Что такое шатун в двигателе мотоцикла

Устройство автомобилей

Детали шатунной группы

Шатунная группа

Шатунная группа образует промежуточное шарнирное звено между прямолинейно перемещающимся поршнем и вращающимся коленчатым валом. Она включает в себя шатун, шатунные вкладыши, втулку верхней головки шатуна и крепежные детали, к которым относятся болты и гайки нижней головки шатуна, выполняемой чаще всего разъемной (см. рис. 1).
Детали шатунной группы несут значительные механические нагрузки, принимаемые от поршня через поршневой палец и передаваемые далее деталям группы коленчатого вала, а также значительные инерционные нагрузки, обусловленные сложным знакопеременным движением шатуна.

По этим причинам к конструкции деталей шатунной группы предъявляются определенные требования, направленные на обеспечение их надежной и безотказной работы, а также приемлемой долговечности, поскольку ремонт и замена этих деталей связаны с ремонтными работами значительной трудоемкости.

Шатун

Основной деталью шатунной группы является шатун – металлический стержень с головками на обоих концах, шарнирно соединяющий поршень и коленчатый вал. Шатун воспринимает усилие со стороны газов при рабочем ходе от поршневого пальца и передает его кривошипу коленчатого вала, а также обеспечивает перемещение поршневой группы при совершении промежуточных процессов (тактов).
Верхняя головка шатуна качается на поршневом пальце через специальную втулку, а нижняя вращается относительно шатунной шейки посредством подшипников скольжения (вкладышей).

Анализ кинематики движения шатуна показывает, что его верхняя головка перемещается возвратно-поступательно совместно с поршнем. Совершая при этом цикличные угловые колебания небольшой амплитуды.
Нижняя головка шатуна вращается вместе с кривошипом коленчатого вала, при этом она тоже совершает колебания небольшой амплитуды относительно оси цилиндра.
Стержень шатуна совершает сложное циклическое движение в плоскости, перпендикулярной коленчатому валу.

Механические нагрузки, действующие на шатун, очень разнообразны и изменяются по величине и направлению во время работы двигателя. Набольшие напряжения обусловлены силами сжатия при рабочем ходе поршня, поэтому расчеты на прочность для шатунов выполняют по сжимающей нагрузке.
Растягивающие усилия при вспомогательных тактах, а также напряжения, вызванные силами трения и инерции значительно меньше сжимающих сил, тем не менее, при конструировании шатунов (особенно высоконагруженных и быстроходных двигателей) приходится учитывать и их.

К шатунам предъявляются следующие требования:

• высокая усталостная прочность при динамических нагрузках;
• высокая жесткость головок и стержня;
• минимальная масса и габариты (размеры шатуна не должны препятствовать его проходу через цилиндр при сборке двигателя);
• простота и технологичность конструкции.

В зависимости от компоновки двигателя могут применяться различные типы шатунов. В однорядных и V-образных двигателях со смещенными цилиндрами правого и левого ряда наибольшее распространение получили простые одинарные шатуны (рис. 1), непосредственно сопрягаемые с шатунной шейкой коленчатого вала. Реже встречаются в двухрядных и многорядных двигателях с цилиндрами, расположенными в одной поперечной плоскости, сочлененные шатуны (рис. 2).

Сочлененные шатуны могут быть:

• вильчатыми (рис. 2, а) с нижними головками, расположенными соосно шатунной шейке;
• главными (рис. 2, б) и прицепными (рис. 2, в) с нижними головками, размещенными вне центра шатунной шейки.

В последнем случае оси нижних головок главного и прицепного шатунов движутся по разным траекториям.

Конструкция верхней головки шатуна зависит от способов фиксации поршневого пальца. В случае жесткого закрепления поршневого пальца в верхней головке шатуна он запрессовывается в головку с гарантированным натягом.

При установке плавающего пальца в верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку, толщиной 0,8…2,5 мм.

Для подгонки шатуна по массе и расположению центра масс на верхней головке имеется прилив 1 (рис. 3). Чтобы обеспечить равномерное давление на опорную поверхность втулки, поперечное сечение верхней головки делается с утолщением в центре.

Для смазывания поршневого пальца в менее нагруженной части верхней головки шатуна выполняют отверстия или прорези (рис. 3, б, в).

Учитывая значительные отличия величин сжатия и растяжения, верхние головки шатунов дизельных двигателей иногда выполняют с наклонными торцевыми плоскостями (рис. 3, г). При этом давление на нижнюю и верхнюю половины головки сравниваются, а масляный слой имеет более равномерную толщину по окружности.

В наиболее нагруженных двигателях применяют подачу масла к поршневому пальцу под давлением через канал в стержне шатуна (рис. 3, д, е). При этом появляется возможность принудительного струйного охлаждения днища поршня через распылитель 2 на верхней головке.

С точки зрения прочности самым опасным сечением верхней головки является сечение в месте ее перехода в стержень (рис. 1, точка А), расположение которого определяется углом φ_З .
Для упрочнения верхней головки выполняют плавный переход (галтель) к стержню или создают прилив металла в зоне перехода.

Стержень шатуна должен обладать высокой жесткостью и прочностью. Этим требованиям отвечает стержень двутавровой формы поперечного сечения, который имеет высокую жесткость по оси х-х (рис. 1).
Такая форма стержня выгодна и с точки зрения уменьшения массы шатуна, а также экономии металла.
Размер поперечного сечения стержня шатуна плавно возрастает от верхней до нижней головки.

Нижняя головка шатуна обеспечивает вращательное движение шатуна вокруг шейки коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника. Для обеспечения сборки механизма нижние головки шатунов выполняются разъемными (разрезными). Крышка нижней головки крепится к шатуну с помощью шатунных болтов, шпилек или конических штифтов (рис. 2).

Для обеспечения правильных переходов отверстия под шатунный вкладыш нижняя головка обрабатывается в сборе с крышкой. Поэтому крышки нижних головок шатунов не взаимозаменяемы.

Плоскость разъема нижней головки чаще всего перпендикулярна оси стержня шатуна (рис. 1). Однако в дизелях, имеющих относительно большие диаметры шатунных шеек, коленчатого вала иногда применяют косой разъем нижней головки (рис. 4).
Если же применять обычный перпендикулярный разъем, нижняя головка может не пройти сквозь цилиндр при монтаже или демонтаже

Для точной центровки крышки относительно шатуна применяют призонные болты (имеющие точно обработанный направляющий поясок), а также треугольные шлицы, буртики и фиксирующие штифты.

Шатунные вкладыши , являясь подшипниками скольжения, обеспечивают вращение шатуна относительно коленчатого вала с минимальным трением и изнашиванием.

Шатунные вкладыши работают в более тяжелых условиях, чем коренные, так как нагружены неравномерно. Они выполняются аналогично вкладышам коренных подшипников и из того же материала. Осевой зазор, которому соответствует возможное перемещение шатуна вдоль шатунной шейки, не должен превышать 0,2…0,3 мм.

Шатунные болты затягиваются с усилием; момент затяжки должен в 2…3 раза превышать момент растяжения, возникающий при работе двигателя.

Болт должен исключать напряжения, перекосы. Должна быть предусмотрена надежная фиксация, препятствующая самоотворачиванию болта.

Напряжения в болте и гайке, возникающие при затяжке, снимаются обратным поворотом гайки на небольшой угол. Болты выполняют фасонными с таким расчетом, чтобы минимальное сечение тела было меньше ослабленного внутреннего диаметра резьбы.
Радиусы перехода от головки к телу и от тела к резьбе выполняются достаточно большими.

Для предотвращения проворачивания головок болтов при затяжке гаек на их боковой поверхности выполняется лыска (срез), которая упирается в выступ нижней головки шатуна. Гайки и болты от самоотворачивания предохраняются шплинтами и стопорными шайбами с отгибаемыми краями. Гайки шатунных болтов иногда делают самоконтрящимися (обжатые по краям).

Из каких металлов изготавливают шатуны?

Для изготовления шатунов бензиновых двигателей используются углеродистые или легированные стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р, а для дизельных двигателей – высокопрочные легированные стали 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХНЗА, 40Х2МА и др.
Шатуны могут отливаться, также, из высокопрочных титановых сплавов или композитных материалов.

Чаще всего шатуны изготавливаются методом горячей штамповки с последующим механической обработкой рабочих поверхностей. Для повышения прочности шатуны подвергаются термической обработке. Для того, чтобы повысить усталостную прочность, их поверхность обрабатывают стальной дробью.

КП: Динамика движения кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания

Курсовой проект по Теоретической механике

Группа: 08 (23604/1)

Семестр: весна 2014

Содержание

• 1 Аннотация проекта
• 2 Постановка задачи
• 3 Общие сведения по теме
• 4 Решение
• 5 См. также

Аннотация проекта [ править ]

Проект направлен на изучение динамики движения кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Исследование законов движения КШМ дает возможность получить расчетные формулы для определения величины и характера изменения сил, действующих в основных деталях двигателя при его работе.

Постановка задачи [ править ]

Изучить характер движения и определить момент инерции шатуна.

Найти зависимость величин сил, действующих на поршень от угла поворота кривошипа.

[math] l = AB [/math] — длина шатуна (расстояние между осями поршневой и кривошипной головок шатуна)

[math] r = OB [/math] — радиус кривошипа (расстояние между осями коренной и шатунной шеек кривошипа)

[math] m [/math] — масса шатуна

Общие сведения по теме [ править ]

На детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы: давления газов, инерции и трения. Особый интерес представляют первые две, имеющие относительно большие и переменные значения и вызывающие деформации, напряжения и колебания, при которых получается динамическое усиление. Шатун совершает плоско-параллельное движение в плоскости перпендикулярной оси коленчатого вала. Силы инерции, действующие на него, при расчете деформаций и прочности должны рассматриваться, исходя из распределения массы по длине. При оценке внешнего действия сил инерции, т.е. действия их в узлах сочленения с поршневым пальцем и шатунной шейкой, производят приведение массы, заменяя сложное распределение ее по длине шатуна конечным числом соответствующих сосредоточенных масс, расположенных на недеформируемом стержне.

Масса шатуна [math] m [/math] может быть заменена двумя массами, сосредоточенными на осях поршневого пальца [math] m_ <1>[/math] , шатунной шейки кривошипа [math] m_ <2>[/math] . Такая замена будет эквивалентной при соблюдения следующих условий:

а) сумма всех масс должна быть равна массе шатуна;

б) центр тяжести всех масс должен совпадать с центром тяжести шатуна.

Решение [ править ]

1.Определение момента инерции шатуна

Приведем массу шатуна к виду: [math] m = m_<1>+m_ <2>[/math]

Центр тяжести всех масс должен совпадать с центром тяжести шатуна ( [math]sum_<1>^ <2>m_, l_ = 0 [/math] , где [math]l_[/math] – координаты [math] i [/math] -ой массы в выбранной системе координат), т.е

где [math] l_ <1>— [/math] расстояние от центра масс шатуна до оси поршневого пальца (если начало координат выбрать в центре масс шатуна, а одна из осей совпадает с осью шатуна);

Сумма моментов инерции всех масс относительно оси, проходящей через центр тяжести шатуна, должна быть равна моменту инерции шатуна [math] I_ [/math] относительно той же оси [math] ( sum_<1>^ <2>m_<1>, l_<1>^ <2>= 0) [/math]

Выразим [math] m_ <1>[/math] и [math]m_<2>[/math] :

Тогда момент инерции шатуна выражается как:

Для определения момента инерции шатуна [math] I_ [/math] необходимо знать [math] m_ <1>[/math] и [math] m_ <2>[/math] , а также положения его центра тяжести (центра масс). Эти величины определяются взвешиванием на рычажных весах. Высоты опор подбирают такими, чтобы при взвешивании ось шатуна была горизонтальной. Расстояние между опорами A и B должно быть равно длине шатуна [math]l[/math] как показано на рисунке справа. Из условия равновесия:

[math] m_<1>, g, l — m, g, (l — l_<1>) = 0 [/math] находим [math] l_ <1>= frac<(m, - m_<1>,) l> [/math]

Подставив полученное значение [math] l_ <1>[/math] в формулу (1) получим, что [math] I_ = m_<1>, l^ <2>— frac^<2>, l^<2>> [/math]

2.Зависимость величин сил, действующих на поршень от угла поворота коленчатого вала

Сила [math] P [/math] , действующая на поршень может быть разложена на составляющие: [math]P_[/math] , направленная вдоль оси шатуна, и [math]P_[/math] — перпендикулярно (нормально) оси цилиндра. Они могут быть выражены через [math] beta [/math] — угол поворота шатуна относительно центральной оси как:

[math] P_ = P, tg beta [/math]

Найдем зависимость угла поворота шатуна [math] beta [/math] от угла поворота кривошипа [math] varphi [/math] . Для этого запишем теорему синусов для треугольника AOB:

[math]lambda =frac[/math] – безразмерный параметр КШМ (отношение радиуса кривошипа к длине шатуна)

Значение этого параметра для автомобильных и тракторных двигателей находится в пределах 1/3. 1/4, (т. е. 0,31. 0,24). Для решения нашей задачи возьмем [math]lambda = 0,28 [/math] и найдем все значения угла [math]beta[/math] .

[math]beta = arcsin(lambda , sin, varphi )[/math]

Построим график зависимости [math]P_[/math] и [math]P_<с>[/math] от угла поворота коленчатого вала [math]varphi[/math]

Шатунная группа

Шатунная группа включает шатун, втулки, вкладыши, болты (или шпильки) с гайками, элементы крепления вкладышей и элементы шплинтовки гаек. Шатун связывает колено вала с поршнем в тронковых двигателях или с ползунами в крейцкопфных двигателях. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгибы. Поэтому шатун должен быть прочным и жестким при возможно малой массе. Материалом для шатунов обычно служит углеродистая или легированная сталь, реже – алюминиевый сплав. Шатуны изготовляют большей частью ковкой в штампах с последующей механической и термической обработкой.

В зависимости от типа двигателя и расположения цилиндров шатуны можно разделить на три группы:

• шатуны однорядных двигателей с тронковым кривошипно-шатунным механизмом;
• шатуны двухрядных двигателей (V-, W- ,VR-образных);
• шатуны двигателей с крейцкопфным кривошипно-ша- тунным механизмом.

Основные элементы конструкции шатуна тронкового кривошипно-шатунного механизма следующие: верхняя (или поршневая) головка шатуна, стержень (или тело) и нижняя головка. Верхняя головка шатуна, которая охватывает поршневой палец, обычно делается неразъемной цилиндрической формы. В нее запрессовывается бронзовая втулка или вставляются стальные вкладыши с тонким слоем антифрикционного сплава, которые являются подшипником поршневого пальца. Иногда втулку в верхней головке шатуна стопорят болтом, чтобы предотвратить ее проворачивание и перемещение в осевом направлении (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Конструкции верхних головок шатуна

Масло для смазки подшипника верхней головки шатуна подводится от шатунной шейки коленчатого вала по каналу в стержне шатуна или забрасывается при вращении вала. Иногда в верхнюю головку шатуна ставят игольчатый подшипник, однако из-за ударной нагрузки подшипники качения не получили широкого применения.

Стержень шатуна, соединяющий его верхнюю и нижнюю головки, может быть различной формы сечения (рис. 1.15). В тихоходных двигателях сечение стержня часто имеет цилиндрическую или овальную форму. Стержни с таким сечением просты в изготовлении, но круглая форма нерациональна, так как при равной жесткости шатун с круглым стержнем получается более тяжелым. Для уменьшения массы круглый стержень делают обычно пустотелым (сверленым). Во избежание концентрации напряжений переходы от стержня к головкам выполняются более плавными. Так как нижняя головка всегда значительно больше верхней, поперечное сечение стержня должно постепенно увеличиваться от верхней головки к нижней. В быстроходных двигателях стержень шатуна изготовляют преимущественно двутаврового сечения; в этом случае обеспечивается наибольшая жесткость детали в плоскости качания при наименьшей массе. Для подвода масла к подшипнику поршневого пальца большей частью по всей длине стержня высверливают отверстие диаметром 6–8 мм.

Рис. 1.15. Сечение стержня шатуна

Нижняя головка шатуна (рис. 1.16) по условиям ее монтажа, как правило, делается разъемной и имеет размеры, позволяющие вынимать поршень с шатуном через цилиндр. Разъем головки обычно располагают в плоскости оси шатунной шейки. При значительном диаметре шатунных шеек нижнюю головку шатуна иногда изготовляют с косым разъемом для облегчения демонтажа шатуна через цилиндр.

Неразъемные нижние головки в виде исключения применяют только в двигателях, коленчатые валы которых делаются разъемными, а также в случае применения подшипников качения (мотоциклетные, звездообразные и другие двигатели).

Рис. 1.16. Конструкции нижних головок шатуна

Крышка шатуна – это нижняя часть его головки. Она может быть зафиксирована относительно верхней различными способами: фиксирующим пояском у шатунных болтов, штифтами, буртиками на крышке, шлицами в полости стыка. Нижнюю головку шатуна или непосредственно заливают антифрикционным сплавом, или снабжают вкладышами с заливкой. Для регулирования зазора в шатунном подшипнике в плоскости разъема нижней головки шатуна двигателей больших размеров помещают набор калиброванных прокладок.

Шатунные подшипники, так же как и коренные, имеют вид толсто- или тонкостенных вкладышей с баббитовой или свинцовисто-бронзовой заливкой, а также сталеалюминиевых вкладышей. От проворачивания и смещения в осевом направлении вкладыши подшипника фиксируются штифтами или выступами, которые входят в соответствующие пазы в крышке.

Шатунные болты для крепления разъемных кривошипных головок шатуна испытывают переменные нагрузки. Основной нагрузкой являются сила инерции поступательно движущихся частей и центробежная сила инерции массы вращающейся части шатуна за вычетом массы крышки. Сила предварительной затяжки болтов должна обеспечивать плотность стыка и значительно превосходить по величине силу, стремящуюся раскрыть стык. При недостаточной жесткости шатунной головки и неточности ее изготовления опорные поверхности головки и гайки шатунного болта перекашиваются, что вызывает дополнительные напряжения от изгиба болта. Обрыв шатунного болта на работающем двигателе обычно вызывает разрушение деталей кривошипно-шатунного механизма и корпуса.

В двухрядных V- ,VR- и W-образных двигателях с неразъемным коленчатым валом возможны три способа размещения шатунов на коленчатом вале:

1. Сочлененные шатуны (рис. 1.17). Нижняя головка главного шатуна имеет косой разъем относительно оси шатуна. Крышка крепится к головке шпильками. В верхней части нижней головки имеются две проушины, расположенные под углом, соответствующим углу развала цилиндров двигателя. Прицепной шатун снабжен неразъемной нижней головкой с бронзовой втулкой. Сочленение нижней головки прицепного шатуна с главным осуществляется при помощи пальца, установленного в проушинах главного шатуна. Масло к рабочей поверхности бронзовой втулки прицепного шатуна подводится от главного шатуна по системе отверстий и через внутреннюю полость пальца.

2. Центральные шатуны (рис. 1.18). Нижнюю головку главного шатуна выполняют вильчатой (рис. 1.18б). Две отъемные нижние крышки охватывают стальной разрезной вкладыш шатунного подшипника (рис. 1.18а). Заливка антифрикционным сплавом на вкладышах делается по всей внутренней поверхности, а также посередине наружной поверхности. В развилку главного шатуна входит нижняя разъемная головка внутреннего шатуна (рис. 1.18в), которая охватывает средний пояс вкладыша.

Рис. 1.17. Сочлененные шатуны

Рис. 1.18. Центральные шатуны

3) Смещенные шатуны. В этом случае на одной общей шатунной шейке рядом расположены две нижние головки шатунов нормального типа, применяющихся в однорядных двигателях.

Преимуществом сочлененных шатунов является повышенная жесткость нижней головки. К недостаткам следует отнести различный ход поршней, соединенных с главными и прицепными шатунами, и сложность конструкции сочлененных шатунов. Центральные шатуны обеспечивают одинаковый ход поршней правого и левого рядов цилиндров, но также сложны в изготовлении и не обладают достаточной жесткостью. В случае применения смещенных шатунов приходится смещать ряды цилиндров в осевом направлении один относительно другого, что увеличивает длину двигателя и усложняет конструкцию передачи механизма газораспределения. Однако в современных двигателях часто при-меняются смещенные шатуны.

В кривошипно-шатунном механизме крейцкопфного типа шатун сочленяется с поршнем через шток и крейцкопф (ползун). С головкой поршня шток соединяется при помощи фланца, откованного вместе с ним. Крейцкопф представляет собой стальную паковку с двумя цапфами для соединения с верхней вильчатой головкой шатуна. Шток поршня крепится к крейцкопфу. Кроме того, к крейцкопфу болтами присоединяется один или два башмака с плоской или цилиндрической подошвой, залитой антифрикционным сплавом. Башмаки движутся по направляющим крейцкопфа. Обычно верхние головки вилки шатуна делаются разъемными с крышками, которые крепятся болтами. В верхние головки вставляются вкладыши, залитые антифрикционным сплавом.

Шатун — Connecting rod

А шатун, также называемый шатун, является частью поршневой двигатель который соединяет поршень к коленчатый вал. Вместе с заводить, шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала. Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня и вращается с обоих концов.

Предшественником шатуна является механическая связь, используемая водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. [1]

Содержание

• 1 Происхождение
• 2 Паровые двигатели
• 3 Двигатель внутреннего сгорания
  • 3.1 Материалы
  • 3.2 Отказ во время работы
  • 3.3 Износ цилиндра
  • 3.4 Штанги Master-and-Slave
  • 3.5 Вилочные стержни
• 4 Смотрите также
• 5 использованная литература

Происхождение

Самые ранние свидетельства наличия шатуна появились в конце 3 века нашей эры. Роман Лесопилка Иераполиса. Он также появляется в двух частях VI века. Восточно-римский пилорамы раскопан на Эфес соответственно Гераса. В заводить и шатунный механизм этих Римские водяные мельницы преобразовал вращательное движение водяного колеса в линейное движение пильных полотен. [2]

В Ренессанс Италия, самое раннее свидетельство — хотя и неправильно понятого — составного кривошипа и шатуна можно найти в альбомах для рисования Таккола. [3] Звуковое понимание задействованного движения показывает художника Пизанелло (ум. 1455), который показал поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и управляемый двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [3]

К 16 веку свидетельства кривошипов и шатунов в технологических трактатах и ​​произведениях искусства эпоха Возрождения Европа становится изобильной; Агостино Рамеллис Разнообразные и искусственные машины одного только 1588 года изображает восемнадцать примеров, число, которое возрастает в Театрум Machinarum Novum от Георг Андреас Бёклер до 45 различных машин. [4]

Ранняя документация по проекту произошла где-то между 1174–1206 гг. Артукидское государство (современная Турция), когда изобретатель Аль-Джазари описал машину, которая включала шатун с коленчатым валом для перекачивания воды как часть водоподъемной машины. [5] [6]

Паровые двигатели

1712 год Атмосферный двигатель Newcomen (первая паровая машина) использовала цепную передачу вместо шатуна, так как поршень создавал силу только в одном направлении. [7] Однако большинство паровых машин после этого двойного действия, поэтому сила создается в обоих направлениях, что приводит к использованию шатуна. В типичной конструкции используется большой блок подшипников скольжения, называемый крейцкопф с шарниром между поршнем и шатуном, расположенным снаружи цилиндра, что требует уплотнения вокруг Шток поршня. [8]

В паровоз, шатуны обычно устанавливаются непосредственно на ведущие колеса. Шатун используется между шатунным штифтом на колесе и крейцкопфом (где он соединяется с Шток поршня). [9] Эквивалентные шатуны на тепловозах называются «боковые тяги» или «соединительные тяги». На меньших паровозах шатуны обычно имеют прямоугольное сечение, [10] однако иногда использовались стержни морского типа круглого сечения.

На пароходы, шатуны называются шатунами (не путать с оружие шахтера).

Двигатель внутреннего сгорания

Шатун для двигателя внутреннего сгорания состоит из «большого конца», «штока» и «малого конца» (или «маленького конца»). Маленький конец прикрепляется к поршневой палец (также называемый «поршневой палец» или «поршневой палец»), который может поворачиваться в поршне. Обычно большой конец подключается к шатун с помощью подшипник скольжения для уменьшения трения; однако некоторые двигатели меньшего размера могут вместо этого использовать подшипник качения, чтобы избежать необходимости в перекачиваемой системе смазки.

Обычно в подшипнике на большом конце шатуна просверливается точечное отверстие, так что смазочное масло разбрызгивается на упорную сторону стенки цилиндра для смазывания хода поршней и поршневые кольца.

Шатун может вращаться на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может изменяться, когда шатун перемещается вверх и вниз и вращается вокруг коленчатый вал.

Материалы

В серийных автомобильных двигателях шатуны чаще всего изготавливаются из сталь. В высокопроизводительных приложениях могут использоваться «заготовки» шатунов, которые выточены из цельного металла. заготовка металла, а не быть бросать или кованые.

Другие материалы включают T6-2024 алюминиевый сплав или T651-7075 алюминиевый сплав, которые используются для обеспечения легкости и способности поглощать сильные удары за счет прочности. Титан — более дорогой вариант, позволяющий снизить вес. Чугун может использоваться для более дешевых приложений с низкой производительностью, таких как мотороллеры.

Отказ во время работы

Во время каждого поворота коленчатого вала на шатун часто действуют большие повторяющиеся силы: поперечные силы из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, силы сжатия когда поршень движется вниз, и растягивающие силы когда поршень движется вверх. [11] Эти силы пропорциональны квадрату частоты вращения двигателя (об / мин).

Выход из строя шатуна, часто называемый «выбросом шатуна», является одной из самых частых причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях. [ нужна цитата ] частое продвижение сломанного стержня через боковую часть картера, что приводит к неисправности двигателя. [12] Распространенными причинами выхода из строя шатуна являются разрушение при растяжении из-за высоких оборотов двигателя, сила удара при ударе поршня о клапан (из-за проблемы с клапанным механизмом), отказ подшипника штока (обычно из-за проблемы со смазкой или неправильной установки шатуна. [13] [14] [15] [16]

Износ цилиндра

Боковое усилие, действующее на поршень через шатун со стороны коленчатый вал может вызвать цилиндры носить в овальной форме. Это значительно снижает производительность двигателя, так как круговой поршневые кольца не могут плотно прилегать к стенкам цилиндра овальной формы.

Величина бокового усилия пропорциональна углу шатуна, поэтому более длинные шатуны уменьшают боковую силу и износ двигателя. Однако максимальная длина шатуна ограничена размером блока двигателя; то длина хода плюс длина шатуна не должна приводить к прохождению поршня за верхнюю часть блока цилиндров.

Штанги Master-and-Slave

Радиальные двигатели обычно используются шатуны типа «ведущий и ведомый», при этом один поршень (самый верхний поршень в анимации) имеет ведущий стержень, непосредственно прикрепленный к коленчатому валу. Остальные поршни прикрепляют крепления своих шатунов к кольцам по краю ведущего штока.

Многорядные двигатели с множеством цилиндров, например Двигатели V12, имеют мало места для многих шатунных шейек на ограниченной длине коленчатого вала. Самое простое решение, которое используется в двигателях большинства дорожных автомобилей, состоит в том, чтобы каждая пара цилиндров имела общий кривошипный журнал, но это уменьшает размер подшипников штока и означает, что совпадающие (т. е. противоположные) цилиндры в разных рядах немного смещены вдоль оси коленчатого вала (что создает качающаяся пара). Другое решение состоит в использовании соединительных стержней типа «ведущий-ведомый», где ведущий стержень также включает в себя один или несколько кольцевых штифтов, которые соединены с большими концами ведомых стержней на других цилиндрах. Недостатком штоков «главный-подчиненный» является то, что ход подчиненных поршней будет немного длиннее, чем ход главного поршня, что увеличивает вибрацию в V-образных двигателях.

Один из самых сложных примеров шатунов типа «ведущий-ведомый» — 24-цилиндровый. Юнкерс Юмо 222 экспериментальный авиационный двигатель, разработанный для Второй мировой войны. Этот двигатель состоял из шести рядов цилиндров, по четыре цилиндра в каждом. В каждом «слое» из шести цилиндров использовался один главный шатун, а в остальных пяти цилиндрах — подчиненные. [17] Было построено около 300 испытательных двигателей, однако двигатель не был запущен в производство.

Вилочные стержни

Штанги с вилкой и ножом, также известные как «штанги с разъемным шатуном», использовались на V-образный твин двигатели мотоциклов и V12 авиационные двигатели. [18] Для каждой пары цилиндров шток «вилки» разделен на две части на большом конце, а шток «лезвия» из противоположного цилиндра утончается, чтобы войти в этот зазор в вилке. Такое расположение устраняет качающаяся пара это происходит, когда пары цилиндров смещены вдоль коленчатого вала.

Обычная конструкция подшипника шатуна состоит в том, что шток вилки имеет одну широкую опорную втулку, охватывающую всю ширину штока, включая центральный зазор. При этом стержень лопасти проходит не непосредственно по шатунной шейке, а по внешней стороне этой втулки. Это заставляет два стержня колебаться вперед и назад (вместо вращения относительно друг друга), что снижает силы, действующие на подшипник, и скорость поверхности. Однако движение подшипника также становится возвратно-поступательным, а не непрерывным, что является более сложной проблемой для смазки.

Известные двигатели, использующие штанги вилки и лезвия, включают Роллс-Ройс Мерлин Авиационный двигатель V12 и различные Харли-Девидсон Мотоциклетные двигатели V-twin.

Смотрите также

• Компоненты паровоза

использованная литература

1. ^ Лион, Роберт Л .; Редактор. Паровой Автомобиль Том. 13, № 3. SACA. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка на сайт)
2. ^ абРитти, Греве и Кессенер 2007, п. 161 Ошибка harvnb: цель отсутствует: CITEREFRittiGreweKessener2007 (Помогите) :

Из-за открытий в Эфесе и Герасе изобретение кривошипа и шатуна пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний написал свою Мозеллу.