Соедините поршень и коленчатый вал и передайте усилие, действующее на поршень, на коленчатый вал, преобразуя возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Шатунный узел состоит из корпуса шатуна, крышки большого конца шатуна, втулки малого конца шатуна, подшипниковой втулки большого конца шатуна и болтов (или винтов) шатуна. На шатунный узел воздействует сила газового воздействия от поршневого пальца, его собственное колебание и возвратно-поступательная инерционная сила поршневого узла. Величина и направление этих сил периодически изменяются. Поэтому шатун подвергается переменным нагрузкам, таким как сжатие и растяжение. Шатун должен обладать достаточной усталостной прочностью и структурной жесткостью. Недостаточная усталостная прочность часто приводит к поломке корпуса шатуна или болтов шатуна, что может стать причиной серьезной аварии или повреждения всей машины. Недостаточная жесткость вызывает изгибную деформацию корпуса шатуна и деформацию большого конца шатуна, что приводит к эксцентричному износу поршня, цилиндра, подшипника и кривошипного пальца.
Структура и состав
Корпус шатуна состоит из трех частей: часть, соединенная с поршневым пальцем, называется малой частью шатуна; часть, соединенная с коленчатым валом, называется большой частью шатуна; а часть, соединяющая малую и большую части, называется корпусом шатуна.
Малый конец шатуна представляет собой, как правило, тонкостенную кольцевую конструкцию. Для уменьшения износа между шатуном и поршневым пальцем в отверстие малого конца запрессовывается тонкостенная бронзовая втулка. В малой головке и втулке просверливаются или фрезеруются канавки, позволяющие разбрызгивающемуся маслу попадать на сопрягаемые поверхности смазочной втулки и поршневого пальца.
Шатун представляет собой длинный вал, который во время работы подвергается значительным нагрузкам. Для предотвращения его изгиба и деформации корпус шатуна должен обладать достаточной жесткостью. По этой причине в большинстве шатунов автомобильных двигателей используются I-образные профили, которые позволяют минимизировать массу при достаточной жесткости и прочности, а в высокопрочных двигателях используются H-образные профили. В некоторых двигателях малый конец шатуна используется для распыления масла для охлаждения поршня, и в продольном направлении корпуса шатуна необходимо просверлить сквозное отверстие. Для предотвращения концентрации напряжений соединение между корпусом шатуна и малым и большим концами выполнено в виде плавного перехода с большой дугой.
Для снижения вибрации двигателя необходимо свести к минимуму разницу в качестве каждого шатуна цилиндра. При сборке двигателя на заводе шатун обычно группируют по массе большого и малого концов в граммах. Группировка шатунов.
В V-образном двигателе соответствующие цилиндры левого и правого рядов имеют общий шатун, а шатуны бывают трех типов: параллельные шатуны, вилочные шатуны и главные и вспомогательные шатуны.
Основной вид ущерба
Основными формами повреждений шатунов являются усталостное разрушение и чрезмерная деформация. Обычно усталостные разрушения локализуются в трех зонах высокого напряжения на шатуне. Условия эксплуатации шатуна требуют от него высокой прочности и усталостной стойкости, а также достаточной жесткости и ударной вязкости. В традиционной технологии обработки шатунов обычно используются закаленные и отпущенные стали, такие как сталь 45, 40Cr или 40MnB, обладающие более высокой твердостью. Поэтому новые материалы для шатунов, производимые немецкими автомобильными компаниями, такие как высокоуглеродистая микролегированная незакаленная сталь C70S6, кованая сталь серии SPLITASCO, кованая сталь FRACTIM и кованая сталь S53CV-FS и др. (все вышеперечисленное соответствует немецким стандартам DIN), несмотря на высокую прочность, обладают высокой чувствительностью к концентрации напряжений. Поэтому к форме шатуна, чрезмерному галтельному скруглению и т.д. предъявляются строгие требования, и следует уделять внимание качеству обработки поверхности для повышения усталостной прочности, иначе применение высокопрочной легированной стали не даст желаемого эффекта.
