Что такое соединительный стержень? Детали, функции и типы

Что такое соединительный стержень?

Шатун — это часть поршневого двигателя, которая соединяет поршень с коленчатым валом. Вместе с кривошипом шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.

Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня. В наиболее распространенной форме в двигателе внутреннего сгорания он позволяет поворачиваться на конце поршня и вращаться на конце вала.

Предшественником шатуна является механическое соединение, используемое водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. Чаще всего шатуны используются в двигателях внутреннего сгорания или паровых двигателях.

Части шатуна

Ниже приведены части шатуна:

• Малый конец: Конец, которым шатун крепится к поверхности поршневого пальца, называется малым концом шатуна.
• Большой конец: Конец, которым шатун прикрепляется к шатунной шейке, называется большим концом шатуна.
• Подшипник втулки: Оба конца шатуна закреплены подшипником скольжения. К маленькому концу шатуна прикреплена втулка из фосфористой бронзы со сплошной проушиной. Большой конец прикреплен к шатунной шейке. Конец разделен на две части и опирается на вкладыш коренного подшипника.
• Вставка подшипника: В большом конце шатуна есть вкладыш подшипника, который соединен с крышкой подшипника, он известен как вкладыш подшипника. Они состоят из двух частей, которые соединяются вместе на коленчатом валу. Это положение, при котором шатун перемещается в обратном направлении.
• Болт и гайка: После того, как шатун оснащен кривошипом внизу, обе стороны больших концов крепятся несколькими болтами и гайками. Таким образом, объединив все эти компоненты, шатун готов к использованию.
• Шенк: Кроме того, каждый болт и гайка используются для соединения шатуна и крышки подшипника. И применяется секционная балка, известная как хвостовик. Сечение стержня может быть прямоугольным, трубчатым и круглым.
• Значок на запястье: Поршень двигателя соединен с шатуном с помощью полой трубки из закаленной стали, называемой поршневым пальцем. Он также известен как поршневой штифт. Пальцевый палец проходит через короткий конец шатуна и поворачивается на зацепленном поршне.
• Поршень: Поршень соединен с коленчатым валом при помощи шатуна, который обычно укорачивается до шатуна или шатуна. Задача поршня — работать как подвижная пробка в цилиндре, образующая дно камеры сгорания.
• Крышка подшипника: Подшипники скольжения имеют регулировку износа, но они контролируют ход, а боковой зазор позволяет правильно затянуть крышку подшипника.

Конструкция и функция шатуна

Шатун преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун создает связь между поршнем и коленчатым валом и, таким образом, передает мощность. Он преобразует линейное движение поршня вверх и вниз в круговое движение коленчатого вала и, следовательно, подвергается растяжению, сжатию, изгибу и короблению.

Шатун установлен на шатунной шейке коленчатого вала с подшипником скольжения. Крышка шатунного подшипника прикручена болтами к большой головке. В большинстве случаев шатун является полым или имеет внутренний литой масляный канал для подачи смазки на поршневой палец.

Материалы

Для получения минимального веса и высокой прочности шатуны изготавливаются из следующих материалов:

• Микролегированные стали
• Спеченные металлы
• Высококачественный алюминий
• Углепластик и титан (для высокопроизводительных двигателей)

Серийно выпускаемые шатуны бывают коваными, литыми или спеченными. Кованые шатуны имеют лучшее отношение прочности к весу и более низкую стоимость, чем спеченные шатуны. Однако производство штампов сравнительно дорого.

Типы шатунов

Ниже приведены типы шатунов, используемых в различных типах двигателей:

• Стержень простого типа
• Вилка и ножевой стержень
• Главный и подчиненный жезл
• Заготовки шатунов
• Литые стержни
• Кованые стержни
• Приводные металлические шатуны

1. Стержни простого типа

Шатун простого типа используется в рядных и оппозитных двигателях. Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке и снабжен крышкой подшипника.

Крышка подшипника крепится болтом или шпилькой на конце шатуна. Шатун следует заменять в том же цилиндре и в том же относительном положении, чтобы обеспечить правильную посадку и балансировку.

2. Стержни вилки и лезвия

Эти типы шатунов используются в мотоциклетных двигателях V-twin и авиационных двигателях V12. В каждой паре цилиндров двигателя шток «вилки» разделен на две части на большом конце, а шток «лопатка» сужается от противоположного цилиндра, чтобы соответствовать этому зазору в вилке.

Эта система устраняет качающуюся пару, которая возникает, когда пары цилиндров уравновешены вместе с коленчатым валом.

В конструкции с шатунными подшипниками шток вилки имеет одну широкую опорную втулку, которая проходит по всей ширине штока, включая центральный зазор.

В этом случае стержень лопасти проходит непосредственно снаружи этой втулки, а не на шатунной шейке. Это заставляет два стержня двигаться вперед и назад, что снижает усилие на подшипник и поверхностную скорость. Но скорость подшипника также является возвратно-поступательной, а не непрерывно вращающейся, что является серьезной проблемой для смазки.

3. Главный и подчиненный жезлы

Радиальные двигатели обычно используют главные и подчиненные шатуны. В этой системе один поршень состоит из главного штока, непосредственно прикрепленного к коленчатому валу. Другие поршни соединяют свои шатуны с кольцами, окружающими край основного штока.

Недостатком штоков master-slave является то, что ход ведомого поршня немного больше, чем у ведущего поршня, что увеличивает вибрацию в V-образном двигателе.

4. Заготовки стержней

Заготовки шатунов изготавливаются из стали или алюминия. По сравнению с другими типами шатунов они легче, прочнее и служат дольше.

Он обычно используется в высокоскоростных транспортных средствах. Иногда он предназначен для уменьшения концентраторов напряжения и облегчения естественного зерна материала заготовки.

5. Литые стержни

Эти типы шатунов предпочтительны и разработаны производителями, поскольку они могут выдерживать нагрузку стандартного двигателя.

Литые стержни требуют низкой стоимости производства и не могут использоваться в приложениях с высокой мощностью. Литые стержни имеют заметный шов посередине, который отделяет их от кованых.

6. Кованые стержни

Некоторые шатуны изготавливаются методом ковки. Эти типы шатунов изготавливаются путем придавливания зерна материала к форме конца. В зависимости от требуемых свойств материал может быть из сплава стали или алюминия.

Обычно используемые стальные сплавы представляют собой сплав хрома и никеля. Конечный продукт не должен быть хрупким. Следовательно, сплавы никеля или хрома повышают прочность шатуна.

7. Металлические шатуны с электроприводом

Шатуны также изготавливаются из силового металла, так как это подходящий выбор для производителей. Его готовят из смеси металлических порошков, которую прессуют в форму и нагревают до высокой температуры. Эта смесь превращается в твердую форму.

Это может потребовать легкой обработки, но продукт в основном выходит из формы готового продукта. Шатуны из порошкового металла дешевле стали и прочнее литых стержней.

Отказ шатуна

Во время каждого вращения коленчатого вала на шатун часто действуют большие повторяющиеся силы:силы сдвига из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, силы сжатия, когда поршень движется вниз, и силы растяжения, когда поршень движется вверх. Эти силы пропорциональны квадрату скорости вращения двигателя (об/мин).

Выход из строя шатуна, который часто называют «бросанием шатуна», является одной из наиболее распространенных причин катастрофического отказа двигателя в автомобилях, когда сломанный шатун часто проходит через боковую часть картера, что делает двигатель неремонтопригодным.

Распространенными причинами отказа шатуна являются разрушение при растяжении при высоких оборотах двигателя, сила удара, когда поршень ударяет по клапану (из-за проблемы с клапанным механизмом), выход из строя шатунного подшипника, обычно из-за проблемы со смазкой, или неправильная установка шатуна.