Шатун соединяет поршень и коленчатый вал и передает усилие, действующее на поршень, на коленчатый вал, преобразуя возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Краткое введение
Узел шатуна состоит из корпуса шатуна, крышки большого конца шатуна, втулки малого конца шатуна, вкладыша подшипника большого конца шатуна и болтов (или винтов) шатуна. Группа шатуна выдерживает силу газа, передаваемую поршневым пальцем, а также качающиеся и возвратно-поступательные инерционные силы поршневой группы. Величина и направление этих сил периодически изменяются. Поэтому шатун подвергается знакопеременным нагрузкам, таким как сжатие и растяжение. Шатун должен иметь достаточную усталостную прочность и структурную жесткость. Недостаточная усталостная прочность часто приводит к разрушению корпусов шатуна или болтов шатуна, что приводит к крупным авариям или полному повреждению машины. Если жесткость недостаточна, это вызовет деформацию изгиба корпуса шатуна и деформацию некруглости большого конца шатуна, что приводит к эксцентричному износу поршня, цилиндра, подшипника и шатунной шейки.
Структурный состав
Корпус шатуна состоит из трех частей, и часть, соединенная с поршневым пальцем, называется малой головкой шатуна; часть, соединенная с коленчатым валом, называется большой головкой шатуна, а часть стержня, соединяющая малую головку шатуна и большую головку шатуна, называется корпусом шатуна.
Малая головка шатуна в основном представляет собой тонкостенную кольцевую конструкцию. Для уменьшения износа поршневого пальца в отверстие малой головки вдавливается тонкостенная бронзовая гильза. Просверлите или профрезеруйте канавки на малой головке и гильзе, чтобы брызги масла попадали на сопряженную поверхность между смазочной гильзой и поршневым пальцем.
Корпус шатуна представляет собой длинный элемент, который испытывает значительные нагрузки во время работы. Чтобы предотвратить изгиб и деформацию, корпус шатуна должен иметь достаточную жесткость. По этой причине большинство корпусов шатуна автомобильных двигателей имеют I-образное поперечное сечение, что позволяет минимизировать массу, сохраняя при этом достаточную жесткость и прочность. В двигателях с высоким армированием также используется H-образное поперечное сечение. В некоторых двигателях для охлаждения поршня используется впрыск масла в малую головку шатуна, что требует сверления сквозного отверстия в продольном направлении в корпусе шатуна. Чтобы избежать концентрации напряжений, соединение между корпусом шатуна и малым и большим концами принимает плавный переход по большой дуге окружности.
Для снижения вибрации двигателя необходимо ограничить разницу масс шатунов каждого цилиндра до минимального диапазона. При сборке двигателя на заводе ее обычно измеряют в граммах и группируют по массе большого и малого концов шатуна. Для одного и того же двигателя подбирается одинаковый набор шатунов.
В V-образном двигателе соответствующие цилиндры в левой и правой колонках имеют общую шатунную шейку, а также существует три типа шатунов: параллельные шатуны, вилкообразные шатуны, а также главные и вспомогательные шатуны.
Основные виды повреждений
Основными формами повреждения шатунов являются усталостный излом и чрезмерная деформация. Обычными местами усталостного излома являются три области высокого напряжения на шатуне. Условия работы шатуна требуют, чтобы он имел высокую прочность и сопротивление усталости; он также требует достаточной жесткости и вязкости. В традиционных методах обработки шатунов обычно используются такие материалы, как сталь 45, 40Cr или 40MnB закаленная и отпущенная сталь, которые имеют более высокую твердость. Поэтому используются новые материалы для шатунов, производимые немецкими автомобильными компаниями, такие как высокоуглеродистая микролегированная незакаленная и отпущенная сталь C70S6, кованая сталь серии SPLITASCO, кованая сталь FRACTIM и кованая сталь S53CV-FS (все они являются немецкими стандартами DIN). Хотя легированная сталь имеет высокую прочность, она чувствительна к концентрации напряжений. Поэтому к форме и чрезмерному галтелю шатуна должны предъявляться строгие требования, а также следует уделять внимание качеству обработки поверхности для повышения усталостной прочности. В противном случае применение высокопрочной легированной стали может не дать ожидаемых результатов.