Шатун образует важное звено между поршнем и коленчатым валом, преобразуя поступательное движение первого во вращательное движение последнего.
В двигателе шатун подвергается воздействию значительных переменных
нагрузок, изменяющихся от растяжения к сжатию. Поэтому он должен быть
прочным, жестким и легким. Шатуны изготавливаются из стали литьем или
горячей штамповкой. На спортивных автомобилях могут устанавливаться
шатуны из титанового сплава.
Конструкция шатуна различается в зависимости от типа
двигателя и его компоновочной схемы. Длина шатуна во многом определяет
высоту двигателя. Шатун условно разделяется на три части: стержень,
поршневую и кривошипную головки.
Стержень шатуна имеет, как правило,
двутавровое сечение. Встречаются шатуны с круглым, прямоугольным,
крестообразным, Н-образным сечением стержня. Для подачи масла к
подшипнику поршневой головки в стержне шатуна выполнен канал.
Поршневая головка представляет собой
цельную проушину, в которую с натягом установлена втулка – подшипник
скольжения для вращения поршневого пальца. Втулка изготавливается
бронзовой или биметаллической (сталь со свинцом, оловом). Устройство
поршневой головки определяется размером поршневого пальца и способом его
крепления. Для снижения массы шатуна и уменьшения нагрузки на поршневой
палец на некоторых двигателях используются шатуны с трапециевидной
формой поршневой головки.
Кривошипная головка обеспечивает
соединение шатуна с коленчатым валом. На большинстве двигателей
кривошипная головка выполняется разъемной, что обусловлено технологией
сборки ДВС. Нижняя часть головки (крышка) соединяется с шатуном
с помощью болтов. Реже используется штифтовое или бандажное соединение
частей кривошипной головки. Разъем может быть прямым (перпендикулярный
оси стержня) или косым (под углом к оси стержня). Косой разъем
применяется, в основном, на V-образных двигателях и позволяет сделать
блок двигателя более компактным.
Для противодействия поперечным силам стыковые
поверхности кривошипной головки выполняются профилированными. Различают
зубчатое, замковое (прямоугольные выступы) соединение. Самым популярным в
настоящее время является соединение частей головки, полученное
способом контролированного раскалывания, т.н. сплит-разъем. Разлом обеспечивает высокую точность стыковки частей.
Толщина кривошипной головки определяет длину блока
цилиндров. Особенно это актуально для V- и W-образных двигателей. К
примеру, толщина нижней головки шатуна двигателя W12 от Audi составляет
всего 13 мм.
В кривошипной головке размещается шатунный подшипник,
состоящий из двух вкладышей. Вкладыши изготавливаются многослойными –
двух-, трех-, четырех- и даже пятислойными. Самые ходовые двух- и
трехслойные вкладыши. Двухслойный вкладыш представляет собой стальную
основу, на которую нанесено антифрикционное покрытие. В трехслойном
вкладыше стальную основу и антифрикционный слой разделяет изоляционная
прокладка.
