Разборка ABW.BY. Почему шатун разнес мотор в пух и прах

Конструкция

Мы уже примерно знаем, что такое шатун, и сейчас рассмотрим особенности конструкции. Деталь соединяет поршень с коленчатым валом. В процессе работы совершаются очень сложные движения. Верхняя головка шатуна выполняет возвратно-поступательные движения, нижняя часть делает круговые. Шатуны в процессе работы воспринимают очень высокие нагрузки, и это учитывается в конструкции. Смотрите на схеме шатун двигателя.

Элемент состоит из верхней головки, нижней головки, а также из силового стержня, который служит соединителем. Деталь практически полностью цельная и изготавливается из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Определение типа системы

Читайте также:  ВАЗ 2106: тахометры и их влияние на управление автомобилем

Шатуны — это рычаги, соединяющие педали с осью каретки. На шатунах жестко закреплены зубчатые колеса (их ещё называют звездами), которые приводят в движение цепь. Шатуны могут сниматься для их замены, замены или чистки звезд, обслуживания подшипников каретки. За последние годы конструкции систем заметно усложнились. Чтобы понять, как обслуживать систему, необходимо знать тип шатунов и подшипников, установленных в велосипеде.

Если вы не знаете, система какого типа у вас установлена, для определения вы можете либо просмотреть видео выше, либо воспользоваться сведениями, изложенными далее.

Верхняя головка

Верхняя головка шатуна – это та часть, что имеет отверстие для поршневого пальца. В это отверстие после установки поршня запрессовывают палец. Конструкция верхней головки цельная. Форма ее полностью определяется тем, как сделано крепление поршневых пальцев.

Если палец фиксированный, тогда в головке на шатуне отверстие будет иметь цилиндрическую форму. Отверстие сделано очень точно, чтобы обеспечивать нужный натяг при соединении. Натяг – это, когда размер поршневого пальца немного больше, чем размер отверстия в головке шатуна. Если палец имеет плавающую конструкцию. Тогда в головку шатуна впрессовывают биметаллические или бронзовые втулки.

Но существуют и модели ДВС с плавающим типом пальца, где нет втулок, и палец может свободно вращаться в отверстии головки шатуна, ведь отверстие в головке сделано с зазором. В этом случае к поршневому пальцу обязательно подается масло. Верхняя головка делается в виде трапеции, так как она испытывает грандиозные нагрузки. Трапеция позволяет увеличить опору в процессе работы поршней.

Разборка ABW.BY. Почему шатун разнес мотор в пух и прах

«При разгоне безо всяких предварительных стуков при переключении на 5-ю передачу (скорость 85-90 км/ч) услышал бах — и через долю секунды мотор заклинил» — этими словами начиналось первое же сообщение в обсуждении на форуме ABW.BY статьи «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун», в которой рассматривался реальный случай обрыва шатуна, а также рассказывалось, какими были последствия произошедшего и что к ним привело.

Затем читатель пояснил, что, когда двигатель заклинивал, его спасло то, что нога была на педали сцепления. В момент резкого торможения автомобиля Ford Mondeo 1.8 TD заклинившим мотором водитель выжал педаль сцепления, а также выключил передачу, хотя и сам не понял, как успел это сделать.

Далее в сообщении было сказано: «А всего-то лопнул болт на шатуне 1-го цилиндра, с другой стороны его оборвало по двутавру…

Шатун вывесился вниз и попал под движущийся коленвал, который этим уже V-образным шатуном проломал блок, оторвав кусок блока с 1-м и 2-м цилиндрами, кронштейном ТНВД и самим ТНВД…

Порвало ремень ТНВД… Мотор оторвался от кронштейнов и почти прокрутился под капотом. Половина оставшегося блока пошла мелкой сеткой трещин и развалилась при разборке останков на кусочки. «Голова» почти целая, пригнуло слегка пару клапанов. Зрелище не для слабонервных, фото есть покруче, чем в статье. Если редакции интересно, можете взять фото и сделать статью-хоррор».

Нам, разумеется, стало интересно, а поскольку вы видите фотографии, объяснять, что мы получили их от читателя, разместившего процитированное выше сообщение, не требуется. Однако на хоррорах мы не специализируемся — это не наш профиль. По-человечески посочувствовать по поводу произошедшего — другое дело, а уж попробовать разобраться, почему приключилась такая катавасия, и предупредить других автовладельцев, что не нужно делать, чтобы и они когда-нибудь не столкнулись с чем-то подобным, и вовсе наша, можно сказать, прямая обязанность.

Читайте также:  Выгоняем воздух из системы охлаждения на ВАЗ-2114: удаляем воздушную пробку

Итак, шатун. Вместе с поршнями и коленчатым валом шатуны составляют кривошипно-шатунный механизм, благодаря которому энергия, выделившаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Шатуну отводится роль звена, шарнирно связывающего поршень и коленчатый вал друг с другом.

Конструкция шатуна так же незамысловата, как и его функциональное назначение. Отверстие в верхней головке шатуна является посадочным для поршневого пальца, служащего осью для соединения шатуна с поршнем. В одних шатунах поршневой палец свободно вращается в верхней головке, в других он зафиксирован. В первом случае палец называют плавающим. В конструкциях с плавающим пальцем для уменьшения трения и износа в сочленении «палец — шатун» в верхней головке шатуна предусматривается подшипник скольжения. Для этого в головку запрессовывают тонкостенную втулку. В случае зафиксированного пальца необходимости во втулке нет.

Нижней головкой, иногда именуемой кривошипной, шатун соединяется с шейкой коленвала. Нижняя головка разъемная. Крышка крепится к верхней части шатуна двумя болтами. Снова имеются варианты — крепление осуществляется при помощи болтов с гайками, либо гайки отсутствуют, а болты по резьбе вкручиваются в верхнюю часть шатуна.

Поверхности нижней головки являются постелями для шатунных вкладышей, образующих подшипник скольжения. Осталось упомянуть, что та часть шатуна, которая находится между головками и имеет двутавровое сечение, называется стержнем.

Покончив на этом знакомство с устройством шатуна, перейдем к выяснению причин его поломок.

Шатун никогда просто так разорваться не может — это не та деталь, чтобы поломаться ни с того ни с сего. Да, его проектируют, стараясь максимально облегчить, дабы уменьшить силы инерции, возникающие при движении шатуна. Однако на первом плане все-таки прочность, ибо что может натворить шатун в случае обрыва, после просмотра полученных нами фотографий объяснять не нужно.

Почему же тогда изредка шатун все же ломается? Без причины, как известно, и рак на горе не свистит. Причиной обрыва шатуна в статье «Молодо — зелено, или Почему оборвался шатун» было разгильдяйское поведение владельца автомобиля, не удосужившегося в течение двух месяцев после покупки хотя бы раз-другой проверить, есть ли в двигателе масло. Из-за недостаточной смазки шатунные вкладыши прихватило к шейке коленвала, они провернулись, появился стук, а беспечное продолжение эксплуатации мотора в таком состоянии закончилось обрывом шатуна по стержню.

В условиях масляного голодания может оказаться и подшипник скольжения в верхней головке шатуна в конструкциях с плавающим пальцем, а также сопряжение поршневого пальца с бобышками поршня. В этом случае втулка способна провернуться, а палец — заклинить как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Не всегда подобная оказия заканчивалась «рукой дружбы», показанной шатуном, но бывало и такое.

Еще одна угроза для двигателя со стороны шатуна появляется при заклинивании поршня в цилиндре, например, из-за перегрева. Не будем сбрасывать со счета также возможность заводского брака при изготовлении шатуна. Пусть вероятность брака статистически весьма невелика, но она существует. Однако к произошедшему в двигателе Mondeo указанные причины поломок шатуна отношения не имеют.

Тогда что же? В сообщении владельца Mondeo было сказано, что «всего-то лопнул болт на шатуне». Это подсказало, в какую сторону надо копать. Во время телефонного разговора выяснилась новая подробность — незадолго до случившегося двигатель ремонтировали, шатуны при этом разбирали.

Читайте также:  Чем промыть интеркулер внутри

У повторной сборки шатунов после ремонта несколько подводных камней. Первый — важно не перепутать крышки шатунов. Несмотря на внешнюю схожесть, они невзаимозаменяемые, каждая крышка подходит только к тому шатуну, с которым идет в сборе. А если крышки не перепутаны, не менее важно при установке случайно не повернуть их на 180 градусов. К чему приводит путаница, мы рассказывали в статье «Урок не пошел впрок, или Почему может заклинить двигатель». Правда, там при ремонте перепутали крышки коренных подшипников коленвала, но рассказанное справедливо и для шатунных подшипников.

Второй подводный камень — момент затяжки болтов. Его величина строго регламентирована. Если момент затяжки окажется меньше нормы, возможно самопроизвольное отворачивание гаек либо болтов, если гайки не предусмотрены. Ослабление крепежа ведет к обрыву шатунного болта или разрушению нижней головки шатуна с противоположной стороны от болта, потерявшего затяжку. В этом случае на крышке шатуна под гайкой или головкой болта, потерявшего затяжку, можно увидеть наклепанную поверхность, а поломке нередко предшествует стук. По словам владельца Mondeo, предварительных стуков не было, значит, опять не то.

Похоже, болты были затянуты на совесть. Увы, излишнее усердие при их затяжке тоже чревато. При превышении момента затяжки сверх нормы болты способны вытягиваться, а это и есть предпосылка для последующего их обрыва — на этот раз без каких-либо предварительных стуков. И не всегда вытягивание болтов так же хорошо видно, как на приведенном фото. Неспроста во многих инструкциях по ремонту число повторных применений старых болтов ограничивается, а перед затяжкой рекомендуется проверить длину болтов. Если она превосходит максимально допустимое значение, которое указано в инструкции, болты необходимо заменить новыми.

И вновь уточняющая подробность от владельца Mondeo: при ремонте болты оставили старые. По всей видимости, это и было причиной того, что один из них впоследствии лопнул, ведь, как гласит народная мудрость, рвется там, где тонко.

Наш вердикт

Редко, но метко — именно так можно в двух словах охарактеризовать частоту, с которой случаются поломки шатунов, и тяжесть их последствий для двигателя. Но все в наших руках — и без того небольшое количество поломок можно сократить, так как многие из них вызваны «рукотворными» причинами.

Сергей БОЯРСКИХ Фото автора и владельца автомобиля ABW.BY

Нижняя головка

Она соединяется через разъемное соединение с шатунной шейкой на коленчатом валу. Деталь состоит из двух частей – верхней части и крышки. Верхняя часть представляет с шатуном единое целое. На заводе отверстие в нижней головке растачивается вместе с крышкой, каждая из них может использоваться только со своим шатуном. Крышка и шатун соединяются при помощи болтового соединения.

В нижней части имеются подшипники скольжения. Это детали, по конструкции напоминающие коренные вкладыши. Они также изготовлены из стальной ленты с антифрикционным покрытием.

Самоизвлекающиеся системы


В самоизвлекающихся системах съемник эргономично встроен в шатун. В них используются кольца с резьбой, которые внешне похожи на пыльники. Однако эти стопорные кольца закручены над болтом, удерживающим шатун, поэтому при раскручивании болта последний давит на кольцо, что, в свою очередь, приводит к выталкиванию шатуна с оси. Никаких дополнительных инструментов для снятия шатунов не требуется. Самоизвлекающиеся системы могут быть как двух-, так и трехсоставными.

По теме: Снятие и установка шатунов самоизвлекающихся систем

Стержень

Для большинства двигателей массового рынка стержень имеет расширение к нижней головке и сделан в виде двутавровой формы. В дизельных ДВС шатун сделан более прочным и массивным, в отличие от бензиновых двигателей.

Некоторые моторы могут оснащаться шатунами и других форм. Обычно в стержне имеется внутренний канал для подачи смазки к головке. Иногда данный канал проходит и к нижней головке шатуна – это канал для подачи масла к вкладышам.

Двусоставные системы с прижимным соединением


Многие двусоставные системы Shimano® и некоторые системы FSA® оборудованы шатунами с прижимным соединением. В них левый шатун имеет паз, сжимаемый двумя стяжными болтами, а к правому шатуну прикреплена кареточная ось. Системы такого типа оснащены внешними подшипниками и не требуют съемника.

По теме: Снятие и установка шатунов двухсоставных систем с прижимным соединением

Материалы

Чтобы максимально снизить вибрации и шум, а также для повышения мощности, инженеры разрабатывают шатуны и остальные элементы двигателя авто максимального малого веса. Однако постоянное облегчение ведет к понижению прочностных характеристик. А ведь шатун – это деталь, испытывающая огромные нагрузки. Элемент должен иметь определенный запас прочности.

Для экономии и для снижения себестоимости производства, изделия для ДВС изготавливают преимущественно из чугуна методом литья. Данный подход отлично применяется бензиновых моторов. Чугун – это идеальный компромисс между ценой и прочностью.

Что касается дизелей, то все детали здесь работают под еще более серьезными нагрузками. Поэтому чугун здесь неуместен. Шатуны для дизельных ДВС производят штамповкой и горячей ковкой. Материал в данном случае – специальные легированные стали. Шатун, изготовленный методом ковки, значительно прочнее литых чугунных изделий. Но и цена значительно выше.

Шатуны системы Campagnolo® Ultra-Torque™


Многие велосипеды для BMX и фристайла оснащены системами особого типа, имеющими 48-шлицевое соединение. Обслуживание подобных систем несколько отличается от обслуживания обычных трехсоставных систем.

По теме: Снятие и установка шатунов трехсоставных систем для BMX

Как работает?

Мы уже знаем, как выглядит шатун. Как он работает, узнаем далее. Главная задача элемента – взять на себя передачу тяговых усилий от поршней, движущихся поступательно к коленвалу. Таким образом, тяга превращается во вращательные движения. Процесс превращения очень быстрый.

Читайте также:  Автомобиль бьется током при выходе. В чем причина?

Когда поршень находится в положении ВМТ или чуть ниже ее, то топливная смесь воспламеняется и поршень выталкивается вниз. Шатун, соединенный с поршнем, также будет двигаться вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Когда поршень двигателя достигнет нижней мертвой точки, за счет силы инерции коленчатый вал будет толкать шатун и поршень вверх. Данный процесс цикличный и повторяется многократно.

Шатуны системы Campagnolo® Ultra-Torque™


Ultra-Torque™ — проприетарный тип системы, используемый компаниями Campagnolo® и Fulcrum®. В системе данного типа как левый, так и правый шатуны объединены с половинами оси каретки, на конце каждой из которых нарезаны зубцы. Поскольку внешние чашки являются составной частью подшипников, их нельзя отнести к типу встроенных. Более того, подшипники устанавливаются на шатуны.

Со стороны левой чашечки установлена волнистая шайба. Она компенсирует различия ширины кареточного стакана в разных рамах, а также служит эффективным средством регулировки подшипника.

По теме: Снятие и установка шатунов системы Campagnolo® Ultra-Torque™

Размеры и материал изготовления

Размеры шатунов велосипеда выпускают различной длины, максимально подходящей не только размеру рамы, но и длине ног велосипедиста. Неправильно подобранная длина, может привести к тому, что при поворотах может произойти зацеп о поверхность дорожного полотна или за бордюр.

Также длина шатуна влияет и на каденс. К примеру, короткий шатун трудней «раскачать», но в дальнейшем, если вы любитель дальних покатушек по затяжной прямой, намного легче поддерживать скорость.

С более длинными вариантами происходит в точности до наоборот, хотя, если вы не профи и катаете в удовольствие особую разницу вы вряд ли почувствуете.

Производители дают возможность купить шатун длиной 15-18, 5 сантиметров, но и на этом выбор рычагов педалей не останавливается, так как необходимо подобрать и компонентные сплавы, из которых производят деталь.

  • сталь;
  • алюминий;
  • титан;
  • карбон.

Каждый из материалов имеет свои преимущества и недостатки, но в целом они полностью соответствуют требованиям качества. Эти четыре материала, отличает, конечно же, цена и вес и тут уж решение будет зависеть от требований, финансовых возможностей и назначения.

Более дешевые модели велосипедов оснащаются цельнометаллическими стальными шатунами, а на дорогие модели, где необходимо максимальное снижение веса устанавливают не только карбоновые или титановые варианты, но и делают их полыми.

Правильный выбор Q-фактора

Важно уделить внимание правильному выбору Q-фактора. Это поможет велосипедисту повысить эффективность прилагаемых усилий до 4%. Это параметр расстояния между плоскостями, в которых осуществляется вращение головки шатунов

Максимальное давление ногой человек может осуществить, если направление прилагаемых усилий находится под углом 90 градусов к поверхности. Если расположение ног велосипедиста близко друг к другу, то коленным суставам тяжело перенести длительные нагрузки. Естественно, строение ног у людей разное. При потоковом производстве байков особенности строения конкретного человека учесть невозможно. Но спортсмены, использующие байки профессионально, вполне могут подобрать Q-фактор с учётом индивидуальных особенностей. Следует отметить, что увеличенный Q-фактор обычно предусмотрен в моделях горных велосипедов

Это параметр расстояния между плоскостями, в которых осуществляется вращение головки шатунов. Максимальное давление ногой человек может осуществить, если направление прилагаемых усилий находится под углом 90 градусов к поверхности. Если расположение ног велосипедиста близко друг к другу, то коленным суставам тяжело перенести длительные нагрузки. Естественно, строение ног у людей разное. При потоковом производстве байков особенности строения конкретного человека учесть невозможно. Но спортсмены, использующие байки профессионально, вполне могут подобрать Q-фактор с учётом индивидуальных особенностей. Следует отметить, что увеличенный Q-фактор обычно предусмотрен в моделях горных велосипедов.

Замена шатунов

Хотя шатуны не рекомендуется трогать, так как эта часть велосипеда отличается высокими показателями надежности, в качестве профилактики, а также понимания устройства все-таки сделать это придется.

Тем более, что эту процедуру иногда приходится осуществлять по причине замены износившихся со временем звезд или для затягивания, которое будет более эффективным при полном демонтаже.

Как снять шатуны с велосипеда?

  1. Снимаем пластиковую заглушку (пыльник).
  2. В зависимости от системы крепления используем съемник шатунов велосипеда определенного типа для скручивания гайки. В случае, если гайка не сдвигается или ее ход очень тугой, стоит использовать смазку WD-40.
  3. Теперь при помощи другого конца съемника ввинчиваем до упора шатун, после чего элемент выдавится с каретки.
  4. Чистим, смазываем или производим замену элементов, после чего делаем все в обратном порядке.

После установки системы обратно, необходимо еще раз убедиться что, стягивающие элементы надежно зафиксированы, во избежание люфта во время поездок.

Типы шатунов

1. Односоставные — монолитная конструкция, объединяющая вал и два шатуна. По сути это согнутый в разные стороны под прямыми углами толстый металлический пруток. Такая система шатунов применялась на первых велосипедах. В настоящее время её можно увидеть на BMX и детских велосипедах.


Такая цельная деталь имеет лишний вес, зато очень проста и надёжна

2. Двухсоставные — это не только объединенные цельно правый шатун и ведущие звёздочки, а также намертво приваренный к ним вал каретки. В этом случае лишь левый рычаг является отдельной деталью, которая фиксируется на свободном конце вала.

До недавнего времени такой способ сборки шатунов в велосипеде считался устаревшим, пока в 2004 году на заводах Shimano не возродили двухсоставную конструкцию, усовершенствовав её картриджной кареткой с подшипниками большого диаметра. Другие производители деталей для велосипедов поддержали идею возрождения системы двухсоставных шатунов.


Двухсоставные шатуны отдельно от картриджной каретки

3. Трёхсоставные — самая популярная конструкция на сегодняшний день, у которой возможно заменить ведущие звездочки отдельно от правого рычага. Разбирается в ней всё: шатуны для педалей и сами топталки, отдельно вал каретки и передние звёздочки по одной.


Трёхсоставные шатуны: разобранные и в сборе

Материал шатунов

Материал, из которого изготавливаются шатуны может быть алюминием, сталью, титаном или карбоном. Стальные шатуны могут быть цельными или трубчатыми для уменьшения веса, сохраняя при этом прочность и часто применяются на ВМХ велосипедах, а также очень часто на горных.

Большое распространение имеют алюминиевые шатуны горячей или холодной ковки, которая придаёт дополнительную прочность материалу и уменьшают вероятность поломки. Некоторые алюминиевые шатуны изготавливают путём ковки со стальной вставкой внутри и затем её удалением для уменьшения веса. Карбоновые шатуны изготавливаются либо полностью из карбона, либо с внутренней алюминиевой или титановой вставкой.

Размеры шатунов

Шатуны могут варироваться по длине от 150 до 185 мм, в зависимости от роста велосипедиста. Для взрослых людей диапазон длины шатунов обычно находится в пределах 165 — 177,5 мм. Для людей меньшего роста или с небольшой длиной ног используют более короткие шатуны. Также на выбор шатунов влияют предпочтения отдельных велосипедистов и их размер может отличаться от расчётных.

Длинна шатунов велосипеда влияет на такой показатель, как каденция — количество оборотов, которые велосипедист делает за определённый период времени. При более коротких шатунах каденция возрастает и соответственно уменьшается при длинных. Кроткие шатуны предпочитают трековые гонщики, а на горных велосипедах для снижения каденции используют более длинные.

Способы крепления шатунов

Существуют различные способы крепления шатунов к оси каретки.

1. Клиновидный штифт. Использовались на старых велосипедах, сейчас встречается очень редко.

2. С помощью насадки на квадратную коническую ось каретки.

3. С помощью насадки на гексагональную (шестигранную) коническую ось каретки.

4. Фиксирование с помощью шлицевого соединения.

5. С интегрированной осью. Один из шатунов вместе с осью каретки составляет одно целое. Второй крепиться одним из вышеупомянутых способов.

Одно из последних изобретений — роторная система RS4X, где шатуны расположены не на одной прямой, а со смещением на несколько градусов, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия и решает проблему нагрузки на суставы велосипедиста.

Также читать на эту тему:

Виды шатунов велосипеда по конструкции. В двухсоставной системе шатунов правый шатун, ось и ведущая звезда объединены в одно целое. Левый шатун является отдельной деталью и фиксируется на шлицах оси при помощи клина или стяжного болта. До недавнего времени также считалась устаревшей, но в 2004 году компания Shimano возродила двухсоставную конструкцию и включив в неё…

Роторная система RS4X. Стандартные шатуны располагаются относительно друг друга под углом 180 градусов. При педалировании, когда шатуны находятся перпендикулярно земле происходит ситуация, при котором нога не может передавать момент силы на педаль велосипеда…

Эллиптические звёзды велосипеда. Эксперименты с эллиптическими передними звёздами на велосипеде стали проводить ещё в конце 19-го столетия. Овальная форма звезды позволяет более эффективно осуществлять педалирование и держать ноги в более комфортных условиях. Конструкция предназначена для того, чтобы…

Полые шатуны велосипеда. Полые шатуны изготавливаются при помощи метода холодной ковки Hollowtech. Первыми эту технологию применили в Shimano. Как и в случае с качественными трубами рамы полый шатун может быть прочным и жёстким при малом весе. Наличие внутренней полости на эти показатели не влияет…

Читайте также:  Замена передних стоек и опорных подшипников. Как снять и заменить опорный подшипник. Возможно ли, не снимать стоку? Инструкция своими руками.

Q – фактор. Q – фактор – это показатель расстояния между плоскостями, в которых вращаются головки шатунов. На числовое значение Q – фактора влияет форма шатунов и длина оси каретки. В случае с использованием контактных педалей, положение шипа на обуви также влияет на Q – фактор…

Как проверить педаль

Желательно перед каждой поездкой проверять состояние педалей, их затяжку, отсутствие люфта и состояние корпуса. Можно просто ногой встать не нее, а затем, крутанув, посмотреть и послушать, как она крутится на оси. Если нет визуального биения и лишних звуков – все нормально, можно ехать.

Помните, если во время движения педаль выкрутится, сломается или потеряется, вряд ли Вы уже сможете куда-то ехать, да и риск получить при этом травму достаточно велик.

Видео о замене педалей велосипеде.

Велосипедный шатун (педальный рычаг) — знакомая и значимая деталь трансмиссии. Является связующим звеном при передаче усилий на кареточный вал и передние звезды. Исправное состояние и надежное закрепление шатунов на каретку гарантирует максимальную эффективность передачи крутящего момента и безопасность движения.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]