2.3.2 Стержень шатуна

Стержни шатунов АТД имеют, как правило, двутавровое сечение. Обычно стержень симметричен относительно продольной оси КГШ. Смещение (несимметричность) использовалась в двухпролётных (неполноопорных) КВ, что давало возможность уменьшить расстояние между осями цилиндров и длину двигателя, но вызывало неравномерность износа шатунной шейки и шатунных подшипников.

К стержню шатуна предъявляются следующие требования:

 высокая жёсткость, гарантирующая надёжную работу тонкостенных вкладышей и шатунных болтов;

 минимальные габаритные размеры и масса;

 минимизация концентрации напряжений в местах изменения её формы;

 возможность прохождения КГШ через цилиндр при монтаже (необходимое условие для двигателей с блок-картерами).

Двутавровое сечение стержня является равноустойчивым к продольному изгибу как в плоскости качания шатуна, так и в плоскости, перпендикулярной плоскости качания. Оно также хорошо штампуется и имеет большую жёсткость при относительно малой массе. Внизу стержень шатуна должен плавно переходить в КГШ.

Стержень шатуна работает в условиях знакопеременных нагрузок по асимметричному циклу:

 разрывается силами инерции ВПД масс, расположенных над расчётным сечением, достигающих максимума в процессах выпуска-впуска при положении поршня в ВМТ;

 в процессе сгорания сжимается силой, равной разности силы давления газов и силы инерции.

Стержень шатуна совместно с ПГШ и верхней половиной КГШ штампуется из углеродистых или легированных сталей: 45, 40Х, 40ХН для двигателей с искровым зажиганием и 18Х2Н4МА, 40Х2Н2МА для дизелей.

В двигателях с искровым зажиганием иногда применяется литьё из перлитного чугуна. В качестве термообработки используются нормализация, закалка и отпуск. Для увеличения усталостной прочности применяется дробеструйная обработка или полировка.

2.3.3. Кривошипная головка шатуна

Для АТД кривошипная головка шатуна (КГШ) выполняется, как правило, разъёмной включает в себя её верхнюю часть, выполненную заодно со стержнем шатуна, и нижнюю часть, которая называется его крышкой. Для плавного перехода от стержня к верхней части КГШ выполняются упрочняющие приливы. Наиболее распространены прямые разъёмы (перпендикулярно оси стержня).

КГШ должна обеспечивать:

 высокую жёсткость, гарантирующую надежную работу тонкостенных вкладышей;

 минимальные габаритные размеры, определяющие контуры картера, а также минимальную массу, от которой зависят нагрузки на шатунные и коренные шейки (ШШ и КШ) и их износ;

 плавные переходы к стержню во избежание концентрации напряжения;

 возможность прохождения через цилиндр при демонтаже (обязательное условие для двигателей с блок-картерами).

Крышка шатуна с помощью болтов крепиться к своей ответной части, откованной совместно со стержнем шатуна. В большинстве случаев используется прямой (нормальный) разъём, плоскость которого перпендикулярна оси шатуна.

При прямом разъёме КГШ крышки шатуна крепятся гайками, которые навёртывают на болты, пропущенные через отверстия верхней половины КГШ и крышки. Отверстие в КГШ обрабатывают в собранном виде с крышкой. Крышки не взаимозаменяемы и маркируются.

В случае развитых шатунных шеек (ШШ) с относительным размером d_шш/D = 0,66...0,68 и более для возможности демонтажа поршня с шатуном применяют КГШ с косым разъёмом под углом 30, 45 или 60⁰ к продольной оси стержня шатуна( дизели ЯМЗ, СМД, А- 41Т). Тогда крышки шатуна крепятся болтами, ввёртываемыми в тело верхней половины головки.

При косом разъёме сила инерции, действующая на шатунные болты, уменьшается, но возникает срезывающая сила, которая, однако, воспринимается, как правило, не болтами, а теми или иными фиксирующими приспособлениями.

КГШ фиксируют от смещений следующими методами:

 призонными болтами (однако, в этом случае в них возникают поперечные нагрузки, способные вызвать напряжение изгиба и усталостные разрушения);

 косые разъемы позволяют проще разгрузить болты от боковых усилий, которые воспринимаются треугольными или прямоугольными шлицами или буртиками крышек. Технологическая сложность таких поверхностей в сочетании с их меньшей жёсткостью привели к тому, что стали использовать прямые стыковочные плоскости в сочетании с установочными штифтами (двигатель СМД-62).

Для уменьшения концентрации напряжений переходы к опорным плоскостям головок, шпилек, болтов, гаек выполняют с возможно большим радиусом или с поднутрением. Для уменьшения габаритных размеров и массы КГШ шатунные болты стремятся приблизить к оси шейки.