. Что это такое, его поломки и их причины, способы восстановления

Убираем стук шатуна

Шатуны двигателя внутреннего сгорания – одни из самых нагруженных деталей не только мотора, но и всего автомобиля. Они воспринимают всю мощность, полученную от сгорания топлива в цилиндре, и передают ее через трансмиссию на колеса. При этом деталь испытывает нагрузку сразу в нескольких векторах, преобразовывая возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

Товар по теме:

Присадка в масло для двигателя любого типа «Супротек Актив ПЛЮС». Уменьшает расход масла и топлива.

Присадка в моторное масло «Супротек Актив Плюс»

Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

Особенности конструкции шатуна (форма, сечение профиля, конструкционный сплав и др.) делают эту деталь одной из самых надежных во всем двигателе. Правильное распределение многовекторных нагрузок и наличие подшипников скольжения позволяет свести к минимуму поломки любого характера, будь то изменение геометрии или фрикционный износ.

Однако по разным внешним причинам шатуны выходят из строя, приводя к падению мощности двигателя и полному износу остальных элементов КШМ и ЦПГ. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проводить техобслуживание двигателя. Для этого не всегда нужно разбирать мотор, достаточно лишь знать его строение и принцип работы кривошипно-шатунного механизма, признаки распространенных неисправностей и способы профилактики их появления.

Конструкция шатуна и принцип работы КШМ

Назначение кривошипно-шатунного механизма в трансформации возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленвала, которое передается на трансмиссию или вал отбора мощности в спецтехнике. По сути, вся мощность двигателя передается через шатуны, число которых зависит от типа ДВС и количества в нем цилиндров.

Шатун состоит из трех основных частей:

  • поршневая головка (верхняя);
  • кривошипная головка (нижняя);
  • стержень.

На силовой стержень приходится максимум нагрузок, которые действуют в продольном направлении и на излом в зависимости от положения шатуна в определенный цикл двигателя. На головки действует двойная нагрузка – механическая и фрикционная, поскольку такое сочленение испытывает силу трения между кривошипным кольцом и коленвалом внизу, а также между поршневой частью и пальцем поршня вверху.

Для снижения фрикционного износа в конструкции шатуна двигателя предусмотрено два подшипника. В кривошипную головку вставляют два подшипника скольжения (вкладыши) или качения, а в поршневую – втулку.

Поршневая головка

Верхний кольцевой элемент шатуна неразъемный и соединяется он с поршнем с помощью поршневого пальца, который может быть фиксированным или плавающим. При плотной фиксации в качестве антифрикционного уплотнителя используют биметаллическую или бронзовую втулку. Отверстие в головке должно быть немного меньше диаметра втулки, чтобы обеспечить сопряжение внатяжку.

В некоторых модификациях двигателей поршневой палец подвижен, для чего отверстие в верхней головке шатуна немного больше диаметра пальца. В такой конфигурации важно обеспечить достаточное количество смазки.

Верхняя часть шатуна двигателя имеет трапециевидную форму для увеличения опорной площади и снижения нагрузки на силовой стержень при передаче усилия от поршня на коленчатый вал.

Кривошипная нижняя головка

Нижний соединительный элемент шатуна – это разъемное в большинстве типов двигателей кольцо, которое предназначено для соединения с коленвалом. Одна часть кольца является монолитным продолжением силового стержня, а второе полукольцо крепится к первому двумя болтами. Реже для фиксации используют бандажные крепления или штифты.

Особенность сборки шатуна в недопустимости замены крышки нижней кривошипной головки на аналог иного производства, поскольку каждый элемент детали рассчитан производителем двигателя по массе и особенностям конструкционного материала. Крышка иного производства может отличаться по массе от оригинала, что приведет к разбалансировке всего кривошипно-шатунного механизма и неминуемой порче мотора.

Геометрия разъемного разреза кольца нижней головки шатуна зависит от типа двигателя. При вертикальной компоновке цилиндров такое сечение перпендикулярно вертикальной оси стержня. В двигателях с V-образной компоновкой цилиндров кривошипная головка шатуна рассечена под определенным (непрямым) углом к оси силового стержня.

Внутренняя поверхность кольца кривошипной нижней головки испытывает сильные фрикционные нагрузки. Чтобы уменьшить негативное влияние силы трения между кривошипом коленвала и нижней головкой шатуна устанавливают подшипник скольжения. Здесь важно наличие специальных смазок, которые работают в условиях сильного трения и высоких температур.

Наиболее подходящими для защитной антифрикционной смазки КШМ стали триботехнические составы – специальная композиция природных минералов величиной не более трех микрон. Смазка с триботехнической присадкой позволяет защитить шатун, коленвал и другие детали двигателя от активного истирания, а также восстановить уже имеющиеся изъяны путем диффузионного восстановления деталей, входящими в трибосостав металлическими частицами.

Силовой стержень

Стержень – это каркас шатуна двигателя и его основной силовой элемент, передающий всю нагрузку и мощность от цилиндра к коленчатому валу. Он имеет форму сильно вытянутой трапеции, в основании и на вершине которой два кольца головок шатуна. В сечении силового стержня двутавр, благодаря чему деталь способна воспринимать продольные и поперечные нагрузки, в т.ч. и на изгиб, при минимальной металлоемкости.

Из чего он сделан?

От металлоемкости шатуна зависит месса всего кривошипно-шатунного механизма, а значит, и КПД двигателя. При этом вес каждого шатуна должен быть одинаковым. В противном случае не избежать вибраций, разбалансировки и падения мощности мотора с ускоренным износом всех его деталей. Однако здесь есть и обратная зависимость – чем меньше металлоемкость или масса КШМ, тем меньше его прочность и способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки. Другими словами, в этом вопросе должна быть «золотая середина».

Выбор конструкционного материала и способ производства шатуна зависит от типа двигателя. Для бензиновых ДВС используют более легкие и недорогие в производстве литые чугунные изделия. Для дизельных двигателей нужны более прочные и массивные шатуны из легированной стали, изготавливаемые по более дорогой технологии штамповки и горячей ковки.

Для двигателей спортивных автомобилей используют самые легкие шатуны из прочных сплавов алюминия или титана. Их вес примерно вполовину меньше классических стальных или чугунных, что увеличивает КПД мотора и снижает расход топлива.

Крышки шатунных головок и болты для них делают из высоколегированных марок стали, которые отличаются от обычных углеродистых сплавов более высоким пределом текучести – в 2-3 раза больше. Это важная характеристика для крышки нижней головки и ее крепежа, поскольку они испытывают сильные перегрузки именно на растяжение.

Почему стучит шатун? Причины и признаки неисправностей

Критический износ деталей – одна из основных причин неисправностей кривошипно-шатунного механизма двигателя. Шатун – очень крепкая и долговечная деталь. В большинстве случаев выходит из строя любые другие элементы ДВС, но не он. Однако неправильная эксплуатация автомобиля, некачественные горюче-смазочные материалы, несвоевременность и непрофессионализм проведения техобслуживания могут привести к деформации самого шатуна или появлению на вкладышах и втулках признаков глубокого износа.

  • Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.
  • Масло разжижено из-за попадания в него топлива.
  • Засорен масляный фильтр.
  • Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.
  • Масло разжижено из-за попадания в него топлива.
  • Засорены каналы смазки в шатуне или масляный фильтр.
  • Неправильно установлена втулка пальца.
  • Отсутствует натяг в сопряжении с поршнем через втулку и поршневой палец.
  • Последствие гидроудара.
  • В камеру сгорания цилиндра попали сторонние предметы.
  • Чрезмерно большой пробег авто без ТО и капремонта.
  • Неправильно затянуты болты (несоответствие момента силы).
  • Двигатель подвергался чрезмерному перегреву.
  • Изношены шатунные вкладыши.

Стук шатуна из-за отработавших или поврежденных шатунных вкладышей несколько более глухой, чем звук от стучащего поршневого пальца. При этом источник стука находится в той части КШМ, в которой скрыта проблема – сверху из-за износа поршневой головки, а снизу из-за шатунных вкладышей или болтов крышки нижней головки. Определить какой именно из шатунов стучит можно путем поочередного отключения питания свечей при работающем бензиновом двигателе или подачи топлива на дизельном двигателе.

Засорение масляных фильтров и маслоприемника – еще одна распространенная причина появления стука в шатунах двигателя. К этому может привести и некачественные горюче-смазочные материалы, улучшить которые можно соответствующими присадками, не нарушающими реологию масла.

Нередко при появлении проблем с системой смазки двигателя, которые привели к стуку шатунов, наблюдается синеватый дым. Это свидетельствует о проблемах не только в кривошипно-шатунном механизме, но и во всей цилиндропоршневой группе. Недостаточное количество масла или его плохое качество приводит к износу трущихся поверхностей колец поршней, цилиндров, коленвала и шатунов с появлением задиров и царапин.

Предотвратить износ и устранить уже имеющиеся дефекты могут специальные триботехнические присадки, которые не изменяют физико-механические и химические свойства масла, но благодаря своему трибосоставу способны защитить новым слоем целые исправные детали и устранить следы износа путем диффузионного восстановления металла.

Как исправить стук?

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить для предотвращения разбалансировки и появления новых мест критического износа и стука. При замене деталь необходимо взвесить и при наличии отклонения в большую сторону произвести стачивания металла с прилива на крышке нижней головки до достижения необходимой массы.

Присадка в моторное масло «Супротек Актив Плюс»

Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

Составы «Супротек» – профилактика и решение проблем с шатунами двигателя

Трибосостав «Супротек» по своей сути не является присадкой, поскольку он не меняет свойства моторного масла, а лишь использует его для внесения в зоны трения, где в процессе штатной эксплуатации формирует новый слой.

  • Стабилизирует смазывающую пленку благодаря большей маслоудерживающей способности пористого слоя.
  • Уменьшает фрикционное воздействие в головках шатуна благодаря большей прочности слоя и более толстого слоя масла.
  • Восстанавливает поврежденные участки (задиры, канавки и т.п.) путем диффузионного взаимодействия микрочастиц металла с поврежденными поверхностями деталей двигателя.

Трибосостав «Супротек» можно купить в удобной фасовке (флаконы по 100/200 мл) и использовать его самостоятельно в соответствии с несложной инструкцией. При этом цена триботехнической присадки несоизмеримо ниже ремонта двигателя, КШМ и даже отдельно взятого шатуна.

Дата публикации: 10-12-2021 Дата обновления: 13-11-2023

Сергей Соловьев

Сергей Соловьев (Технический специалист) Старший технический консультант отдела научного развития ООО «НПТК Супротек». Автослесарь со стажем. С детства разбирается в конструкции автомобилей, мастер самодельного транспорта. Свой первый мопед собрал в третьем классе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *