Шатун своей верхней головкой соединяется с поршнем через поршневой палец, под который в неразъемной верхней головке предусмотрена специальная втулка. Для снижения габарита верхняя головка шатуна может иметь усеченную форму и уменьшенное сечение.
Снизу шатун надевается на шатунную шейку коленчатого вала. Для удобства сборки нижняя головка шатуна выполнена разъемной. Крышка нижней головки шатуна крепится к шатуну двумя болтами, которые затягиваются тарированным усилием. Для работы по телу шатунной шейки коленчатого вала предусмотрены сменные вкладыши нижней головки шатуна (шатунные вкладыши). Для уменьшения ширины нижней головки шатуна линию разъема шатуна и крышки часто делают не горизонтальной, а наклонной (рис. 10.15).
Рис. 10.15. Шатун
Шатуны современных двигателей имеют сечение в форме букв «Н» или «I». Для подачи масла в верхнюю головку шатуна и для охлаждения поршня (если это предусмотрено конструкцией) в теле шатуна имеется продольный масляный канал.
Для определения параметров шатуна необходимо учитывать как силы действия расширяющихся газов, так и силы инерции возвратно-поступательного движения кривошипно-шатунного механизма. Изгибающие нагрузки можно не учитывать.
Рис. 10.16. Схема для расчета параметров головок шатуна
Так как силы действия газов вызывают основную нагрузку на шатун при его работе, необходимо просчитать прочность шатуна при продольном изгибе. Для определения параметров верхней головки шатуна следует определить напряжения при растяжении в сечении А-А, а также напряжения изгиба в сечении В-В (рис. 10.16). Напряжения при растяжении в сечении А-А вычисляются из уравнения 10.5:
Рассчитать напряжения изгиба можно по упрощенной модели статичной траверсы. Однако данная модель не отображает ряд параметров работы шатуна, поэтому может помочь лишь в первичной оценке нагрузки согласно уравнению 10.6:
Для нижней головки шатуна справедливо аналогичное уравнение 10.7:
F — максимальная сила растяжения шатуна;
АA — площадь поперечного сечения А-А;
ri — расстояние между точками приложения сил;
WbB — момент сопротивления в сечении В-В;
WbC — момент сопротивления в сечении С-С.
Оригинал можно посмотреть на (www.peugeotbook.ru)
Допустимые растягивающие напряжения и напряжения изгиба должны находиться в пределах 25...40 Н/мм². Формулы расчета могут в недостаточной степени отображать фактические напряжения в современных шатунах, подверженных высоким нагрузкам. Современные методы расчета позволяют выполнить точный анализ максимальных напряжений и деформаций.
Для изготовления заготовки шатуна используются горячая объемная штамповка, литье или ковка. Затем заготовки подвергаются механической обработке. Отдельной операцией является разделение шатуна и крышки его нижней головки, что делается для последующей установки шатунных вкладышей при соединении шатуна с шейкой коленчатого вала. Современные технологии и свойства материала шатуна позволяют просто разламывать заготовку на две неравные части без последующей обработки привалочных поверхностей шатуна и его крышки. При сборке шатун и его крышка нижней головки соединяются по месту разлома, при этом неровности поверхности являются не только своеобразным фиксатором, но и позволяют не перепутать при сборке крышки головок разных шатунов, поскольку этого не позволит характер неровностей привалочной поверхности. В качестве материалов для изготовления шатунов используются чугун с вкраплениями шаровидного графита, легированные стали, а также порошковые металлы.