Шатун

Шатун зв’язує коліно валу з поршнем у тронкових двигунах або повзунами у крейцкопфних двигунах. При роботі шатун здійснює складний хитальний рух і отримує перемінне по величині і напрямку навантаження від тиску газів і сил інерції. Діючі на шатун сили викликають у ньому складні деформації – стискання, розтягнення,повздовжні і поперечні згини. Тому шатун повинен бути міцним і жорстким при якомога меншій масі. Матеріалом для шатунів переважно служить вуглецева або легірована сталь,  рідко - алюмінієвий сплав. Шатуни виготовляють переважно кованням у штампах з наступною механічною і термічною обробками.

Верхня головка шатуна виготовляється переважно нероз’ємної циліндричної форми. У ній запресовується бронзова втулка або вставляються стальні вкладиші з тонким шаром антифрикційного сплаву, які являються підшипником поршневого пальця. Іноді втулку у верхній головці шатуна заштопорюють болтом, щоб попередити її провертання і переміщення в осьовому напрямку. Олива для змащення підшипника верхньої головки шатуна підводиться від шатунної шийки колінчастого валу по каналу у стержні шатуна або закидається при обертанні валу. Іноді у верхню головку шатуна встановлюють гольчастий підшипник, однак із-за ударного навантаження підшипники кочення не одержали широкого примінення.

Стержень шатуна, що з’єднує його верхню і нижню головки, може бути різноманітної форми. У тихохідних двигунах січення стержня часто має циліндричну або овальну форму. Стержні з таким січенням прості у виготовленні, але кругла форма  нераціональна, так як при однаковій жорсткості шатун з круглим стержнем виходить більш важчим. Для зменшення маси круглий стержень роблять зазвичай пуститілим (сверленим). Для уникнення концентрації напруг переходи від стержня до головок повинні бути якомога плавними. Так як нижня головка значно більша за верхню, попересне січення стержня повинно поступово збільшуватись від верхньої головки до нижньої. У швидкошідних двигунах стержень шатуна виготовляють переважно двотаврового січення; уцьому випадку забезпечується найбільша жорсткість деталі у площині кочення при найменшій масі. Для підводу оливи до підшипника поршневого пальця здебільшого по всій довжині стержня висверлюють отвір діаметром       6-8мм.

Нижня головка шатуна (рис.15), згідно умов її монтажу, як правило, робиться роз’ємною і має розміри, що дозволяють виймати поршень з шатуном через циліндр. Роз’єм головки переважно розташовують у площині вісі шатунної шийки. У корабельних і стаціонарних тихохідних двигунах нижню головку шатуна часто виготовляють не тільки роз’ємною, але і з’ємною(рис.15,б), що складається з двох половин, які з’єднані між собою і шатуном болтами. Між верхньою половиною головки і шатуном ставиться стальна прокладка. Змінюючи товщину цієї прокладки, можна змінювати довжину шатуна, а, отже регулювати ступінь стискання. У швидкохідних двигунах для зменшення маси і габаритних розмірів нижню головку шатуна зазвичай роблять нез’ємною, тобто верхня частина головки являється продовженням стержня шатуна (рис.15,а).

Нероз’ємні нижні головки, як виключення, використовують тільки у двигунах, колінчасті вали яких роблять роз’ємними, а також у випадку використання підшипників кочення(мотоциклетні, зіркоподібні і інші двигуни).

Кришка шатуна – нижня частина його головки – може бути зафіксована відносно верхньої різними способами: фіксуючим пояском у шатунних болтах, штифтами,буртиками на кришці,шліцами у порожнині стику. Нижню головку шатуна або беспосередньо заливають антифрикційним сплавом,або забезпечують вкладишами із заливкою. Для регулювання зазору у шатунному підшипнику в площині роз‘єму нижньої головки шатуна у двигунах великих розмірів поміщають набір каліброваних прокладок.

Рис. 15 Нижня головка шатуна:

а – роз’ємна з прямим роз’ємом;

б – від’мна;

г , д – приклади фіксації вкладишів;

1 – стопорні штифти;

2 – фіксуючі виступи.

У шатунних підшипниках, так само як і в корінних (рамових), використовуються товсто-тонкостінні вкладиші з бобітовою або свинцевистобронзовою заливкою, а також сталеалюмінієві вкладиші. Від провертання і зміщення в осьовому напрямку вкладиші підшипника фіксуються штифтами 1 або виступами 2, які входять у відповідні пази у кришці (рис.15,-г, д). Для того,щоб внутрішня поверхня вкладиша зберігала правильну циліндричну форму, необхідну для нормальної роботи підшипнка, нижня головка шатуна повинна володіти достатньою жорсткістю. Тому нижні головки переважно роблять масивними, з ребрами жорсткості і з плавними переходами до стержня. При значному діаметрі шатунних шийок нижню головку шатуна іноді виготовляють з косим роз’ємом для полегшення демонтажу шатуна через циліндр (рис.15,в).

У багаторядних і зіркоподібних двигунах використовуються так звані зчленовані шатуни для групи циліндрів,розташовані в площині обертання колінчастого валу.

 На рис. 17 зображений комплект зчленованих шатунів семициліндрового зіркоподібного двигуна. Головний шатун 1 має нероз’ємні верхню і нижню головки. Шість причіпних шатунів поєднуються з головним при допомозі пальців і провушин у нижній головці шатуна.

1. Поєднані шатуни ( рис.18 ). Нижня головка головного шатуна 1 має косий роз’єм відносно вісі шатуна. Кришка кріпиться до головки шпильками. У верхній частині нижньої головки є дві провушини, розташовані під кутом, що відповідають куту розвалу циліндрів двигуна.

 Причепний шатун 3 має нероз’ємну нижню головку з бронзовою втулкою. Поєднання нижньої головки причепного шатуна з головним здійснюється за допомогою пальця 2, встановленого у провушинах головного шатуна. Олива до робочої поверхні бронзової втулки причепного шатуна підводиться від головного шатуна по системі отворів і через внутрішню порожнину пальця.

2. Центральні шатуни (рис. 19). Нижню головку головного шатуна 1 виготовляють вилчастою. Дві з’ємні нижні кришки 4 охоплюють розрізний стальний вкладиш 3 шатунного підшипника. Заливка антифрикційним сплавом на вкладишах робиться по всій внутрішній поверхні; а також посередині зовнішньої поверхні. У розвилку головного шатуна входить нижня роз’ємна головка внутрішнього шатуна 2, яка охоплює середній пояс вкладиша.

3. Зміщенні шатуни. У цьому випадку на одній загальній шатунній шийці поряд розташовані дві нижні головки шатунів нормального типу, що приміняються у однорядних двигунах.

Перевагою зчленованих шатунів являється підвищена жорсткість нижньої головки. До недоліків слід віднести різний хід поршнів, з’єднаних з головним і причепним шатунами, і складність конструкції зчленованих шатунів. Центральні шатуни забезпечують одинаковий хід поршнів правого і лівого рядів циліндрів, але також складні у виготовлені і не володіють достатньою жорсткістю. У випадку примінення зміщених шатунів доводиться зміщувати ряди циліндрів в осьовому напрямку один відносно іншого, що збільшує довжину двигуна і ускладнює конструкцію передачі механізму газорозподілення. Однак у сучасних двигунах часто застосовуються зміщені шатуни.

Шатунні болти для кріплення роз’ємних кривошипних головок шатуна відчувають перемінні навантаження. Основним навантаженням являється сила інерції поступально рухомих частин і відцентрова сила інерції маси обертаючої частини шатуна за вирахунком маси кришки. Сила попередньої затяжки болтів повинна забезпечувати щільність стискання і значно переважати по величині силу, що намагається розкрити стик. При недостатній жорсткості шатунної головки і неточності її виготовлення опірні поверхні головки і гайки шатунного болта перекошуються, що викликає додаткову напругу від згину болта. Обрив шатунного болта на працюючому двигуні як правило призводить до руйнування деталей КШМ і корпусу.