Конструкция
Шатуны.
Шатун связывает колено вала с поршнем в тронковых двигателях или с ползуном (крейцкопфом) в крейцкопфных. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от сил давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгиб.
шатун с неразъемной кривошипной головкой
Конструкция шатуна состоит в основном из: стержня, верхней поршневой и нижней кривошипной головок, шатунных болтов и вкладышей. Но существуют конструкции в которых число элементов может уменьшаться или добавляться. Например есть шатуны с неразъемной кривошипной головкой (нет шатунной крышки) они применяются в двигателях с составным коленчатым валом (такими были главные шатуны на авиационных звездообразных моторах) или в качестве прицепных шатунов, которые применяются и на V-образных тепловозных двигателях например 12ЧН18/20 (М 756), 23/30 (Д40) и на авиационных звездах.
прицепной шатун с цилиндрической пятой
Существует также большое разнообразие форм поперечного сечения стержня шатуна. Однако чаще всего из-за наличия поперечного изгиба шатуна в плоскости его движения (т.е. перпендикулярно коленчатому валу), выбирают профили с преимущественным расположением материала именно в этой плоскости и с ориентацией в ней большей высоты сечения. При этом при использовании двутаврового сечения достигается повышенная жесткость в плоскости качения при относительно малой массе, как известно изгибные напряжения достигают больших величин на удалении от оси симметрии, поэтому материала там минимум, а на удалении от оси наоборот целесообразно расположить больше материала и там как раз находятся полки двутавра. Разновидность двутаврового сечения является двутавровое сечение с утолщением в центре для размещения масляного канала.
шатун с прямоугольным сечением стержня
Имеют место и конструкции с прямоугольным профилем, они более легки в изготовлении, но при одинаковой жесткости с "двутавровыми" шатунами имеют большую массу и их применение ограниченно лодочными моторами и малооборотными двигателями.
шатун с круглым сечением стержня
Наименее рациональной с точки зрения веса ( при одинаковой жесткости) является круглая форма сечения стержня, однако и такая форма используется в двигателях, в основном судовых малооборотных (например, на крейцкопфных) и малофорсированных . Такую форму можно усовершенствовать если выполнить круглый стержень полым (со сверлением). Однако такие шатуны легче в обработке ( более технологичны) в них легче устроить масляный канал для снабжения маслом поршневого пальца и для охлаждения поршня (если оно не выполняется с помощью форсунок). Стержни овального сечения имеют те же недостатки и достоинства, что и стержни с круглым сечением.
Особо следует отметить конструкцию главных шатунов сочлененных шатунных механизмов, такие шатуны имеют проушину в которую устанавливается ( иногда запрессовывается) палец прицепного шатуна. Сейчас наиболее популярна конструкция с запрессованной специальной втулкой в проушине главного шатуна и со свободно вращающимся в ней пальцем, к которому болтами прикреплен прицепной шатун. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед конструкцией с запрессованным пальцем так как габариты проушины меньше (меньше ослабление конструкции, легче изготовление и установка) из-за отсутствия у прицепного шатуна кривошипной головки. Также следует отметить что чем меньше радиус прицепа, тем ближе кинематика прицепного шатуна к главному (а следовательно и индикаторный процесс) из этого также следует преимущество конструкции со "свободным пальцем", так как нет кривошипной головки, то и палец можно расположить ближе к шатунной шейке без вреда для прочности конструкции (в конструкции с закрепленным пальцем "прицепа" такое сделать невозможно).
шатун с соединением работающим на срез
Наиболее распространенно соединение шатуна и крышки с болтами работающими на разрыв, но встречаются и конструкции с соединением работающими на срез (это продиктовано уменьшением размера кривошипной головки), но прочность такого соединения не велика, трудно обеспечить требуемую затяжку вкладышей. На иллюстрации приведена кривошипная головка с соединением шатуна(серый цвет) и крышки(белый цвет) штифтами(оранжевый цвет) работающими на срез ,такое соединение применяется на двигателях 12ЧН18/20 (М 756).
шатун с отъемной кривошипной головкой
Следует рассказать о шатунах с отъемной кривошипной головкой (или стержнем), такая конструкция имеет распространение в основном на судовых двигателях, это связано с теснотой моторного отделения - шатун с отъемной головкой легче монтировать (вынуть вместе с поршнем из цилиндра). Между головкой и шатуном в таком случае может ставиться прокладка (отмечена на иллюстрации оранжевым цветом), регулирующая степень сжатия. Такие шатуны применяются на двигателях Д70 и Д80 (Харьковского завода), хотя они имеет тепловозное предназначение, на судовых дизелях MAN, на крейцкопфных судовых дизелях ДКРН (брянского завода), B&W и т.д. Но такое соединение понижает прочность узла, и ограниченно областью применения в основном на тихоходных двигателях, и там где по другому сделать узел невозможно - на крейцкопфных двигателях это технологически оправданно (легче изготовление, монтаж, сборка).
Приведенные иллюстрации не являются точными копиями каких либо конструкций, но они отображают концепцию заложенную в данном типе конструкции. Все пожелания можете отправлять на адресc: dvigatelist@yandex.ru (пишите лучше через свой ящик, если у вас не настроена почтовая программа).
Алексей Никонов. Nikonoff`s®
Использование материалов сайта в интернет-ресурсах разрешается только при указании источника (Сайт «Посиделки у Кузьмича») и гиперссылки на www.dvigatelist.narod.ru.