Шатун (деталь)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Шатун поршня паровой машины
Нехарактерная крученая деформация шатуна
Анимация работы шатунов

Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца[1]) и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение. Для облегчения ремонта кривошипно-шатунного механизма в шатунах обычно используют быстросъёмные вкладыши подшипника[2], на которых нанесён антифрикционный слой (см. подшипник скольжения). Однако некоторые конструкции шатунов по-прежнему имеют заливку баббитом, при этом зазор регулируют выемом пластин между половинками шатуна (компрессоры, тихоходные судовые ДВС)[3][4]. Шатуны с ограниченным ресурсом не имеют специального антифрикционного слоя (алюминиевые шатуны пусковых и спортивных двигателей, мотоблоков)[5].

Шатун как элемент, необходимый для соединения поршня с коленчатым валом, применяется во всех существующих поршневых двигателях, за исключением двигателя Баландина, где усилие на вал передаётся не шатунным, а ползунным механизмом, а также шайбовых двигателях.

Конструкции шатунов[править | править код]

Шатуны различают по форма сечения стержня шатуна: двутавровые (применяются чаще всего), круглые, ромбические. Вторые обычны в судовых двигателях, по сверлению внутри подаётся смазка или охлаждение; третьи - в гоночных моторах с большой частотой вращения, где важно улучшение аэродинамики. Простые шатуны тихоходных механизмов имеют сечение прямоугольной формы[6].

По форме кривошипной головки шатуны бывают простые, прицепные и вильчатые (вторые характерны для звездообразных и V-образных двигателей, вильчатые применяются в некоторых V- и W-образных двигателях). Ввиду более высоких газовых сил, при равном диаметре цилиндра необходимое сечение дизельного шатуна оказывается больше, поэтому дизельные шатуны тяжелее. Шатун испытывает сложное знакопеременное нагружение и рассчитывается отдельно по каждому своему элементу[7].

В нижней головки шатуна чаще всего установлен подшипник скольжения, имеющий сменный вкладыш с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы (в дизелях, работающих на грязном по сере топливе), алюминиево-оловянным сплавом (чаще всего) или даже серебром (звездообразные быстроходные). Верхняя головка шатуна традиционно имеет бронзовую втулку, чаще всего со сверлением для подачи масла от подшипника нижней головки. Однако в двигателях с фиксацией поршневого пальца в шатуне (ранние модели ВАЗ) верхний шатунный подшипник отсутствует - нет ни втулки, ни роликов. Смотря по форсировке двигателя, шатуны могут иметь отверстие в кривошипной головке для подачи масла на гильзу цилиндра[8].

Некоторые конструкции имеют подшипники качения в нижней и даже верхней головке шатуна, в этих случаях внутренняя поверхность шатуна закаливается. Такой шатун не имеет вкладышей и ремонтных размеров, при износе меняют обойму с роликами, по результатам обмеров - шатун и/или коленчатый вал. Применение - быстроходные двигатели с воздушным охлаждением, двигатели с кривошипно-камерной продувкой - то есть те, в которых труднее обеспечить достаточное количество масла под давлением. Но наибольшее распостранение имеют обычные со втулками и плавающим пальцем[9].

Разъёмные нижние головки шатунов могут быть прямыми, косыми (разъём под углом, для увеличения допустимого диаметра шейки). Соединение головок - болтовое, реже штифтами. В ранних конструкциях шатунные гайки контрились отгибными шайбами или проволокой. Половинки нижней головки шатуна должны точно, без сдвига прилегать друг другу, для чего применяют центрирование по шатунным болтам, зубцы[10] или соединение шипом с последующей мехобработкой отверстия. В последние годы активно применяют разламываемые шатуны - у них разъёмную головку получают раскалыванием после глубокого охлаждения. Этим достигается максимальная точность при минимальной себестоимости. В случае применения вкладышей, последние удерживаются от проворота своими "усами", попадающими в паз головки[11]. Крышки подшипников в любых моделях двигателей нельзя путать между собой.

На циклическую прочность шатуна влияет радиус перехода, угол заделки верхней головки шатуна, а также качество поверхности всей детали. Для создания сжимающих напряжений шатуны часто подвергают дробеструйной обработке (после объёмной закалки и отпуска), авиационные обычно полировали.

В качестве материала применяют обычно легированную (45Г2, 12ХН3А, 18ХНВА,...) или углеродистую сталь достаточной прокаливаемости: чем больше толщина сечения, тем более легированную сталь приходится применять. Для малоразмерных автомобильных двигателей обычным является применение селектированной по углероду закалённой стали; в тихоходных механизмах шатуны имеют большие сечения, и для увеличения 90% прокаливаемости возрастающее количество легирующих элементов недопустимо увеличивает их стоимость. Поэтому шатуны судовых ДВС изготавливают из нормализованной углеродистой стали типа Ст5 (Сталь 30, 35, 40)[12].

Шатуны в одном двигателе подбирают по массе. Причём желательно подгонять отдельно массы верхней и нижней головки, используя для подпиливания приливы на крышке и верхней головке[13]. Однако некоторые механики предпочитают более лёгкий путь - при ремонте взвесить новые шатуны и поршни, выстроить по весу одни по возрастанию, а вторые по убыванию, потом соединить. Так масса поршневого комплекта легко и просто получается почти одинаковой[14].

История[править | править код]

Самое раннее свидетельство применения шатунов датируется концом 3-го века н. э., когда в Римской империи на лесопилках в Иераполе, Малая Азия, были применены механизмы, похожие на современные шатуны-преобразователи вращательного движения водяного колеса в поступательное для привода пилы. Аналогичные механизмы были также обнаружены при раскопках в Эфесе, которые датируются VI веком н. э.

Между 1174 и 1200 гг. арабский ученый и изобретатель Аль-Джазари описал машину, конструкция которой включала шатун с коленчатым валом (кривошипно-шатунный механизм). Предназначалась такая машина для подъёма воды[15].

В конструкциях машин кривошипы и шатуны обильно используются с XVI века, о чём свидетельствуют трактаты того времени: Агостино Рамелли The Diverse and Artifactitious Machines 1588 года, где изображены восемнадцать примеров. Число примеров растет в работе Theatrum Machinarum Novum от Георга Андреаса Бёклера, в которой присутствует до 45 различных машин.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Поршневой палец.
  2. Шатун двигателя внутреннего сгорания | АВТОСТУК.РУ (рус.). autostuk.ru. Проверено 19 февраля 2018.
  3. [http://mash-xxl.info/info/386331/ Баббиты для вкладышей шатунов - Энциклопедия по машиностроению XXL]. mash-xxl.info. Проверено 19 февраля 2018.
  4. Шатуны - Моряк (рус.). seaspirit.ru. Проверено 19 февраля 2018.
  5. Какой шатун выбрать (рус.). enginepower.pro. Проверено 19 февраля 2018.
  6. Administrator. Шатуны. azbukadvs.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  7. [http://www.ngpedia.ru/id481899p1.html Стержень - шатун - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1] (рус.). www.ngpedia.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  8. Кривошипно-шатунный механизм | Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания. www.stroitelstvo-new.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  9. Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны (рус.), Автодромо - автоновости, тест-драйвы, обзоры, статьи, каталог авто и автосалонов, покупка и продажа автомобилей (18 апреля 2016). Проверено 20 февраля 2018.
  10. [http://sinref.ru/000_uchebniki/00800ekscovatori/100_rukovodstvo-po-ekspluatacii-jcb-4cx/153.htm Вкладыши нижней головки шатуна (снятие и установка) дизельного двигателя Perkins]. sinref.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  11. Ремонт шатуннопоршневой группы Камаз (рус.). autoruk.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  12. Administrator. Шатуны (рус.). vdvizhke.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  13. Контент / Руководство / Поршни и шатуны - ВАЗ - ремонт, обслуживание, тюнинг (рус.). vazik.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  14. Балансировка шатунов и коленвала. - Форум Клуба PATRIOT 4x4 (англ.). www.patriot4x4.ru. Проверено 20 февраля 2018.
  15. Что такое шатун и как он работает? (рус.). Проверено 19 февраля 2018.