Что такое шатун?

Содержание

Двигатель известен как сердце автомобиля. Он преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию. Двигатель состоит из различных частей. В двигателе есть поршень, карбюратор, шатун, коленчатый вал, топливный насос и камера сгорания. Шатун — самая важная часть двигателя, которая преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. В предыдущих статьях мы рассмотрели топливный насос, коленчатый вал и карбюратор. Поэтому в этой статье мы расскажем о работе шатуна, его частях и типах.

Шатун — это деталь поршневого двигателя, которая соединяет коленчатый вал с поршнем. Шатун вместе с шатунами преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Основной функцией шатуна является передача растягивающих и сжимающих усилий от поршня. Шатуны чаще всего используются в двигателях EC и IC.

Шатун изготавливается из кованой стали. Он имеет двутавровое сечение. Для изготовления шатунов также используются алюминиевые сплавы. Шатуны специально располагаются в комплектах одинакового веса для поддержания балансировки двигателя.

В мотоцикле шатун из алюминиевого сплава лучше всего подходит для высоких оборотов двигателя. Шатун из алюминиевого сплава поглощает высокопрочные удары, а также имеет меньший вес.

Если поршень и шатун вашего двигателя имеют небольшой вес, двигатель будет генерировать больше мощности и меньше вибрации из-за малого веса трущихся частей.

Ваш двигатель должен иметь легкие, жесткие и прочные шатуны, поскольку они передают тягу от поршня к шатуну.

Работа шатуна

Шатун передает силу поршня на коленчатый вал. Он должен быть механически прочным. Он имеет форму миниатюрной стальной двутавровой балки.

Он состоит из малого и большого концов шатуна. Меньший конец крепится к запястному пальцу (также известному как палец пескаря или поршневой палец), который может вращаться внутри поршня. На другом конце больший конец крепится к кривошипу через подшипники скольжения для уменьшения трения. В двигателе меньшего размера используются подшипники качения, которые исключают использование системы смазки насоса.

Шатун имеет отверстие на большем конце, которое проникает в подшипник и позволяет распылять масло на стенку цилиндра со стороны давления для смазки хода поршня и поршневого кольца.

Когда энергия, вырабатываемая в процессе сгорания топлива, толкает поршень двигателя, поршень начинает возвратно-поступательное движение. При возвратно-поступательном движении поршень передает это возвратно-поступательное движение на шатун. Шатун вместе с кривошипом преобразует это движение во вращательное. После преобразования движения во вращательное шатун передает полученное движение коленчатому валу.

Части шатуна

Крышка подшипника
Поршень
Шатун
Хвостовик
Гайка и болт
Малый конец
Вкладыши подшипников
Большой конец
Втулка

Части шатуна

1) Малый конец

Конец шатуна, который соединяется с поршневым пальцем, называется малым концом шатуна. Этот конец получает движение от поршня и передает его шатуну.

2) Большой конец

Конец шатуна, который соединяется с шатуном коленчатого вала, называется большим концом шатуна. Основная функция этого конца — передача движения от шатунов к коленчатому валу через шатун.

3) Втулочный подшипник

Малый конец и большой конец шатуна соединяются с помощью втулочных подшипников. Втулка из фосфористой бронзы имеет твердую проушину, которая соединяет малые концы шатуна.

Большой конец соединяется с шатуном. Конец разделяется на две части и поддерживается корпусом кривошипно-шатунного подшипника.

4) Вкладыш подшипника

На большом конце шатуна имеется вкладыш подшипника, прикрепленный к крышке подшипника. Этот вкладыш состоит из двух частей, которые входят в зацепление с коленчатым валом. Именно в этом месте шатун движется в обратном направлении.

5) Гайки и болты

Болты и гайки используются для крепления концов шатунов. Когда шатун входит в зацепление с нижней частью кривошипа, большой конец закрепляется различными гайками и болтами с каждой стороны. Таким образом, если соединить все эти части, то можно использовать шатун.

6) Хвостовик

Гайки и болты используются для крепления крышки подшипника и шатуна. После гаек и болтов используется профильная балка, называемая хвостовиком. Шатун может иметь круглое, трубчатое или прямоугольное сечение.

7) Запястный штифт

Запястный палец используется для соединения шатуна с поршнем. Он представляет собой полую трубку из закаленной стали. Запястный штифт также называют штифтом пескаря. Штифт проходит через короткий конец шатуна и вращается на соединенном с ним поршне.

8) Поршень

Поршень соединен с коленчатым валом через шатун. Поршень работает как подвижный плунжер, который совершает возвратно-поступательное движение в камере сжатия.

9) Крышка подшипника

Крышка подшипника имеет износостойкую посадку, которая контролирует работу, а боковой зазор регулирует правильную посадку крышки подшипника.

Конструкция и функции шатуна

Шатун имеет два типа концов: малый конец и большой конец. Большой конец находится под прямым углом к его длине, чтобы его можно было легко собрать на шатуне. Для крепления крышки подшипника к корпусу шатуна используются два болта и гайки.

В новейших двигателях металл подшипника не вплавлен в отверстия большого конца, а используется отдельный вкладыш подшипника из низкоуглеродистой стали.

Чашечные подшипники имеют износостойкие посадки, но они обрабатывают боковой зазор и перебег, чтобы обеспечить правильную посадку крышек подшипников. В некоторых двигателях используются цилиндрические подшипники. В этом случае используется тонкий кусок металла. Этот металлический кусок называется штифтом.

Шинки набиваются тоньше, чтобы сбалансировать износ подшипника и обеспечить надлежащий зазор между коленчатым валом и шатуном. Меньший конец шатуна фиксируется втулкой из фосфористой бронзы и винтом, чтобы закрыть проушину вокруг шатуна.

Следует помнить, что все шатуны в двигателе должны иметь одинаковый вес. В противном случае могут появиться значительные вибрации. При сборке шатун и крышка подшипника должны соответствовать друг другу. Обычно на нем есть идентификационный номер, чтобы не запутаться при снятии двигателя для ремонта.

Типы шатунов

Металлические шатуны
Кованые шатуны
Литые шатуны
Кованые шатуны
Ведущий и ведомый шатун
Шток вилки и лопатки
Шатун простого типа

1) Шатун простого типа

Эти типы шатунов используются в оппозитных и рядных двигателях. Больший конец этого шатуна соединен с кривошипом и закреплен крышкой подшипника.

Шпилька или болт, используемые для установки крышек подшипников на концы шатунов. При сборке двигателя необходимо заменить шатун в том же относительном положении в той же камере, чтобы обеспечить правильную посадку и баланс.

2) Вилочные и лопастные шатуны

Вилочные и лопаточные шатуны применяются в авиационных двигателях V12 и мотоциклетных двигателях V-twin. В каждой паре цилиндров двигателя шток «вилки» разделяется на две части на большем конце, а шток «лопатки» сужается от противоположного цилиндра, чтобы вместить это пространство в вилке.

Этот узел снимает момент пробуксовки, возникающий, когда пара цилиндров балансирует относительно коленчатого вала.

В механизмах с подшипниками большого диаметра шток вилки имеет широкую втулку подшипника, которая покрывает ширину штока и центральный зазор.

Тогда шток вилки вращается непосредственно из этой втулки, а не на кривошипе. Таким образом, оба шатуна перемещаются назад и вперед, уменьшая поверхностную скорость и усилие на подшипниках. Однако скорость вращения подшипников не непрерывная, а возвратно-поступательная, что и является основной проблемой смазки.

3) Ведущие и ведомые шатуны

Радиальный двигатель имеет ведущий и ведомый штоки. В этом двигателе один поршень содержит ведущий шток. Этот поршень непосредственно соединяется с коленчатым валом. Другие поршни соединяют свои соответствующие шатуны с кольцами, расположенными по краям ведущего шатуна.

Недостатком шатуна «ведущий-ведомый» является то, что ход ведомого поршня больше, чем ход ведущего поршня. Из-за этого V-образный двигатель создает сильную вибрацию.

4) Биллированный шатун

Этот тип шатуна изготавливается из алюминия или стали. Эти шатуны имеют меньший вес, более прочные и долговечные, чем другие типы шатунов.

В высокоскоростных автомобилях используются шатуны с конической заготовкой. В некоторых случаях для уменьшения накопления напряжения и облегчения естественной текстуры материала заготовки используются.

5) Литые шатуны

Эти шатуны способны выдерживать нагрузку стоковых двигателей. Поэтому они предпочтительнее других типов шатунов.

Одно из главных преимуществ литых шатунов — низкая себестоимость. Его нельзя использовать для высокопроизводительных двигателей. Литой шатун имеет прозрачный шов в центре, что отличает его от кованого шатуна.

6) Кованый шатун

Некоторые шатуны изготавливаются методом ковки. Такие шатуны изготавливают путем прессования материала в форму по краям. Для изготовления этих шатунов используется алюминиевый или стальной сплав в зависимости от характера применения.

Никелевые и хромовые сплавы являются наиболее часто используемыми стальными сплавами. Поэтому никелевый или хромовый сплав повышает прочность стержня.

7) Шатуны из силовых металлов

Шатун также изготавливается из силового металла, который является лучшим выбором для изготовителей. Он изготавливается из смеси металлических порошков, запрессованных в форму и нагретых до высокой температуры. Смесь металлических порошков приобретает твердую форму.

В основном изделие изготавливается из готовой формы, хотя может потребоваться незначительная механическая обработка. Шатуны из порошкового металла имеют меньшую стоимость, чем стальные, и прочнее железных.

Моделирование шатуна

Прежде всего, в SolidWorks 2016 создаются и собираются различные детали шатуна, такие как хвостовик, крышка, гайка, болт и подшипник. После завершения моделирования этих частей, мы производим их полную сборку.

Когда мы завершили полную сборку шатуна, мы сохраняем этот файл в формате «IGS». Затем переходим к «ANSYS WORKBENCH R15» для анализа четырех шатунов из различных материалов.

Из системы анализа мы перетаскиваем статическую конструкцию в схему проекта. Изменяем материал из инженерных данных, а под инженерными данными импортируем геометрию.

После импорта геометрии щелкаем правой кнопкой мыши на модели и выбираем редактирование. После этого откроется новое окно с графикой. Мы определяем необходимый материал и создаем сетку, выбирая размер четырех элементов. Мы приложили нагрузку в 16 кН на малый конец и зафиксировали другой большой конец. После этого мы решаем задачу и проверяем результаты.