Avtoargon.ru

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

Шатун; немаловажная деталь двигателя

Шатун — немаловажная деталь двигателя

В этой статье разберем такую деталь двигателя автомобиля и не только, как шатун. Что это такое, какие бывают и из чего делают. Видео советы забивания пальца в шатун холодным способом.

Шатун представляет собой связующий элемент между коленчатым валом и поршнем. Его основная функция заключается в преобразовании поступательного движения поршня двигателя во вращательное движение вала.

В системе двигателя шатун является объектом периодического воздействия нагрузок с переменным действием, которые меняются от напряжения к сжиманию. Именно поэтому шатун должен обладать следующими характеристиками:

  • жесткость конструкции.
  • Поэтому данный элемент двигателя изготавливают из высококачественной стали. Метод производства: литье или горячее штампование. На автомобилях спортивного класса, а также гоночных моделях, в состав двигателя входит шатун, изготовленный из сплава титана.

    Шатуны могут отличаться друг от друга в зависимости от вида двигателя, в состав которого они входят, его схемы компоновки. Размеры также могут отличаться. Как правило, они определяются высотой двигателя: чем она больше, тем больше длина шатуна.

    Цена на шатуны двигателя самые разнообразные, начиная от 30-40 долларов для отечественных автомобилей и доходя отметки 100 и даже 150?200 долларов для иномарок.

    Строение шатуна

    Шатун имеет простое устройство, которое состоит из следующих элементов:

  • кривошипной головки.
  • Стержень представляет собой составной элемент шатуна, имеющий преимущественно двутавровое сечение. Некоторые модели имеют круглое, крестообразное, Н-образное или прямоугольное сечение шатунного стержня. В стержне присутствует канал, предназначенный для транспортировки масла к подшипнику головки поршня.Поршневая головка — это проушина с цельной структурой, внутри которой расположена втулка. Втулка представляет собой скользящий подшипник, предназначенный для вращения пальца поршня. Материал изготовления втулки: бронза или сталь с оловом или свинцом. Структура поршневой головки зависит от размера поршневого пальца, а также от метода его крепления. Для того, чтобы уменьшить вес шатуна и, как следствие, нагрузку на поршневой палец, на некоторых автомобильных двигателях устанавливают шатуны с поршневой головкой в виде трапеции.

    Кривошипная головка — механизм, предназначенный для соединения шатуна и коленчатого вала друг с другом. Большая часть шатунов оснащена разъемной кривошипной головкой, это объясняется способом сборки двигателя внутреннего сгорания. Крышка головки, расположенная в нижней части, прикрепляется болтами к шатуну. Иногда применяют бандажное или штифтовое крепление составных элементов головки. Разъем кривошипной головки бывает двух видов: прямой (расположен под углом 90 градусов относительно оси стержня), косой (под определенным углом к оси). Косой разъем используется для уменьшения размеров двигателя V-образной формы.

    Профилированные стыковые поверхности головки обеспечивают препятствие при воздействии поперечных сил. При этом соединение может быть замковым или зубчатым. Самым современным и популярным является соединение, изготовленное методом раскалывания. Оно называется сплит-разъемом.

    Внутри кривошипной головки шатуна расположен подшипник, который состоит из двух многослойных вкладышей. Количество слоев может варьироваться от двух до пяти в каждом. Наиболее широко используются вкладыши из двух и трех слоев. Двухслойный вкладыш изготовлен из стали с антифрикционной поверхностью. Трехслойный также состоит из стали, а антифрикционное покрытие разделяется специальной прокладкой.

    Видео, как выбить и установить поршень на шатун ВАЗ холодным способом:

    Видео советы — менять шатун или нет:

    Бесшатунные двигатели

    Как известно, традиционный кривошипно-шатунный механизм поршневых двигателей внутреннего сгорания при работе создает боковое усилие на стенку цилиндра. Чтобы предупредить связанный с этим повышенный износ поршней, приходится придавать им конусную форму, а их юбкам эллипсность. Кроме того, боковая нагрузка на стенку цилиндра увеличивает потери на трение, то есть приводит к уменьшению механического КПД двигателя. Исключить ее можно, применив такой механизм, в котором шатун двигался бы только возвратно-поступательно, не совершая угловых качаний относительно поршневого пальца.

    К реализации этой идеи приступил С. Баландин. Он предложил применить сначала для паровой машины, а затем поршневого авиационного двигателя «точное прямило» — механизм, давно известный в теории механизмов и машин. Каков же его принцип действия?

    Читать еще:  Что такое рекуперативное торможение асинхронного двигателя

    Если катить без скольжения внутри большой окружности малую, то любая точка последней опишет за один цикл взаимных перемещений звездообразную криволинейную фигуру — гипоциклоиду.

    Баландин же, всесторонне исследовав проблему, нашел свое решение (рис. 2). Оно базировалось на частном принципе гипоциклического движения. Схема взаимного перемещения элементов предложенного им механизма (кинематическая схема) была применена в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания (рис. 3).

    Инженерное воплощение эти изобретения получили в опытном двигателе ОМБ, где были использованы цилиндры, их головки и поршни от пятицилиндрового авиационного мотора М-11А. По сравнению с ним звездообразный четырехцилиндровый бесшатунный двигатель мощнее на 33% и на 84% меньше в площади поперечного сечения. Но самый главный результат — благодаря сокращению потерь на трение между поршнем и цилиндром механический КПД повысился с 0,86 до 0,95, вырос моторесурс. С применением бесшатунного механизма цилиндро-поршневая группа перестала лимитировать надежность и долговечность мотора.

    После завершения экспериментов с ОМБ был построен и испытан ряд других опытных двигателей, работавших по принципиально той же схеме (рис. 4 на вкладке). В них функции шатунов выполняют поршневые штоки 1, жестко (а не через поршневые пальцы) связанные с поршнями 6 и, подобно шатунам, охватывающие шейки коленчатого вала 2. На каждом штоке по обеим сторонам подшипника выполнены ползуны (на рис. 4 для упрощения не показаны), которые скользят по направляющим в картере, полностью разгружая поршень и цилиндр от боковых усилий. В результате поршень превращается просто в обойму для поршневых колец, которые герметизируют стык «поршень — цилиндр». Поэтому допуски на размеры поршня могут быть менее жесткими.

    На рисунке показана четырехцилиндровая секция бесшатунного двигателя, но возможны конструкции с восемью цилиндрами, двенадцатью, шестнадцатью и т. д. Угол между цилиндрами 8 из-за особенностей кинематической схемы допустим любой, кроме 0 и 180°, так-как невозможно получить конструкции, где цилиндры расположены в один ряд или оппозитно. Во всяком случае, нет препятствий для создания низкого компактного мотора с крестообразным. Х-образным или V-образным расположением цилиндров.

    Коленчатый вал 2 бесшатунного двигателя вращается на подшипниках 3. смонтированных в кривошипах 4. Они через зубчатые венцы на их щеках передают крутящий момент на шестерни так называемого синхронизирующего вала 5, который может служить и для съема мощности.

    Типичная компоновка четырехцилиндрового бесшатунного двигателя одинарного действия приведена на рис. 5. Здесь можно видеть ползуны 7 штока, выполненные заодно со штоком 1 поршни 6.

    Отсутствие угловых колебаний штока относительно поршня открывает возможность создания двигателя двойного действия (рис. 6). В этом случае рабочий процесс идет по обе стороны поршня, что позволяет снять почти вдвое большую мощность.

    Кстати, для того чтобы создать возможность для двустороннего рабочего процесса, в поршневых паровых машинах и судовых двигателях внутреннего сгорания применяют так называемый крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм. Однако при такой конструкции резко увеличиваются габарит и масса двигателя. Сопоставление поперечного габарита V-образных поршневых двигателей внутреннего сгорания двойного действия (рис. 7) крейцкопфного и бесшатунного типа показывает значительные преимущества последнего.

    Экспериментальный бесшатунный авиационный двигатель МБ-4 одинарного действия при габарите, примерно таком же, как у двигателя ГАЗ-24 «Волга», имел близкую к нему массу и развивал в полтора раза более высокую мощность (140 л. с./103 кВт при 2200 об/мин). Удельная мощность двигателя МБ-4 составляла 20,4 л. с./л; удельная масса — 1,14 кг/л. с.; удельный расход топлива в эксплуатационном режиме — 220 г/л. с. в час.

    Последний из опытных бесшатунных двигателей С. Баландина, восьмицилиндровый ОМ-127РН двойного действия развивал мощность 3500 л. с. (2576 кВт). Он имел систему впрыска топлива и турбонаддув.

    Удельные параметры ОМ-127РН: мощность — 146 л. с./л, расход топлива при максимальной мощности — 200 г/л. с. в час, масса — 0,6 кг/л. с.

    Читать еще:  Что показывает давление масла в двигателе

    Суммируя достоинства бесшатунного двигателя, можно отметить, что по сравнению с рядом поршневых двигателей внутреннего сгорания и газовыми турбинами он компактнее, менее металлоемок. Для изготовления многих его деталей пригодны действующие технология и оборудование моторостроительных производств в автомобильной промышленности.

    Все эксперименты и исследования по бесшатунным двигателям велись в свое время специалистами авиамоторостроения. Серийно для нужд авиации он, однако, не выпускался, поскольку пригоден только для винтовых машин, время которых прошло. Развитие же идей С. Баландина применительно к автомобильным двигателям представляет интерес. Так, некоторое время назад на одном из наших автомобильных заводов группой конструкторов под руководством Р. Розова был разработан проект бесшатунного двигателя с Х-образным расположением цилиндров. Ближайшее будущее, видимо, покажет, насколько реальны перспективы применения бесшатунного двигателя на автомобиле в условиях массового производства.

    Литература

    С. С. Баландин. Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. М., Машиностроение, 1968 (1972 г. — второе издание).

    Внимание! Статья не претендует на оригинальность. Просто есть пожелание перенести сюда все ристалища по бесшатунникам.

    Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

    Сборка и установка шатунно-поршневой группы на двигатель

    Конструкция шатуна

    Особенности конструкции шатунов напрямую зависят от типа мотора и схемы его компоновки. Так для бензиновых двигателей используются легкие шатуны, в дизелях – тяжелые.

    Основные элементы шатуна – стержень, верхняя поршневая головка, нижняя кривошипная головка.

    Поршневая головка соединена со стержнем поршневым пальцем, кривошипная головка – с шейкой коленвала.

    Стержень

    Данная деталь шатуна может иметь различный тип сечения, которое может быть похоже на прямоугольник, на круг, крест или может быты Н-образным. Некоторые типы двигателей оснащаются шатунами, в которых стержни имеют небольшую масляную канавку для своевременной подачи масла в поршневую головку.

    В большинстве случаев верхний отдел кривошипной головки оснащается маленьким отверстием для разбрызгивания масла во внутренних полостях поршня и цилиндра.

    Поршневая головка

    Поршневая головка размещена вверху и является неразъемным шатунным элементом, конструкция которого напрямую зависит от метода установки поршневого пальца.

    В двигателях, в которых установлен палец фиксированного типа, поршневая головка имеет специальное цилиндрическое отверстие для его установки. В ДВС с пальцем плавающего типа, такая головка комплектуется бронзовой или биметаллической втулкой.

    В тех моделях двигателей, которые используют плавающий палец, но втулка не предусмотрена, вращательные движения пальца осуществляются в соответствующем отверстии головки.

    С целью снижения значительных нагрузок на палец, некоторые модели ДВС комплектуются шатунами с поршневыми головками в форме трапеции.

    Кривошипная головка

    Головка шатуна, которая расположена внизу отличается разборной конструкцией, основным назначением которой является соединение двух механизмов – коленвала и самого шатуна.

    Головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну крепежными болтами. Кроме всего прочего такая головка может иметь два типа разъемов по отношению к стержневой оси – косой (выполненный под углом) и прямой (выполненный перпендикулярно).

    Длина цилиндрового блока зависит от толщины нижней головки. В головке устанавливаются тонкие вкладыши подшипника скольжения, которые могут иметь от 2-х до 5-ти слоев, изготовленных из стальных полос, внутренняя часть которых покрывается защитным антифрикционным составом, соответствующим определенному типу двигателя.

    Как правило, в современных ДВС применяются вкладыши, состоящие из 2-х и 3-х слоев. В двухслойном вкладыше на металлическую основу просто наносится слой антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется еще и изоляционный слой.

    Чтобы снизить вибрации и шумы при работе двигателя, все установленные шатуны, а также их составные части должны иметь равную массу. Это значит, что в одном шатуне масса отдельной его детали должна быть одинаковой по отношению к массе аналогичной детали в другом шатуне.

    Например, если масса стержня одного шатуна составляет 50 г., в таком случае во всех остальных шатунах стержни должны иметь аналогичную массу.

    Читать еще:  Все о двигателе стирлинга своими руками

    Подгонка массы шатунов происходит путем снятия тонкого металлического слоя с бобышек, которые располагаются на верхних шатунных головках. В некоторых случаях подобные бобышки находятся на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

    Что такое шатун в двигателе внутреннего сгорания

    Научно-технический прогресс требует от конструкторов создания двигателей с высокими значениями основных показателей, главными из которых являются экономичность, надежность, ресурс, материалоемкость, доступность изготовления и простота обслуживания [1,2]. Для того чтобы создаваемый двигатель удовлетворял перечисленным требованиям, необходимо при его проектировании использовать новые конструкторские решения.

    Рисунок 1 – Шатун разработанной конструкции

    Несомненный интерес представляет разработка ДВС с регулируемой степенью сжатия, основным регулируемым элементом конструкции которых являются шатуны [1,2,3].

    Рисунок 2 – Сечения шатуна

    Предлагается к использованию разработанная конструкция шатуна ДВС. На рисунке 1 изображен шатун ДВС, поперечное сечение вид А-А, на рисунке 2 изображено сечение вид Б-Б и вид В-В.

    Шатун ДВС содержит поршневую 1 головку, кривошипную 2 головку с направляющими 19 и крышкой 3, ползун 4 установлен в кривошипной головке 2 на направляющих 19 с установленными внутри вкладышами 20, стержень шатуна 5. Стержень шатуна изготовлен с внутренней полостью 7. Ползун выполнен с штоком 8 на котором установлен поршень 10, подвижно сопрягаемый с внутренней полостью 7. Внутри поршня 10 изготовлены два канала 17 и 18, в которых установлены клапана 11 и 12 соответственно. Внутренняя полостью 7 разделена поршнем 10 на две полости — полость 7а над поршнем 10 и полость 7б под поршнем 10. Полость 6 изготовленная в кривошипной головке шатуна, которая сообщается с полостью 7 при этом их оси перпендикулярны. Полость 6 предназначена для увеличения объема сжимаемой гидравлической жидкости. Внутренняя полость 7 и полость 6 заполняются сжимающейся гидравлической жидкостью, через отверстие, закрываемое технологической резьбовой пробкой 9. Уплотнения 13 между поршнем 10 и внутренней полостью 7. Уплотнения 14 между штоком 8 и внутренней полостью 7. Для смазки поршневого пальца и на охлаждение поршня масло из масляной магистрали поршневого двигателя внутреннего сгорания подается по масляному каналу 16, выполненному в кривошипной головке и стержне шатуна. Ползун 4 с вкладышами стягивается из двух половин четырьмя болтами 15 и устанавливается в кривошипную головку на направляющих 19.

    Предлагаемая конструкция шатуна работает следующим образом.

    В процессе работы поршневого двигателя внутреннего сгорания в камере сгорания постепенно увеличивается по сравнению с номинальным давление, ползун 4 с штоком 8 и поршнем 10 относительно кривошипной головки 2 перемещается вверх по направляющим 19, уменьшая степень сжатия в камере сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания. Сжимающаяся гидравлическая жидкость перетекает из полости 7а над поршнем 10 в полости 7б и 6 под поршнем 10 по каналу 18, через открытый клапан 12, который отрегулирован на заданное значение давления в полости 7а. Тем самым обеспечивается снижение максимального давления цикла, уменьшение вибрации и приложения динамических нагрузок.

    При снижении давления в камере сгорания ДВС ниже номинального под действием сил инерции ползун 4 перемещается, по направляющим 19 в обратном направлении относительно кривошипной головки 2, повышая степень сжатия. Сжимающаяся гидравлическая жидкость перетекает из полостей 7б и 6 под поршнем 10 в полость 7а над поршнем по каналу 17, через открытый клапан 11, который отрегулирован на заданное значение давления.

    При чрезмерном увеличении частоты вращения коленчатого вала или при «заедании» поршня в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания ползун 4 и кривошипная головка 2, перемещаясь друг относительно друга, по направляющим 19, уменьшают или увеличивают длину шатуна, предохраняя его и другие детали цилиндро-поршневой группы двигателя от поломок.

    Использование шатуна ДВС данной конструкции позволяет повысить эффективность работы ДВС за счет автоматического регулирования степени сжатия в камере сгорания, снижения динамических нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы двигателя, увеличения мощности и повышения топливной экономичности.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector