Механическая часть двигателя / Втулки верхней головки шатуна

Втулки верхней головки шатуна

Втулка верхней головки шатуна запрессовывается в малую головку шатуна и образует подшипниковую поверхность для поршневого пальца. В каноническом английском названии детали используется термин Small End Bushes, connecting rod.

Втулка передает переменную нагрузку между поршнем и шатуном, поддерживает расчетный масляный зазор, уменьшает трение и защищает тело шатуна от непосредственного контакта с поршневым пальцем.

Английские технические термины: Small End Bush, Connecting Rod Small End Bushing, Wrist Pin Bushing, Gudgeon Pin Bush. Верхняя головка шатуна - Connecting Rod Small End, поршневой палец - Wrist Pin, Piston Pin или Gudgeon Pin.

Главный принцип: многие ремонтные втулки поставляются с припуском. После запрессовки их растачивают, развертывают или хонингуют до размера конкретного поршневого пальца.

Не подбирайте втулку только по наружному диаметру.
Не устанавливайте ее ударами молотка.
Не перекрывайте масляное отверстие шатуна.
Не подгоняйте поршневой палец наждачной бумагой.
Не оценивайте зазор только вручную.
Не обрабатывайте отверстие без контроля соосности.
Не оставляйте стружку в масляном канале.
Не устанавливайте изношенный палец в новую втулку.
Не собирайте соединение без предусмотренной смазки.
Не заменяйте втулку без проверки геометрии шатуна.

Назначение втулки

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Поршневой палец проходит через бобышки поршня и верхнюю головку шатуна.

создает сменную поверхность трения;
поддерживает радиальный зазор;
распределяет нагрузку по ширине головки;
удерживает масляную пленку;
уменьшает трение при качательном движении;
отводит тепло от пальца;
защищает тело шатуна от износа;
позволяет ремонтировать шатун;
поддерживает правильное положение оси пальца.

Конструкции поршневого пальца

Полноплавающий палец

Палец может вращаться во втулке шатуна и в бобышках поршня. От осевого перемещения его удерживают стопорные кольца.

Для этой конструкции особенно важны рабочий зазор, подача масла и исправность стопорных колец.

Прессовая посадка пальца в шатуне

В отдельных двигателях палец неподвижно запрессован в верхнюю головку и вращается только в поршне. Сменная втулка в таком шатуне может отсутствовать.

Игольчатый подшипник

В двухтактных, мотоциклетных и некоторых специальных двигателях применяется игольчатый подшипник. Он не заменяется обычной бронзовой втулкой.

Конструкция втулки

Наружная поверхность. Обеспечивает прессовую посадку.
Внутренняя поверхность. Работает с поршневым пальцем.
Масляное отверстие. Совмещается с каналом шатуна.
Масляная канавка. Распределяет смазку.
Стык. Присутствует у свернутой тонкостенной втулки.
Торцы. Определяют рабочую ширину.
Припуск. Удаляется при окончательной обработке.

Материалы

Материал	Особенности	Применение
Оловянистая или свинцовистая бронза	Хорошие антифрикционные свойства	Традиционные ремонтные втулки
Алюминиевая бронза	Высокая прочность	Нагруженные двигатели
Биметалл	Стальная основа и рабочий антифрикционный слой	Серийные тонкостенные детали
Спеченный материал	Может удерживать масло в порах	Специальные конструкции

Смазка поршневого пальца

разбрызгиванием моторного масла;
маслом от форсунки охлаждения поршня;
через отверстие в верхней головке;
через канал внутри шатуна;
через канавку во втулке;
комбинацией нескольких способов.

Масляное отверстие новой втулки должно точно соответствовать каналу шатуна. Частичное перекрытие уменьшает подачу масла.

Условия работы

Палец совершает относительно втулки возвратно-качательное движение под высокой переменной нагрузкой.

высокое контактное давление;
постоянная смена направления нагрузки;
ограниченное формирование масляного клина;
нагрев от поршня;
холодные пуски;
деформация шатуна;
возможное металлическое загрязнение.

Рабочий зазор

Между втулкой и пальцем оставляется небольшой расчетный зазор для масла и теплового расширения.

Слишком малый зазор

тугое перемещение пальца;
разрушение масляной пленки;
перегрев;
задиры;
проворачивание втулки;
деформация поршня;
заклинивание.

Слишком большой зазор

ударный стук;
овальный износ;
неравномерная нагрузка;
износ поршневого пальца;
повреждение бобышек поршня;
нагрузка на шатун;
риск повреждения стопорных колец.

Точные значения: номинальный и предельный зазоры определяются документацией конкретного двигателя.

Посадка в шатуне

Втулка удерживается в верхней головке прессовым натягом.

Недостаточный натяг

проворачивание втулки;
перекрытие масляного отверстия;
износ посадочного места;
осевое смещение;
плохой отвод тепла;
деформация рабочего отверстия.

Чрезмерный натяг

деформация верхней головки;
сильное уменьшение внутреннего диаметра;
трещина шатуна;
деформация тонкостенной втулки;
нарушение параллельности осей.

Виды износа

увеличение внутреннего диаметра;
овальность;
конусность;
односторонний износ;
полированные сухие участки;
задиры;
трещины рабочего слоя;
отслоение покрытия;
проворачивание;
осевое смещение;
перекрытие масляного отверстия;
коррозия.

Причины неисправности

естественный износ;
недостаток масла;
засорение канала;
низкое давление масла;
неподходящая моторная смазка;
частые холодные пуски;
перегрев поршня;
неправильный рабочий зазор;
неправильный прессовый натяг;
перекос при запрессовке;
смещение масляного отверстия;
некачественная обработка;
изношенный поршневой палец;
погнутый шатун;
детонация;
гидроудар;
превышение оборотов;
металлическая стружка;
неподходящая деталь.

Признаки износа

Шум втулки можно спутать с поршневым стуком, шатунным подшипником, клапанным механизмом, форсункой или приводом ГРМ.

металлический цокот в верхней части цилиндра;
двойной стук;
изменение шума после прогрева;
стук при изменении нагрузки;
медные или бронзовые частицы в масле;
задиры пальца;
люфт поршня относительно шатуна;
износ бобышек поршня;
повреждение стопорных колец;
шум после перегрева или гидроудара.

Отличие от других шумов

По одному звуку нельзя установить точную деталь. Сравнивают холодный и горячий двигатель, разные обороты и режимы нагрузки.

локализуют шум стетоскопом;
проверяют давление масла;
осматривают масло и фильтр;
проверяют клапанный механизм;
учитывают поршневой и шатунный стук;
анализируют историю перегрева и гидроудара.

Отключение цилиндра может использоваться только как дополнительный тест.

Диагностика без разборки

локализация шума;
проверка холодного и горячего двигателя;
измерение давления масла;
осмотр масляного фильтра;
лабораторный анализ масла;
уточнение истории повреждений;
эндоскопия цилиндров двигателя;
контроль компрессии.

Нормальная компрессия не подтверждает исправность втулки.

Проверка после разборки

Отметить номер цилиндра.
Не смешивать поршни, пальцы и шатуны.
Проверить движение пальца.
Снять стопорные кольца.
Извлечь палец.
Осмотреть его поверхность.
Проверить втулку.
Осмотреть масляное отверстие.
Проверить посадку.
Измерить все детали.

Измерение поршневого пальца

номинальный диаметр;
овальность;
конусность;
локальный износ;
задиры;
трещины;
следы перегрева;
повреждение торцов.

Поврежденный палец не устанавливают в новую втулку.

Измерение втулки

Внутренний диаметр проверяют нутромером в нескольких направлениях и по всей ширине.

Параметр	Назначение
Диаметр	Фактический размер
Овальность	Разницу размеров в разных направлениях
Конусность	Изменение размера по ширине
Соосность	Правильность положения отверстия
Зазор	Разницу между втулкой и пальцем

Проверка шатуна

Износ втулки может быть следствием деформации кривошипно-шатунного механизма.

изгиб шатуна;
скручивание;
параллельность осей;
размер посадки втулки;
овальность верхней головки;
трещины;
состояние масляного канала;
следы проворачивания;
деформация после гидроудара;
масса шатуна.

Когда втулку заменяют

зазор превышает допуск;
имеется овальность или конусность;
обнаружены задиры;
рабочий слой поврежден;
втулка провернулась;
масляное отверстие смещено;
посадка ослабла;
палец заклинил;
шатун ремонтируется после аварии;
устанавливается ремонтный палец;
замена предусмотрена капитальным ремонтом.

Подбор втулки

VIN автомобиля;
код двигателя;
OE-номер;
наружный диаметр;
внутренний диаметр до обработки;
длина;
толщина стенки;
материал;
масляное отверстие;
масляная канавка;
расположение стыка;
прессовый натяг;
размер поршневого пальца;
необходимость расточки;
техническая версия двигателя.

Подготовка к замене

Очистить и промаркировать шатун.
Проверить трещины и деформацию.
Измерить верхнюю головку.
Определить прессовый натяг.
Проверить новую втулку.
Подготовить оправки.
Подготовить пресс.
Уточнить направление демонтажа.
Подготовить оборудование для обработки.
Подготовить измерительный инструмент.

Выпрессовка

Зафиксировать положение масляного отверстия.
Подобрать оправку.
Полностью поддержать верхнюю головку.
Выпрессовывать плавно.
Контролировать усилие.
Осмотреть посадку.
Удалить заусенцы.
Очистить масляный канал.

Если старая втулка вышла без усилия, посадочное отверстие обязательно измеряют.

Запрессовка

Сравнить наружный диаметр и посадочное отверстие.
Отметить масляный канал.
Уточнить условия смазывания.
Установить втулку соосно.
Поддержать шатун оправкой.
Запрессовывать без перекоса.
Соблюдать монтажную глубину.
Проверить масляное отверстие.
Осмотреть шатун на трещины.
Измерить отверстие после установки.

Изменение диаметра после запрессовки

Прессовый натяг уменьшает внутренний диаметр и может изменить круглость. Окончательный размер проверяют только в установленном состоянии.

Окончательная обработка

Расточка

Удаляет основной припуск и формирует правильную ось отверстия.

Развертывание

Применяется только при подходящей технологии. Ручная развертка без центровки может создать конусность и перекос.

Хонингование

Формирует точный размер, круглость и требуемую поверхность.

проверяют диаметр;
овальность;
конусность;
параллельность осей;
шероховатость;
состояние масляного отверстия;
фактический зазор.

Индивидуальная подгонка

Втулку обрабатывают с учетом фактического диаметра конкретного пальца. После этого комплект деталей маркируют и не смешивают.

номер цилиндра;
поршень;
поршневой палец;
шатун;
крышка шатуна;
направление установки.

Проверка движения пальца

движение без заклинивания;
отсутствие ударного люфта;
контакт по рабочей ширине;
отсутствие локального зажима;
измеренный зазор.

Очистка после обработки

Промыть втулку.
Прочистить масляное отверстие.
Проверить внутренний канал шатуна.
Очистить нижнюю головку и отверстия болтов шатуна.
Продуть каналы.
Протереть безворсовой салфеткой.
Проверить отсутствие абразива.
Смазать перед сборкой.

Сборка поршня и шатуна

Проверить направление поршня.
Проверить направление шатуна.
Установить первое стопорное кольцо.
Смазать втулку, палец и бобышки.
Совместить поршень с шатуном.
Ввести палец без ударов.
Проверить движение.
Установить второе кольцо.
Проверить его посадку.
Проверить масляные отверстия.

Что проверять одновременно

Кривошипно-шатунный механизм
Поршень
Поршневой палец
Стопорные кольца пальца
Болт шатуна
Комплект шатунных подшипников
Нижняя головка шатуна
Шатунная шейка коленчатого вала
Износ шатунных вкладышей
Система смазки двигателя
Масляные форсунки поршней
Масляный насос и маслоприемник

Контроль перед установкой

детали распределены по цилиндрам;
рабочий зазор записан;
масляные отверстия открыты;
стопорные кольца установлены;
шатун не деформирован;
оси параллельны;
поршень ориентирован правильно;
соединение смазано;
стружка удалена;
масса комплектов соответствует допуску.

Первый запуск

Заполнить двигатель правильным маслом.
Создать давление до запуска, если предусмотрено.
Запустить без повышения оборотов.
Контролировать давление масла.
Слушать механический шум.
Остановить двигатель при стуке.
Проверить температуру и утечки.
Не создавать высокую нагрузку.
Осмотреть масло и фильтр после контрольного интервала.

Последствия критического повреждения

заклинивание поршневого пальца;
проворачивание втулки;
разрушение верхней головки;
трещина бобышки поршня;
выход стопорного кольца;
царапины цилиндра;
перекос поршня;
поломка пальца;
изгиб или обрыв шатуна;
повреждение блока.

Практические случаи

Новый палец не вошел во втулку

Ремонтная втулка имела припуск, а после запрессовки ее внутренний диаметр уменьшился. Требовалась механическая обработка.

После ремонта появился холодный стук

Зазор сделали чрезмерным, чтобы палец легко перемещался рукой.

Новая втулка получила задиры

Ее масляное отверстие не совпало с каналом шатуна.

Втулка провернулась

Посадка верхней головки была изношена, и стандартный наружный диаметр не обеспечил натяг.

Износ появился с одной стороны

Шатун был погнут после гидроудара.

Палец заклинил после прогрева

Холодный рабочий зазор был меньше минимально допустимого.

Новый палец повредил втулку

На его поверхности оставалась грубая шлифовка.

После обработки повредились шатунные вкладыши

Абразив не удалили из внутреннего масляного канала шатуна.

Ошибки диагностики

считать любой верхний стук втулкой;
не сравнивать холодный и горячий двигатель;
не осматривать масло и фильтр;
не учитывать поршневой стук;
не проверять клапанный механизм;
не учитывать шум форсунок;
считать нормальную компрессию доказательством исправности;
не проверять шатун после гидроудара;
оценивать зазор вручную;
не измерять поршневой палец.

Ошибки ремонта

подбирать только по внутреннему диаметру;
запрессовывать ударами;
не поддерживать шатун;
перекрывать масляное отверстие;
не измерять натяг;
оставлять втулку без обработки;
развертывать без центровки;
создавать большой зазор;
шлифовать поршневой палец вручную;
не измерять овальность;
не проверять параллельность осей;
смешивать пальцы;
повторно использовать стопорные кольца;
оставлять стружку;
собирать соединение насухо.

Продление ресурса

использовать правильное моторное масло;
соблюдать интервал замены масла и фильтра;
поддерживать уровень и давление масла;
не нагружать холодный двигатель;
предотвращать перегрев поршня;
проверять масляные форсунки;
устранять детонацию;
не допускать гидроудара;
не превышать обороты;
точно контролировать зазор;
очищать каналы после обработки.

Связанные товарные группы

Втулки верхней головки шатуна
Шатуны двигателя
Поршневые пальцы
Стопорные кольца поршневого пальца
Поршни двигателя
Болты шатуна
Комплекты шатунных подшипников
Поршневые кольца
Масляные насосы
Форсунки охлаждения поршней
Моторные масла и масляные фильтры

Частые вопросы

Для чего нужна втулка верхней головки?

Она образует антифрикционную поверхность между шатуном и поршневым пальцем и поддерживает масляный зазор.

Есть ли втулка в каждом двигателе?

Нет. В конструкции с прессовой посадкой пальца в шатун втулка может отсутствовать.

Можно ли установить втулку без обработки?

Только если после запрессовки ее размер, круглость и зазор соответствуют спецификации.

Как определить зазор?

Измеряют втулку и конкретный поршневой палец, затем вычисляют разницу диаметров.

Почему важно масляное отверстие?

Через него поступает смазка. Перекрытие вызывает перегрев и задиры.

Можно ли оставить старый поршневой палец?

Только после измерения и проверки поверхности.

Почему втулка изнашивается с одной стороны?

Возможны деформация шатуна, перекос при обработке или повреждение поршня.

Можно ли проверить втулку без разборки?

Можно лишь заподозрить неисправность. Для подтверждения требуется измерение после демонтажа.

Что произойдет при малом зазоре?

После нагрева палец может заклинить и повредить шатун с поршнем.

Что проверяют после замены?

Зазор, круглость, конусность, соосность, масляный канал, поршневой палец и геометрию шатуна.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Втулка верхней головки шатуна служит подшипником поршневого пальца. От ее материала, посадки, рабочего зазора, соосности и смазки зависят движение поршня, ресурс пальца и надежность шатуна.

После запрессовки внутренний диаметр изменяется, поэтому ремонтная втулка часто нуждается в точной расточке и хонинговании. Зазор определяют измерением, а не субъективной оценкой движения пальца.

При одностороннем износе, задирах или проворачивании проверяют шатун, поршень, палец, масляные каналы и систему смазки. Новая втулка не устранит неисправность при погнутом шатуне, изношенном пальце или недостаточной подаче масла.