Шатун и его назначение в двигателе

1 Стук на холодном запуске

Глуховатое постукивание в момент запуска холодного мотора обычно вызвано износом подшипников коленвала и появлением в них зазора. Вначале стук слышен наиболее четко, поскольку холодное масло не успевает дойти до подшипников коленчатого вала. По мере прогрева постукивание стихает и исчезает полностью на холостых оборотах. Эта проблема свойственна как бензиновым, так и дизельным моторам. Для точной диагностики необходимо разобрать застучавший силовой агрегат и провести дефектовку коленчатого вала.

Износ распределительного вала – еще одна причина появления стука при запуске силового агрегата на холодную. Отличие в том, что распредвал будет стучать только несколько секунд после запуска мотора. Как только на него попадет масло, то постукивание обычно исчезает. При сильном износе подшипников распредвала стук может продолжаться до момента прогрева двигателя. Этот симптом нередко наблюдается и при запуске на горячем моторе.

Отличить стук распредвала от коленвала можно по частоте ударов. При износе коленчатого вала она равна частоте оборотов мотора. Если же источником проблемы является распределительный вал, то на два оборота двигателя будет приходиться одно постукивание.

Стучать на холодном запуске из-за износа распредвала может не сам движок, а газораспределительный механизм. С прогревом силового агрегата звук становится менее интенсивным и пропадает. Звонкий стук в двигателе на холодную в два раза реже оборотов мотора бывает вызван и гидрокомпенсаторами, которые начинают стучать из-за неисправной системы смазки. В этом случае звонкое постукивание исчезнет после прогрева двигателя.

Как заменить шатун?

Провести замену рассматриваемого элемента можно самостоятельно.

Инструкция выглядит следующим образом:

1. Для начала место контакта следует обработать раствором WD-40. Его предназначение заключается в растворении грязи и ржавчины, за счет чего упрощается разбор.
2. Шток съемника должен быть меньше диаметра четырехгранника. В противном случае есть вероятность срыва резьбы.
3. Болт крепления отвинчивается.
4. Съемник ввинчивается в шатун до предела.
5. Болт съемника должен вкручиваться аккуратно, так как в противном случае есть вероятность повреждения резьбы.

Процедура достаточно проста, но при ее проведении следует быть аккуратным, так как вероятность срыва резьбы достаточно велика.

Как работает шатун

Передает энергию движения шатуну в двигателе внутреннего сгорания энергия взрыва горюче-воздушной смеси в рабочей камере сгорания цилиндра. После того, как топливно-воздушная смесь воспламенилась, происходит толчок поршня от его верхней мертвой точки вниз до нижней мертвой точки поршня (в мертвых точках скорость движения равна 0). Так как поршень плотно соединен с верхней головкой шатуна поршневым пальцем, поршень толкает шатун вниз. Нижняя головка шатуна плотно закреплена на шатунной шейки коленчатого вала. Шатун при движении вниз проворачивается вокруг оси коленвала ДВС на 360 градусов и начинает обратное движение вверх. Это один цикл работы цилиндро-поршневой группы кривошипно-шатунного механизма.

Что такое шатун.

Шатун ДВС — это простая конструкционная механическая деталь или, как его еще называют, тяговое дышло, соединяющее поршень посредством поршневого пальца и коленвала посредством шатунной шейки.

Чтобы не менять шатуны каждый раз, когда выполняют капитальный ремонт ДВС, в местах крепления используются специальный быстросъемные вкладыши (подшипники скольжения) с антифрикционными слоями.

Бывают также, по конструкционной особенности, шатуны залитые баббитом. В таких шатунах зазор регулируется выемками пластин половинками шатунов. Такие шатуны, в основном устанавливаются в компрессорах и тихоходных двигателях внутреннего сгорания.

Бывают шатуны из алюминия. Такие шатуны без защитного антифрикционного слоя и не подлежат ремонту. Устанавливаются в пусковых двигателях.

Во всех двигателях внутреннего сгорания, в которых есть поршни и коленчатый вал, устанавливаются шатуны, кроме мотора Баландина (вместо шатуна для передачи движения используется ползунок).

Стержень шатуна

Стержень имеет двутавровое сечение и может быть крестообразным, круглым, прямоугольным, Н-образным. Для того, чтобы к его подшипнику поступала смазка, в стержне предусмотрен специальное углубление – канал.

Поршневая головка изготовлена в виде проушины. В нее с натягом вставлена втулка, выполняющая роль подшипника скольжения. Она изготавливается из биметаллического сплава с добавлением олова или свинца. Также она может быть из бронзы. Поршневая головка имеет различное устройство и тип крепления. Для того, чтобы минимизировать массу шатуна, на некоторых моделях двигателя они изготавливаются трапециевидной формы головки.

Соединение с коленчатым валом обеспечивается кривошипной головкой. Чаще всего она разъемная. Соединение нижней части головки с шатуном обеспечивается болтами. В редких случаях вместо болтов используются бандажное или штифтовое соединение. Разъем может быть двух типов: прямым или косым. Последний чаще всего применяется на двигателях с V-образным типом расположения поршней.

Чтобы обеспечить противодействие поперечным силам, поверхность кривошипной головки делается профилированной. Соединение может быть замковое с прямоугольными выступами или зубчатое. Наиболее распространенным современным способом соединения является контролированное раскалывание. Оно также именуется как Сплит-разъем. Данный вид соединения обеспечивает максимальный уровень стыковки частей.

От толщины головки зависит длина блока цилиндров. Данное правило особенно применимо для W и V образных типов моторов. Так, толщина головки шатуна двигателя автомобиля W12 производства компании Audi — 13 мм.

В кривошипной головке размещается подшипник, выполненный из двух вкладышей. Они в свою очередь могут быть 2,3,4, или даже 5-ти слойными. Чаще всего используются двух или трехслойные вкладыши. Двухслойный вкладыш представляет собой металлическую пластину, обработанную специальным антифрикционным покрытием.

В трехслойных вкладышах, между стальной и антифрикционным слоями, размещается изоляционный слой.

При работе двигателя шатун принимает на себя большую нагрузку т.к. совершает самую тяжёлую работу. Шатун передаёт мощность двигателя на колёса автомобиля, тем самым обеспечивая их необходимым крутящим моментом для движения. Делает он это благодаря возвратно-поступательному движению коленчатого вала и поршня.

Несмотря на то, что на всех двигателях шатуны выполняют одну и ту же работу — устроены они везде по разному. В первую очередь это зависит от типа двигателя: бензиновый или дизельный. Так же немаловажную роль играет компоновка двигателя: V-образная или рядная.

Для улучшения работы и снижения веса конструкторы стараются видоизменять шатуны и делать их более лёгкими, при этом сохраняя или даже увеличивая их заводскую прочность. Однако, проблема заключается в том, что, например, для дизельных двигателей шатуны всегда будут тяжелее, чем для бензиновых. Это обусловлено принципом работы самого ДВС.

Теперь давайте разберёмся из каких же составляющих состоит шатун двигателя внутреннего сгорания. В нём есть 3 основные детали: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Верхняя головка имеет меньший диаметр и соединяется со стержнем поршневым пальцем. Соединение головки большего диаметра (кривошипной) происходит с помощью шейки коленчатого вала. Так у шатуна есть крышка, которая расположена в нижней головке и болты, закрепляющие её.

Подшипники скольжения очень тонкие и через отверстие в коленвале, которые сделаны на шатунных шейках, на них подаётся масло, под давлением создаётся масляная плёнка, в результате чего происходит скольжение между частицами масла.

Следующая важная деталь, о которой следует рассказать — это поршень. Он принимает на себя давление газов и дальше передаёт это усилие через шатун на коленчатый вал. В целом поршень — очень сложная техническая деталь, выполненная из алюминиевого сплава. Поршень должен быть очень прочным и лёгким, при этом при высоких температурах он не должен расширяться.

Диаметр поршня имеет немного меньший диаметр, чем цилиндр. Сделано это для того чтобы между стенками могло проходить масло и при этом не было трения металла об металл.

Поршневые кольца устанавливаются в специальные канавки в поршне и служат для уплотнения поршня с цилиндром. Сами кольца могут быть компрессионными и маслосъёмными. Компрессионных колец обычно два и они не дают газам прорываться, а маслосъёмное кольцо снимает масло со стенок цилиндров. Диаметр колец немного больше диаметра цилиндра, для лучшего уплотнения.

Стандарты и размеры

Одна из первых «систем» с планетарным механизмом переключения передач (2 скорости), из Encyclopædia Britannica 1911 года (Vol. 3, p. 916)

Посадочные диаметры звёзд

Посадочный диаметр звезды (англ. Bolt circle diameter (BCD)) — диаметр окружности на которой расположены болты, закрепляющие звезду (жарг. бонки

). Распространённые современные посадочные диаметры (BCD). Через дробь — значения для больших и малых звёзд

Система — «четырёхлапка»
Стандарт BCD, мм	наименьшее число зубьевбольшой звезды	пример реализации
104/64	30	Shimano XTR M960
120/80	38	SRAM 2×10 и 3×10
Система — «пятилапка»
130/74	38	Truvativ Touro 3.0
110/74 (Compact)	32	Truvativ Touro 2.0

Стандарты крепления к валу каретки

Существуют разные стандарты крепления системы к валу каретки:

• соединение «на клиньях», ранее широко применявшееся на большинстве велосипедов
• соединение «под квадрат» нескольких разновидностей (JIS, ISO, JISLP)
• шлицевое соединение, также встречается в разных исполнениях (Shimano Octalink, ISIS и др.)

В некоторых случаях вал каретки и один из шатунов изготавливаются неразъёмными. Существуют так же системы, в которых оба шатуна образуют с валом единую деталь (встречаются, например, в BMX).

Длина шатунов

Длина шатуна должна быть пропорциональна длине ног велосипедиста. Чтобы два велосипедиста разного роста, в верхней точке амплитуды, поднимали ногу на один и тот же угол, у них должны быть установлены шатуны разной длины. Наибольшую популярность на рынке получили шатуны от 160 до 180 мм. Хотя оптимальное соотношение антропометрии спортсмена и длины шатуна подбирается опытным путём, ориентировочные рекомендации можно получить из справочников и калькуляторов, данные которых указаны в таблице:

Длина ноги (по внутренней части), мм	Длина шатуна, мм
700-720	160
720-760	165
760-800	168
800-840	170
840-870	172
870-910	175
910-945	177
>945	180

Чейнлайн (расстояние до цепи)

Велосипедные рамы создаются под определённый чейнлайн (англ. — линия цепи)

. Чейнлайн — расстояние между диаметральной плоскостью велосипеда и центром набора звёзд системы (то есть до единственной звезды системы с одной звездой, или середины расстояния между звёздами «двойника», или средней звезды «тройника»). Чтобы соблюсти чейнлайн, необходимо подбирать к системе каретку с подходящей длиной вала. Обычно рекомендации по выбору каретки предоставляет производитель системы.

Крепление педалей

Почти все педали современных велосипедов крепятся к шатунам посредством резьбового соединения, причём правая педаль имеет правую резьбу, а левая — левую (для предотвращения самопроизвольного выкручивания). Ось педали с левой резьбой обязательно имеет маркировку в виде букв Л или L на торце. Наиболее часто встречающиеся размеры резьбы педалей:

• 9/16″ x 20 tpi — дюймовая резьба с шагом 20 витков на дюйм, применяется в большинстве современных велосипедов.
• 14 мм x 1,25 мм — метрический стандарт, применявшийся в СССР и некоторых европейских странах.

Что касается их взаимозаменяемости: поскольку размеры дюймовой резьбы, переведённые в метрическую систему, чуть больше, и составляют 14,288 мм х 1,27 мм, оси педалей с метрической резьбой, в общем, можно ввернуть в шатуны с дюймовой (но не наоборот). Но, так как мы имеем дело с сильно нагруженным узлом, эта кажущаяся совместимость на практике приведёт ко всё увеличивающемуся люфту и последующему разбиванию и срыву резьбы.

Назначение и устройство коленчатого вала – понятными словами о детали

Даже непрофессиональный механик в двух словах знает назначение и устройство коленчатого вала, так как он является очень важным конструктивным элементом двигателя внутреннего сгорания. Именно в его функции входит воспринимать возвратно-поступательные движения поршней и передавать их в виде крутящего момента вспомогательным агрегатам, а также ротору тягового генератора.

Назначение и устройство коленчатого вала – основные узлы

Зная, для чего нужен коленвал, можно утверждать, что на него в процессе работы воздействуют и крутящие, и изгибающие силы, поэтому для того чтобы он не вышел из строя раньше заданного времени, его износостойкость должна быть высокой. Именно с этой целью такие детали чаще всего изготавливают из высокопрочных легированных сталей, еще встречаются и литые коленчатые валы, изготовленные из высокопрочного чугуна и закаленные токами высокой частоты. Коленвалы бывают без противовесов и с двойным противовесом.

Расположена эта деталь непосредственно в двигателе автомобиля, и его конструкция напрямую зависит от движка. Однако, несмотря на это, в конструкциях абсолютно всех коленчатых валов наблюдается много общего. Так из чего состоит коленвал? В качестве опоры выступают коренные шейки, в основном, применяется конструкция с четырьмя опорами, но встречаются и трехопорные. В шестицилиндровых двигателях расположены валы, у которых семь опор. Для того чтобы деталь была уравновешена, необходим противовес, а если диаметры цилиндров небольшие, тогда применяется одинарный противовес. Благодаря им обеспечивается плавная работа всего двигателя.

Из чего состоит коленвал – вспомогательные механизмы

Выяснив, для чего служит коленчатый вал и какие силы на него действуют, становится понятным, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками делаются немного закругленными, это предотвращает преждевременное разрушение. Между двумя щеками располагается шатунная шейка, которая называется коленом, ее предназначение – обеспечивать равномерность воспламенения, уравновешенность движка, минимальные изгибающие моменты и крутильные колебания.

Подшипники скольжения обеспечивают вращение шатунов и коленвала в опорах. На крайней или же средней коренной шейке устанавливается упорный подшипник скольжения, в его задачи входит предотвращение осевых перемещений детали. Учитывая количество деталей, которые должны четко работать все вместе, нетрудно догадаться, как тщательно балансируется эта деталь в процессе изготовления, но все равно иногда обнаруживается дисбаланс, правда, происходит это еще на этапе испытаний, и в продажу такой агрегат не попадет.

Как работает коленвал – взгляд изнутри

Принцип работы коленчатого вала заключается в следующем. В момент максимального удаления поршня щеки и шатун коленвала вытягиваются в одну линию. В это время в цилиндрах начинает гореть топливо, и, соответственно, выделяются горючие газы, которые перемещают поршень по направлению к коленвалу. Вместе с ним также перемещается и шатун, нижняя головка которого поворачивает относительно своей оси коленчатый вал. Как только он развернется на 180°, шатунная шейка начинает движение в обратном направлении, таким образом, перемещается и поршень.

Получается следующая картина: поршень равномерно то удаляется, то приближается к детали, крайние точки поршня называются «мертвыми», так как в этих положениях его скорость равна нулю. Таким образом, мы разобрались, как работает коленчатый вал.

Немаловажную роль играет и система смазки в детали. От общей магистрали к опорам коренных шеек обеспечивается подвод масла, которое подается под давлением. Далее по специальным каналам, расположенным в щеках, это масло подается к шатунным шейкам. Благодаря масляной пленке, повышается износостойкость данных элементов. Кроме того, благодаря давлению масла можно проверить, нуждаются ли шейки коленчатого вала в замене. Определившись, для чего нужен коленчатый вал, можно смело утверждать, что он занимает одну из ведущих позиций среди деталей двигателя.

Особенности ремонта шатуна

А вот если шатун имеет разрывной разъем, что все чаще встречается в последние годы, то восстановить такой шатун без внесения изменений в конструкцию двигателя невозможно. Если шатун этого типа поврежден его следует заменить.

И напоследок, один существенный момент! В ряде случаев, если шатун сильно пострадал (обычно это происходит при длительном перемещении «на стучащем моторе») восстановить геометрию НГШ без изменения межосевого расстояния не представляется возможным. В таком случае, особенно если двигатель дизельный, шатун лучше заменить. Если все-таки выполняется ремонт, то при сборке двигателя совершенно необходимо проверить выступание поршней и, если это требуется, обработать плоскость разъема блока цилиндров на соответствующую величину. Впрочем, проверка выступания поршней при любой сборке двигателя, никогда не является лишней

Как сбалансировать шатуны

А можно легко самому сбалансировать шатуны в домашних условиях. Но здесь возникает сложность в правильной балансировке самого шатуна. Потому что помимо того что шатуны должны быть одной общей массы, и также должны быть одинаковы по весу верхняя часть шатуна, и нижняя часть шатуна. На заводе для этого есть специальные весы, но в домашних условиях таких нет.

Я придумал способ балансировки шатунов в домашних условиях имея простые весы, пользуюсь простыми медицинскими весами, которыми я также взвешиваю порох когда заряжаю охотничьи патроны. Чем хороши эти весы они дают точность взвешивания до миллиграмма.

Процесс балансировки шатунов такой.

Сначала взвесьте все шатуны без подушек шатунов и найдите самый легкий шатун, он и будет у Вас в качестве шаблона, под который начнете подгонять по весу остальные шатуны. Только обязательно наметьте шатуны с подушками чтобы их не перепутать, каждая подушка должна вернуться на свой шатун.

Дальше, также найдите самую легкую подушку это тоже будет шаблон подушки под который будете подгонять по весу остальные подушки.

Фото. Шатуны до балансировки. Шатуны ВАЗ 08

Возникает вопрос, где именно стачивать метал на шатунах и подушках.

На подушках все просто, стачивается или высверливается металл с самого низа подушки.

Фото. Подушки шатунов до балансировки. Шатуны ВАЗ 08

А вот с шатунами не всегда все просто, хотя также по нормальному стачивается металл с самого верха шатуна, но бывает так приложишь шатун к шатуну, а более тяжелый шатун в верху сточен меньше чем легкий. Значит если верх более тяжелого шатуна визуально меньше чем легкого, и стачивая верх он станет еще легче.

Фото. Сбалансированные шатуны. Стрелкой показано в каком месте стачивался металл

Поэтому обращайте внимание где визуально металла больше там и стачивайте металл

Фото. Сбалансированные подушки шатунов. Стрелкой показано в каком месте стачивался металл

Сбалансированные шатуны таким образом дают прекрасную динамику двигателю, и появляется больше мощности, и более экономный расход бензина.

Фото. Сбалансированные шатуны с подушками.

Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности

Шатун передает энергию от поршня к коленчатому валу. При этом он совершает два вида движения: круговое и возвратно-поступательное. Первое происходит в месте соединения его нижней головки с коленвалом, второе – в зоне соединения верхней головки с поршнем. Вследствие такой конструкции шатун постоянно испытывает высокие нагрузки во время работы.

Шатун поршня состоит из следующих элементов.

Поршневая головка

Верхняя (поршневая) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, которая соединяется с поршнем при помощи пальца: плавающего или фиксированного.

В верхней головке плавающего пальца обычно расположены бронзовые или биметаллические втулки. Если их нет, палец свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данный механизм функционировал нормально, ему требуется достаточное количество смазки.

Чтобы обеспечить необходимый уровень натяга, фиксированный палец вставляется в цилиндрическое отверстие меньшего диаметра.

Так как на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки, она имеет трапециевидную форму. Это позволяет увеличить опорную поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Нижняя (кривошипная) головка соединяет коленчатый вал и шатун. Многие шатуны обладают разъемной кривошипной головкой, что зависит от метода сборки двигателя. Крышку головки с шатуном соединяют болты, штифты или бандажное крепление.

На каждый шатун можно установить только ту крышку, которой он оснащался с завода, так как она обладает определенным весом и размером. При ремонте данную деталь заменить нельзя.

По расположению стержня головка может быть прямой или косой. Последняя характерна для V-образных двигателей и используется для уменьшения размеров силового агрегата.

В нижней части шатунной головки располагаются подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Их изготавливают из стальной ленты, которая изнутри обработана антифрикционным материалом с высокими износостойкими характеристиками. Особенностью этого слоя является то, что он работает только в присутствии моторного масла, а в режиме «сухого трения» очень быстро истирается.

Чаще всего его применяют на юбках поршней, дроссельных заслонках, вкладышах распредвала, подшипниках скольжения.

MODENGY Для деталей ДВС обладает следующими преимуществами:

• Имеет широкий диапазон рабочих температур: от -70 до +260 °C

Повышает КПД двигателя

Снижает трение и износ

Защищает детали от задиров в режиме масляного голодания

Снижает расход топлива

Отверждается при комнатной температуре

Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель‑активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия с основанием.

Силовой стержень

Силовой стержень многих шатунов имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях используются более прочные и массивные детали, чем в бензиновых. В спорткарах устанавливаются шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.

Все шатуны должны иметь одинаковый вес, в противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата.

Из чего изготавливают шатуны?

Каждый производитель стремится уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но так как на шатуны в процессе работы двигателя воздействуют высокие нагрузки, уменьшать их массу нежелательно – это может пагубно отразиться на прочности изделий.

При массовом производстве шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет добиться практически идеального соотношения прочности и стоимости деталей.

В дизельных силовых агрегатах шатуны испытывают более высокие нагрузки, поэтому их производят из легированной стали методом горячей ковки или горячей штамповки. Получаемые детали прочнее, но при этом дороже литых.

В мощных автомобилях и спорткарах используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Они в два раза легче стальных и чугунных, что позволяет снизить вес двигателя и увеличить его оборотистость.

Большое значение играет конструкционный материал, из которого изготовлены болты крепления крышки шатунной головки. Их производят из высоколегированной стали, предел текучести которой в 2-3 раза больше, чем у обычной углеродистой.

Как проверить педаль

Желательно перед каждой поездкой проверять состояние педалей, их затяжку, отсутствие люфта и состояние корпуса. Можно просто ногой встать не нее, а затем, крутанув, посмотреть и послушать, как она крутится на оси. Если нет визуального биения и лишних звуков – все нормально, можно ехать.

Помните, если во время движения педаль выкрутится, сломается или потеряется, вряд ли Вы уже сможете куда-то ехать, да и риск получить при этом травму достаточно велик.

Видео о замене педалей велосипеде.

Велосипедный шатун (педальный рычаг) — знакомая и значимая деталь трансмиссии. Является связующим звеном при передаче усилий на кареточный вал и передние звезды. Исправное состояние и надежное закрепление шатунов на каретку гарантирует максимальную эффективность передачи крутящего момента и безопасность движения.

Конструкция

Мы уже примерно знаем, что такое шатун, и сейчас рассмотрим особенности конструкции. Деталь соединяет поршень с коленчатым валом. В процессе работы совершаются очень сложные движения. Верхняя головка шатуна выполняет возвратно-поступательные движения, нижняя часть делает круговые. Шатуны в процессе работы воспринимают очень высокие нагрузки, и это учитывается в конструкции. Смотрите на схеме шатун двигателя.

Элемент состоит из верхней головки, нижней головки, а также из силового стержня, который служит соединителем. Деталь практически полностью цельная и изготавливается из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Как заменить шатун?

Провести замену рассматриваемого элемента можно самостоятельно.

Инструкция выглядит следующим образом:

1. Для начала место контакта следует обработать раствором WD-40. Его предназначение заключается в растворении грязи и ржавчины, за счет чего упрощается разбор.
2. Шток съемника должен быть меньше диаметра четырехгранника. В противном случае есть вероятность срыва резьбы.
3. Болт крепления отвинчивается.
4. Съемник ввинчивается в шатун до предела.
5. Болт съемника должен вкручиваться аккуратно, так как в противном случае есть вероятность повреждения резьбы.

Процедура достаточно проста, но при ее проведении следует быть аккуратным, так как вероятность срыва резьбы достаточно велика.