2. Шатунна група

До шатунної групи належать шатуни, шатунні вкладиші і шатунні болти.

Шатуни забезпечують постійний зв'язок між поршнями і кривоши­пами колінчастого вала двигуна. Беручи участь в поступальному й обертальному русі, шатун здійснює складний рух і зазнає впливу змін­них за величиною і напрямком сил тиску газів та інерції. Ці сили обумовлюють появу у шатуні складних деформацій стиснення, розтягу і згинання.

Згідно з цим шатуни повинні мати такі властивості: високу міц­ність і жорсткість; малу масу; стійкість проти втомлюваності; зруч­ність складання і монтажу.

Шатун складається з верхньої головки, стержня і. нижньої головку. Конструктивне виконання верхньої головки шатуна залежить від роз­міру і способу кріплення поршневого пальця. В сучасних автомобіль­них двигунах застосовують здебільшого плаваючі пальці. У цьому ра­зі верхня головка, має циліндричну форму в отвір якої запресовують одну або дві бронзові втулки. Для змащування пальця у верхній головці фрезеру­ють паз.

На верхній головці ша­туна дизельного двигуна є виступ, в отвір якого запресовують розпилювач масла. Масло, надходячи під тиском у просвердлини у тілі шату­на і проходячи по кільце­вій канавці між бронзови­ми втулками, виходите крізь чотири отвори роз­пилювача і охолоджує дни­ще поршня. Якщо застосо­вують защемлений поршне­вий палець, то у верхній головці шатуна роблять розріз, який стягують за допо­могою болта.

Щоб зменшити концент­рацію напруг, здійснюють плавний перехід від верх­ньої головки шатуна до його стержня. Для збільшення жорсткос­ті стержень шатуна, як правило, в усіх автомобільних двигунах виконується двотаврового перерізу, причому вісь двотавра роз­міщується в площині хитання шатуна.

Існують стрижні іншої форми, особливо у шатунів спортивних двигунів, виготовлених з алюмінієвих сплавів. Шатуни дизельних двигунів зазвичай більш масивні і більш міцні в порівнянні з шатунами бензинових двигунів.

Рисунок 14.7 – Типи поперечних перерізів шатунів

Уздовж осі стержня шатунів дизельних двигунів роблять отвори, по яких масло під тиском подається для змащування поршневого пальця і охолоджен­ня днища поршня. Стержень шатуна плавним переходом з'єднується з нижньою головкою.

Д ля зменшення вібрацій двигуна необхідно щоб всі шатуни двигуна мали однакову вагу, більш того повинен бути однаковим не тільки загальна вага кожного шатуна, але і вага кожної верхньої і кожної нижньої головки шатуна. Для зважування кожної головки шатуна застосовуються точні (електронні) ваги зі спеціальним пристосуванням (настановної качалкою). Спочатку зважуються всі шатуни двигуна, і результати зважування записуються в спеціальну таблицю з окремим зазначенням ваги нижньої і верхньої головок кожного шатуна. Підгонка ваги здійснюється по самому легкому шатуну, за рахунок акуратного зняття частини металу зі спеціальних напливів (бобишок), розташованих на верхній головці шатуна і на кришці нижньої головки (рис.8). Іноді напливи в нижній частині шатуна розташовані не на кришці нижньої головки, а на стержні шатуна трохи вище нижньої головки в місці знаходження центру ваги шатуна.

Рисунок 14.8 – Схема розташування місць, з яких знімається метал для зрівноваження деталей КШМ.

Нижню головку шатуна автомобільних двигунів виконують рознімною, що дає можливість з'єднувати шатун з кривошипною шийкою колін­частого вала. Кришку нижньої головки для більшої жорст­кості виготовляють з ребрами або з приливами. Її кріплять до тіла шатуна болтами або шпильками.

У V-подібних двигунах, щоб зручнішим було складання і забезпе­чувалася можливість проходження нижньої головки крізь циліндр, іноді роблять косий роз'єм, Для фіксації кришки в боковому напрямку призначені виступи на кришці або трикутні шліци в пло­щині роз'єму

Виготовляють шатуни штампуванням з наступною термічною та механічною обробкою. Для шатунів карбюраторних двигунів викори­стовують сталі 40, 45, 45Г2, 40Х, 40ХН, а для шатунів високофорсованих дизелів — леговані сталі 18ХНМА, 18ХНВА, 40ХНМА.

Після обробки шатуни нормалізують, загартовують і відпускають. Шатуни, які працюють в особливо важких умовах, для підвищення втомної міцності піддають дрібноструменевій обробці і полірують.

Тепер у карбюраторних двигунах почали застосовувати шатуни від­литі з ковкого перлітового чавуну. Перевагами таких шатунів є велика: втомна міцність, менша вар­тість виготовлення і більш ефективне використання ме­талу при складній конфігу­рації.

У верхню головку шатуна, якщо застосовується плаваю­чий палець, запресовують втулки, що виготовлені з алю­мінієво-залізистої бронзи Бр. АЖ 9-4 або з олов'яно-цинкових бронз Бр. ОЦ 10-2 і Бр. ОДС 4-4-2,5. Ці бронзи мають високу стійкість проти спрацювання і втомну міц­ність. Шатунні вкладиші авто­мобільних двигунів мають вигляд півкілець, які вста­новлюють в нижню головку шатуна і її кришку. Від про­кручування і осьового пере­міщення вкладиші фіксуються вусиками, які упираються в канавки, про фрезовані в шатуні і кришці. Виготовляють вкладиші тонкостінними із стальної стрічки завтовшки 1—2 мм, яку заливають антифрикційним сплавом завтовш­ки 0,3 … 0,4 мм

Антифрикційним сплавом в автомобільних карбюраторних двигунах є сплав СОС6-6 (5—6% олова, 5—6% сурми, решта свинець), який характеризується доброю припрацьованістю і високою корозійною стійкістю.

На шатунні підшипники дизельних двигунів діють значні наванта­ження; тому їх вкладиші виготовляють із свинцевої бронзи, яка характеризується підвищеною поверхневою твердістю. Останніми роками в дизельних двигунах почали застосовувати анти­фрикційні сплави на алюмінієвій основі (АО-20, ACM, ACT), які значно підвищують витривалість підшипників.

Шатунні болти зазнають дії пульсуючих навантажень, основним з яких є сила інерції поступально рухомих мас, що досягає максимальні величини при виході поршня з ВМТ. У зв'язку з цим болти повинні мати високу втомну міцність, для підвищення якої стержень болта виконують діаметром, меншим від діаметра різьби, і здійснюють плав­ний перехід від різьби до стержня. Щоб запобігти провертанню болтів, застосовують несиметричні головки або підрізи на головках. Шатунні болти виготовляють із сталей 35Х, 40Х, 35ХМА, 37XH3A., Для форсо­ваних двигунів болти виготовляють з високолегованих сталей 18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХНМА, які мають високі границі міцності і текучості.

В ід осьового зсуву і прокручування шатунні підшипники утримуються в своїх гніздах вусиками, що входять в пази, які розташовані на одній стороні шатуна. Масло до вкладишів надходить по каналах, виконаних в колінчастому валу, коли ті під час його обертання співпадають з отворами вкладишів. За допомогою каналу на внутрішній поверхні масло рівномірно розподіляється по поверхні вкладиша.

Рисунок 14.9 - Шатун і шатунні підшипники

1 – верхня головка; 2 - втулка верхньої головки; 3 - стержень; 4 - нижня головка; 5 - вкладиш шатунного підшипника; 6 - кришка нижньої головки; 7 – шплінт; 8 – гайка; 9 - вус-фіксатор; 10 – шатунний болт.

Контрольні питання

1. Особливості будови поршнів.

2. Особливості будови шатунів.

3. Матеріали для виготовлення поршнів і шатунів.

4. Особливості будови поршневих кілець і пальців.

ТЕМА № 15. ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ КОЛІНЧАСТИХ ВАЛІВ

1. Група колінчастого вала, загальні вимоги до валів

2. Матеріали і способи одержання заготовок

3. Основні елементи колінчастого валу і їх характеристики

4. Методи зміцнення колінчастого вала

1. Група колінчастого вала, загальні вимоги до валів

До групи колінчастого вала належать власне колінчастий вал з усіма закріпленими на ньому деталями (противагами, розподільною, шестірнею, масловідбивачем, шківами та ін.) і маховик.

Колінчастий вал належить до найбільш відповідальних, напружених і дорогих деталей двигуна.

Колінчастий вал сприймає через шатуни зусилля від тиску газів і передає їх трансмісії автомобіля. Під час роботи двигуна колін­частий вал навантажується періодично діючими силами тиску газів і силами інерції поступально рухомих мас, а також постійно діючими відцентровими силами обертових мас. Ці сили обумовлюють появу значних скручувальних і згинальних напруг. Крім того, у валу ви­никають додаткові напруги внаслідок крутильних коливань і коливань вигину. Шийки вала зазнають змінного тиску, що зумовлює значну роботу тертя і знос шийок. Внаслідок цього колінчастий вал двигуна повинен мати високу міцність, жорсткість і зносостійкість поверхонь (шийок), що труться, за відносно невеликої маси (маса вала становить 7-15% маси двигуна).

Виходячи з умов роботи, до конструкції колінчастого валу висувають такі вимоги:

• статична і динамічна зрівноваженість; міцність, надійність і стійкість проти спрацювання; легкість при достатній жорсткості;

• відсутність резонансу крутильних коливань у робочому діапазоні кількості обертів;

• точність виготовлення корінних і шатунних шийок за розмірами і формою;

• достатню твердість і високу ступінь чистоти обробки поверхні шийок;

• розвантаженість корінних підшипників від відцентрових сил інерції; обтічність форми (малі вентиляційні втрати).

Конструкція і розміри колінчастого вала залежать від кількості циліндрів і їх розміщення та прийнятого порядку роботи двигуна.

За конструкцією колінчасті вали можуть бути суцільними і складеними з противагами, що закріплюються. Кривошипи колінчастих валів розташовують під кутом 180º, рідше під 90º.

Розміри колінчастих валів автотракторних двигунів:

довжина вала - 550-1200 мм;

• діаметр корінних шийок - 50-95 мм;

• діаметр шатунних шийок - 45-90 мм;

• радіус кривошипа - 36,5-102,5 мм;

• діаметр фланця - 117-190 мм.

Корінні та шатунні шийки повинні бути оброблені за 5-7 квалітетами точності при шорсткості R_а = 0,08-0,32 мкм, овальність, конусність та ввігнутість повинні знаходитись в межах 0,005-0,01 мм.

Непаралельність осей шатунних шийок і крайніх корінних не повинна перевищувати 0,01-0,03 мм по всій довжині шийки. Шийку переднього кінця необхідно обробляти за 7-м квалітетом точності. Шорсткість поверхонь цих шийок повинна відповідати R_а = 0,32-1,25 мкм.

Неплощинність торця фланця, до якого прикріплюється махових, повинна бути не більше 0,04-0,1 мм, а биття на довжині його радіуса - 0,03-0,05 мм.

Колінчасті вали піддаються динамічному балансуванню. Допустима динамічна неврівноваженість колінчастих валів - 15-30 г. см.