Шатун поршня предназначен для передачи энергии от поршня к коленвалу. Первые упоминания о применении подобных устройств относятся к концу третьего столетия н.э. Механизмы, похожие на современные шатуны, использовались на лесопилках Римской империи в Малой Азии. Они преобразовывали вращательное движение водяного колеса в поступательное для привода пилы. Аналогичные устройства археологи находили при раскопках в Эфесе, которые относятся к VI веку н.э.

Конструкция шатуна: особенности и обслуживание его элементов

В процессе работы шатун совершает два вида движения: возвратно-поступательное, где верхняя головка соединена с поршнем, и круговые, где нижняя головка соединяется с коленчатым валом.

Именно поэтому при эксплуатации двигателя данная деталь находится под постоянным воздействием высоких нагрузок.


Устройство шатуна


Шатун состоит из следующих элементов:

  • Поршневая головка (верхняя)

  • Кривошипная головка (нижняя)

  • Силовой стержень


Поршневая головка

Соединение верхней головки с поршнем обеспечивает поршневой палец. Сама головка имеет неразборную цельную конструкцию. Поршневой палец может быть фиксированным и плавающим.


Верхняя головка шатуна


В первом случае в головке шатуна проделывается цилиндрическое отверстие, которое изготовлено с очень высокой точностью - для того, чтобы обеспечить необходимый уровень натяга при соединении с пальцем.

В плавающих поршневых пальцах в верхнюю головку впрессовываются специальные биметаллические или бронзовые втулки. Но бывают двигатели, где эти втулки отсутствуют, а сам палец свободно вращается в отверстии головки шатуна. Чтобы подобная деталь работала нормально, следует обеспечить подвод смазки.


Верхняя головка шатуна работает в условиях очень высоких нагрузок, поэтому она имеет трапециевидную форму. Это нужно для того, чтобы увеличить опорную поверхность при работе поршня.

Кривошипная головка

Нижняя головка соединяет шатун с коленчатым валом. Большинство шатунов имеет разъемную кривошипную головку, что определяется способом сборки ДВС. Крышка головки крепится к шатуну при помощи болтов, но в некоторых случаях возможно использование штифтов или бандажного крепления.


Кривошипная головка


Для каждого шатуна можно использовать лишь ту крышку, которая была установлена на заводе, так как она имеет определенный размер и вес. Поэтому при ремонте нельзя менять данный элемент.

По расположению стержня разъем головки может быть прямым (90° относительно оси стержня) и косым (под определенным углом к оси). Последний вид применяется для V-образных двигателей для уменьшения их размеров.

В нижнюю часть шатунной головки также устанавливаются подшипники скольжения, которые схожи с коренными вкладышами коленвала. Их производят из стальной ленты, внутренняя поверхность которой обработана антифрикционным материалом, обладающим высокой износостойкостью.

Наиболее популярным антифрикционным покрытием для подшипников скольжения шатунов является MODENGY Для деталей ДВС.

Оно эффективно снижает износ и трение, предотвращает задир поверхностей и заклинивание поршня в цилиндре. Материал устойчив к длительному воздействию моторного масла, предотвращает скачкообразное движение и в течение некоторого времени сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Отверждение покрытия возможно как при комнатной температуре, так и при нагреве. Удобная аэрозольная упаковка упрощает процесс нанесения благодаря тщательно настроенным параметрам сопла распылительной головки.

MODENGY для деталей ДВС доступно в наборе со  специальным очистителем-активатором MODENGY. Предварительная обработка деталей Очистителем-активатором гарантирует отличную адгезию покрытия и его длительный срок службы.

Подробнее о нанесении покрытия смотрите ниже.



Силовой стержень

Большинство автопроизводителей изготавливают шатуны таким образом, что их стержень расширяется от верхней головки к нижней, а также имеет двутавровую форму. Следует отметить, что шатуны дизельных двигателей более прочны и массивны, чем у бензиновых агрегатов. В спортивных автомобилях шатуны изготавливают из алюминия. Это нужно для снижения массы транспортного средства.

Все шатуны в двигателе должны одинаково весить, так как в противном случае вибрации от работы ДВС будут сильными. Это касается не только всего шатуна, но и обеих головок детали. Чтобы выровнять вес шатунов их для начала взвешивают на очень точных весах, а затем, ориентируясь на самый легкий шатун, аккуратно снимают часть металла с бобышек на стержне и головках детали.

Из чего сделан шатун?

Перед каждым автопроизводителем стоит две задачи: сделать массу деталей КШМ ниже и уменьшить затраты на производство. Но, так как шатуны работают под воздействием высоких нагрузок, уменьшение его массы может негативно сказаться на прочности.

При массовом производстве шатуны изготавливают методом литься из специального чугуна. Это приемлемо для бензиновых серийных двигателей, так как при таком подходе достигается практически идеальный баланс между прочностью детали и ее себестоимостью.


Шатуны


В дизельных силовых агрегатах нагрузки больше, поэтому использовать подход, аналогичный с бензиновыми двигателями неуместно. В связи с этим для тяжелонагруженных шатунов используется метод горячей штамповки или горячей ковки, а в качестве конструкционного материала выступает легированная сталь. Такие детали намного прочнее литых, но их производство гораздо дороже.


Для автомобилей с мощными двигателями и спортивных моделей используются алюминиевые и титановые сплавы.


Благодаря такому решению повышается оборотистость двигателя и снижается вес всего агрегата. Титановые и алюминиевые шатуны весят на 50 % меньше, чем детали из чугуна и стали.

Немаловажно значение играет конструкционный материал болтов крепления крышки шатунной головки. Для их производства применяется высоколегированная сталь, предел текучести которой в 2-3 раза выше, чем у обычной углеродистой стали.

Причины неисправности и ремонт шатуна

Неисправности из-за которых выходит из строя шатун в большинстве своем происходят из-за износа деталей. Верхнюю головку ремонтируют редко, а ресурс втулки сопоставим с ресурсом самого двигателя. Но, в случае гидроудара, соударения поршня с головкой блока или попадания в камеру посторонних предметов и абразивных веществ стержень шатуна может изогнуться или вовсе разрушиться.


Последствия гидроудара


Из строя также выходят подшипники нижней головки. Это происходит из-за недостаточного смазывания детали. Признаками такой неисправности является замятие вкладышей, удлинение шатунных болтов, изменения окраски в шатунной головке (темно-синяя) и частей вкладышей (черные тона). Если смазывание протекало нормально, то причиной поломки может быть износ или разрушение самих подшипников.

Помимо этого, к причинам выхода из строя шатуна является недостаточный уровень масла в ДВС, засорение фильтрующего элемента, несвоевременная замена масла в двигателе, попадание в цилиндр абразивов и загрязнений, потеря маслом рабочих характеристик.


Шатуны подлежат ремонту при обнаружении:

  • Деформации стержня

  • Износа зазора в верхней головке цилиндра

  • Износа поверхности и зазора в нижней части головки


Перед началом ремонтных работ деталь нужно тщательно осмотреть. Для начала следует измерить овал и диаметр, а также зазоры в нижней и верхней части шатуна при помощи нутрометра. Если показатели в норме, то замена шатуна не потребуется. Если отверстия головок непараллельны, это свидетельствует о деформации стержня, которая приводит к перекосу цилиндра. О такой неисправности может подсказать громкий рев двигателя при работе на высоких оборотах. В этом случае происходит износ стенок цилиндра, поршня, головки шатуна и коленвала. Еще одним способом проверки детали на деформацию является установка шатуна на специальную проверочную плиту и его раскачка.


После этого можно приступать к ремонту. Помните, что качество работ очень зависит от хорошего специального оборудования.

Для достижения нужной геометрии зазора нижнего шатуна необходимо снять небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этой процедуры крышка устанавливается на штатное место и затягивается болтами.

Отверстие головки растачивается исходя из заданного размера. Для этого нужно воспользоваться универсальным или расточным станком. После расточки требуется выполнение хонингования.

При увеличении зазора под поршневой палец следует заменить бронзовую втулку под верхнюю головку. Новая деталь примет нужный размер. Главное, чтобы отверстия втулки и головки совместились, так как в противном случае масло, выходящее из поршня, не сможет попасть на поршневой палец.

Помните, что после расточки следует подогнать шатуны по массе. Для этого выбирается самая легкая деталь.

Шатунные вкладыши дополнительно рекомендуется обработать антифрикционным покрытием MODENGY Для деталей ДВС.