2.3.4. Шатунные болты

Шатунные болты относятся к ответственным деталям, обрыв которых связан с тяжелыми аварийными последствиями. Поэтому они изготавливаются тщательно с плавными переходами между элементами и подвергаются термообработке.

При нормальной плоскости разъема шатунные болты часто являются и установочными, т.е. точно фиксируют положение крышки КГШ. Такие болты имеют призонный поясок, фиксирующий положение крышки относительно шатуна. Отверстия под них обрабатывают с большой точностью.

Для предотвращения проворачивания болтов при затяжке гаек их головки делают с вертикальным срезом по оси болта, а в зоне сопряжения КГШ со стержнем фрезеруют вертикальный уступ или площадку.

Шатунные болты подвергаются однозначным переменным нагрузкам, которые в основном создаются силами инерции ВПД масс и центробежной силой инерции вращающейся массы шатуна за вычетом массы крышки. Максимальное значение этой силы при положении поршня в ВМТ в процессах выпуска - впуска.

Для повышения усталостной прочности болтов зоны переходов в местах изменения их формы выполняются в виде галтелей с возможно большим радиусом r = (0,15…0,50)d или двумя радиусами (r₂ > r₁, см. рисунок). Поверхности элементов болтов шлифуются (полируются), а резьба выполняется с мелким шагом методом накатки.

При малой жёсткости КГШ опорные поверхности головки и болта перекашиваются, т.е. становятся непараллельными, в результате изгиба болта в нем возникают дополнительные изгибные напряжения, не учитываемые расчетом (расчет проводится на растяжение - сжатие). Поэтому для устранения или сведения к минимуму их повторно-переменного изгиба, имеющего место вследствие деформации головок болтов в зоне стыка, принимают следующие меры:

 увеличивают жесткость бобышек КГШ;

 уменьшают опорные кольцевые площади болта и гайки;

 используются самоустанавливающиеся (сферические) поверхности контакта головки болта и его посадочного места (в этом случае в таком же виде выполняется посадочное место головки болта);

 разгрузка зон с высокой концентрацией от изгибной деформации путём создания в конструкции болта участков с повышенной податливостью.

Диаметр стержня болта делают меньше диаметра резьбы; упругий стержень изгибается, но при этом разрушается резьбовая часть болта. Однако с уменьшением жёсткости уменьшается переменная составляющая его нагрузки (её амплитуда), что увеличивает усталостную прочность болта.

Затяжку шатунных болтов выбирают из условия нераскрытия стыка разъёмной КГШ. Сила затяжки должна в 2…3 раза превосходить максимальное значение силы инерции, разрывающей болт. Она строго контролируется с помощью динамометрических ключей. Момент затяжки шатунных болтов составляет: 70…80 Нм для двигателей с искровым зажиганием и 180…240 Нм для дизелей.

Недостаточная затяжка приводит к раскрытию стыка и образованию наклепа на сопрягаемых поверхностях.

Разрушение болтов может носить чисто усталостный характер от дополнительных напряжений изгиба, вызываемых недостаточной жесткостью КГШ и непараллельностью опорных поверхностей гайки и болта.

Чрезмерная затяжка болтов сопровождается текучестью материала с дальнейшим ослаблением затяжки. Резьбовые соединения болта с гайкой, как правило, выполняют самоконтрящимися.

Материалы шатунных болтов

Стали 35Х, 40Х, 40ХН и углеродистые стали для двигателей с искровым зажиганием. В дизелях, имеющих более высокие моменты затяжки, для изготовления шатунных болтов применяют легированные стали 18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХНМА, имеющие пределы текучести в 2,3…3,0 раза большие, чем у углеродистых сталей. Однако легированные стали отличаются повышенной чувствительностью к концентрациям напряжений. Их усталостная прочность незначительно отличается от усталостной прочности углеродистых сталей, что позволяет использовать последние в резьбовых соединениях, не требующих большой предварительной затяжки.

Метод изготовления – штамповка на холодно-высадочных автоматах с последующей накаткой резьбы и термической обработкой (закалка и высокий отпуск).

Повышение надёжности шатунных болтов достигается:

 контролируемой затяжкой;  созданием плавных переходов от резьбовой части к стержню;  центровкой болта и жесткими допусками биения торца, гайки и головки;  применением более мелкой резьбы, что увеличивает ее усталостную прочность;

 обкаткой резьбы роликами после ее нарезки, что вдвое увеличит усталостную прочность.

Для предотвращения проворачивания болтов их головки выполняют несимметричной формы с вертикальным срезом, а в теле шатуна фрезеруют площадки или углубления с вертикальным уступом. Гайки болтов – самоконтрящиеся (как правило, обжатые по граням).

Нарушение работоспособности болтов (помимо действия основной нагрузки) вызывается:

 недостаточной силой затяжки болтов, что приводит к раскрытию стыка и образованием на его поверхности наклёпа;

 монтажной перетяжкой болтов, приводящей к текучести материала и дальнейшим ослаблением затяжки;

 недостаточной жёсткостью КГШ и непараллельностью опорных поверхностей бота и гайки, что приводит к напряжениям изгиба.