Шатун из чего состоит: Шатун: назначение, конструкция, материалы

Шатун: назначение, конструкция, материалы

Шатуном называют деталь двигателя автомобиля, соединяющую коленвал и поршень. Его назначение состоит в преобразовании поступательных движений поршня непосредственно в цилиндре ДВС во вращательные движения коленчатого вала, а дальше через трансмиссию это вращение передается на колеса транспортного средства.

Особенности конструкции

Производители выбирают конструкцию шатуна в зависимости от типа и схемы компоновки двигателя. Обычно в дизельных моторах применяются тяжелые шатуны, в бензиновых – легкие. Основными элементами детали являются:

• стержень;
• верхняя поршневая головка;
• нижняя кривошипная головка.

Для соединения со стержнем поршневой головки используется поршневой палец, кривошипная головка соединена с шейкой коленвала.

Стержень

Стержень шатуна может иметь разные типы сечения: в виде креста, круга, прямоугольника, Н-образные. Для оснащения некоторых типов двигателей используют шатуны со стержнем, в котором предусмотрена небольшая канавка, по которой масло поступает в поршневую головку.

Наиболее популярна конструкция, в которой в верхнем отделе кривошипной головки есть небольшие по размеру отверстия для разбрызгивания масла внутри поршня и цилиндра.

Верхняя поршневая головка

Верхняя поршневая головка является неразъемным элементом шатуна, ее конструкция определяется методом установки поршневого кольца. Если в моторе используется палец фиксированного типа, в поршневой головке предусматривается специальное отверстие цилиндрической формы для соединения деталей. Если выбран палец плавающего типа, в головке предусматривают втулку из бронзы или биметаллическую. Существуют конструкции поршневых головок без втулки, при этом в двигателе используется плавающий палец. В таких случаях вращательные движения пальца выполняются в специальном отверстии поршневой головки.

Использование головок в форме трапеции в некоторых моделях двигателей позволяет значительно снизить нагрузки на поршневой палец.

Нижняя кривошипная головка

Нижняя кривошипная головка имеет разборную конструкцию и предназначена для соединения коленчатого вала и шатуна. В состав кривошипной головки входят верхняя часть и крышка, фиксируемая к шатуну с помощью крепежных болтов. Различают кривошипные головки по типу разъемов по отношению к стержневой оси: выполненный под углом называют косым, перпендикулярно – прямым.

В конструкции головки предусмотрены тонкие вкладыши подшипника скольжения. Обычно такие вкладыши состоят из 2-5 слоев. Для изготовления используют стальные полосы. Внутри предусмотрена защита антифрикционным составом, который выбирается в соответствии с типом двигателя.

В современных моделях моторов используют вкладыши из 2-3 слоев. В первом случае антифрикционный состав слоем наносится на металлическую основу, во втором дополнительно используется изоляционный слой.

Для снижения шумов и вибрации от работающего двигателя шатуны и их элементы должны иметь равную массу. Это означает, что масса какой-то детали одного шатуна должна быть равна массе аналогичной детали остальных шатунов. Например, стержень массой 50 г в одном из шатунов должен по этому параметру соответствовать стержням остальных шатунов.

Массы шатунов подгоняют, снимая тонкий металлический слой с бобышек (бобышки расположены в верхних шатунных головках). Есть конструкции с бобышками на шатунном стержне или нижней части поршневой головки.

Материалы для изготовления шатуна

Существует два способа производства шатунов: методом штамповки из высокопрочной стали или литьем из чугуна. Для дизельных двигателей выбирают шатуны, изготовленные из легированной стали методом ковки или горячей штамповки. Для ряда моделей бензиновых моторов выбирают шатуны, изготовленные из металла в порошкообразном виде путем спекания материала.

Требования к шатуну, как элементу кривошипно-шатунного механизма двигателя, определяются напряженными условиями работы. Необходима износостойкость, долговечность и надежность детали.

Важно! Повышенные требования предъявляются не только к шатунам, но и к крепежным болтам. Такие болты изготавливают из легированной стали с высоким коэффициентом текучести (значительно выше, чем у высокоуглеродистой стали).

Шатуны

Шатуны передают усилия, действующие на поршни, шатунным шейкам коленчатого вала дизеля. Они испытывают большие динамические нагрузки. Изготовлены шатуны из высококачественной легированной стали штамповкой. Если шатунная шейка коленчатого вала связана с одним поршнем (дизели Д100 и ПД1М), то шатун представляет собой фасонный стержень двутаврового сечения с верхней и нижней головками (рис. 73, а, б). Нижняя головка разъемная. Крышка шатуна 5 крепится к стержню шатунными болтами 7 из хромони-келевой стали. В средней части болты имеют пояски для центровки шатуна и крышки. Поверхность болтов должна быть полированной без каких-либо концентраторов напряжений. Головки болтов круглые с лысками для удержания от проворачивания при затяжке.

В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 2, служащая подшипником для поршневого пальца. У дизеля ПД1М втулка 2 целиком бронзовая, а у дизелей типа Д100 она состоит из двух неразъемных втулок — наружной стальной и внутренней бронзовой. У внутренней втулки по всей поверхности прорезаны наклонные канавки, служащие для равномерного распределения масла по поверхности пальца. Втулки головок в средней части имеют кольцевую канавку и отверстия для подвода масла.

Шатунный подшипник нижней головки шатуна состоит из двух бронзовых вкладышей, залитых слоем баббита толщиной 0,5-0,7 мм. Около стыков вкладышей с одной и другой стороны выфрезерованы холодильники для создания масляного клина. Вкладыши шатунных подшипников дизелей типа Д100 невзаимозаменяемы. Вкладыш, устанавливаемый в расточку корпуса шатуна, является наиболее нагруженным и называется рабочим бесканавочным вкладышем. Его внутренняя поверхность не имеет канавки (см. рис. 73, а, вид А). По среднему сечению вкладыша с обоих концов выфрезерованы карманы, в которых просверлены отверстия, соединяющиеся с косыми каналами маслопровода шатуна. Косые каналы а соединяются с центральным каналом б в стержне шатуна.

Вкладыш, располагающийся в крышке шатуна (см. рис. 73, а, вид Б) имеет кольцевую канавку и называется нерабочим канавочным вкладышем. В центре канавки просверлено отверстие. У вкладышей дизеля 2Д100 оно служит для подачи масла к продольному каналу в шатуне и далее на смазывание втулки пальца шатуна. У этого дизеля оба вкладыша кана-вочные и они взаимозаменяемые. Опыт эксплуатации показал, что у таких вкладышей возможно возникновение полусухого трения в шатунном подшипнике, вызывающего повреждение вкладышей и задиры шеек осей. Поэтому на дизелях 1 ОД 100 менеенагруженный (нерабочий) вкладыш сделан взаимозаменяемым с вкладышами дизеля 2Д100, а рабочий выполнен бесканавочным, обладающим большей несущей способностью.

Верхняя головка шатунов дизеля типа Д100 имеет шаровую поверхность, к которой притерта ползушка, служащая для приема масла в охлаждающую полость поршня и уплотнения от утечек масла по поверхности между нею, головкой шатуна и вставкой. Шатуны нижнего и верхнего поршней дизелей Д100 невзаимозаменяемы. Нижний длиннее верхнего на 102,2 мм.

Шатунные подшипники дизеля ПД1М состоят из двух взаимозаменяемых бронзовых вкладышей, удерживаемых от осевого смещения буртами. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом 8, устанавливаемым в отверстие нижней половинки подшипника. Отверстие в верхнем вкладыше служит для соединения с маслопроводом стержня шатуна.

У всех дизелей шатунные вкладыши устанавливаются в постели подшипников с натягом, который должен обеспечить непроворачиваемость вкла дышей в процессе работы дизеля. Возвышение одного конца каждого вкладыша над плоскостью разъема для создания нормального натяга должно составлять 0,11-0,13 мм.

У дизелей с У-образным расположением цилиндров каждая шатунная шейка коленчатого вала воспринимает усилие сразу от двух шатунно-поршневых групп. В этом случае шатун одной шатунно-поршневой группы присоединяется непосредственно к шейке коленчатого вала и называется головным, а второй шатун шатунно-поршневой группы присоединяется к развитой головке главного шатуна и называется прицепным. Есть конструкции, когда оба шатуна присоединяются непосредственно к шейке коленчатого вала.

Соединение двух шатунов называют шатунным устройством. У дизелей типа 5Д49 оно состоит из главного 1 (см. рис. 70) и прицепного 11 шатунов. Прицепной шатун своей расточкой в нижней части опирается на палец 12 и крепится к нему двумя болтами 10, составляя единое целое. Палец 12 вставлен в проушины развитой нижней головки главного шатуна. Втулка 13, запрессованная в проушины, служит подшипником для пальца.

В верхние головки шатунов запрессованы стальные втулки 7, внутренняя поверхность которых покрыта свинцовистой бронзой. Кольцевая проточка в средней части втулок сообщается двумя отверстиями с каналами маслопровода от шейки коленчатого вала к поршню. Нижняя головка главного шатуна имеет зубчатый стык з с крышкой 15 шатуна, препятствующий поперечному смещению крышки. Крышки притянуты к головке четырьмя болтами 14, резьба которых для повышения усталостной прочности обкатана. С этой же целью внутренние поверхности головки шатуна под вкладышем упрочнены накаткой. Вкладыши 16 шатунных подшипников стальные тонкостенные, залитые свинцовистой бронзой. Наружные поверхности вкладышей покрыты тонким слоем меди для устранения фреттинг-коррозии, возникающей при взаимных микропе ремещениях соприкасающихся тел. Внутренняя поверхность вкладышей для улучшения прирабатываемости покрыта тонким слоем свинцовистого сплава. Расточка вкладышей подшипника выполнена с некоторым увеличением диаметра от середины к краям (гиперболической). Такая форма расточки создает лучшие условия для гидродинамического режима смазывания подшипника с учетом упругих деформаций шеек коленчатого вала.

Шатунные вкладыши устанавливают с натягом и их положение фиксируется штифтами, запрессованными в стержень и крышку шатуна. Для перетока масла в нижнем вкладыше имеется проточка с отверстиями, по которым масло с шатунной шейки поступает в канал д нижней крышки и перетекает к каналам стержней шатунов. Часть масла направляется по продольному каналу главного шатуна для смазывания верхней головки и охлаждения поршня, а часть масла поступает через канал е в пальце 12 прицепного шатуна к каналу г шатуна и далее на смазывание головки шатуна и охлаждение поршня шатунно-поршневой группы с прицепным шатуном.

Шатуны — ответственные и тяже-лонагруженные детали. Поэтому их поверхности упрочняют дополнительно наклепом дробью. Для обеспечения условий уравновешивания шатунно-поршневых групп детали их собираются комплектно. При переработке все детали комплекта (шатун с крышкой, болты, гайки) должны быть поставлены на свои места по меткам, иметь определенные массу и размеры. Каждый комплект должен быть промаркирован.

Металлический стержень

Металлический стержень — это металлы и сплавы, выполненные в виде круглых стержней или стержней, прямоугольных или плоских стержней, квадратных стержней, шестиугольников и других образцов пруткового материала. Эти формы также бывают в виде заготовок и обычно имеют поперечное сечение в зависимости от формы стержня или прутка. Арматурные стержни также представляют собой тип металлических стержней, которые используются для придания прочности или внутренней поддержки бетонных и каменных конструкций. Некоторые другие формы металлических стержней включают рулонные заготовки и заготовки из полых труб.

Типы

Металлические стержни можно разделить на различные типы и категории на основе металла, используемого в их конструкции. Таким образом, в зависимости от используемого металла металлические стержни можно разделить на следующие типы —

Эти различные типы стержней из черных и цветных металлов кратко описаны ниже —

Прутки из черных металлов
Прутки из черных металлов и сплавов на основе железа. Некоторыми распространенными черными металлами и сплавами, используемыми для изготовления стержней, являются углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, чугун, инструментальная сталь и литая сталь. Простые углеродистые стали состоят из железа, углерода и других легирующих элементов в небольших количествах. Легированная сталь используется в различных отраслях промышленности и может быть легко изготовлена ​​путем механической обработки, формовки, литья и сварки.

Сплав углерода и железа, инструментальная сталь известна высоким уровнем упрочнения и свойствами легирующих элементов. Сплав обладает превосходной износостойкостью, однако его трудно изготовить в закаленном виде. Чугун — еще один черный металл, который используется в металлических стержнях. Сплав железа, углеродистый сплав содержит большое количество углерода. Литая сталь представляет собой сплав, который получают путем заливки расплавленного железа в форму.

Прутки из цветных металлов
Прутки из цветных металлов можно определить как стержни, не содержащие железо или сплавы железа. Некоторыми распространенными цветными металлами, которые используются для изготовления стержней, являются алюминий, медь, кобальт, никель, огнеупоры и титан. Легкий по весу алюминий и его сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью, пластичностью и прочностью. Металл можно легко изготовить путем формовки, механической обработки или сварки. Стержни из кобальтового металла известны своей превосходной прочностью, ударной вязкостью, устойчивостью к коррозии и окислению, а также термостойкостью. Медные, латунные или бронзовые сплавы известны своей превосходной тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью, прочностью и пластичностью. Хотя чистую медь трудно сваривать, она оказалась полезным легирующим элементом в алюминиевых сплавах и сплавах железа на основе порошкового металла.

Никель и никелевые сплавы, известные своей превосходной прочностью и ударной вязкостью, отличной коррозионной стойкостью и превосходными свойствами при высоких температурах, также используются для изготовления металлических стержней. Металлические стержни из титана или титанового сплава используются в различных отраслях промышленности благодаря их превосходной коррозионной стойкости
, высокому соотношению прочности к весу и превосходным усталостным характеристикам.

Заземляющие стержни: что это такое? И как они защищают ваше электрооборудование и приборы?

Маркиа Манн | 18 января 2021 г.

Надлежащее заземление является фундаментальным компонентом безопасности и защиты электрической системы вашего предприятия и/или дома. По этой причине в соответствии с Национальным электротехническим кодексом (NEC) и местными строительными нормами на вашем участке требуется один или несколько заземляющих стержней. Заземляющие стержни просты и недороги, но имеют решающее значение для защиты вашего электрического оборудования и приборов, поэтому ими нельзя пренебрегать.

Что такое заземляющий стержень?

Заземляющий стержень обычно располагается очень близко к главному электрощиту и часто изготавливается из меди или стали с медным покрытием. Они примерно полдюйма в диаметре и от 8 до 10 футов в длину. Он должен быть электрически связан с вашей основной сервисной панелью, чтобы обеспечить утвержденное заземление.

Если одно заземление имеет сопротивление 25 Ом или меньше, строительные нормы и правила позволяют использовать его в качестве единственного заземляющего устройства. Если сопротивление заземляющего стержня больше 25 Ом, требуется как минимум один дополнительный заземляющий стержень.

Стержни заземления просты и недороги, но имеют решающее значение для защиты вашего электрического оборудования и приборов.

Осмотр заземляющего стержня

Заземляющие стержни и их соединения с электрической системой предприятия или дома со временем могут быть повреждены, и их необходимо надлежащим образом обслуживать. Причинами повреждения являются коррозия, циклы замерзания/оттаивания, оборудование для озеленения или небрежное устройство площадок для другого оборудования, такого как кабельное телевидение, системы безопасности или генераторы.

Визуальную проверку заземления можно выполнить, осмотрев провод, соединяющий электрическую панель рядом со счетчиком с заземляющим стержнем. Как правило, это медная проволока диаметром около одной четверти дюйма, которую можно увидеть уходящей в почву. Под поверхностью провод соединяется с одним или несколькими заземляющими стержнями. Верхушки заземляющих стержней обычно находятся ниже поверхности, и их может быть нелегко осмотреть. Однако иногда заземляющие стержни выступают над поверхностью на несколько дюймов, что облегчает осмотр соединения.

В некоторых случаях проблемы с заземляющими стержнями легко заметить. Стержни, которые не полностью установлены, могут выступать над поверхностью почвы на фут и более. Это снижает эффективность грунта. Заземляющие стержни, которые согнуты, имеют отсоединенные провода или сильно корродированы, должны быть заменены. Заземляющие стержни, установленные в каменистой или сухой почве, должны быть проверены, чтобы убедиться, что они по-прежнему имеют низкое сопротивление. Если условия почвы изменяются из-за дренажа или других факторов, влияющих на влажность почвы, заземляющий стержень, который был приемлемым во время установки, может больше не соответствовать утвержденным требованиям.

К сожалению, мы не можем контролировать, насколько хорошо заземлен ваш электрический щит. Если вы не обеспечите надлежащее заземление в соответствии с NEC, у вас не будет возможности уменьшить электрические повреждения, которые могут возникнуть за пределами вашего электрического щита. Если у вас есть опасения по поводу заземления вашего предприятия или дома, обратитесь к лицензированному подрядчику по электроснабжению.

Защита от скачков напряжения

Среди различных ситуаций, которые могут возникнуть в вашей электрической системе, наиболее распространенными являются скачки высокого напряжения, а также повреждение или потеря одного из служебных проводников.

• Скачки высокого напряжения часто возникают в результате ударов молнии в линии электропередач или рядом с ними. Кроме того, скачки напряжения могут возникать при включении или выключении крупных бытовых приборов или тяжелой техники в близлежащих местах. Надлежащее заземление обеспечивает стабильность электрической системы вашего дома и снижает воздействие этих скачков напряжения.
• Если упадет ветка дерева или автомобиль врежется в столб, может быть поврежден провод от инженерной сети до вашего дома. Правильное заземление вашего дома и офиса важно для устранения или сведения к минимуму возможного ущерба.