Шатун: назначение, устройство, материалы

Шатуном называют деталь двигателя автомобиля, соединяющую коленвал и поршень. Его назначение состоит в преобразовании поступательных движений поршня непосредственно в цилиндре ДВС во вращательные движения коленчатого вала, а дальше через трансмиссию это вращение передается на колеса транспортного средства.

Особенности конструкции

Производители выбирают конструкцию шатуна в зависимости от типа и схемы компоновки двигателя. Обычно в дизельных моторах применяются тяжелые шатуны, в бензиновых – легкие. Основными элементами детали являются:

• стержень;
• верхняя поршневая головка;
• нижняя кривошипная головка.

Для соединения со стержнем поршневой головки используется поршневой палец, кривошипная головка соединена с шейкой коленвала.

Стержень

Стержень шатуна может иметь разные типы сечения: в виде креста, круга, прямоугольника, Н-образные. Для оснащения некоторых типов двигателей используют шатуны со стержнем, в котором предусмотрена небольшая канавка, по которой масло поступает в поршневую головку.

Наиболее популярна конструкция, в которой в верхнем отделе кривошипной головки есть небольшие по размеру отверстия для разбрызгивания масла внутри поршня и цилиндра.

Верхняя поршневая головка

Верхняя поршневая головка является неразъемным элементом шатуна, ее конструкция определяется методом установки поршневого кольца. Если в моторе используется палец фиксированного типа, в поршневой головке предусматривается специальное отверстие цилиндрической формы для соединения деталей. Если выбран палец плавающего типа, в головке предусматривают втулку из бронзы или биметаллическую. Существуют конструкции поршневых головок без втулки, при этом в двигателе используется плавающий палец. В таких случаях вращательные движения пальца выполняются в специальном отверстии поршневой головки.

Использование головок в форме трапеции в некоторых моделях двигателей позволяет значительно снизить нагрузки на поршневой палец.

Нижняя кривошипная головка

Нижняя кривошипная головка имеет разборную конструкцию и предназначена для соединения коленчатого вала и шатуна. В состав кривошипной головки входят верхняя часть и крышка, фиксируемая к шатуну с помощью крепежных болтов. Различают кривошипные головки по типу разъемов по отношению к стержневой оси: выполненный под углом называют косым, перпендикулярно – прямым.

В конструкции головки предусмотрены тонкие вкладыши подшипника скольжения. Обычно такие вкладыши состоят из 2-5 слоев. Для изготовления используют стальные полосы. Внутри предусмотрена защита антифрикционным составом, который выбирается в соответствии с типом двигателя.

В современных моделях моторов используют вкладыши из 2-3 слоев. В первом случае антифрикционный состав слоем наносится на металлическую основу, во втором дополнительно используется изоляционный слой.

Для снижения шумов и вибрации от работающего двигателя шатуны и их элементы должны иметь равную массу. Это означает, что масса какой-то детали одного шатуна должна быть равна массе аналогичной детали остальных шатунов. Например, стержень массой 50 г в одном из шатунов должен по этому параметру соответствовать стержням остальных шатунов.

Массы шатунов подгоняют, снимая тонкий металлический слой с бобышек (бобышки расположены в верхних шатунных головках). Есть конструкции с бобышками на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

Материалы для изготовления шатуна

Существует два способа производства шатунов: методом штамповки из высокопрочной стали или литьем из чугуна. Для дизельных двигателей выбирают шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки. Для ряда моделей бензиновых моторов выбирают шатуны, изготовленные из металла в порошкообразном виде путем спекания материала.

Требования к шатуну, как элементу кривошипно-шатунного механизма двигателя, определяются напряженными условиями работы. Необходима износостойкость, долговечность и надежность детали.

Важно! Повышенные требования предъявляются не только к шатунам, но и к крепежным болтам. Такие болты изготавливают из легированной стали с высоким коэффициентом текучести (значительно выше, чем у высокоуглеродистой стали).