Группа шатуна

В эту группу входят шатун, втулка, шатунные вкладыши, шатунные болты, крышка шатуна (Рис. 7.). Эти детали обеспечи­вают шарнирную связь возвратно-поступательно движущегося порш­ня с вращающимся коленчатым валом. Ша­тун совершает комплексное движение. Верхний его конец, охватывающий палец, движется линейно, нижний конец, охватывающий коленчатую шейку, вращается. Остальные части шатуна участвуют одновременно в обоих движениях, описывая эллиптические траектории. При работе подвергается воздействию переменных усилий:

- растягивающих - от сил инерции движущегося поршня;

- сжимающих - от давления газов на поршень и сил инерции поршня возле НМТ;

- изгибающих - от сил инерции шатуна в плоскости качания.

Рис. 7. Детали группы шатуна: 1 — маслопроводящее отверстие; 2— верхняя головка шатуна; 3 — стержень шатуна; 4 — шатунный болт; 5 — гайка; в — нижняя го­ловка шатуна: 7 — шплинт; 8 — крышка ша­туна; 9 — шатунные вкладыши; 10 — палец; 11 — стопорные кольца; 12 — втулка верхней головки шатуна

К шатунам предъявляют требования высокой прочности, боль­шой жесткости всех элементов, малого веса. Шатуны изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей (сталь 45, 40Х, 40ХНМА). Конструктивно шатуны имеют верхнюю головку, стержень, нижнюю головку. Как правило, стержень имеет двутавровое сечение. Иногда шатуны имеют вертикальный канал от нижней головки к верхней для обеспечения подвода масла.

Втулки верхней головки шатуна делают из бронзы. В нижней го­ловке шатуна может быть прямой или косой (под углом 45°) разъем. Шатуны обычно штампуют. Верхние головки шатунов бывают раз­резными и неразрезными. Крышки нижней головки шатуна снабжают продольными ребрами для увеличения жесткости.

Ответственной деталью являются шатунные болты. Болты подвер­жены одновременно изгибу и растяжению. В зависимости от конст­рукции шатуна применяют шатунные болты с гайками, шпильки с гайками, болты, ввертываемые в тело шатуна. Шатунные болты де­лают таким образом, чтобы избежать концентрации напряжений. При установке болтов и гаек всегда используются стопорные шайбы или шплинты, шпильки фиксируют штифтами.

Вкладыши (рис. 7.) - втулка подшипника скольжения, выполненная разрез­ной для облегчения монтажа. В гидродинамических под­шипниках скольжения разделительным слоем трущихся поверхностей служит масляная пленка (жидкостное тре­ние).

При нормальной работе вкладышей в зазоре между поверхностями вращающегося вала и подшипника всегда имеется разделительный слой масла и непосредственного контакта поверхностей не происходит. При вращении вал нагнетает масло в клиновидный зазор, всплывает на мас­ляном слое и приобретает стабилизированное положение, несколько сместившись в сторону. «Масляный клин» вос­принимает и передает все нагрузки, возникающие в сочленении.

Шатунный вкладыш представляет собой стальную ленту толщиной 2 - 2,5 мм, свернутую в полукольцо и покрытую антифрикционным сплавом (0,2—0,7 мм). Наименьшим коэффициентом трения обладают сплавы на основе олова (баббиты), но они не выдерживают высоких нагрузок и температур. В современных двигателях бабби­ты уступили место бронзе, сплавам на основе алюминия, кадмия и серебра.

Основным бронзовым сплавом в нашей стране служит свинцовистая бронза марки БрС30 (27 - 31% свинца, остальное медь). Вкладыши из такой бронзы до­пускают нагрузку 30 МПа и окружную скорость 30 м/с. Подшипники скольжения из свинцовистой бронзы по причине своей повышенной твердости требуют и со­ответствующей твердости сопрягаемого вала. Существенным недостатком в экс­плуатации является низкая коррозионная стойкость свинца, вымывающегося из сплава при повышении кислотного числа масла.

Все большее применение находят сплавы на основе алюминия. Сплав марки АО20-1 (17 - 23% олова; 0,7 - 1,2% меди, остальное - алюминий) выдерживает 25 МПа и 20 м/с.

За рубежом широко распространен сплав на основе кадмия (97 - 98,5% кад­мия, 1,5% никеля, магния, серебра и 0,7 - 1,7% меди). По свойствам он стоит ме­жду баббитами и свинцовистой бронзой.

Вкладыши устанавливают с на­тягом. Они имеют сверления, пазы для транспортирования масла, а также стопорные ус­тройства, предохраняющие вкла­дыши от проворачивания.