11. Описание конструктивного узла.

Шатун служит для передачи усилий от поршня к коленчатому валу, и наоборот (в зависимости от соотношения действующих сил).

При работе двигателя шатун совершает сложное движение, во время которого он подвергается действию переменных давлений газов и инерционных сил. В некоторых случаях действие этих сил носит характер, близкий к ударному. Таким условиям работы отвечает конструкция шатуна, имеющая максимальную жёсткость при минимальной массе.

Основными элементами шатуна являются поршневая (верхняя) головка, стержень и кривошипная (нижняя) головка.

Поршневая головка имеет обычно цилиндрическую или близкую к ней форму, её штампуют вместе со стержнем шатуна и, как правило, выполняют цельной.

В поршневые головки запрессовывают с некоторым натягом втулки из антифрикционного материала. Радиальная толщина стенки втулки составляет (0,055…0,085)d_н. Между пальцем и поверхностью втулки предусматривается зазор ∆ = (0,0004…0,0015) d_н.

Для подвода смазочного материала в поршневой головке шатуна выполняются специальные отверстия. В современных двигателях плавающие пальцы нередко смазываются принудительно, для чего масло подаётся под давлением по каналу в стержне шатуна. Это же масло может отводить теплоту от днища поршня, для чего в верхней части головки устанавливается форсунка.

Между торцами поршневой головки шатуна и бобышек поршня должен быть осевой зазор, необходимость которого обуславливается наличием допусков расстояний между осями цилиндров и размеров коленчатого вала, поршня и шатуна, а также удлинением коленчатого вала при нагревании. Длину поршневой головки шатуна делают на 3…5 мм меньше расстояния между бобышками: L_б.п=L_п._r+ (3…5) мм.

Стержень шатуна симметричен относительно продольной оси кривошипной головки и имеет двутавровое сечение. Отношение высоты двутаврового сечения к его ширине обычно колеблется от 1,4 до 1,8.

Кривошипная головка шатуна должна обладать высокой жёсткостью, обеспечивающей надёжную работу тонкостенных вкладышей; иметь минимальные габариты, определяющие контуры картера, а также минимальную массу; плавные формы во избежание концентрации напряжений в местах изменения сечений и переходов. Должна обеспечиваться возможность извлечения головки через цилиндр при демонтаже (обязательное условие для двигателей с блок-картерами).

Кривошипные головки многоцилиндровых двигателей выполняются разъёмными. Крепление крышки осуществляется с помощью болтов или (реже) шпилек. Для уменьшения габаритных размеров и массы кривошипной головки шатунные болты стремятся приблизить к оси шейки.

В случае развитых шатунных шеек с относительным размером d_ш.ш/D = 0,66…0,68 и более для обеспечения демонтажа поршня с шатуном через цилиндр кривошипные головки изготовляют с косым разъёмом под углом, равным 30, 45 и 60⁰, к продольной оси стержня шатуна (ЯМЗ – 236, СМД – 60).

Крышки кривошипных головок для предупреждения смещения в поперечном направлении фиксируют призонными болтами, выступами в крышке или теле шатуна, треугольными шлицами.

В кривошипную головку шатуна устанавливается подшипник в виде двух тонкостенных вкладышей. Толщина стенок вкладышей существующих конструкций изменяется в пределах (0,33…0,05) d_ш.ш,толщина антифрикционного слоя — 0,2…0,7 мм.

Осевой зазор (возможное перемещение кривошипной головки вдоль шатунной шейки) не превышает 0,1…0,15 мм. При наличии больших осевых зазоров возможны «центробежная откачка» масла из подшипника и падение давления в его слое.

Для предупреждения проворачивания и осевых перемещений тонкостенные вкладыши фиксируются усиками, выдавленными у стыков и располагающимися в соответствующих

канавках, выфрезерованных в шатуне и крышке. С той же целью иногда применяется штифтовая фиксация.

Различные элементы шатуна работают в условиях знакопеременных и переменных напряжений, изменяющихся в широких пределах.

Шатуны отечественных автомобильных и тракторных двигателей изготавливают из сталей 40, 45, 45Г2, 40Х; шатуны дизелей, работающих в условиях наддува при высоких давлениях сгорания,— из легированных сталей типа 18Х2Н4МА, 40Х2Н2МА, 40Х2АФЕ с высокими пределами прочности и текучести. В качестве термообработки шатунов применяются нормализация, закалка и отпуск.

Для изготовления болтов используют стали типа 35Х, 40Х, 40НХ. При больших напряжениях затяжки применяют легированные стали 18Х2Н4ВА, 20ХНЗА, 40ХНМА.

Втулки поршневых болтов головок шатунов форсированных двигателей изготовляются из алюминиево-железистой бронзы Бр АЖ 9-4, оловянно-цинковых бронз Бр ОЦ 10-2, Бр ОЦС 4-4-2,5 или Бр ОЦС 3-11-5, а также оловянно-фосфористых бронз Бр ОФ 10-1. Эти бронзы обладают высокими износостойкостью и сопротивлением усталости.

12. Расчет шатунной группы.

12.1.Поршневая головка.

Материал шатуна - углеродистая сталь; 45Г2; МПа, 1/К. Материал втулки – бронза; МПа, 1/К.