Что такое шатуны
В любом автомобиле есть много деталей, которые являются наиболее нагруженными, но шатуны стоят особняком. Они есть в любом поршневом двигателе, будь то дизельный или бензиновый. Внешне все шатуны похожи, а отличаться могут только размерами и некоторыми особенностями конструкции мотора. Основная задача шатуна — передавать линейное движение поршня на вращающийся коленвал. В этом материале мы расскажем об устройстве этой незаменимой детали, про сплавы, из которых ее изготавливают, и о проблемах, возникающих с шатунами.
Какое масло лучше заливать в двигатель автомобиля
Устройство шатуна
Прежде всего предлагаем выяснить, что такое шатуны. Шатун соединяет поршень с коленчатым валом мотора. То есть деталь исполняет роль своеобразной подвижной металлической тяги или рычага, который передает усилие от поршня валу и обратно, зависит от того, какой такт работы происходит внутри цилиндра.
Если посмотреть на шатун, то может показаться, что в конструкции нет ничего сложного. Ее можно поделить на три части. На верхней есть поршневая головка, в ней отверстие для установки пальца, именно он подвижно соединяет поршень с шатуном. В нижней части есть кольцо, которое называют кривошипной головкой, она крепится к коленвалу. Между двумя головками средняя часть, ее называют стержнем шатуна. Функция проста — соединять верхнюю и нижнюю головки.
Как мы уже сказали, принцип конструкции один и тот же, а вот размер и форма могут быть самыми разными. Например, в дизельных двигателях шатуны более массивные, поскольку нагрузка на них гораздо больше. В бензиновых двигателях шатуны меньше и сделаны так, чтобы максимально снизить массу двигателя, в них меньше сечение и диаметры головок. Помимо массы это позволяет при высоких оборотах мотора снизить инертность кривошипно-шатунного механизма. Теперь пройдем по всем составным частям шатуна более подробно.
Верхняя поршневая головка
Верхняя головка — место соединения с поршнем с помощью поршневого пальца. Верхняя головка делается цельной и бывает двух видов.
С фиксированным пальцем
В данном случае в головку шатуна очень жестко запрессовывают цилиндрический палец из крепкой стали. Соединение остается подвижным благодаря вращению этого пальца в отверстиях, или, иначе говоря, бобышках, поршня.
С «плавающим» пальцем
В этой ситуации палец вращается в головке шатуна, а чтобы он не перемещался по оси, его держат в поршне стопорные кольца.
Во втором случае верхнюю головку прессуют с биметаллическими или бронзовыми втулками. Тут есть масляные каналы, чтобы к соединению подводилась смазка с целью уменьшить трение деталей.
Когда происходит такт рабочего хода, и поршень начинает движение вниз, в месте его соединения с шатуном происходит огромная нагрузка. Конструкторы предусмотрели такую ситуацию и сделали верхнюю головку шире стержня, чтобы площадь опоры была больше.
Стержень
Стержень это основа шатуна, которая соединяет обе головки. Задача у стержня одна — передача усилия от поршня на коленвал и в обратном направлении.
Когда конструкторы двигателей работают над своим детищем, то пытаются сделать среднюю часть шатуна максимально легкой, но при этом очень прочной. Отсюда множество видов шатунов, все они имеют довольно сложную форму и сечение. В большинстве встречается форма двутавра, проще говоря, буквы «Н», и от верхней головки к нижней поршень расширяется.
При таком варианте может быть обеспечен небольшой вес детали и большая устойчивость на прогиб в плоскости вращения шатуна. Гораздо реже можно встретить экзотические варианты в виде овальных стержней или даже в форме цилиндра или креста.
Нижняя кривошипная головка
У нижней кривошипной головки несколько задач, имеет она и определенные конструктивные особенности. Головка вращается на подвижной оси, или шейке, коленчатого вала. Для этого в ней предусмотрен специальный подшипник скольжения, представляющий собой две полукруглые пластины. Их еще называют шатунными вкладышами. Производят их из прочной стали с небольшим слоем антифрикционного покрытия. Шатунные вкладыши смазываются маслом, оно подается под определенным давлением по специальным узким каналам в самом коленчатом валу. Шатун производит возвратно-поступательное и одновременно колебательное движения и посредством нижней головки все преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала.
В отличие от верхней нижняя головка шатуна не цельная и состоит из нескольких деталей. Она как бы делится пополам. Одна половина это составная часть стержня, а другая половина головки присоединяется болтами или шпильками. У нее есть свое название — крыша шатуна.
Теперь вы знаете все составляющие шатуна и их названия. Если конструкторы спроектировали кривошипно-шатунный механизм с «плавающим» пальцем, то в таком случае внутри шатуна для масла предусмотрен специальный канал, который помогает смазать детали. Он тянется от нижней головки к верхней.
Как изготавливают шатуны
Шатуны для двигателей внутреннего сгорания производят из разных материалов, среди которых чугун, легированная сталь, алюминиевые или титановые сплавы и даже композитные материалы. Все зависит от того, для какого двигателя предназначены шатуны, и какую нагрузку они будут испытывать.
Шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из чугуна. Производство получается самым дешевым, так как материал сам по себе недорогой и при этом используется дешевый метод литья.
Другое дело дизельные моторы. В них нагрузка не механизмы и детали выше, следовательно и шатуны должны быть гораздо прочнее. Тут используется легированная сталь. Ни о каком литье речи нет, детали изготавливаются методом штамповки, либо куются. Соответственно и стоимость производства выше.
В гоночных автомобилях или спортивных применяются алюминиевые или титановые сплавы. Все делается для того, чтобы уменьшить массу машины, но и стоимость ее от этого только увеличивается. Получается, что вес таких шатунов по сравнению с чугунными в два раза меньше, а стоимость в разы выше.
Может возникнуть справедливый вопрос, ведь у шатуна есть крышка, как же он может быть изготовлен цельным? Все это тоже уже давно предусмотрели. Шатуны изготавливаются так называемым «разрывным» способом. Изначально деталь отливают цельной, потом производят обработку ее поверхности и отверстия головки. На заключительном этапе деталь разрушают, отламывая от нее крышку. Благодаря такому методу соединение крышки со стержнем болтами или шпильками получается точным. Само отверстие также выглядит идеально.
Что может произойти с шатунами
Мы узнали про все части шатуна и выяснили, из чего он изготавливается. Понятно, что это одна из наиболее прочных деталей в автомобиле. Но могут ли шатуны ломаться и выходить из строя, какие с ними связаны неисправности?
Шатуны практически не ломаются. При нормальной эксплуатации автомобиля они доживают до капитального ремонта в целости и сохранности, разве что в верхней головке могут износиться втулки, а в нижней вкладыши. Да и то происходит это из-за невнимательного отношения водителя. Масло может быть некачественным, в результате забиваются каналы, предназначенные для смазки. Кто-то предпочитает экономить на масле, что тоже ни к чему хорошему не приводит. Когда изнашиваются подшипники шатуна, это можно узнать без всяких приборов, поскольку слышен характерный стук внутри мотора при его работе.
Однако бывают случаи, когда нагрузку не выдерживают даже шатуны. Происходит это при так называемом гидроударе. Попросту в цилиндры попадает вода. Случиться это может при проезде глубокой лужи или брода. Известно, что жидкость практически нельзя сжать. Поэтому когда она попадает в двигатель в большом объеме, а поршень продолжает работу, то он просто может упереться в стену, а нагрузка в это время настолько высока, что шатун гнется или даже ломается. Одновременно он пробивает стенку блока цилиндров. На сленге у российских автовладельцев такая ситуация называется «рука дружбы». После этого двигатель нужно просто отдавать в металлолом и приобретать новый.
Краткие выводы
Шатун — важная деталь двигателя внутреннего сгорания, которая преобразовывает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленвала.
Шатун состоит из стержня, а также верхней и нижней головки, которые он соединяет, часть нижней головки называется крышкой шатуна.
Шатуны могут служить ровно столько, сколько служит сам двигатель. Разрушить их может только сильное механическое воздействие.
Износу подвержены только подшипники шатунов. В результате может упасть давление масла и снизится мощность двигателя. Верный признак износа подшипников — характерный стук внутри мотора.
