Шатун

Название детали - "шатун" - имеет прямое отношение к характеру выполняемой работы - передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу. Наиболее заметное распространение деталь получила в эпоху паровозов, в которых была частью привода. При передаче возвратно поступательного движения один конец шатуна перемещается вверх и вниз с ограниченной амплитудой, то есть "шатается".

Шатун - одна из древнейших деталей механизмов. Эту деталь можно видеть, например, в конструкции аппаратов гениального инженера Леонардо Да Винчи

Шатун - одна из наиболее древних деталей, которая применялась еще в древних, деревянных механизмах. Первые известные шатуны работали еще в конструкции привода римской лесопилки третьего века. Они превращали вращение колеса, приводимого в движение водой, в возвратно-поступательное движение пилы. Впервые сочетание шатуна с коленчатым валом встречается в конструкции водяного насоса двенадцатого тысячелетия, изобретенного арабским инженером Аль-Джазари. Его конструкция не была похожа на современный кривошипно-шатунный механизм и была гораздо сложнее, что свидетельствует о том, что Аль-Джазари не вполне представлял себе закон сохранения энергии. В Италии времен эпохи Возрождения конструкцию с применением шатуна можно видеть на полотне художника Пизонелло, изображающем работу водяного насоса. К шестнадцатому столетию конструкция "шатун - коленчатый вал" окончательно приняла современный вид и получила широкое распространение. Свдительство этому содержится на страницах трактата "Theatrum Machinarum Novum" 1588 года Георга Андреаса Боклера, в котором описывается не менее 45 машин, построенных с применением шатуна. 

Устройство шатуна

В двигателях современных автомобилей применяюся шатуны, сделанные из стали, но встречаются и другие варианты материала. К примеру, для двигателей спортивных автомобилей для облегчения веса агрегата могут быть изготовлены шатуны из титана или специальных высокотемпературных алюминиевых сплавов (T6-2024 и T651-7075). Кроме того, "спортивные" шатуны отличаются методом изготовления - их получают методом ковки, укрепляющей структуру металла. Кованые поршни и шатуны прочнее обычных, полученных методом литья.

Шатунные вкладыши - обязательная для замены деталь при капитальном ремонте двигателя

Шатуны устроены таким образом, что ни один из их концов не крепится к смежным деталям так, чтобы в этом месте появилось трение. Через верхнюю головку шатуна продевается поршневой палец, к которому, в свою очередь, присоединяется поршень, а нижняя головка надевается на шейку вращающегося коленчатого вала. Естественно, оба крепления подразумевают использование обильной смазки. Для снижения износа шатунных шеек коленчатого места крепление нижней головки снабжают специальными вкладышами, которые имеют антифрикционное покрытие.

Нижнее "кольцо" шатуна, посредством которого он крепится к коленвалу, для облегчения сборки делают разборным - нижняя часть "кольца" - так называемая крышка, может быть отделена.

Особенности эксплуатации и ремонта шатунов

Несмотря на то, что шатуны не образуют пар трения ни на одном из концов, дефекты шатунов встречаются на практике очень часто. Проблема шатунов не в трении, которого почти нет (если не считать трения боковой головки о щеки коленвала), а в нагрузке и в высокой температуре. Нагрузка на шатун, причем разнонаправленная, может достигать нескольких тонн, а порой и нескольких десятков тонн. Такова особенность его работы - шатун попеременно то сжимается, то растягивается на протяжении одного полного цикла, то есть оборота коленвала. Как правило, при возникновении стука шатунных вкладышей принято ограничиваться заменой только самих вкладышей, хотя в результате перегрева двигателя или проворачивания вкладышей шатун почти наверняка деформируется - искривляется. Чтобы понять, параллельны ли оси отверстия головок, и не искривился ли шатун, необходимо провести измерения при помощи специальных приспособлений.

Одна из самых впечатляющих поломок двигателя - дыра, пробитая в блоке цилиндров вылетевшим наружу шатуном

Помимо несоосности частым дефектом шатуна становится износ отверстия верхней головки шатуна, в которое вставляется так называемый плавающий палец. Определить, ровное отверстие или оно разбито, можно только нутромером, так как визуальный осмотр ничего не даст - величины износа слишком малы.

Чтобы определить степень деформации - причины несоосности - шатун можно положить на поверочную плиту - идеально ровную поверхность, позволяющую судить о том, деформирована деталь или нет.

Способы ремонта шатунов

Диаметр отверстия нижней головки после проворачивания вкладышей увеличивается и должен быть восстановлен до номинального предусмотренного заводом размера. Для этото сначала проводят «занижение» крышки шатуна на небольшую величину, измеряемую в микронах - около 0,05-0,1 мм. Если отверсти разбито несильно, крышку шлифуют, если сильно - фрезеруют. Естественно, после занижения отверстие теряет форму, и его необходимо расточить. Помимо возвращения формы расточка способствует восстановлению заводского размера отверстия. Для этой операции используется специальный расточный станок для шатунов, но если его нет, квалифицированный токарь может сделать то же самое с помощью специальной оснастки на универсальном станке (токарно-фрезеровочном). После расточки стенки отверстия доводятся до идеального состояния хонингованием (такую же обработку проходят стенки цилиндров при капремонте блока). Современные двигатели, как правило, относятся к категории высокофорсированных, так как в современном автомобилестроении заметна тендеция повышения отдачи без увеличения рабочего объема. Для этого применяются различные агрегаты, позволяющие повысить степень сжатия при сохранении объема, к примеру, турбонагнетатели. Естественно, при форсировке нагрузка на все без исключения детали, в том числе и на шатуны, существенно увеличивается. Соответственно, при малейшем нарушении работы системы смазки могут иметь необратимые последствия для шатунов. При большом перегреве и серьезных нагрузках в структуре металла, из которого сделаны шатуны, происходят такие изменения, что ремонт шатунов может оказаться невозможным или слишком дорогим, и проще заменить их новыми деталями.