Шатун двигателя Д-240 (рабочий чертеж)

Шатун воспринимает от поршня и передает коленчатому валу силу давления газов при рабочем ходе, а также перемещает поршень при вспомогательных процессах. Он совершает сложное плоскопараллельное движение, т.е. движется возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра и качается относительно оси поршневого пальца. Сила давления газов, воспринимаемая поршнем, сжимает шатун во время рабочего хода и в конце такта сжатия, а инерционные нагрузки, стремясь оторвать поршень от коленчатого вала, растягивают его. Кроме того, знакопеременное колебательное движение вызывает силу инерции, изгибающую шатун в плоскости его качания.
Конструктивное исполнение шатуна и используемые материалы для его изготовления должны быть такими, чтобы обеспечить максимальную жесткость при минимальных габаритах и массе. Основные элементы шатуна: верхняя (поршневая) головка 2 (рис. 4.1), стержень 5 шатуна; нижняя (кривошипная) головка 6.
Конструкция верхней головки определяется размерами поршневого пальца, соединяющего шатун с поршнем, и способом крепления этого пальца в поршне. В нашем случае применяется неразъемная верхняя головка с плавающим пальцем. В поршневую головку запрессовывается с некоторым натягом втулка. Длина верхней головки шатуна на 2…4 мм меньше, чем расстояние между торцами бобышек поршня, что исключает возможность трения головки о бобышки поршня. Два отверстия 1 в верхней головке шатуна и во втулке служит для подвода масла к поверхности поршневого пальца.
Сечение шатуна – двутавровое. Для обеспечения равнопрочности по длине шатуна 4 площадь сечения увеличивается от верхней к нижней головке (рис 4.1). Стержень шатуна симметричен относительно продольной оси кривошипной головки.
Нижняя (кривошипная) головка – наиболее сложный конструктивный элемент шатуна. Она должна иметь высокую жесткость для надежной работы шатунных вкладышей, минимальные размеры и массу для снижения инерционных сил, плавные переходы во избежание концентрации напряжений, обеспечивать возможность демонтажа шатуна через цилиндр. Шатун дизеля Д-240 имеет кривошипную головку с прямым плоским разъемом под углом 90° к главной оси шатуна.
Шатун изготовлен из углеродистой стали 40ХГНМ ГОСТ 4543-80 методом горячей штамповки с последующей механической обработкой рабочих поверхностей. Для достижения высоких прочностных качеств его подвергают термообработке – нормализации, закалке и отпуску. В результате такой термообработки достигается твердость 255...321 НВ.



1 – отверстие в верхней головке шатуна; 2 – верхняя головка шатуна;
3 – поршневой палец; 4 – втулка; 5 – стержень шатуна; 6 – нижняя головка
шатуна; 7 – вкладыши; 8 – крышка нижней головки шатуна; 9 – гайка;
10 – стопорная шайба, 11 – болт.

Рис. 4.1. Шатун с поршнем дизеля Д-240

Кривошипная головка шатуна делается разъемной для соединения с коленчатым валом. Съемную часть этой головки называют крышкой, которую изготовляют из того же материала, что и шатун. Верхнюю часть кривошипной головки шатуна и крышку обрабатывают совместно, поэтому переставлять крышку с одного шатуна на другой нельзя! На поверхности обеих половин кривошипной головки шатуна ставят одинаковые номера или метки спаренности, ориентируясь на которые, соединяют крышку с шатуном и шатун с поршнем соответствующего цилиндра.
Шатунные болты для создания надежного прилегания крышки при сборке шатуна предварительно затягивают с усилием, в 2...3 раза превышающим растягивающую силу, возникающую при работе двигателя. Поэтому, находясь в напряженном состоянии, они подвергаются воздействию переменных сил инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, а также изгибающих моментов, возникающих вследствие деформации крышки нижней головки шатуна. Шатунные болты могут разорваться из-за недостаточной или чрезмерной их затяжки, а также вследствие усталостных напряжений изгиба. Изготавливают болты из углеродистой стали 40ХНМА ГОСТ 4543-80, путем механической (токарной, фрезерной и шлифовальной) обработки заготовки круглого сечения. Шатунные болты и шатунные гайки подвергаются термообработке до твердости: 35...41 HRCэ – болт шатунный; 27...34 HRCэ – гайка шатунного болта. Гайка изготавливается из стали 40Х ГОСТ 4543-80 (шестигранник 19-h11 ГОСТ 8560-80).
Закладные болты 11 (см. рис. 4.1) шатуна с прямым разъемом имеют головку фигурной формы, обеспечивающую фиксацию болта от проворачивания при завертывании гайки. Наиболее нагруженное сечение болта – первый виток резьбы, выходящий из гайки. Поэтому прочность болтов во многом зависит от качества изготовления резьбы (М12 1,25). Наиболее надежна резьба, изготовленная пластическим деформированием, т.е. накаткой с последующим упрочнением и округлением тем же методом впадин между витками резьбы. На шатуне предусмотрено стопорение от проворачивания гаек шатунных болтов с помощью специальной стопорной шайбы.