3. Конструкция элементов шатунной группы.

В состав шатунной группы входят шатун, шатунные вкладыши шатунные болты (шпильки), элементы фиксации болтов (рис 10.8).

Шатун состоит из поршневой (верхней) головки с бронзовой втулкой (при плавающем пальце), стержня и кривошипной го­ловки со съемной крышкой.

Условия работы шатунной группы характеризуются интенсивны­ми знакопеременными нагрузками от газовых и инерционных сил и повышенными температурами рабочей среды.

Исходя из условий работы к конструкции деталей шатунной группы предъявляются следующие требования: высокая жесткость, обеспечивающая надежную работу тонкостенных вкладышей и шатунных болтов; минимальные габаритные размеры и масса; высокая усталостная прочность; возможность прохождения головки через цилиндр при монтаже (непременное условие для двигате­лей с блок-картерами).

Рис. 10.8. Конструкция одинарного шатуна: 1 – верхняя головка; 2 – бронзовая втулка; 3 – стержень; 4 – шатунный болт; 5 – нижняя головка; 6 – съемная крышка; 7 – усики; 8 – верхний вкладыш; 9 – нижний вкладыш.

Поршневая головка шатуна (рис. 10.9) имеет геометрическую форму и размеры, определяемые типом ее соединения с поршне­вым пальцем (плавающим или защемленным).

Плавающий палец устанавливают в верхнюю головку шатуна, имеющую тонкостенную бронзовую втулку толщиной 0,8...2,5 мм.

Защемленный палец в неразрезной поршневой головке фиксируют с помощью гарантированного температурного натяга (20...40мкм) при сборке.

В верхней части поршневой головки обычно имеется прилив 1 (рис. 10.9, а) для подгонки шатуна по массе и расположению центра масс.

Так как сила давления газов Р_Г может значительно превышать силы инерции Р_j, при равенстве верхней и нижней площадей опор­ных поверхностей головки толщина масляного слоя между паль­цем и нижней поверхностью втулки будет меньше, чем в верхней. Для выравнивания этой толщины площадь верхней опорной по­верхности уменьшают за счет фрезерования углубления в ее сред­ней части (рис. 10.9, в) или применения наклонных торцовых поверхностей головки (рис. 10.9, г).

Для накопления и подвода масла к поршневому пальцу в верх­ней (менее нагруженной) части поршневой головки выполняют отверстия различной формы (рис. 10.9, б, в).

В форсированных дизелях смазывание поршневого пальца осуществляют маслом, поступающим под давлением через канал в стержне шатуна (рис. 10.9, д, е). При этом возможно применение струйного ох­лаждения днища поршня через распылитель 2 на поршневой го­ловке.

ж з и к л

Рис. 10.9. Поршневые головки шатунов двигателей с искровым зажига­нием (а...в), дизелей (г...е) и методы их упрочнения (ж...л): 1 — прилив; 2 — распылитель

Наиболее опасным сечением поршневой головки является ме­сто ее перехода в стержень (точка А на рис. 10.8), которое опреде­ляется углом заделки шатуна φ_з. Для упрочнения поршневой головки:

увеличивают радиус ρ (рис. 10.9, ж) перехода от стержня ша­туна к головке;

ось отверстия под палец располагают эксцентрично относи­тельно оси головки (рис. 10.9,ж);

создают арочную форму в верхней части стержня шатуна (рис. 10.9, ж) для снижения концентрации напряжений в зоне под поршневой головкой;

создают прилив металла в зоне перехода (рис. 10.9, з);

выполняют третью полку вдоль продольной оси стержня (рис. 10.9, и);

повышают толщину стержня до диаметра поршневой головки (рис. 10.9, к);

полки шатуна располагают в плоскости его качания для устра­нения консольности поршневой головки по продольной оси пальца (рис. 10.9, л).

Стержень шатуна имеет обычно двутавровое сечение, симмет­ричное относительно продольной оси кривошипной головки, что обеспечивает его высокую жесткость при небольшой массе. При подводе масла от кривошипной головки к поршневой в стержне формируют специальный канал.

Кривошипную головку шатуна выполняют разъемной. Наиболее распространены шатуны с прямым разъемом, плоскость которого перпендикулярна оси стержня шатуна.

При большом диаметре шатунной шейки, характерном для фор­сированных двигателей, разъем выполняют косым под углом φ = 30, 45 или 60° к продольной оси стержня шатуна (рис. 10.10).

Рис. 10.10. Кривошипная головка шатуна с косым разъемом и фиксацией тре­угольными шлицами (а), буртиками (б) и фиксирующими штифтами (в)

В этом случае сила инерции Р_и, растягивающая шатунные болты, уменьшается, однако возникает боковая сила . Для предотвращения смещения крышки, которое может возникнуть под действием этой силы, при­меняют треугольные шлицы (рис. 10.10, а), буртики (рис. 10.10, б) или фиксирующие штифты (рис. 10.10, в). Использование шлицов снижает жесткость, усложняет технологию и удорожает изготовле­ние. Чаще всего крышку крепят к шатуну болтами, ввернутыми в верхнюю часть головки.

В последнее время разъем между крышкой и верхней частью головки обеспечивается технологически методом разлома.

Для уменьшения концентрации напряжений в кривошипной головке переходы к опорным плоскостям головок шпилек, бол­тов, гаек выполняют большим радиусом r (рис. 10.8, б) или с поднутрением по радиусу r₁ (рис. 10.8, в).

Снижения габаритов и массы кривошипной головки достига­ют расположением шатунных болтов (шпилек) как можно ближе к оси шейки. В отдельных случаях в теле вкладыша предусматрива­ют выработку для прохождения шатунного болта.