Что несет в себе нижняя головка шатуна

Шатун Двигателя. Что это такое, его поломки и их причины, способы восстановления

Шатуны двигателя внутреннего сгорания – одни из самых нагруженных деталей не только мотора, но и всего автомобиля. Они воспринимают всю мощность, полученную от сгорания топлива в цилиндре, и передают ее через трансмиссию на колеса. При этом деталь испытывает нагрузку сразу в нескольких векторах, преобразовывая возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

Товар по теме:

Присадка в моторное масло «Супротек Актив Плюс»

Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

Особенности конструкции шатуна (форма, сечение профиля, конструкционный сплав и др.) делают эту деталь одной из самых надежных во всем двигателе. Правильное распределение многовекторных нагрузок и наличие подшипников скольжения позволяет свести к минимуму поломки любого характера, будь то изменение геометрии или фрикционный износ.

Однако по разным внешним причинам шатуны выходят из строя, приводя к падению мощности двигателя и полному износу остальных элементов КШМ и ЦПГ. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проводить техобслуживание двигателя. Для этого не всегда нужно разбирать мотор, достаточно лишь знать его строение и принцип работы кривошипно-шатунного механизма, признаки распространенных неисправностей и способы профилактики их появления.

Конструкция шатуна и принцип работы КШМ

Назначение кривошипно-шатунного механизма в трансформации возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленвала, которое передается на трансмиссию или вал отбора мощности в спецтехнике. По сути, вся мощность двигателя передается через шатуны, число которых зависит от типа ДВС и количества в нем цилиндров.

Шатун состоит из трех основных частей:

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

На силовой стержень приходится максимум нагрузок, которые действуют в продольном направлении и на излом в зависимости от положения шатуна в определенный цикл двигателя. На головки действует двойная нагрузка – механическая и фрикционная, поскольку такое сочленение испытывает силу трения между кривошипным кольцом и коленвалом внизу, а также между поршневой частью и пальцем поршня вверху.

Для снижения фрикционного износа в конструкции шатуна двигателя предусмотрено два подшипника. В кривошипную головку вставляют два подшипника скольжения (вкладыши) или качения, а в поршневую – втулку.

Поршневая головка

Верхний кольцевой элемент шатуна неразъемный и соединяется он с поршнем с помощью поршневого пальца, который может быть фиксированным или плавающим. При плотной фиксации в качестве антифрикционного уплотнителя используют биметаллическую или бронзовую втулку. Отверстие в головке должно быть немного меньше диаметра втулки, чтобы обеспечить сопряжение внатяжку.

В некоторых модификациях двигателей поршневой палец подвижен, для чего отверстие в верхней головке шатуна немного больше диаметра пальца. В такой конфигурации важно обеспечить достаточное количество смазки.

Верхняя часть шатуна двигателя имеет трапециевидную форму для увеличения опорной площади и снижения нагрузки на силовой стержень при передаче усилия от поршня на коленчатый вал.

Кривошипная нижняя головка

Нижний соединительный элемент шатуна – это разъемное в большинстве типов двигателей кольцо, которое предназначено для соединения с коленвалом. Одна часть кольца является монолитным продолжением силового стержня, а второе полукольцо крепится к первому двумя болтами. Реже для фиксации используют бандажные крепления или штифты.

Особенность сборки шатуна в недопустимости замены крышки нижней кривошипной головки на аналог иного производства, поскольку каждый элемент детали рассчитан производителем двигателя по массе и особенностям конструкционного материала. Крышка иного производства может отличаться по массе от оригинала, что приведет к разбалансировке всего кривошипно-шатунного механизма и неминуемой порче мотора.

Геометрия разъемного разреза кольца нижней головки шатуна зависит от типа двигателя. При вертикальной компоновке цилиндров такое сечение перпендикулярно вертикальной оси стержня. В двигателях с V-образной компоновкой цилиндров кривошипная головка шатуна рассечена под определенным (непрямым) углом к оси силового стержня.

Внутренняя поверхность кольца кривошипной нижней головки испытывает сильные фрикционные нагрузки. Чтобы уменьшить негативное влияние силы трения между кривошипом коленвала и нижней головкой шатуна устанавливают подшипник скольжения. Здесь важно наличие специальных смазок, которые работают в условиях сильного трения и высоких температур.

Наиболее подходящими для защитной антифрикционной смазки КШМ стали триботехнические составы – специальная композиция природных минералов величиной не более трех микрон. Смазка с триботехнической присадкой позволяет защитить шатун, коленвал и другие детали двигателя от активного истирания, а также восстановить уже имеющиеся изъяны путем диффузионного восстановления деталей, входящими в трибосостав металлическими частицами.

Силовой стержень

Стержень – это каркас шатуна двигателя и его основной силовой элемент, передающий всю нагрузку и мощность от цилиндра к коленчатому валу. Он имеет форму сильно вытянутой трапеции, в основании и на вершине которой два кольца головок шатуна. В сечении силового стержня двутавр, благодаря чему деталь способна воспринимать продольные и поперечные нагрузки, в т.ч. и на изгиб, при минимальной металлоемкости.

Из чего он сделан?

От металлоемкости шатуна зависит месса всего кривошипно-шатунного механизма, а значит, и КПД двигателя. При этом вес каждого шатуна должен быть одинаковым. В противном случае не избежать вибраций, разбалансировки и падения мощности мотора с ускоренным износом всех его деталей. Однако здесь есть и обратная зависимость – чем меньше металлоемкость или масса КШМ, тем меньше его прочность и способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки. Другими словами, в этом вопросе должна быть «золотая середина».

Выбор конструкционного материала и способ производства шатуна зависит от типа двигателя. Для бензиновых ДВС используют более легкие и недорогие в производстве литые чугунные изделия. Для дизельных двигателей нужны более прочные и массивные шатуны из легированной стали, изготавливаемые по более дорогой технологии штамповки и горячей ковки.

Для двигателей спортивных автомобилей используют самые легкие шатуны из прочных сплавов алюминия или титана. Их вес примерно вполовину меньше классических стальных или чугунных, что увеличивает КПД мотора и снижает расход топлива.

Крышки шатунных головок и болты для них делают из высоколегированных марок стали, которые отличаются от обычных углеродистых сплавов более высоким пределом текучести – в 2-3 раза больше. Это важная характеристика для крышки нижней головки и ее крепежа, поскольку они испытывают сильные перегрузки именно на растяжение.

Почему стучит шатун? Причины и признаки неисправностей

Критический износ деталей – одна из основных причин неисправностей кривошипно-шатунного механизма двигателя. Шатун – очень крепкая и долговечная деталь. В большинстве случаев выходит из строя любые другие элементы ДВС, но не он. Однако неправильная эксплуатация автомобиля, некачественные горюче-смазочные материалы, несвоевременность и непрофессионализм проведения техобслуживания могут привести к деформации самого шатуна или появлению на вкладышах и втулках признаков глубокого износа.

• Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.
• Масло разжижено из-за попадания в него топлива.
• Засорен масляный фильтр.

• Недостаточный уровень моторного масла или малое его давление.
• Масло разжижено из-за попадания в него топлива.
• Засорены каналы смазки в шатуне или масляный фильтр.
• Неправильно установлена втулка пальца.
• Отсутствует натяг в сопряжении с поршнем через втулку и поршневой палец.

• Последствие гидроудара.
• В камеру сгорания цилиндра попали сторонние предметы.
• Чрезмерно большой пробег авто без ТО и капремонта.

• Неправильно затянуты болты (несоответствие момента силы).
• Двигатель подвергался чрезмерному перегреву.
• Изношены шатунные вкладыши.

Стук шатуна из-за отработавших или поврежденных шатунных вкладышей несколько более глухой, чем звук от стучащего поршневого пальца. При этом источник стука находится в той части КШМ, в которой скрыта проблема – сверху из-за износа поршневой головки, а снизу из-за шатунных вкладышей или болтов крышки нижней головки. Определить какой именно из шатунов стучит можно путем поочередного отключения питания свечей при работающем бензиновом двигателе или подачи топлива на дизельном двигателе.

Засорение масляных фильтров и маслоприемника – еще одна распространенная причина появления стука в шатунах двигателя. К этому может привести и некачественные горюче-смазочные материалы, улучшить которые можно соответствующими присадками, не нарушающими реологию масла.

Нередко при появлении проблем с системой смазки двигателя, которые привели к стуку шатунов, наблюдается синеватый дым. Это свидетельствует о проблемах не только в кривошипно-шатунном механизме, но и во всей цилиндропоршневой группе. Недостаточное количество масла или его плохое качество приводит к износу трущихся поверхностей колец поршней, цилиндров, коленвала и шатунов с появлением задиров и царапин.

Предотвратить износ и устранить уже имеющиеся дефекты могут специальные триботехнические присадки, которые не изменяют физико-механические и химические свойства масла, но благодаря своему трибосоставу способны защитить новым слоем целые исправные детали и устранить следы износа путем диффузионного восстановления металла.

Как исправить стук?

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить для предотвращения разбалансировки и появления новых мест критического износа и стука. При замене деталь необходимо взвесить и при наличии отклонения в большую сторону произвести стачивания металла с прилива на крышке нижней головки до достижения необходимой массы.

Присадка в моторное масло «Супротек Актив Плюс»

Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.

Составы «Супротек» – профилактика и решение проблем с шатунами двигателя

Трибосостав «Супротек» по своей сути не является присадкой, поскольку он не меняет свойства моторного масла, а лишь использует его для внесения в зоны трения, где в процессе штатной эксплуатации формирует новый слой.

• Стабилизирует смазывающую пленку благодаря большей маслоудерживающей способности пористого слоя.
• Уменьшает фрикционное воздействие в головках шатуна благодаря большей прочности слоя и более толстого слоя масла.
• Восстанавливает поврежденные участки (задиры, канавки и т.п.) путем диффузионного взаимодействия микрочастиц металла с поврежденными поверхностями деталей двигателя.

Трибосостав «Супротек» можно купить в удобной фасовке (флаконы по 100/200 мл) и использовать его самостоятельно в соответствии с несложной инструкцией. При этом цена триботехнической присадки несоизмеримо ниже ремонта двигателя, КШМ и даже отдельно взятого шатуна.

Дата публикации: 10-12-2021 Дата обновления: 13-11-2023

Сергей Соловьев (Технический специалист) Старший технический консультант отдела научного развития ООО «НПТК Супротек». Автослесарь со стажем. С детства разбирается в конструкции автомобилей, мастер самодельного транспорта. Свой первый мопед собрал в третьем классе.

Ремонт нижней головки шатуна

Помимо эксплуатационного износа к необходимости ремонта детали приводит сильный перегрев и масляное голодание. Для выявления отклонений от нормативных показателей применяется нутрометр – для нижней головки есть заданная величина по диаметру отверстия и его форме.

Если диаметр отверстия не соответствует нормативу, если его форма приобрела конусность или эллипсность, которая не укладывается в допуски, необходима расточка. Цель расточки – восстановление отверстия до нужной геометрии и диаметра.

Как выполняется ремонт нижней головки

На первом этапе обрабатывается крышка. Она обрабатывается по плоскости на величину не более 0,1 миллиметра. Если припуск небольшой, можно использовать притирку. Обычно процедура выполняется шлифованием, но иногда используется фрезеровка. После того, как крышка обработана, шатун собирается и притягивается болтами. Притяжка выполняется в рабочий момент.

Затем реализуется собственно расточка отверстия головки под номинальный размер.

Задачу можно выполнять на станках разных типов, чаще всего применяется горизонтально-хонинговальный. Это целесообразно в плане точности, такой станок позволяет получить отклонение по диаметру и форме до 0,010 миллиметра.

На что обратить внимание

Ремонт головки посредством расточки имеет смысл при нарушении диаметра отверстия и при небольших деформациях. Ведь позиционирование шатуна реализуется по поверхности отверстия. То есть при наличии значительного перекоса головок процедура не исправит его.

В этом случае может потребоваться обработка не только крышки, но и шатуна. Расточка отверстий выполняется при строгом соблюдении их соосности, за базу берется любое из них. Расточка делается на расточном или универсальном станке с последующим хонингованием.

Необходимо помнить, что при расточке расстояние между отверстиями в любом случае станет меньше. Это важно, например, для дизелей, где даже самое маленькое изменение длины шатуна отрицательно сказывается на работе цилиндра, шатун которого ремонтируется.

Copyright © 2021 ООО «Мотор Технологии» — механическая обработка деталей двигателей внутреннего сгорания, капитальный ремонт двигателей.

Представленная на сайте информация носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437(2) Гражданского кодекса РФ.

Что несет в себе нижняя головка шатуна

«Шатун», если говорят о человеке, — бездельник. Другое дело, в моторе: в нем эта деталь главная! Не зная специфики конструкции шатуна, приниматься за ремонт, тем паче тюнинг двигателя, — заведомо означает навредить.

Движение поршня туда-сюда как-то надо превратить во вращение коленвала. Это задача шатуна. Его верхняя головка, соединенная через палец с поршнем, воспринимает давление сгорающей смеси. Нижняя «передает» его на кривошип и заставляет вал крутиться. Естественно, при этом шатун испытывает огромные переменные нагрузки. В начале впуска и в конце сжатия шатун «тянет на себя» и собственную массу, и поршень, так что силы инерции пытаются его «разорвать». На рабочем ходу и выпуске — сжимается под давлением газов от поршня и упирающегося коленвала. Ясно теперь, каково ему приходится? Только, в отличие от нас, смертных, ему прогибаться запрещено. Чуть поддайся он — и поршневую группу перекосит, начнет «прихватывать», и подшипники на шейках вала будут работать с перекосами. Ресурс деталей устремится к нулю, а они (поршневая и кривошип) являют собой основную «массу» движка (особенно по стоимости).

ТЮТЕЛЬКА В ТЮТЕЛЬКУ

Чтобы шатун выдерживал нагрузки, его изготавливают из высококачественной прочной стали. Требования особенно строги к материалу шатуна форсированного двигателя (спортивного или с наддувом). Заготовку штампуют, тщательно следя за соблюдением образующегося профиля. Это требование — не просто «культура производства»: в многоцилиндровом моторе надо блюсти правило одинакового расположения центра масс всех шатунов. Имей двигатель пару и более цилиндров, тем более приличного объема, установка различающихся по весу (верхних и нижних головок) шатунов вызывает повышенную вибрацию.

Ладно бы, если вибрация обернется только неудобством для пилота (точнее, его седалища). Тряска обычно заканчивается преждевременным развалом шарниров кривошипа. Поэтому, меняя один шатун, убедитесь, что новый весит столько же, сколько и остальные. Подгонка массы шатунов — особого рода сложная работенка.

НЕ «МАМОЧКИ!» — «НОРМАЛЬНО»

Первое впечатление от шатуна: «Мама родная! Какой же он шероховатый. » Хочется пригладить наждачком? Ни в коем случае! Чтобы вы знали: при штамповке наиболее прочным получается наружный слой металла, вот почему шатуны серийных двигателей снаружи не обрабатываются. Предостерегу и о другом «души порыве». Центральная часть шатуна (ее называют стержнем) обычно имеет двутавровое сечение. Новичка так и подмывает пройтись инструментом по его выступам: мол, куда столько «мяса», а вот ежели облегчить шатун — мотор «закрутится» свободней. Не трожь: именно такая форма придает шатуну максимальную жесткость при передаче знакопеременных усилий. Другое дело, если параллельно облегчаете поршневую. Задача снижения сил инерции всего механизма «разрешает» облегчить стержень на 10-15%. Его фрезеруют, затем тщательно полируют. Полировка обязательна: после обработки у шатуна почти не остается упрочненного слоя, а микронеровности, оставленные резцом, становятся концентраторами напряжений. Не уберете их — до обрыва шатуна на высоких оборотах вала — считанные часы.

ХОТЬ И БЛИЗКИ, НО РАЗНЫЕ

Вот головки шатуна есть разные. Сначала верхней — «поршневой». Нагрузки на нее приходятся меньшие, чем на кривошипную головку, поэтому она небольших размеров. Существуют три типа соединения поршневого пальца с шатуном.

Устаревший — запрессовка пальца в головку. Применяется самодельщиками и поныне при «вживлении» в мотор мотоцикла поршневой от массовых автомобильных двигателей 60-х годов. Преимущества такого шарнира: отсутствие люфта в сочленении «палец-шатун» позволяет свести размер головки к минимуму. Пусть не великое, но снижение силы инерции происходит. Однако достоинство «съедается» недостатком: палец не вращается, что приводит к увеличенному однобокому износу отверстий в бобышках поршня. Замена пальца требует навыков пиротехника: не нагреешь головку до 150-200’С, деталь в нее не установишь.

Второй тип — «плавающий палец», то есть подвижное соединение. В шатунную головку запрессована бронзовая втулка (вместе с пальцем представляет собой подшипник скольжения) или устанавливается подшипник качения — роликовый. Осевое перемещение пальца ограничивают съемные стопорные кольца, расположенные в бобышках поршня. Выгода в том, что палец при работе вращается, отчего увеличивается работающая поверхность. Ресурс шарнира заметно подрастает — до двух раз.

Для верхней головки шатуна 4-тактников характерна втулка. В сочетании с хорошо отлаженной системой принудительной смазки она способна пережить несколько «капита-лок» мотора. В 2-тактниках чаще используют игольчатый подшипник, и это разумно, поскольку условия смазки в шарнире значительно хуже (ведь смазка — не масло, а топливо-масляная смесь), так что пару «металл скользит по металлу» может «прихватить». Другое дело, подшипник качения не особенно долговечен в режиме «тяни-толкай».

Казалось бы, третьего не дано! Но в спортивных двигателях импортных машин уже лет двадцать как отказались от втулки. То есть стальной палец «плавает» непосредственно по стальному шатуну! И работает сопряжение неплохо. Оно позволило уменьшить шатунную головку с зазорным соединением до размера даже меньшего, чем у прессового. Но не «за просто так»: шатун изготовлен из сверхпрочной и исключительно твердой стали, палец не абы какой, а со специальным износостойким покрытием. Это и потянуло за собой повышение стоимости шатуна — он на четверть дороже «рядового».

Шатуны с виду разные, но суть их одна (слева направо): А — 2-тактника-«полтинника»; Б — неразъемный шатун «Урала» — конструкция, вымирающая из-за ненадежности смазки нижней головки; В — овальный шатун «Урала» жесткостью не блещет/а если оценивать с позиции применения его при тюнинге (облегчении) — никуда не годен; Г — шатун с разъемной кривошипной головкой (в двигателе «Днепра»); Д и Е — шатуны импортных мотоциклов.

Кривошипная головка. Различия ее разновидностей также обусловлены «тактностью» мотора. В кривошипе 2-тактника применяется роликовый подшипник. Он такой же, как и в верхней «голове», незначительно массивнее. Нижняя головка шатуна испытывает, вы помните, большие нагрузки, чем «поршневая».

В «4Т» головка разъемная (у подавляющего большинства таких моторов), а с коленвалом контактирует через вкладыши. Это -подшипник скольжения: основа — стальная, сверху мягкий антифрикционный спой.

Жесткость фиксации частей головки обеспечивают шатунные болты. Не путайте их с обычным крепежом! Эти болты из высоколегированной стали и обязательно закаливаются. Другой металл при работе шатуна растянется, и отверстие головки станет овальным. Сами подумайте, совместимы ли мягкий слой на вкладышах и ударные нагрузки? Это как помидор грохнуть об асфальт.

Болты еще выполняют и функцию фиксаторов положения крышки относительно шатуна, поэтому их диаметр выдерживается очень точно. Гайки — обязательно из тех же сталей и с особой самоконтрящейся площадкой. Иногда от откручивания гайки страхует шплинт — он продевается через обе детали.

Исключительно важное условие — беззазорное прилегание вкладышей к постелям: чем плотнее контакт, тем лучше отводится тепло от шатуна (через масло и коленвал) и тем долговечнее подшипник. Поэтому если при ремонте мотора обнаружите, что овальность отверстий превысила 0,05 мм, их нужно ремонтировать.

Нельзя переворачивать или путать крышки головок. Отверстия под вкладыши обрабатывают отдельно на каждом шатуне, и только такая пара деталей обеспечивает идеальный круг. Чтобы не ошибиться, на шатуне и крышке делают метки или клейма. Они после сборки должны оказаться с одной стороны.

Назначение шатуна

Шатун, одна из основных деталей КШМ, а значит и всего двигателя. Предназначение шатуна, передавать давление расширяющихся газов от поршня к коленчатому валу во время третьего такта расширения, который для простоты называют рабочим ходом, и затем наоборот, передавать движение уже от коленчатого вала обратно к поршню, для совершения 3 оставшихся тактов.

То есть шатун, есть этакий посредник между поршнем и коленчатым валом, и находится он в двигателе соответственно между ними.

Шатун представляет из себя металлический стержень с отверстиями разного диаметра на концах, называемых головками шатуна. Верхней головкой, той что поменьше, шатун крепиться к поршню с помощью поршневого пальца, который и вставляется в это отверстие. Нижней головкой, шатун крепится к шейке коленчатого вала, обхватывая её. Такой обхват возможен благодаря тому, что нижняя головка шатуна разборная. Она состоит из самого шатуна и крышки шатуна, которая крепится к шатуну снизу болтами и вместе они образуют окружность.

Дабы исключить трение, в нижнюю головку шатуна, вставляются вкладыши, такие специальные пластины из мягкого металла, выполняющие по сути роль подшипников скольжения.

-крышка шатуна не взаимозаменяема с другими крышками, у каждого шатуна своя крышка, чтобы не перепутать, они все пронумерованы, все дело в развесовке.

-разница в весе, между шатунами всего двигателя, должна быть минимальна, вплоть до нескольких граммов, иначе это приведет к разбалансировке всего двигателя и долго такой двигатель не проработает

-изготавливаются шатуны из стали

-амплитуда движения шатуна хаотична. Шатун одновременно движется возвратно-поступательно вниз-вверх и в то же время происходит качательное движение.

Написать ответ Cancel reply

Двигатель работает на воздухе

Как двигатель развивает обороты

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Поршень

Параметры работы двигателя

Устройство двигателя

Кривошипно-шатунный механизм

Поршневые кольца | Для чего нужны и из чего состоят

Маховик

Что такое двигатель

Колин Макрей — легенда о летучем шотландце

Скрэмблеры

Харри Рованпера быстрый но слишком осторожный

Ралли Мексики 2013 — 3 этап

Круизеры

Ралли Польши WRC 2015 — 7 этап

Черный пес (США 1998 год. Патрик Суэйзи)

Стрит-байки

Маховик

Что такое трансмиссия?