Механическая часть двигателя / Болт шатуна

Болт шатуна

Болт шатуна - это высокопрочный крепежный элемент, соединяющий шатун с крышкой его нижней головки. После затяжки крышка и шатун образуют точное круглое отверстие, в котором устанавливаются шатунные вкладыши и работает шатунная шейка коленчатого вала.

Болты воспринимают переменную нагрузку при каждом обороте двигателя. Особенно большое растягивающее усилие возникает возле верхней мертвой точки, когда поршень и шатун резко изменяют направление движения на высокой частоте вращения.

Английские технические термины: болт шатуна - Connecting Rod Bolt или Conrod Bolt; комплект болтов - Connecting Rod Bolt Set; крышка шатуна - Connecting Rod Cap; растяжение болта - Rod Bolt Stretch; предварительная нагрузка - Bolt Preload; нижняя головка шатуна - Connecting Rod Big End.

Главный принцип: надежность соединения определяется фактической предварительной нагрузкой болта. Смазка, состояние резьбы, порядок затяжки, угол доворота и возможность повторного использования устанавливаются документацией конкретного двигателя.

Не применяйте момент затяжки от другого двигателя.
Не устанавливайте старый одноразовый или растянутый болт.
Не меняйте крышки разных шатунов местами.
Не переворачивайте крышку относительно исходного положения.
Не наносите произвольную смазку на резьбу.
Не затягивайте крепление ударным гайковертом.
Не оставляйте загрязнения на поверхностях разъема.
Не подпиливайте поверхности для уменьшения зазора вкладыша.
Не запускайте двигатель после сомнительной затяжки.
Не продолжайте работу при сильном стуке или падении давления масла.

Назначение болта

Нижняя головка шатуна выполняется разъемной, чтобы ее можно было установить вокруг шатунной шейки коленчатого вала.

удерживает крышку на шатуне;
создает предварительное сжатие стыка;
предотвращает раскрытие нижней головки;
поддерживает круглый диаметр отверстия;
создает правильный натяг вкладышей;
предотвращает перемещение вкладыша;
сохраняет расчетный масляный зазор;
передает нагрузку между крышкой и шатуном;
сохраняет соединение при миллионах циклов.

Варианты установки

болт вкручивается непосредственно в шатун;
болт проходит через шатун и затягивается гайкой;
болт имеет накатку или шлицы для фиксации;
болт запрессован в тело шатуна;
специальный болт затягивается с контролем удлинения.

Как работает соединение

При затяжке стержень удлиняется и действует как жесткая пружина. Созданное усилие постоянно прижимает крышку к шатуну.

Недостаточная предварительная нагрузка вызывает:

микроперемещение поверхностей;
фреттинг на плоскостях разъема;
потерю круглой формы отверстия;
неравномерный масляный зазор;
перемещение вкладыша;
усталостную трещину болта;
отделение крышки.

Нагрузки на болт

Инерционная нагрузка

На высоких оборотах масса поршня, пальца и шатуна создает большое инерционное усилие. Возле верхней мертвой точки болты удерживают нижнюю головку на шейке коленчатого вала.

Нагрузка быстро увеличивается с ростом оборотов. Ошибочное переключение на слишком низкую передачу может перегрузить болт даже при закрытой дроссельной заслонке.

Давление сгорания

Во время рабочего хода давление передает сжимающее усилие через поршень и шатун. Детонация, преждевременное воспламенение и гидроудар создают дополнительные ударные нагрузки.

Усталостная нагрузка

Болт работает в условиях многократных циклов. Царапина, коррозионная раковина или дефект переходного радиуса могут стать началом трещины.

Типы болтов

Обычный высокопрочный болт

Работает преимущественно в пределах упругой деформации. Повторное использование допускается только производителем после проверки.

Растяжимый болт TTY

Получает контролируемое удлинение, иногда с выходом за пределы чисто упругой деформации. Обычно применяется моментно-угловая процедура.

после снятия может иметь остаточное удлинение;
повторно может не создать требуемую нагрузку;
может иметь локальное сужение;
имеет повышенный риск обрыва при повторной затяжке.

Болт с контролем удлинения

В высоконагруженных двигателях свободную и затянутую длину болта измеряют специальным прибором. Этот метод непосредственно контролирует рабочее растяжение.

Уточнение: угловая затяжка не всегда означает, что болт одноразовый. Решение принимается по заводской документации.

Конструкция

Головка. Передает момент инструмента.
Опорный фланец. Прижимается к крышке.
Переходный радиус. Снижает концентрацию напряжений.
Гладкий стержень. Определяет жесткость и удлинение.
Суженная зона. Может обеспечивать контролируемое растяжение.
Накатка или шлицы. Фиксируют запрессованный болт.
Резьба. Создает осевую нагрузку.
Контрольные торцы. Используются для измерения удлинения.
Покрытие. Защищает от коррозии и влияет на трение.

Материал

Болты изготавливаются из высокопрочной легированной стали с контролируемой термической обработкой. Важны прочность, пластичность, усталостная стойкость и качество поверхности.

Штатный болт нельзя заменять обычным крепежом того же диаметра. Могут отличаться материал, длина, профиль резьбы, форма фланца, покрытие и ресурс.

Разъем крышки шатуна

Обработанный разъем

На традиционном шатуне поверхности крышки и тела механически обработаны. Для позиционирования применяются штифты, буртики или калиброванные участки болтов.

Расколотый шатун

В конструкции fracture-split крышка отделяется контролируемым раскалыванием. Она точно совмещается только со своим шатуном.

нельзя менять крышки между шатунами;
нельзя переворачивать крышку;
нельзя шлифовать поверхность раскола;
нельзя удалять неровности разъема;
нельзя оставлять между поверхностями загрязнения.

Геометрия нижней головки

Диаметр и круглость отверстия формируются после установки крышки и затяжки правильными болтами.

Измерение выполняют:

без вкладышей;
с родной крышкой;
с чистыми поверхностями;
с правильными болтами;
с предусмотренной смазкой;
после полной процедуры затяжки.

Шатунные вкладыши

Комплект шатунных подшипников устанавливается с конструктивным натягом.

вкладыш удерживается от перемещения;
тепло передается к шатуну;
сохраняется масляный зазор;
формируется масляный клин;
шейка не получает локального прижатия;
крышка сохраняет соосность.

Ошибки затяжки могут ускорить износ шатунных вкладышей, но также проверяют давление масла, зазор, шейку и загрязнение.

Неисправности болта

остаточное удлинение;
локальное сужение;
вытягивание резьбы;
срыв витков;
трещина под головкой;
трещина в резьбовой зоне;
деформация фланца;
повреждение граней;
ослабление прессовой посадки;
коррозия;
изгиб;
обрыв;
отворачивание гайки.

Причины повреждения

повторное использование одноразового болта;
чрезмерная или недостаточная затяжка;
неправильная смазка;
грязная резьба;
ударный инструмент;
неисправный динамометрический ключ;
перепутанные крышки;
загрязнение разъема;
заклинивание вкладыша;
масляное голодание;
превышение оборотов;
ошибочное переключение передачи;
гидроудар;
детонация;
деформация шатуна;
низкое качество детали.

Признаки возможной неисправности

Болт может не создавать ранних симптомов. Усталостная трещина иногда завершается внезапным обрывом.

глухой металлический стук снизу двигателя;
усиление стука под нагрузкой;
металл в масле и фильтре;
снижение давления масла;
сильная вибрация;
заклинивание двигателя;
внезапная остановка;
повреждение блока;
утечка масла после внутреннего разрушения.

Опасность: при сильном шатунном стуке, падении давления масла или появлении металла двигатель останавливают. Продолжение работы может привести к отделению крышки и разрушению блока.

Шатунный стук и болт

Шатунный стук чаще вызывается увеличенным зазором между вкладышем и шейкой коленчатого вала. Болт при этом может оставаться целым.

Однако поврежденный вкладыш создает удары и перегрев, которые деформируют шатун и перегружают крепление.

Диагностика без разборки

измерить давление моторного масла;
локализовать стук;
разобрать масляный фильтр;
проверить масло на металлические частицы;
уточнить историю превышения оборотов;
учесть возможный гидроудар;
проверить систему смазки;
оценить неравномерность вращения двигателя.

Надежно проверить сам болт без разборки невозможно.

Проверка после разборки

Отметить номер и направление каждого шатуна.
Ослаблять болты постепенно.
Не смешивать детали разных цилиндров.
Осмотреть крепление до очистки.
Очистить резьбу.
Измерить длину.
Проверить стержень и переходные радиусы.
Осмотреть резьбу и головку.
Проверить прессовую посадку.
Измерить нижнюю головку.

Измерение длины

использовать контрольные точки производителя;
сравнить с предельной длиной;
проверить локальное сужение;
проверить вытягивание резьбы;
осмотреть коррозию и трещины;
проверить опорный фланец;
проверить изгиб.

Одноразовый болт заменяется независимо от измеренной длины.

Контроль удлинения

Специальный прибор измеряет свободную длину болта и длину после затяжки. Разница сравнивается с установленной спецификацией.

непосредственно контролируется растяжение;
уменьшается влияние трения;
выявляется аномальная работа резьбы;
точнее воспроизводится предварительная нагрузка.

Проверка нижней головки

диаметр без вкладышей;
овальность;
конусность;
соосность крышки;
состояние замков вкладышей;
плоскости разъема;
деформация возле отверстий;
трещины.

Деформированную нижнюю головку нельзя исправить простой заменой болтов или вкладышей.

Подбор болта

VIN автомобиля;
код двигателя;
OE-номер;
номер шатуна;
диаметр и шаг резьбы;
общая длина;
длина резьбовой части;
диаметр стержня;
форма головки или гайки;
наличие шлицов или накатки;
TTY или многоразовая конструкция;
тип покрытия;
требуемая смазка;
момент, угол или заданное удлинение;
техническая версия двигателя.

Что проверять одновременно

кривошипно-шатунный механизм;
шатун и его крышку;
поршень и поршневой палец;
втулку верхней головки шатуна;
шатунные подшипники;
шатунную шейку коленчатого вала;
масляный канал шейки;
радиальный масляный зазор;
боковой зазор шатуна;
износ шатунных вкладышей;
систему смазки двигателя;
масляный насос и маслоприемник;
металл в поддоне и фильтре.

Подготовка к сборке

Проверить соответствие шатунов цилиндрам.
Сопоставить каждую крышку с шатуном.
Проверить направление установки.
Очистить поверхности разъема.
Очистить резьбу.
Проверить масляные каналы.
Измерить шейку коленчатого вала.
Проверить зазор вкладыша.
Подготовить новые одноразовые болты.
Уточнить смазку и процедуру затяжки.

Установка крышки

Установить вкладыши в чистые сухие посадки.
Не наносить масло под наружную поверхность вкладыша.
Смазать рабочую поверхность вкладыша.
Расположить шатун на шейке.
Установить крышку в правильном направлении.
Точно совместить поверхности разъема.
Установить болты или гайки.
Наживить резьбу рукой.
Равномерно подтянуть обе стороны.
Выполнить полную процедуру затяжки.

Затяжка

предварительно притянуть крышку;
затянуть оба болта первым моментом;
выполнить следующий этап момента;
сделать угловой доворот;
при необходимости измерить удлинение;
повторно проверить диаметр нижней головки.

Болты затягивают попеременно, не допуская перекоса крышки.

Смазка резьбы

При одинаковом моменте сухая и смазанная резьба создают разную предварительную нагрузку.

может применяться моторное масло;
специальная монтажная смазка;
заводское покрытие без дополнительного материала;
сухая установка.

Момент и смазка должны относиться к одной технической процедуре.

Проверка вращения

После затяжки каждого шатуна коленчатый вал осторожно проворачивают. Резкое увеличение сопротивления указывает на ошибку.

неправильный размер вкладыша;
малый зазор;
перепутанная или перевернутая крышка;
загрязнение разъема;
деформация шатуна;
овальность шейки;
неправильная затяжка;
смещение вкладыша.

Контроль перед запуском

все крышки установлены на свои шатуны;
направление деталей правильное;
болты соответствуют спецификации;
этапы затяжки завершены;
коленчатый вал вращается свободно;
боковые зазоры проверены;
масляные каналы чистые;
маслоприемник и насос исправны;
двигатель заполнен правильным маслом.

Первый запуск

Создать давление масла без запуска, если предусмотрено.
Проконтролировать индикатор давления.
Запустить двигатель без повышения оборотов.
Слушать механический шум.
Остановить двигатель при стуке.
Проверить утечки.
Прогреть двигатель в спокойном режиме.
Повторно проверить давление масла.
Осмотреть масло и фильтр после контрольного интервала.

Последствия обрыва

отделение крышки;
разрушение вкладыша;
повреждение шейки коленвала;
обрыв или изгиб шатуна;
удар по блоку;
пробитие блока или поддона;
повреждение поршня и цилиндра;
потеря моторного масла;
заклинивание двигателя;
невозможность ремонта блока.

Практические случаи

Новые вкладыши быстро начали стучать

Болты затянули по спецификации сухой резьбы после нанесения очень скользкой смазки. Нижняя головка деформировалась.

Болт оборвался при довороте

Повторно использовали растяжимый болт с остаточным удлинением.

Коленчатый вал стал вращаться туго

Крышку одного шатуна установили в неправильном направлении.

После ремонта упало давление масла

Овальную нижнюю головку не измерили после установки нового крепления.

Вкладыш провернулся

Между поверхностями разъема находилась твердая частица, из-за которой крышка не села полностью.

Новый болт ослаб

Резьба в шатуне была повреждена, и момент возник из-за заедания.

Шатун разрушился после ошибочного переключения

Принудительное превышение оборотов создало критическую инерционную нагрузку.

После гидроудара двигатель продолжал работать

Погнутый шатун и деформированная нижняя головка впоследствии вызвали перегрев вкладыша.

Ошибки диагностики

считать любой стук неисправностью болта;
не измерять давление масла;
не осматривать фильтр;
не измерять шатунную шейку;
менять только вкладыши;
не учитывать превышение оборотов;
игнорировать последствия гидроудара;
оценивать болт только визуально;
не проверять остальные шатуны;
продолжать запускать двигатель со стуком.

Ошибки ремонта

повторно использовать одноразовые болты;
смешивать крепление разных комплектов;
менять крышки между шатунами;
переворачивать крышку;
шлифовать поверхность расколотого шатуна;
оставлять загрязнение в разъеме;
смазывать наружную поверхность вкладыша;
использовать неправильную смазку резьбы;
затягивать гайковертом;
не чередовать затяжку болтов;
пропускать угловой этап;
не измерять зазор;
не проверять круглость отверстия;
не проворачивать коленвал после сборки;
запускать без создания давления масла.

Продление ресурса

не превышать допустимые обороты;
не допускать ошибочного переключения;
устранять детонацию;
предотвращать гидроудар;
поддерживать уровень и давление масла;
использовать масло требуемой спецификации;
удалять металлическое загрязнение после ремонта;
применять правильное крепление;
соблюдать момент, угол и смазку;
проверять шатун и шейку при разборке;
не маскировать стук густым маслом.

Связанные товарные группы

Болты шатуна
Комплекты болтов шатунов
Шатуны двигателя
Комплекты шатунных подшипников
Шатунные вкладыши
Поршни и поршневые пальцы
Втулки верхней головки шатуна
Коленчатые валы
Масляные насосы
Моторные масла и масляные фильтры

Частые вопросы

Нужно ли всегда менять болты шатуна?

Одноразовые и TTY-болты заменяют. Повторное использование допускается только производителем.

Можно ли проверить болт визуально?

Нет. Требуются измерение длины, проверка стержня и резьбы, а также заводская спецификация.

Чем момент отличается от контроля удлинения?

Момент зависит от трения, а измерение удлинения непосредственно оценивает растяжение болта.

Можно ли смазывать резьбу моторным маслом?

Только если это предусмотрено технической процедурой.

Можно ли заменить один болт?

Это зависит от конструкции. Для одноразового крепления обычно применяется комплект конкретного шатуна или двигателя.

Почему после замены проверяют нижнюю головку?

Другой натяг крепления способен изменить диаметр и овальность отверстия.

Можно ли переставить крышку на другой шатун?

Нет. Крышка и шатун являются индивидуально обработанной парой.

Что означает растянутый болт?

Он получил остаточное удлинение и может не создать правильную предварительную нагрузку.

Почему обрыв разрушает двигатель?

После отделения крышки шатун неконтролируемо ударяет по коленвалу, блоку, поршню и поддону.

Что проверять при шатунном стуке?

Вкладыши, шатунную шейку, масляный зазор, круглость шатуна, болты, давление масла, насос и металлические частицы.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Болт шатуна удерживает крышку нижней головки и создает предварительную нагрузку, от которой зависят круглая форма отверстия, масляный зазор и работа шатунных вкладышей.

При ремонте сохраняют соответствие шатуна и крышки, применяют правильные болты, смазку и процедуру затяжки. Одноразовое крепление не используют повторно, а после сборки проверяют диаметр нижней головки и легкость вращения коленчатого вала.

При стуке, падении давления масла или металлических частицах проверяют болт, шатун, вкладыши, шейку коленчатого вала и систему смазки. Обрив крепления часто приводит к разрушению блока двигателя.