Колотый шатун что такое
Перейти к содержимому

Колотый шатун что такое

  • автор:

Как ломают колотые шатуны

B.B.C.

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

  • IPS Theme by IPSFocus
  • Политика конфиденциальности
  • Обратная связь
  • Уже зарегистрированы? Войти
  • Регистрация
Главная
Активность
  • Создать.

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.

КОЛОТЫЕ ШАТУНЫ

ВОВРЕМЯ РЕМОНТА СТАСКНУЛСЯ С ТАКАМ ВОПРОСОМ.
КУПИЛ ЗАПЧАСТИ (ПРОКЛАДКИ, КОЛЬЦА, САЛЬНИКИ, ВТУЛКИ, ВКЛАДЫШИ)
ПРИ СБОРКЕ ВКЛАДЫШИ НЕ ЛОЖАЛЬСЯ В ПОСТЕЛЬ ШАТУНА, ВКЛАДЫШИ С ЗАМКОМ А ШАТУНЫ КОЛОТЫЕ (В НИХ НЕТ ПАЗА НОД ЗАМОК В КЛАДЫША) ТАКИЕ ПРОДАЛИ, ХОТЯ Я ПОКАЗЫВАЛ ШАТУН.
ПРОДАВЦИ ПОСОВЕТОВАЛИ СПИЛИТЬ БОЛГАРКОЙ ЗАМОК НА ВКЛАДЫШЕ. Я ОТКАЗАЛСЯ. НАШЁЛ НОМЕРОК ВКЛАДЫША ПОД КОЛОТЫЙ ШАТУН. И ЗАКАЗАЛ У ГОРЕ ПРОДАВЦОВ.

БУДТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ ПРИ ПОКУПКЕ!

29 марта 2015 Метки: своими руками

Ломаные шатуны

Изломанные поверхности ломаных шатунов

Нарезка трещин не вызывает никаких недостатков, но имеет одно существенное преимущество: точность посадки хвостовика шатуна и крышки подшипника. Но на что следует обратить внимание при установке?

Шатуны соединяют коленчатый вал с поршнями и таким образом передают силы действия газов и силы инерции на коленчатый вал. Для того чтобы установить шатун на коленчатый вал, главный шатун следует разделить.

Формой разделения является «излом»: Ломаные шатуны сначала изготавливаются как монолитные узлы. Затем главный шатун целенаправленно ломают на 2 части. При монтаже обе части снова свинчиваются. Благодаря изломанным поверхностям достигается выдающаяся точность посадки между стержнем шатуна и крышкой подшипника.

Во избежание путаницы соответствующие стержни шатунов и крышки подшипников, как правило, обозначены идентичными парными номерами.

2983

2984

Просим учитывать следующее:

  • Запрещается менять стержни шатунов и крышки подшипников по отдельности или между собой.
  • Использованию подлежат только стержни шатунов и крышки подшипников с идентичными парными номерами.
  • Нельзя ставить стержни шатунов и крышки подшипников на изломанные поверхности.
  • Изломанные поверхности нельзя дорабатывать, их следует предохранять от загрязнений и повреждений.
  • Перед монтажом изломанные поверхности необходимо очистить соответствующими средствами (например, средством для очистки тормозных систем) и продуть. Протирать изломанные поверхности запрещается, т. к. волокна и обрывки ткани могут их засорить.
  • Во избежание засорения изломанных поверхностей ломаные шатуны следует транспортировать только с крышками подшипников и прочно затянутыми шатунными болтами.
  • Ремонт глухих отверстий подшипников, т. е. шлифование изломанных поверхностей и обработка глухих отверстий в ломаных шатунах не возможен.

Характерные повреждения шатунов и причины их образования.

Шатун является частью кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Он обеспечивает кинематическую связь между поршнем и коленчатым валом, передавая как усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала, так и в обратную сторону – от коленчатого вала к поршню. Шатун состоит из верхней головки (ВГШ), стержня и нижней головки (НГШ) (рис. 1). Верхняя головка шатуна с помощью поршневого пальца соединяется с поршнем,

1_8

Рис. 1 Конструкция шатуна

а нижняя головка – с шатунной шейкой коленчатого вала. Верхняя головка шатуна вместе с поршнем совершает возвратно-поступательное движение, а нижняя повторяет круговое движение шатунной шейки коленчатого вала. Движение стержня в целом можно описать как возвратно-поворотное (рис. 1.1).

1.1

Рис. 1.1 Различные положения шатуна за один оборот коленчатого вала. Все положения нижней головки шатуна характеризуются огибающей кривой.

Обычно шатуны изготавливаются методом ковки. Однако в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) для легковых автомобилей нередко применяются и литые шатуны. Детали (шатуны) небольших размеров могут изготавливаться методом порошковой металлургии (холодное прессование + спекание). Как правило, нижняя головка шатуна является разборной, и ее крышка крепится шатунными болтами. Такая конструкция позволяет установить шатунные вкладыши, чтобы затем собрать нижнюю головку на шатунной шейке коленчатого вала. Шатуны с неразборной нижней головкой применяются редко и чаще снабжены подшипниками качения (например, роликовыми). Исторически, по мере роста мощности ДВС, увеличивался и диаметр шатунных шеек коленчатых валов, вследствие чего конструктивно увеличившиеся нижние головки шатунов перестали проходить через отверстия цилиндров, и потому – прежде всего на быстроходных дизельных двигателях – нижние головки шатунов стали делать с косым разъемом.

2_4

Рис. 2 Зубчатая поверхность стыка – на шатуне с косым разъемом.

Стык поверхности крышки нижней головки и самого шатуна может иметь «зубчатый» профиль (рис. 2). В более старых конструкциях надежное замыкание стыка могло обеспечиваться, в частности, канавкой и пружиной. В шатунах с прямым разъемом, применяемых в современных автомобильных ДВС, также используются преимущества геометрического замыкания, однако сложная технология обработки зубьев в последнее время заменяется методом разлома («ломаный» или «колотый» шатун, см. рис. 3).

3_1

Рис. 3 «Ломаный» стык разъема нижней головки шатуна.

Причем сегодня метод разлома применяется даже при производстве шатунов с косым разъемом. Структура таких поверхностей обеспечивает точную посадку крышки на шатун. Первоначально данная технология применялась только на литых шатунах, однако позднее её удалось применить и на кованых деталях. Из-за существенного увеличения максимального давления газов (в автомобильных дизелях оно достигает 15 МПа, в других, более мощных двигателях – более 20 МПа) сегодня массово переходят к так называемым трапециевидным шатунам – т. е. таким, когда нижняя часть верхней головки шатуна (на которую действует сила давления газов) делается шире его верхней части, воспринимающей только силы инерции. При производстве мощных стационарных дизельных ДВС разъемными делается не только нижняя головка, но и сам стержень. В большинстве подобных случаев верхняя головка шатуна крепится к стержню болтами (так называемый морской тип ВГШ). Такое решение позволяет не разбирать шатунные подшипники при демонтаже поршня в ходе ремонта двигателя. Кроме того, требуется меньше свободного пространства над двигателем, необходимого для демонтажа поршней.

Шатун отвечает за передачу сил от поршня к коленчатому валу, отчего подвергается большим знакопеременным нагрузкам. Движущиеся детали КШМ должны обладать как можно меньшей массой; в то же время в местах взаимодействия с поршневым пальцем и шатунной шейкой коленчатого вала необходимо обеспечить высокую жесткость конструкции. Это вынуждает конструкторов балансировать на грани конструктивных и технологически возможностей, из-за чего шатуны оказываются уязвимыми для вторичных поломок разного рода (рис. 4).

4_1

Рис. 4 Влияние качества обработки поверхности на максимально допустимую нагрузку на шатун

Стержень шатуна в верхней мертвой точке при максимальном давлении газов в камере сгорания подвергается сжатию, а в нижней мертвой точке, при воздействии силы инерции – растяжению (рис. 5).

5_2

Рис. 5 Сила, действующая на шатун во время цикла работы ДВС.

Выше линии абсцисс: – работа на сжатие, ниже линии абсцисс: – работа на растяжение

Передача усилий от поршневого пальца через шатун на коленчатый вал и обратно осуществляется через очень тонкую масляную пленку в подшипниках – толщиной около одного микрона. Поэтому приложение сил в подшипниках нижней и верхней головок зависит от распределения давления в слое смазки, на которое, в свою очередь, влияет жесткость конструкции головок шатуна. Также следует учитывать, что под нагрузкой головки шатуна деформируются (рис. 6):

  • Сила инерции, направленная вверх, к камере сгорания, удерживается в равновесии масляной пленкой между шатунной шейкой коленчатого вала и вкладышем (шатунным подшипником) со стороны крышки. Передача сил от стержня к крышке шатуна осуществляется через шатунные болты. Нижняя головка шатуна при растяжении приобретает форму овала, вытянутого вдоль оси шатуна. Болты при этом изгибаются наружу. При недостаточной затяжке болтового соединения возможно раскрытие стыка болтового соединения. Это грозит нарушением точности посадки вкладышей, а в самом худшем случае – разрывом шатунных болтов из-за перегрузки.
  • При максимальном же сжатии газов стержень шатуна через масляную пленку оказывает давление на шейку коленчатого вала. Отверстие нижней головки шатуна приобретает форму овала, вытянутого поперек оси шатуна. Шатунные болты при этом изгибаются вовнутрь. Болтовое соединение стремится к раскрытию стыка болтового соединения наружу.
  • Из-за подобной «овальной» деформации нижние головки шатуна подвержены существенным изгибающим нагрузкам. Усилие затяжки шатунных болтов должно превышать изгибающие нагрузки, воздействующие на шатун, поскольку именно болты должны выдерживать и передавать рабочие нагрузки. Таким образом, болтовое соединение крышки и самого шатуна играет решающую роль: неплотное прилегание контактирующих поверхностей недопустимо. Образование увеличенных зазоров всегда приводит к критическим дополнительным нагрузкам на болты, что легко может привести к их разрыву.

6_2

Рис. 6 Деформация разъемной нижней головки шатуна при работе на растяжение и на сжатие (схема)

Кроме того, необходимо обеспечить надлежащую плотность посадки вкладышей подшипников в отверстие нижней головки шатуна.

Поскольку момент затяжки болтов определяет напряженное состояние нижней головки шатуна и, следовательно, геометрию отверстия в ней, то при первичной установке и после каждой последующей разборки необходимо обеспечить заводской момент затяжки шатунных болтов. Чрезмерная затяжка этих болтов приводит к деформации отверстия шатуна в виде «сплющенного» овала, недостаточная – к деформации в виде «вытянутого» овала (рис. 7).

7_1

Рис. 7 Овальность отверстий подшипников в зависимости от затяжки болтов

Воспроизводимость усилия затяжки зависит от правильности и качества выполнения операции затяжки. При затягивании динамометрическим ключом доля момента затяжки, преобразуемого в усилие затяжки, зависит от трения в резьбе и на опорной поверхности головки болта. Учитывая, что при каждой операции затяжки шероховатости сглаживаются, сила трения уменьшается и, как следствие, в усилие затяжки преобразуется больший процент момента затяжки, отверстие нижней головки шатуна приобретает форму «сплющенного» овала. Этим объясняется то, почему заедание (деформация) шатунных подшипников происходит преимущественно после капитального ремонта двигателя. Чтобы улучшить результаты, целесообразно ориентироваться на момент предварительной затяжки болта и угол доворота, однако наиболее точное управление усилием затяжки возможно при контроле затяжки по удлинению болта, поскольку оно прямо пропорционально усилию затяжки.

Наибольшие нагрузки на стержни шатунов с прямым разъемом воздействуют на галтели – т. е. переходы от стержня к нижней и верхней головкам (рис. 8).

8

Рис. 8 Характерные зоны разломов на шатуне

При применении шатунов с косым разъемом исходной точкой усталостного разрушения, как правило, становится верхняя часть глухого резьбового отверстия в нижней головке.

Поскольку шатун – это связующее звено между поршнем и коленчатым валом, то повреждения шатунов, как правило, влекут за собой весьма масштабные последствия. Шатун находится как бы «между молотом и наковальней», и подвергается соответствующим деформациям и ударным нагрузкам, оказывающим сильное нагружение шатуна на изгиб; это подчеркивается поразительной деформацией шатунов после аварии ДВС (рис. 9).

9

Рис. 9 Критическое повреждение (изгибная деформация) шатуна большого дизельного ДВС

Повреждения шатуна из-за производственных дефектов

Чем больше нагрузка на шатун, тем более важным оказывается значение таких производственных дефектов, как канавки, надрезы (насечки) или забоины (см. также рис. 4)

Пример: через 725 моточасов после ремонта двигателя произошла поломка крышки нижней головки шатуна дизельного ДВС. Суммарная наработка шатуна на этот момент (продолжительность эксплуатации) – 8 700 моточасов. Усталостное разрушение (рис. 10, 11 и 12) было спровоцировано дефектом поверхности в области галтели (и без того подверженной экстремальным нагрузкам), возникшим при шлифовании. Вероятно, галтель задели при шлифовке опорной поверхности гайки, результатом чего стало повреждение поверхности (рис. 11 и 12). С учетом длительной эксплуатации шатуна до ремонта ДВС следует предположить, что поверхность была повреждена при ремонте двигателя.

10

Рис. 10 Вторичные повреждения шатуна в результате усталостного разрушения крышки нижней головки шатуна

11

Рис. 11 Крышка шатуна: – трещина проходит через галтель опорной поверхности гаек

12

Рис. 12 Очаг зарождения усталостного повреждения (A): повреждение поверхности (насечка) в зоне галтели, возникшее при шлифовании

Пример: Дизельный ДВС отработал 36 500 часов, после чего произошла поломка шатуна ниже верхней головки; в результате шатун пробил блок цилиндров (рис. 13). Причиной усталостного разрушения в зоне перехода от стержня шатуна к верхней головке явилась забоина (след удара) на поверхности (рис. 14).

13

Рис. 13 Отломившаяся верхняя головка шатуна

14

Рис. 14 Увеличенный фрагмент – отломившаяся головка шатуна, забоина (повреждение) на верхней стороне фланца в зоне исходной точки образования трещины

Усталостное разрушение началось в зоне края фланца и дошло примерно до половины сечения стержня, после чего произошел его долом (рис. 15). На верхней стороне фланца в зоне разрушения, а также вдоль продольной оси, в сторону верхней головки шатуна, также просматриваются следы забоин. Предположение, что они появились до поломки шатуна вследствие ударной нагрузки, подтверждается неровной, неправильной геометрией излома в исходной точке, а также немного отогнутыми краями плоскости излома.

15

Рис. 15 Зона исходной точки образования трещины (показано стрелками), усталостные трещины и зона долома

16

Рис. 16 Увеличенный фрагмент предыдущего изображения: очаг зарождения трещины

Фреттинг (фрикционная) коррозия

(Фреттинг-коррозия – коррозия при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. Она возникает вследствие непрерывного разрушения защитной оксидной плёнки в точках подвижного контакта.)

Пример: после 20 000 часов наработки двигатель тепловоза был демонтирован и разобран для дефектовки. На одном из шатунов выявлена трещина (рис. 17). Трещина берет начало у отверстия нижней головки шатуна, проходит через тело НГШ и не доходит примерно 6 мм до радиуса перехода к опорной поверхности под головку болта. Кроме того, в особенности, вблизи разъема НГШ, заметны выраженные следы фреттинг-коррозии.

17

Рис. 17 Трещина на нижней головке шатуна: следы износа и фреттинг-коррозии на поверхности отверстия

Поверхность излома представляет собой разросшуюся со временем усталостную трещину. Очаг зарождения трещины – типичный для таких усталостных повреждений «рубец» (N) в отверстии нижней головки шатуна (рис. 18).

18

Рис. 18 Поверхность усталостного повреждения и зона долома (фрагмент рис. 17)

N очаг зарождения трещины: «рубец» от усталостных повреждений

A Зона долома, произведенного в лаборатории

В Зона развития усталостной трещины при работе ДВС

Первопричиной усталостной трещины стала недостаточно плотная посадка шатунного вкладыша на заводе – впоследствии при производстве таких двигателей натяг вкладышей был увеличен.

Пример: в двигателе тепловоза после пробега в 750 000 км. сломался болт шатуна (рис. 19).

19

Рис. 19 Сломанный шатунный болт.

А – очаг зарождения усталостной трещины

Разрушение начинается с усталостной трещины F1 под углом около 45° к оси болта, шириной около 2 мм, которая продолжается усталостной трещиной F2, перпендикулярной продольной оси болта, и небольшой зоной долома F3 (рис. 20). То обстоятельство, что данное разрушение начинается с типичного для усталостных разрушений угла в 45°, указывает, что его причиной послужила сильная фреттинг-коррозия посадочных поясков. После ремонта при сборке ДВС положение болта изменилось, из-за чего изменилось и распределение нагрузки. Это привело к изменению направления усталостной трещины (F2) и к последующей поломке болта.

20

Рис. 20 Разрушение стержня болта.

А – очаг зарождения трещины; F1 – первичная усталостная трещина, F2 – вторичная усталостная трещина, F3 –зона долома.

Ошибки при сборке

Наиболее частой ошибкой при сборке ДВС является ненадлежащая затяжка болтов. Это приводит к:

  • раскрытию стыка болтового соединения с последующей поломкой болта. Шатун, движение которого после поломки болта становится хаотичным (рис. 21), повреждает коленчатый вал, блок цилиндров и поршень;
  • овальной деформации отверстия шатунного подшипника, с последующими быстрым износом шатунных вкладышей, «стуком» или заклиниванием подшипника;
  • недостаточно плотной посадке шатунных вкладышей с образованием фреттинг-коррозии – причины усталостных повреждений (см. также рис. 17 и 18).

21

Рис. 21 Деформация шатуна из-за разрушения болта.

Повреждения, обусловленные эксплуатацией двигателя

Повреждения шатунов нередко становятся следствием нарушения условий эксплуатации или поломки других узлов двигателя. При этом рассматривать детонационное сгорание топлива как возможную причину повреждения шатунов или шатунных подшипников имеет смысл, пожалуй, только в самых экстремальных случаях. Расстояние между камерой сгорания (в которой происходят колебания давления при детонации) и опорами подшипников (втулок) поршневых пальцев и шатунной шейки коленчатого вала (шатунных вкладышей) представляется для этого слишком большим. Продольные колебания в стержне шатуна, обусловленные большими перепадами давления газов, быстро затухают из-за демпфирующего воздействия масляной пленки в подшипниках. Зато глубокие задиры на поршнях, как правило, приводят, в том числе, и к повреждению шатунов. Причиной повреждения шатунов могут становиться и другие дефекты, как, например, негерметичность интеркулера (охладителя наддувочного воздуха), прокладок головки цилиндра, сквозная коррозия гильз цилиндров, в результате которой в цилиндры попадает охлаждающая жидкость. Скопление топлива или масла в цилиндре также приводят к «гидроудару» (рис. 22).

22

Рис. 22 Деформация шатуна из-за гидроудара.

Пример: на дизельном ДВС произошла разгерметизация жидкостного интеркулера. При неработающем двигателе охлаждающая жидкость через впускной коллектор попала в один из цилиндров с открытыми впускными клапанами. Поршень при этом находился около нижней мертвой точки. При проворачивании коленчатого вала стартером произошло воспламенение топлива в некоторых из прочих 15 цилиндров. А в том цилиндре, куда попала вода, оба клапана закрылись, поршень пошел в верхнюю мертвую точку (такт сжатия) и с огромной силой уперся в практически несжимаемую воду в цилиндре, результатом чего стала деформация шатуна

Как показывает данный случай, поломки шатунов могут приводить к серьезным повреждениям, а подчас и к необходимости замены двигателя целиком.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *