7.1.2. Шатунная группа

К шатунной группе относят: шатун с верхней и нижней головками, шатунные болты, вкладыши.

Шатун служит связующим звеном между поршнем и кривошипом коленчатого вала (рис.7.3). Так как поршень совершает прямолинейное возвратно- поступательное движение, а коленчатый вал (КВ) – вращательное, то шатун совершает сложное движение. При работе шатуны подвергаются воздействию знакопеременных, носящих ударный характер нагрузок от действия сил давления газов и инерционных сил. Материал и конструкция шатуна должны обеспечить его высокую усталостную прочность и жесткость при минимальной массе. Таким требованиям удовлетворяют шатуны, стержень которых выполнен в виде двутавра. В конструкции шатуна выделяется три конструктивных элемента – верхняя головка, стержень и нижняя (кривошипная головка).

Рис.7.3. Конструкция шатуна: 1 – верхняя головка шатуна;

2 – бронзовая втулка; 3 – стержень шатуна; 4 – шатунный болт;

5 – нижняя головка шатуна; 6 – верхний вкладыш; 7 – нижний вкладыш; 8 – усики, фиксирующие вкладыши от проворачивания и осевого смещения

В автотракторных двигателях применяют шатуны с разъемной кривошипной головкой и подшипниками скольжения в верхней головке. Масло для смазывания втулки подводится либо под давлением от нижней головки по сверлению в стержне шатуна, либо масляным туманом через отверстие или разрез выполненными в верхней головке. Эти отверстия выполняют в верхней, наименее нагруженной части поршневой головки.

В крупных судовых ДВС применяют так же шатуны с отъемной нижней головкой. Для изготовления шатунов в зависимости от степени форсировки двигателей применяют углеродистые и легированные стали. В современных автотракторных двигателях в качестве материала начинают применять специальный ковкий перлитный с шаровидным графитом чугун, который по своим механическим свойствам близок к сталям. В последние годы начинают использовать в качестве материала шатунов металлокерамику и композиционные материалы для снижения массы.

Подшипники выполняются из стальной ленты, залитой антифрикционным материалом (биметаллический). Подшипники, у которых на стальную ленту вначале наносят медно-никелевый подслой, а затем антифрикционный материал, называют триметаллическими. Они отличаются в сравнении с биметаллическими большим ресурсом работы. Для двигателей бензиновых в качестве антифрикционного материала применяют свинцовооловянистые, алюминиевые высокооловянистые сплавы. Для подшипников дизелей применяют свинцовистую бронзу. Шатунные подшипники выполняются в виде двух тонкостенных вкладышей. Для предотвращения их осевого перемещения и проворачивания при вращении КВ на из кромок вкладыша отгибается специальный фиксирующий выступ, который входит в специальный паз, выполненный в нижней головке. Для подшипников дизелей применяют свинцовистую бронзу.

Шатунные болты подвергаются нагрузкам от силы предварительной затяжки и сил инерции. Шатунные болты кривошипных головок с прямым разъемом выполняют с призонным пояском для точной фиксации положения крышки относительно тела шатуна. Для такой фиксации могут применяться специальные, точно выполненные втулки.

Болты выполняют из хромистых и хромоникельмолибденовых сталей марок 30Х,40Х, 40ХНМА штамповкой на холодновысадочных автоматах с последующей накаткой резьбы и последующей термической обработкой. Для предотвращения проворачивания болтов при затяжке, их головки выполняют несимметричной формы с вертикальным срезом, а в теле шатуна фрезеруют площадки или углубления с вертикальным уступом. Гайки шатунных болтов самоконтрящиеся.

Коленчатый вал. Коленчатый вал является одной из напряженных и дорогостоящих деталей двигателя (рис.7.4). В процессе работы он, воспринимая переменные по величине и направлению газовые и инерционные силы и их моменты, подвергается деформациям изгиба и кручения, а поверхности шеек подвержены истиранию. Коленчатые валы изготавливают из стали или специального чугуна. Коленчатые валы современных двигателей, как правило, выполняются полноопорными, т.е. число коренных шеек у таких валов на единицу превышают число шатунных шеек с целью повышения жесткости вала. Основные элементы коленчатого вала: коренные и шатунные шейки, соединенные щеками. На продолжении шеек располагают противовесы, назначение которых – уменьшать нагрузки на коренные шейки.

1

2

3

Рис.7.4. Коленчатый вал: 1 – коренная шейка; 2 – щека;

3 – шатуная шейка