Шатун ЯМЗ

Шатуны кованые, из стали 40Х, со стержнем двутаврового сечения. Нижняя головка шатуна имеет косой разъем под углом 55° к продольной оси, что позволяет при развитой нижней головке осуществлять демонтаж поршня в сборе с шатуном через гильзу цилиндров.

Крышка к нижней головке шатуна крепится двумя болтами, ввернутыми непосредственно в резьбовые отверстия тела шатуна. Для разгрузки болтов от срезывающих усилий на торцах крышки и шатуна имеется шлицевая гребенка. Очень важно для работы шатунных болтов и вкладышей точное совпадение шлицев, поэтому грязь, заусенцы и забоины на шлицах не допускаются.

Окончательная расточка под вкладыши в нижней головке шатуна осуществляется в сборе с крышкой при затяжке болтов крышки рабочим моментом, равным 16-18 кГм. Диаметр рас­точки равен 93 мм.

Осевое смещение крышки относительно шатуна предотвраща­ется фиксирующим штифтом диаметром 5 мм, запрессованным в шатун и входящим в паз крышки. В верхней головке шатуна выполнено отверстие диаметром 56 мм под запрессовку бронзовой втулки. Отверстие имеет полированную фаску для предотвращения срезания бронзы при запрессовке втулки. Вдоль стержня шатуна просверлен канал для подачи масла к подшипнику поршневого пальца.

При установке крышки шатуна под болты шатунов устанавли­вается специальная фасонная шайба, усы которой располагают в пазах на крышке шатуна. Шайба изготовлена из стали 20 и про­ходит специальную термическую обработку. После затяжки болтов усы шайбы отгибаются на грани головки болтов. Следует помнить, что шайба является ответственной деталью, поэтому при переборках двигателя необходимо устанавливать только новую шайбу, изготовленную заводом-изготовителем дви­гателей.

Общий вес шатуна распределяется на части, отнесенные к ниж­ней и верхней головкам шатуна, и подгоняется за счет снятия металла с бобышек, предусмотренных для этой цели на крышке и на верхней головке шатуна.

Втулка верхней головки шатуна отлита из бронзы ОЦС 5-5-5. Наружный диаметр втулки перед запрессовкой в шатун равен 56 мм. На наружной поверхности втулки имеется кольцевая канавка, в которую выходят четыре радиальных отверстия во втулке, одно из которых совпадает с масляным каналом в шатуне.

Внутренняя поверхность втулки окончательно обрабатывается до диаметра 50 мм после запрессовки в отверстие верхней головки шатуна. В верхних головках шатунов на двигателях старых выпусков запрессовывались по две бронзовые втулки, кольцевое простран­ство между которыми служило для подачи масла к поршневому пальцу.

Наряду с реализацией мер по уменьшению концентрации напряжений, вызываемой в основном технологическими факторами, были проведены изыскания по повышению прочности шатунов. В результате была применена упрочняющая обработка стержня шатуна в виде дробеструйного наклепа. После применения этой обработки усталостная прочность шатуна повышается на 5-10° C.

Так как на усталостную прочность шатунов возможно отрицательное влияние дефектов материала, были проведены работы по совершенствованию методов их выявления. Установлено, что очистка шатунов ЯМЗ дробью диаметром 0,7-0,9 мм, а также электрохимическое полирование позволяют значительно повысить вероятность выявления дефектов в процессе магнитного контроля. Чтобы увеличить эффективность последнего, подобрана оптимальная напряженность магнитного поля, равная 60. Реализована проверка шатунов на магнитном дефектоскопе при ориентации силовых линий магнитного поля как параллельно, так и перпендикулярно оси шатуна.

Поскольку дефекты материала являются одними из наиболее опасных концентраторов напряжений, приводящих к снижению прочности шатунов, целесообразно шатуны изготовлять из стали, получаемой вакуумно-дуговой плавкой, или из стали электрошлакового переплава. Чтобы избежать концентрации напряжений вследствие наличия поверхностных дефектов и обезуглероженного слоя проката, заслуживает внимание введение операции снятия поверхностного слоя путем механической обработки и нагрев заготовки в нейтральной или малоокислительной среде перед формообразованием шатунов. Реализация описанных выше предложений позволит значительно повысить стабильность показателей усталостной прочности шатунов.

Шатун ЯМЗ является одной из наиболее нагруженных деталей дизеля. Трудоемкость и стоимость устранения отказа шатуна, вызванного недостаточно высоким качеством его изготовления, значительно выше, чем других ответственных деталей двигателя. Повышение надежности шатунов затруднено вследствие их массового производства, однородности поля расчетных напряжений, а также наличия технологических концентратов напряжений. Поэтому к шатунам предъявляются более высокие требования в отношении надежности, чем к другим деталям дизеля.

Шатуны дизелей ЯМЗ имеют высокие эксплуатационные качества и не лимитируют повышения ресурса дизелей. Тем не менее, основываясь на результатах изучения опыта эксплуатации, систематически проводятся работы по усовершенствованию конструкции и технологии изготовления шатунов с учетом в первую очередь повышения стабильности их размеров и формы и ремонтопригодности конструкции. Характерным для шатунов дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 является так называемый косой разъем нижней головки, плоскость которого не перпендикулярна оси стержня шатуна. Стык нижней головки шатуна с крышкой выполнен в виде системы попарно обработанных шлицев трапециевидного сечения. В стержне шатуна просверлен канал для подачи масла к втулке верхней головки. Шатуны дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 изготовляются из стали 40Х, дизелей ЯМЗ-240 — из стали 40ХН2МА.

Исследования шатунов имели целью определение и повышение их усталостной прочности, а также изучение и снижение деформаций контактных поверхностей при работе дизеля. Среди характерных особенностей напряженного состояния шатуна, помимо высоких знакопеременных напряжений и их градиентов, следует отметить большую по сравнению с другими деталями величину отношения среднего по массе металла напряжения к максимальному. Вследствие этого надежность шатуна в значительной мере зависит от концентрации напряжений, обусловливаемой конфигурацией детали и технологическими факторами. Кроме того, проводились исследования по выявлению факторов, влияющих на концентрацию напряжений в шатуне, и мер, способствующих их ослаблению.

Усталостная прочность шатунов может снижаться на 20 % из-за наличия концентраторов, возникающих вследствие абразивной обработки полок.

Ликвидация операции зачистки заготовки абразивными кругами позволила предотвратить появление концентраторов на полках стержня и в зоне бобышки короткого болта нижней головки.