16Мар

Из каких деталей состоит кривошипно шатунный механизм: Кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство КШМ

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и наоборот.

Устройство КШМ

 

Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.

Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

 

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

 

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

 

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

 

Блок и головка блока цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

     

    РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

     

    Из каких деталей состоит кривошипно шатунный механизм

    Основной задачей двигателей внутреннего сгорания, использующиеся на всевозможной технике, является преобразование энергии, которая выделяется при сжигании определенных веществ, в случае с ДВС – это топливо на основе нефтепродуктов или спиртов и воздуха, необходимого для горения.

    Преобразование энергии производится в механическое действие – вращение вала. Далее уже это вращение передается дальше, для выполнения полезного действия.

    Однако реализация всего этого процесса не такая уж и простая. Нужно организовать правильно преобразование выделяемой энергии, обеспечить подачу топлива в камеры, где производиться сжигание топливной смеси для выделения энергии, отвод продуктов горения. И это не считая того, что тепло, выделяемое при сгорании нужно куда-то отводить, нужно убрать трение между подвижными элементами. В общем, процесс преобразования энергии сложен.

    Поэтому ДВС – устройство довольно сложное, состоящее из значительного количества механизмов, выполняющих определенные функции. Что же касается преобразования энергии, то выполняет его механизм, называющийся кривошипно-шатунным. В целом, все остальные составные части силовой установки лишь обеспечивают условия для преобразования и обеспечивают максимально возможный выход КПД.

    Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

    Основная же задача лежит на этом механизме, ведь он преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала, того вала, от движения которого и производится полезное действие.

    Чтобы было более понятно, в двигателе есть цилиндро-поршневая группа, состоящая из гильз и поршней. Сверху гильза закрыта головкой, а внутри ее помещен поршень. Закрытая полость гильзы и является пространством, где производится сгорание топливной смеси.

    При сгорании объем горючей смеси значительно возрастает, а поскольку стенки гильзы и головка являются неподвижными, то увеличение объема воздействует на единственный подвижный элемент этой схемы – поршень. То есть поршень воспринимает на себя давление газов, выделенных при сгорании, и от этого смещается вниз. Это и является первой ступенью преобразования – сгорание привело к движению поршня, то есть химический процесс перешел в механический.

    И вот далее уже в действие вступает кривошипно-шатунный механизм. Поршень связан с кривошипом вала посредством шатуна. Данное соединение является жестким, но подвижным. Сам поршень закреплен на шатуне посредством пальца, что позволяет легко шатуну менять положение относительно поршня.

    Шатун же своей нижней частью охватывает шейку кривошипа, которая имеет цилиндрическую форму. Это позволяет менять угол между поршнем и шатуном, а также шатуном и кривошипом вала, но при этом смещаться шатун вбок не может. Относительно поршня он только меняет угол, а на шейке кривошипа он вращается.

    Поскольку соединение жесткое, то расстояние между шейкой кривошипа и самим поршнем не изменяется. Но кривошип имеет П-образную форму, поэтому относительно оси коленвала, на которой размещен этот кривошип, расстояние между поршнем и самим валом меняется.

    За счет применения кривошипов и удалось организовать преобразование перемещения поршня во вращение вала.

    Но это схема взаимодействия только цилиндро-поршневой группы с кривошипно-шатунным механизмом.

    На деле же все значительно сложнее, ведь имеются взаимодействия между элементами этих составляющих, причем механические, а это значит, что в местах контакта этих элементов будет возникать трение, которое нужно по максимуму снизить. Также следует учитывать, что один кривошип неспособен взаимодействовать с большим количеством шатунов, а ведь двигатели создаются и с большим количеством цилиндров – до 16. При этом нужно же и обеспечить передачу вращательного движения дальше. Поэтому рассмотрим, из чего состоит цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

    Начнем с ЦПГ. Основными в ней являются гильзы и поршни. Сюда же входят и кольца с пальцами.

    Гильза

    Гильзы существуют двух типов – сделанные непосредственно в блоке и являющиеся их частью, и съемные. Что касается выполненных в блоке, то представляют они собой цилиндрические углубления в нем нужной высоты и диаметра.

    Съемные же имеют тоже цилиндрическую форму, но с торцов они открыты. Зачастую для надежной посадки в свое посадочное место в блоке, в верхней части ее имеется небольшой отлив, обеспечивающий это. В нижней же части для плотности используются резиновые кольца, установленные в проточные канавки на гильзе.

    Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом, потому что она имеет высокую степень обработки, чтобы обеспечить минимально возможное трение между поршнем и зеркалом.

    В двухтактных двигателях в гильзе проделываются на определенном уровне несколько отверстий, которые называются окнами. В классической схеме ДВС используется три окна – для впуска, выпуска и перепуска топливной смеси и отработанных продуктов. В оппозитных же установках типа ОРОС, которые тоже являются двухтактными, надобности в перепускном окне нет.

    Поршень

    Поршень принимает на себя энергию, выделяемую при сгорании, и за счет своего перемещения преобразовывает ее в механическое действие. Состоит он из днища, юбки и бобышек для установки пальца.

    Именно днищем поршень и воспринимает энергию. Поверхность днища в бензиновых моторах изначально была ровной, позже на ней стали делать углубления для клапанов, предотвращающих столкновение последних с поршнями.

    В дизельных же моторах, где смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре, и составляющие смеси туда подаются по отдельности, в днищах поршня выполнена камера сгорания – углубления особой формы, обеспечивающие более лучшее смешивание компонентов смеси.

    В инжекторных бензиновых двигателях тоже стали применять камеры сгорания, поскольку в них тоже составные части смеси подаются по отдельности.

    Юбка является лишь его направляющей в гильзе. При этом нижняя часть ее имеет особую форму, чтобы исключить возможность соприкосновения юбки с шатуном.

    Чтобы исключить просачивание продуктов горения в подпоршневое пространство используются поршневые кольца. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные.

    В задачу компрессионных входит исключение появления зазора между поршнем и зеркалом, тем самым сохраняется давление в надпоршневом пространстве, которое тоже участвует в процессе.

    Если бы компрессионных колец не было, трение между разными металлами, из которых изготавливаются поршень и гильза было бы очень высоким, при этом износ поршня происходил бы очень быстро.

    В двухтактных двигателях маслосъемные кольца не применяются, поскольку смазка зеркала производиться маслом, которое добавляется в топливо.

    В четырехтактных смазка производится отдельной системой, поэтому чтобы исключить перерасход масла используются маслосъемные кольца, снимающие излишки его с зеркала, и сбрасывая в поддон. Все кольца размещаются в канавках, проделанных в поршне.

    Бобышки – отверстия в поршне, куда вставляется палец. Имеют отливы с внутренней части поршня для увеличения жесткости конструкции.

    Палец представляет собой трубку значительной толщины с высокоточной обработкой внешней поверхности. Часто, чтобы палец не вышел за пределы поршня во время работы и не повредил зеркало гильзы, он стопориться кольцами, размещающимися в канавках, проделанных в бобышках.

    Это конструкция ЦПГ. Теперь рассмотрим устройство кривошипно-шатунного механизма.

    Шатун

    Итак, состоит он из шатуна, коленчатого вала, посадочных мест этого вала в блоке и крышек крепления, вкладышей, втулки, полуколец.

    Шатун – это стержень с отверстием в верхней части под поршневой палец. Нижняя часть его сделана в виде полукольца, которым он садится на шейку кривошипа, вокруг шейки он фиксируется крышкой, внутренняя поверхность ее тоже выполнена в виде полукольца, вместе с шатуном они и формируют жесткое, но подвижное соединение с шейкой – шатун может вращаться вокруг ее. Соединяется шатун со своей крышкой посредством болтовых соединений.

    Чтобы снизить трение между пальцем и отверстием шатуна применяется медная или латунная втулка.

    По всей длине внутри шатун имеет отверстие, через которое масло подается для смазки соединения шатуна и пальца.

    Коленчатый вал

    Перейдем к коленчатому валу. Он имеет достаточно сложную форму. Осью его выступают коренные шейки, посредством которых он соединен с блоком цилиндров. Для обеспечения жесткого соединения, но опять же подвижного, в блоке посадочные места вала выполнены в виде полуколец, второй частью этих полуколец выступают крышки, которыми вал поджимается к блоку. Крышки к с блоком соединены болтами.

    Коленвал 4-х цилиндрового двигателя

    Коренные шейки вала соединены с щеками, которые являются одной из составных частей кривошипа. В верхней части этих щек располагается шатунная шейка.

    Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров, а также их компоновки. В рядных и V-образных двигателях на вал передаются очень большие нагрузки, поэтому должно быть обеспечено крепление вала к блоку, способное правильно распределять эту нагрузку.

    Для этого на один кривошип вала должно приходиться две коренные шейки. Но поскольку кривошип размещен между двух шеек, то одна из них будет играть роль опорной и для другого кривошипа. Из этого следует, что у рядного 4-цилиндрового двигателя на валу имеется 4 кривошипа и 5 коренных шеек.

    У V-образных двигателей ситуация несколько иная. В них цилиндры расположены в два ряда под определенным углом. Поэтому один кривошип взаимодействует с двумя шатунами. Поэтому у 8-цилиндрового двигателя используется только 4 кривошипа, и опять же 5 коренных шеек.

    Уменьшение трения между шатунами и шейками, а также блоком с коренными шейками достигается благодаря использованию вкладышей – подшипников трения, которые помещаются между шейкой и шатуном или блоком с крышкой.

    Смазка шеек вала производится под давлением. Для подачи масла применяются каналы, проделанные в шатунных и коренных шейках, их крышках, а также вкладышах.

    В процессе работы возникают силы, которые пытаются сместить коленчатый вал в продольном направлении. Чтобы исключить это используются опорные полукольца.

    В дизельных двигателях для компенсации нагрузок используются противовесы, которые прикрепляются к щекам кривошипов.

    Маховик

    С одной из сторон вала сделан фланец, к которому прикрепляется маховик, выполняющий несколько функций одновременно. Именно от маховика передается вращение. Он имеет значительный вес и габариты, что облегчает вращение коленчатому валу после того, как маховик раскрутится. Чтобы запустить двигатель нужно создать значительное усилие, поэтому по окружности на маховик нанесены зубья, которые называются венцом маховика. Посредством этого венца стартер раскручивает коленчатый вал при запуске силовой установки. Именно к маховику присоединяются механизмы, которые и используют вращение вала на выполнение полезного действия. У автомобиля это трансмиссия, обеспечивающая передачу вращения на колёса.

    Чтобы исключить осевые биения, коленчатый вал и маховик должны быть хорошо отбалансированы.

    Другой конец коленчатого вала, противоположный фланцу маховика используется зачастую для привода остальных механизмом и систем мотора: к примеру, там может размещаться шестерня привода масляного насоса, посадочное место для приводного шкива.

    Это основная схема коленчатого вала. Особо нового пока ничего не придумано. Все новые разработки направлены пока только на снижение потерь мощности в результате трения между элементами ЦПГ и КШМ.

    Также стараются снизить нагрузку на коленчатый вал путем изменения углов положения кривошипов относительно друг друга, но особо значительных результатов пока нет.

    Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

    Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:

    • неподвижные — картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока и поддон. Обычно блок цилиндров отливают вместе с верхней половиной картера, поэтому иногда его называют блок-картером.
    • подвижные детали КШМ — поршни, поршневые кольца и пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.

    Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники.

    Блок-картер

    Блок-картер — основной элемент остова двигателя. Он подвергается значительным силовым и тепловым воздействиям и должен обладать высокой прочностью и жесткостью. В блок-картере устанавливают цилиндры, опоры коленчатого вала, некоторые устройства механизма газораспределения, различные узлы смазочной системы с ее сложной сетью каналов и другое вспомогательное оборудование. Блок-картер изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава литьем.

    Цилиндр

    Цилиндры представляют собой направляющие элементы ⭐ кривошипно-шатунного механизма. Внутри их перемещаются поршни. Длина образующей цилиндра определяется ходом поршня и его размерами. Цилиндры работают в условиях резко изменяющегося давления в надпоршневой полости. Их стенки соприкасаются с пламенем и горячими газами, имеющими температуру до 1500… 2 500 °С.

    Цилиндры должны быть прочными, жесткими, термо- и износостойкими при ограниченном количестве смазки. Кроме того, материал цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках. Обычно цилиндры изготавливают из специального легированного чугуна, но могут применяться также алюминиевые сплавы и сталь. Внутреннюю рабочую поверхность цилиндра, называемую его зеркалом, тщательно обрабатывают и покрывают хромом для уменьшения трения, повышения износостойкости и долговечности.

    В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры могут быть отлиты вместе с блоком цилиндров или в виде отдельных гильз, устанавливаемых в отверстиях блока. Между наружными стенками цилиндров и блоком имеются полости, называемые рубашкой охлаждения. Последняя заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель. Если гильза цилиндра своей наружной поверхностью непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют мокрой. В противном случае она называется сухой. Применение сменных мокрых гильз облегчает ремонт двигателя. При установке в блок мокрые гильзы надежно уплотняются.

    Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально. Для улучшения теплоотвода их наружные поверхности снабжают кольцевыми ребрами. У большинства двигателей воздушного охлаждения цилиндры вместе с их головками крепят общими болтами или шпильками к верхней части картера.

    В V-образном двигателе цилиндры одного ряда могут быть несколько смещены относительно цилиндров другого ряда. Это связано с тем, что на каждом кривошипе коленчатого вала крепятся два шатуна, один из которых предназначен для поршня правой, а другой — для поршня левой половины блока.

    Блок цилиндров

    На тщательно обработанную верхнюю плоскость блока цилиндров устанавливают головку блока, которая закрывает цилиндры сверху. В головке над цилиндрами выполнены углубления, образующие камеры сгорания. У двигателей жидкостного охлаждения в теле головки блока предусмотрена рубашка охлаждения, сообщающаяся с рубашкой охлаждения блока цилиндров. При верхнем расположении клапанов в головке имеются гнезда для них, впускные и выпускные каналы, отверстия с резьбой для установки свечей зажигания (у бензиновых двигателей) или форсунок (у дизелей), магистрали смазочной системы, крепежные и другие вспомогательные отверстия. Материалом для головки блока обычно служит алюминиевый сплав или чугун.

    Плотное соединение блока цилиндров и головки блока обеспечивается с помощью болтов или шпилек с гайками. Для герметизации стыка с целью предотвращения утечки газов из цилиндров и охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока устанавливается прокладка. Она обычно изготавливается из асбестового картона и облицовывается тонким стальным или медным листом. Иногда прокладку с обеих сторон натирают графитом для защиты от пригорания.

    Нижняя часть картера, предохраняющая детали кривошипно-шатунного и других механизмов двигателя от загрязнения, обычно называется поддоном. В двигателях сравнительно малой мощности поддон служит также резервуаром для моторного масла. Поддон чаще всего выполняется литым или изготавливается из стального листа штамповкой. Для устранения подтекания масла между блок-картером и поддоном устанавливается прокладка (на двигателях небольшой мощности для уплотнения этого стыка часто используется герметик — «жидкая прокладка»).

    Остов двигателя

    Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций.

    Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.

    Поршень

    Поршень представляет собой металлический стакан сложной формы, устанавливаемый в цилиндре днищем вверх. Он состоит из двух основных частей. Верхняя утолщенная часть называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Головка поршня содержит днище 4 (рис. а) и стенки 2. В стенках проточены канавки 5 для компрессионных колец. Нижние канавки имеют дренажные отверстия 6 для отвода масла. Для увеличения прочности и жесткости головки ее стенки снабжены массивными ребрами 3, связывающими стенки и днище с бобышками, в которых устанавливается поршневой палец. Иногда оребряют также внутреннюю поверхность днища.

    Юбка имеет более тонкие стенки, чем у головки. В ее средней части расположены бобышки с отверстиями.

    Рис. Конструкции поршней с различной формой днища (а—з) и их элементов:
    1 — бобышка; 2 — стенка поршня; 3 — ребро; 4 — днище поршня; 5 — канавки для компрессионных колец; 6 — дренажное отверстие для отвода масла

    Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).

    При работе двигателя поршни нагреваются сильнее, чем цилиндры, охлаждаемые жидкостью или воздухом, поэтому расширение поршней (особенно алюминиевых) больше. Несмотря на наличие зазора между цилиндром и поршнем, может произойти заклинивание последнего. Для предотвращения заклинивания юбке придают овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца), увеличивают диаметр юбки по сравнению с диаметром головки, разрезают юбку (чаще всего выполняют Т- или П-образный разрез), заливают в поршень компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна, или принудительно охлаждают внутренние поверхности поршня струями моторного масла под давлением.

    Поршень, подвергающийся воздействию значительных силовых и тепловых нагрузок, должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью и износостойкостью. В целях уменьшения инерционных сил и моментов у него должна быть малая масса. Это учитывается при выборе конструкции и материала для поршня. Чаще всего материалом служит алюминиевый сплав или чугун. Иногда применяют сталь и магниевые сплавы. Перспективными материалами для поршней или их отдельных частей являются керамика и спеченные материалы, обладающие достаточной прочностью, высокой износостойкостью, низкой теплопроводностью, малой плотностью и небольшим коэффициентом теплового расширения.

    Поршневые кольца

    Поршневые кольца обеспечивают плотное подвижное соединение поршня с цилиндром. Они предотвращают прорыв газов из надпоршневой полости в картер и попадание масла в камеру сгорания. Различают компрессионные и маслосъемные кольца.

    Компрессионные кольца (два или три) устанавливают в верхние канавки поршня. Они имеют разрез, называемый замком, и поэтому могут пружинить. В свободном состоянии диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра цилиндра. При введении в цилиндр такого кольца в сжатом состоянии оно создает плотное соединение. Для того чтобы обеспечить возможность расширения установленного в цилиндре кольца при нагревании, в замке должен быть зазор 0,2…0,4 мм. С целью обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам часто применяют кольца с конусной наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца с фаской на кромке с внутренней или наружной стороны. Благодаря наличию фаски такие кольца при установке в цилиндр перекашиваются в сечении, плотно прилегая к стенкам канавок на поршне.

    Маслосъемные кольца (одно или два) удаляют масло со стенок цилиндра, не позволяя ему попадать в камеру сгорания. Они располагаются на поршне под компрессионными кольцами. Обычно маслосъемные кольца имеют кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности и радиальные сквозные прорези для отвода масла, которое по ним проходит к дренажным отверстиям в поршне (см. рис. а). Кроме маслосъемных колец с прорезями для отвода масла используются составные кольца с осевыми и радиальными расширителями.

    Для предотвращения утечки газов из камеры сгорания в картер через замки поршневых колец необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец не располагались на одной прямой.

    Поршневые кольца работают в сложных условиях. Они подвергаются воздействию высоких температур, а смазывание их наружных поверхностей, перемещающихся с большой скоростью по зеркалу цилиндра, недостаточно. Поэтому к материалу для поршневых колец предъявляются высокие требования. Чаще всего для их изготовления применяют высокосортный легированный чугун. Верхние компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают с наружной стороны пористым хромом. Составные маслосъемные кольца изготавливают из легированной стали.

    Поршневой палец

    Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он представляет собой трубку, проходящую через верхнюю головку шатуна и установленную концами в бобышки поршня. Крепление поршневого пальца в бобышках осуществляется двумя стопорными пружинными кольцами, расположенными в специальных канавках бобышек. Такое крепление позволяет пальцу (в этом случае он называется плавающим) проворачиваться. Вся его поверхность становится рабочей, и он меньше изнашивается. Ось пальца в бобышках поршня может быть смещена относительно оси цилиндра на 1,5…2,0 мм в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.

    Поршневые пальцы изготавливают из высококачественной стали. Для обеспечения высокой износоустойчивости их наружную цилиндрическую поверхность подвергают закалке или цементации, а затем шлифуют и полируют.

    Поршневая группа состоит из довольно большого числа деталей (поршень, кольца, палец), масса которых по технологическим причинам может колебаться; в некоторых пределах. Если различие в массе поршневых групп в разных цилиндрах будет значительным, то при работе двигателя возникнут дополнительные инерционные нагрузки. Поэтому поршневые группы для одного двигателя подбирают так, чтобы они несущественно отличались по массе (для тяжелых двигателей не более чем на 10 г).

    Шатунная группа кривошипно-шатунного механизма состоит из:

    • шатуна
    • верхней и нижней головок шатуна
    • подшипников
    • шатунных болтов с гайками и элементами их фиксации

    Шатун

    Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и, преобразуя возвратно-поступательное движение поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала, совершает сложное движение, подвергаясь при этом действию знакопеременных ударных нагрузок. Шатун состоит из трех конструктивных элементов: стержня 2, верхней (поршневой) головки 1 и нижней (кривошипной) головки 3. Стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. В верхнюю головку для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку 6 с отверстием для подвода масла к трущимся поверхностям. Нижнюю головку шатуна для обеспечения возможности сборки с коленчатым валом выполняют разъемной. У бензиновых двигателей разъем головки обычно расположен под углом 90° к оси шатуна. У дизелей нижняя головка шатуна 7, как правило, имеет косой разъем. Крышка 4 нижней головки крепится к шатуну двумя шатунными болтами, точно подогнанными к отверстиям в шатуне и крышке для обеспечения высокой точности сборки. Чтобы крепление не ослабло, гайки болтов стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Отверстие в нижней головке растачивают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемыми.

    Рис. Детали шатунной группы:
    1 — верхняя головка шатуна; 2 — стержень; 3 — нижняя головка шатуна; 4 — крышка нижней головки; 5 — вкладыши; 6 — втулка; 7 — шатун дизеля; S — основной шатун сочлененного шатунного узла

    Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом и облегчения ремонта двигателя в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, который выполнен в виде двух тонкостенных стальных вкладышей 5, залитых антифрикционным сплавом. Внутренняя поверхность вкладышей точно подогнана к шейкам коленчатого вала. Для фиксации вкладышей относительно головки они имеют отогнутые усики, входящие в соответствующие пазы головки. Подвод масла к трущимся поверхностям обеспечивают кольцевые проточки и отверстия во вкладышах.

    Для обеспечения хорошей уравновешенности деталей кривошипно-шатунного механизма шатунные группы одного двигателя (как и поршневые) должны иметь одинаковую массу с соответствующим ее распределением между верхней и нижней головками шатуна.

    В V-образных двигателях иногда используются сочлененные шатунные узлы, состоящие из спаренных шатунов. Основной шатун 8, имеющий обычную конструкцию, соединен с поршнем одного ряда. Вспомогательный прицепной шатун, соединенный верхней головкой с поршнем другого ряда, нижней головкой шарнирно крепится с помощью пальца к нижней головке основного шатуна.

    Коленчатый вал

    Коленчатый вал, соединенный с поршнем посредством шатуна, воспринимает действующие на поршень силы. На нем возникает вращающий момент, который затем передается на трансмиссию, а также используется для приведения в действие других механизмов и агрегатов. Под влиянием резко изменяющихся по величине и направлению сил инерции и давления газов коленчатый вал вращается неравномерно, испытывая крутильные колебания, подвергаясь скручиванию, изгибу, сжатию и растяжению, а также воспринимая тепловые нагрузки. Поэтому он должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.

    Конструкции коленчатых валов отличаются сложностью. Их форма определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы двигателя и числом коренных опор. Основными частями коленчатого вала являются коренные шейки 3, шатунные шейки 2, щеки 4, противовесы 5, передний конец (носок 1) и задний конец (хвостовик 6) с фланцем.

    К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя. Соединяются коренные и шатунные шейки при помощи щек. Плавный переход от шеек к щекам, называемый галтелью, позволяет избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Противовесы предназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах вала во время его вращения. Их, как правило, изготавливают как единое целое со щеками.

    Для обеспечения нормальной работы двигателя к рабочим поверхностям коренных и шатунных шеек необходимо подавать моторное масло под давлением. Масло поступает из отверстий в картере к коренным подшипникам. Затем оно через специальные каналы в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Для дополнительной центробежной очистки масла в шатунных шейках имеются грязеуловительные полости, закрытые заглушками.

    Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литья из среднеуглеродистых и легированных сталей (может применяться также чугун высококачественных марок). После механической и термической обработки коренные и шатунные шейки подвергают поверхностной закалке (для повышения износостойкости), а затем шлифуют и полируют. После обработки вал балансируют, т. е. добиваются такого распределения его массы относительно оси вращения, при котором вал находится в состоянии безразличного равновесия.

    В коренных подшипниках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для восприятия осевых нагрузок и предотвращения осевого смещения коленчатого вала один из его коренных подшипников (обычно передний) делают упорным.

    Маховик

    Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала. Он представляет собой тщательно сбалансированный чугунный диск определенной массы. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя и кратковременных перегрузок, например, при трогании ТС с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Поверхность маховика, которая соприкасается с ведомым диском сцепления, шлифуют и полируют.

    Рис. Коленчатый вал:
    1 — носок; 2 — шатунная шейка; 3 — коренная шейка; 4 — щека; 5 — противовес; 6 — хвостовик с фланцем

    Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

    • Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
    • Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

    Содержание

    Принцип действия [ править | править код ]

    Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

    • шатунных шеек
    • коренных шеек
    • противовеса

    Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразуется в поступательное движение поршня.

    Типы и виды КШМ [ править | править код ]

    • Центральный КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
    • Смещенный КШМ, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
    • V-образный КШМ (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.

    По соотношению хода и диаметра поршня различают:

    В автомобильных высокооборотистых ДВС преобладает короткоходная схема.

    По наличию бокового усилия на гильзе КШМ бывает:

    История [ править | править код ]

    В природе [ править | править код ]

    Задние конечности кузнечиков представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.
    Бедро и голень человека и роботов-андроидов тоже представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.

    В Римской империи [ править | править код ]

    Самые ранние свидетельства появления на машине рукоятки в сочетании с шатуном относятся к пилораме из Иераполиса, 3-й век нашей эры, римский период, а также византийским каменным пилорамам в Герасе, Сирии и Эфесе, Малая Азия (6-й век нашей эры). [4] Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип. [5]

    Уравнения движения поршня (для центрального КШМ) [ править | править код ]

    Определения [ править | править код ]

    l — длина шатуна (расстояние между шатуннопоршневой осью и кривошипношатунной осью)
    r — радиус кривошипа (расстояние между кривошипношатунной осью и центром кривошипа, то есть половина хода поршня
    A — угол поворота кривошипа (от «верхней мёртвой точки» до «нижней мёртвой точки»)
    x — положение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
    v — скорость шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
    a — ускорение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
    ω — угловая скорость кривошипа в радианах в секунду (рад/сек)

    Угловая скорость [ править | править код ]

    Угловая скорость кривошипа в оборотах в минуту (RPM):

    ω = 2 π ⋅ R P M 60 <displaystyle omega =<frac <2pi cdot mathrm ><60>>>

    Отношения в треугольнике [ править | править код ]

    Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.<3>>>end2>>>

    Пример графиков движения поршня [ править | править код ]

    График показывает x, x’, x" по отношению к углу поворота кривошипа для различных радиусов кривошипа, где L — длина шатуна (l) и R — радиус кривошипа (r):

    Анимация движения поршня с шатуном одинаковой длины и с кривошипом переменного радиуса на графике выше:

    Применение [ править | править код ]

    Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах, в приводе задвижек некоторых квартирных и сейфовых дверей. Также кривошипно-шатунный механизм применялся в брусовых косилках.

    Кривошипно-шатунный механизм, назначение и детали и узлы КШМ

    Кривошипно-шатунный механизм

    Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление расширяющихся газов при такте сгорание — расширение и преобразовывает прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

    Кривошипно-шатунный механизм состоит из:

    • блока цилиндров с картером;

    • головки цилиндров;

    • поршней с кольцами;

    • поршневых пальцев;

    • шатунов;

    • коленчатого вала;

    • маховика;

    • поддона картера.

    Блок цилиндров отливают заодно с картером. И он является базисной деталью двигателя, к которой крепятся кривошипно-шатунный, газораспределительный механизмы и все навесные приборы и агрегаты двигателя (рис. 4).

    Рис. 4. Головка и блок цилиндров двигателя

    Изготовляют его из серого чугуна, реже из алюминиевого сплава силумина. В отливке блок-картера выполнены полости для смывания охлаждающей жидкостью стенок гильз цилиндров. Сами же гильзы могут быть вставными, изготовленными из жаростойкой стали или же отлитыми заодно с чугунным блок-картером. Блоки из алюминиевых сплавов изготовляются только со вставными гильзами. Внутренняя поверхность гильз служит направляющей для перемещения поршня, она тщательно шлифуется и называется зеркалом. Уплотнение гильз осуществляется с помощью колец из специальной резины или меди. Вверху уплотнение гильз достигается за счет прокладки головки цилиндров. Увеличение срока службы гильз цилиндров достигается в результате запрессовки в верхнюю их часть, как работающую в наиболее тяжелых условиях (высокая температура и агрессивная газовая среда), коротких тонкостенных вставок из кислотоупорного чугуна. Этим достигается снижение износа верхней части гильзы в четыре раза.

    Снизу картер двигателя закрыт поддоном, выштампованным из листовой стали, уплотненным прокладкой из картона или пробковой крошки. Поддон используется в качестве резервуара для моторного масла и служит защитой картера от попадания грязи и пыли.

    Головка цилиндров закрывает цилиндры сверху. На ней размещены детали газораспределительного механизма, камеры сгорания, выполнены отверстия под свечи или форсунки, запрессованы направляющие втулки и седла клапанов. Для охлаждения камер сгорания в головке вокруг них выполнена специальная полость.

    Для создания герметичности плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотнена стальными или сталеасбестовыми прокладками, а крепление осуществляется шпильками с гайками.

    Головки отлиты из алюминиевого сплава (AЛ-4) или чугуна. Сверху они накрыты клапанной крышкой из штампованной стали или алюминиевого сплава, уплотненной пробковой или маслобензостойкой резиновой прокладкой.

    Двигатели с однорядным расположением цилиндров имеют одну головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением имеют отдельные головки на каждый ряд цилиндров, либо на группу из нескольких цилиндров, либо отдельную головку на каждый цилиндр.

    Поршень воспринимает давление расширяющихся газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал двигателя. Представляет собой перевернутый днищем вверх цилиндрический стакан, отлитый из высококремнистого алюминиевого сплава.

    Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбку) части (рис. 5). Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня, в которой проточены канавки для поршневых колец. Днище поршня с головкой цилиндров формируют камеру сгорания и работают в крайне тяжелых температурных условиях из-за недостаточного охлаждения. Для некоторых моделей двигателей поршни изготовляют со вставкой из специального жаропрочного чугуна для верхнего компрессионного кольца и выполняют в днище поршня тороидальные камеры сгорания с выемками для предотвращения касания днища поршня с клапанами. Ниже головки выполнена юбка, направляющая движение поршня. В юбке поршня имеются бобышки с отверстиями под поршневой палец.

    Конструкция поршня должна исключать его заклинивание при тепловом расширении работающего двигателя. С этой целью головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку, которую изготовляют овальной формы с большой осью, перпендикулярной оси поршневого кольца. В некоторых поршнях юбка имеет разрез, предотвращающий заклинивание поршня при работе прогретого двигателя. На юбку поршня может наноситься коллоидно-графитовое покрытие для предохранения от задиров зеркала цилиндра и улучшения приработки.

    Поршневые кольца устанавливаются двух типов: компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца служат для уплотнения поршня в гильзе цилиндра и предот вращения прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя. Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зеркала цилиндра и не допускают его попадания в камеру сгорания.

    Поршневые кольца изготовляются из белого чугуна, а маслосъемные могут быть выполнены из стали. Для повышения износостойкости верхнее компрессионное кольцо подвергается пористому хромированию, а остальные для ускорения приработки покрыты слоем олова или молибдена.

    Кольца имеют разрез (замок) для установки на поршень. Количество компрессионных колец, устанавливаемых на поршнях, может быть неодинаково для различных моделей двигателей, обычно два или три кольца. Маслосъемные кольца устанавливаются по одному на поршень. Они состоят из четырех элементов: из двух стальных разрезных колец, одного стального гофрированного осевого и одного радиального расширителей (рис. 5).

    Поршневые кольца могут иметь различную геометрическую форму. Компрессионные кольца могут быть прямоугольного сечения, иметь коническую форму и выточку на верхней внутренней кромке кольца. Маслосъемные кольца также имеют различную форму: коническую, скребковую и пластинчатую с расширителями. Кроме того, маслосъемные кольца имеют сквозные прорези для прохода масла через канавку внутрь поршня. Канавка поршня для маслосъемного кольца имеет один или два ряда отверстий для отвода масла.

    Рис. 5. Детали поршневой группы двигателя

    Поршневой палец плавающего типа обеспечивает шарнирное соединение поршня с шатуном и удерживается от осевого смещения в бобышках поршня стопорными кольцами. Палец имеет форму пустотелого цилиндра, изготовлен из хромоникелевой стали. Поверхность его упрочнена цементацией и закалена токами высокой частоты.

    Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом двигателя и для передачи при рабочем ходе давления расширяющихся газов от поршня к коленчатому валу. Во время вспомогательных тактов от коленчатого вала через шатун приводится в действие поршень.

    Шатун (рис. 6) состоит из верхней неразъемной головки с запрессованной втулкой из оловянистой бронзы и разъемной нижней головки, в которую вставлены тонкостенные стальные вкладыши, залитые слоем антифрикционного сплава. Головки шатуна соединяются стержнем двутаврового сечения. Нижняя разъемная головка шатуна с помощью крышки закрепляется на шатунной шейке коленчатого вала. Шатун и его крышки изготовлены из легированной или углеродистой стали.

    Крышка обрабатывается в сборе с шатуном. Номер на шатуне и метка на его крышке всегда должны быть обращены в одну сторону. При сборке V-образных двигателей необходимо помнить, что шатуны правого ряда цилиндров обращены номерами назад по ходу автомобиля, а левого ряда — вперед и совпадают с надписью на поршне

    «Вперед».

    Нижняя головка шатуна и крышка соединяются болтами и шпильками со специальными стопорными шайбами. Гайки имеют резьбу несколько отличную от резьбы шпилек и болтов, что обеспечивает самостопорение резьбового соединения. Вкладыши нижней головки шатуна выполнены из стальной или сталеалюминиевой ленты, покрытой антифрикционным слоем. В качестве покрытия используют свинцовые сплавы, свинцовистую бронзу или алюминиевый сплав АМО-1-20. От проворачивания в нижней головке шатуна вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые фиксируются в канавках, выфрезерованных в шатуне и его крышке. Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые шатунами от поршней, и преобразует их в крутящий момент, который через маховик передается агрегатам трансмиссии автомобиля.

    Рис. 6. Шатун

    Коленчатый вал (рис. 7) состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками с противовесами, фланца для крепления маховика. На переднем кольце коленчатого вала (носок) имеются шпоночные пазы для закрепления распределительной шестерни и шкива привода вентилятора, а также отверстие для установки храповика пусковой рукоятки. Шатунная шейка со щеками образует кривошип (или колено) вала. Расположение кривошипов обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов поршня в различных цилиндрах.

    Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из высокопрочного магниевого чугуна. Шейки выполняются полыми для уменьшения центробежных сил и используются как грязеуловители для моторного масла. Шейки коленчатого вала шлифуют и полируют, поверхность закаливается токами высокой частоты. Щеки вала имеют сверления для подвода масла к трущимся поверхностям коренных и шатунных шеек коленчатого вала.

    Коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с двух сторон коренные шейки, называются полноопорными.

    Продольное перемещение коленчатого вала при его тепловом расширении ограничивается упорными сталебаббитовыми шайбами, которые устанавливаются по обе стороны первого коренного подшипника или четырьмя сталеалюминиевыми полукольцами, установленными в вытачке задней коренной опоры вала.

    Рис. 7. Коленчатый вал\

    Для предотвращения утечки масла на концах коленчатого вала устанавливаются маслоотражатели и сальники. Предусматриваются также маслосгонные спиральные канавки и маслоотражательный буртик.

    Вкладыши коренных подшипников имеют такую же конструкцию, как и вкладыши шатунных подшипников. У двигателей с блоками, выполненными из алюминиевых сплавов, крышки коренных подшипников выполняют из чугуна для предотвращения заклинивания коленчатого вала при низких температурах.

    Крышки коренных подшипников растачивают совместно с блоком цилиндров и при сборке двигателя их устанавливают только на свои места, не меняя положения.

    Маховик служит для уменьшения неравномерности работы двигателя, вывода поршней из мертвых точек, облегчения пуска двигателя и способствует плавному троганию автомобиля с места.

    Маховик представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна, на обод которого напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя. Для исключения нарушения установочной балансировки маховик крепится болтами к фланцу коленчатого вала на несимметрично расположенных

    штифтах.

    Поддон картера является резервуаром для моторного масла и предохраняет картер двигателя от попадания пыли и грязи.

    Поддон штампуют из листовой стали или отливают из алюминиевых сплавов. Для герметизации плоскости разъема между картером и поддоном устанавливают пробковые

    или маслобензостойкие прокладки. Поддон крепится болтами или шпильками.

    Крепление двигателя к раме или несущему кузову должно быть надежным и амортизировать толчки, возникающие при работе двигателя и движении автомобиля. В качестве опор применяют специальные кронштейны (лапы), под которые устанавливают одну или две резиновые подушки или пружины. Двигатели могут быть закреплены на раме в трех или четырех точках. Часто для фиксации двигателя используются тяги или скобы.

    КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

    1. Для чего служит кривошипно-шатунный механизм?

    2. Из каких основных деталей состоит кривошипно-шатунный механизм?

    3. Назвать основные детали поршневой группы и описать их устройство.

    4. Как устроены шатун и коленчатый вал ?

    5. Каким образом осуществляется крепление двигателя на автомобиле?

    Применение антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Рассмотрено применение антифрикционных покрытий MODENGY для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей: поршней и поршневых колец, шеек коленчатого вала, прокладок головки блока цилиндров.

    Содержание: Особенности работы кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей
    Потери на трение в кривошипно-шатунном механизме автомобильных двигателей
    Неисправности кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей, связанные с износом узлов трения и неисправностями системы смазки
    Применение антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей
    Опыт применения антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Особенности работы кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) преобразуют энергию сгорания топлива в механическую энергию путем совершения работы расширения газов. ДВС включает в себя ряд механизмов и систем, условия функционирования которых существенно различаются. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) непосредственно воспринимает давление образующихся при сгорании топлива газов и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
    КШМ является самым энергоемким механизмом двигателя. Он состоит из деталей, традиционно подразделяемых на две группы.
    • Подвижные детали КШМ: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками, маховик
    • Неподвижные детали КШМ: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров, картер, картер маховика и сцепления, поддон, крышка блока, прокладки крышки блока и головки блока цилиндров, полукольца коленчатого вала

    Детали КШМ подвержены действию знакопеременных нагрузок и работают в условиях реверсирования движения, повышенного нагрева и недостатка смазочного материала в зоне трения. Указанные факторы обусловливают высокий уровень механических потерь в КШМ и повышенную интенсивность изнашивания его деталей.

    Потери на трение в кривошипно-шатунном механизме автомобильных двигателей

    Особенности движения подвижных деталей КШМ для ряда его основных сопряжений определяют существование сразу нескольких режимов трения: граничного, гидродинамического и смешанного. Для сопряжений «кольцо поршня – цилиндр» и «поршень – цилиндр» доминирующим является граничный режим трения. Для подшипниковых узлов КШМ вследствие однонаправленного вращательного характера движения шеек коленчатого вала – гидродинамическое трение, отклонения от которого являются либо следствием недостатка смазочного материала (при запуске двигателя или нарушениях в работе системы смазки) либо перегрева двигателя в связи с превышением допустимых значений нагрузок.

    В общем случае механические потери на трение между поршневой группой и цилиндром составляют 45...55 %, а потери в подшипниковых узлах – до 20 % от всех механических потерь двигателя. Рост механических потерь в КШМ сопровождается снижением КПД и мощности двигателя, увеличением удельного расхода топлива, повышением теплонапряженности работы и всегда является причиной снижения долговечности соответствующих деталей и узлов.

    Поскольку в тепло превращается наибольшая часть (до 99 %) энергии трения в сопряжениях, для оценки механических потерь часто используют величину температуры трения. Поэтому для более детального исследования и оценки механических потерь в КШМ автомобильных двигателей применяется метод снятия температурных полей трения при прокрутке двигателя без сжатия, сгорания и охлаждения. По относительной величине температуры трения в этих условиях можно судить об изменении мощности трения в соответствующих сопряжениях КШМ, причем измерение температуры трения (особенно неподвижного тела) в рассматриваемом случае является наиболее простой процедурой.

    Исследования показывают, что наиболее эффективным методом снижения потерь на трение в ДВС современных автомобилей является применение антифрикционных покрытий на основе твердых смазочных материалов (дисульфид молибдена, графит и др.). Широкий ассортимент таких материалов выпускает компания "Моденжи" - под брендом MODENGY. Многие из АТСП успешно применяются автомобильными производителями в узлах трения ДВС с целью обеспечения энергосбережения силовых установок и повышения их долговечности.

    Неисправности кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей, связанные с износом узлов трения и неисправностями системы смазки

    Износ основных деталей КШМ вызывает увеличение зазоров в сопряжениях, что приводит к возникновению стуков и шумов при работе двигателя. Это позволяет диагностировать большинство неисправностей КШМ по внешним признакам или с помощью простейших приборов. Так при износе поршня и цилиндра работа двигателя (в особенности непрогретого) сопровождается звонким металлическим стуком. Увеличение зазора между поршневыми пальцами и втулкой верхней головки шатуна вызывает резкий металлический стук на всех режимах работы двигателя. Износ поршневых колец приводит к перерасходу масла, потере компрессии и снижению мощности двигателя. Большой износ вкладышей подшипников коренных и шатунных шеек коленчатого вала сопровождается резким снижением давления масла в системе смазки двигателя, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна.

    Поскольку около 70 % износа двигателя приходится на режим пуска, характеризующийся недостатком смазочного материала в сопряжениях и доминированием граничного режима трения, для повышения долговечности деталей КШМ и двигателя в целом необходимо применение антифрикционных покрытий, сохраняющих эффективность после продолжительных простоев и обеспечивающих эффективное снижение трения при запуске двигателя в холодное время года.

    При эксплуатации автомобильных двигателей нередко возникают аварийные ситуации работы цилиндропоршневой группы КШМ без наличия жидкой смазки в зоне трения. 

    Местный перегрев рабочей поверхности цилиндра вызывает разрыв масляной пленки, а неисправности системы смазки двигателя сопровождаются общим уменьшением слоя масла между рабочей поверхностью цилиндра и поршня. В этих случаях возможно заклинивание поршней в цилиндрах, причем схватывания происходят, как правило, в направляющей части поршня (юбке) и реже распространяются в область кольцевого пояса.

    Износ поршневых колец характеризуется уменьшением наружного диаметра и увеличением зазора в замке. Интенсивнее остальных изнашивается первое компрессионное кольцо, что обусловлено большей работой трения о стенку цилиндра и о стенку канавки поршня вследствие большего давления газов. Износ поршневых колец негативно сказывается на их уплотняющих и теплопередающих свойствах, что приводит к перегреву поршня и повреждению его рабочих поверхностей, снижению мощности двигателя, перерасходу топлива, появлению дыма в отработавших газах (при нормальном уровне масла в картере). Повышенный износ поршневых колец наблюдается в процессе приработки двигателя.

    Сильный износ и задиры на поверхностях коренных и шатунных шеек коленчатого вала возникают вследствие неисправностей системы смазки двигателя, недостаточного уровня или низких эксплуатационных свойств применяемого моторного масла. Задиры всегда сопровождаются увеличением зазора в подшипниках, износом рабочих поверхностей с глубокими кольцевыми рисками, местным перегревом поверхности шейки. 

    Опасность эксплуатации коленчатого вала с задирами и износом шеек связана с перегревом и возможностью изгиба коленчатого вала, нарушением соосности шеек и возникновением биения. В результате, как правило, требуется капитальный ремонт двигателя, шлифовка шеек коленчатого вала и установка утолщенных вкладышей, а в некоторых случаях – дорогостоящая замена вала.

    Небольшое давление масла в системе смазки двигателя или его абсолютное отсутствие приводит к разогреву подшипников скольжения. Разрыв масляной пленки между вкладышами и шейками коленчатого вала влечет за собой приваривание вкладыша к шейке и его проворачиванию в опорах коленчатого вала (подшипники коренных шеек) или же нижней головке шатуна (подшипники шатунных шеек) с образованием глубоких задиров и катастрофического износа отверстий.

    Прокладки головки блока цилиндров с металлическими поверхностями обладают устойчивостью при действии высоких температур и применяются для уплотнения соединений, подверженных высокому нагреву и давлению. При нагреве и охлаждении деталей КШМ в процессе работы двигателя происходят смещения блока относительно прокладки.

    Это обусловливает ее постепенный износ. Кроме того, при длительной работе может происходить прикипание прокладки к поверхности блока или головки блока цилиндров и ее тепловое разрушение, вследствие чего ухудшается герметизация соединения указанных деталей и затрудняется демонтаж прокладки при ремонте автомобильного двигателя.

    Таким образом, при повышенном износе деталей КШМ и неисправностях системы смазки эксплуатация автомобиля категорически запрещена и зачастую приводит к его заклиниванию и дорогостоящему ремонту.

    Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY обеспечивают снижение интенсивности изнашивания узлов трения КШМ и уплотнительных прокладок при работе ДВС в экстремальных температурных условиях, под высокой нагрузкой и в случае возникновения неполадок системы смазки.

    Снизить износ деталей КШМ автомобильного двигателя и повысить надежность его работы в аварийных режимах возможно путем нанесения антифрикционных покрытий на участки сопряжений подвижных деталей КШМ (направляющую часть рабочей поверхности поршней, поршневые кольца, шейки коленчатого вала) и рабочие поверхности уплотнительных элементов.

    Применение антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) представляют собой дисперсии твердых смазочных веществ с очень малым размером частиц (дисульфид молибдена, графит и др.) в неорганических или органических связующих агентах. Твердые смазочные материалы при нанесении связываются между собой и с поверхностью детали с помощью полимерной связующей матрицы и образуют после испарения растворителя сухую пленку со смазочными защитными функциями толщиной 5…20 мкм.
    Типичный состав АТСП включает в себя:
    • Твердые смазочные материалы – 30 %
    • Связующие агенты – 12 %
    • Присадки – 3 %
    • Растворители – 55 %

    Твердые смазки (пигменты) обеспечивают требуемое смазывание деталей сопряжения и выбираются в зависимости от требований к несущей способности и контактным нагрузкам в узлах. При высоких нагрузках (до 1000 Н/мм2 и более) в качестве смазочного материала применяется дисульфид молибдена MoS2 и/или графит. Связующие агенты (смолы) обеспечивают адгезию твердых смазок к поверхности металлов, обеспечивают химическую стойкость образованной антифрикционной пленки и защиту от коррозии. При  рабочих температурах сопряжения до 250 °С используются органические связующие, а при более высоких (до 600 °С) – неорганические. Присадки удаляют нежелательные, улучшают существующие либо придают покрытию новые свойства. Растворители (органические либо водные) удерживают АТСП в жидкой форме до нанесения на материал, регулируют вязкость в процессе нанесения и непосредственно процесс создания антифрикционной пленки, а также улучшают смачиваемость пигментов смолами.

    При нанесении АТСП большое внимание уделяется предварительной обработке поверхности детали, призванной обеспечить условия для хорошей адгезии твердых смазочных материалов с основой.

    В ассортименте компании Моденжи имеются специальные очистители на основе органических растворителей с добавлением функциональных компонентов. Очиститель&nbspметалла&nbspMODENGY используется для удаления любых загрязнений, включая нефтепродукты, адсорбированные пленки газа. Специальный&nbspочиститель&nbsp-&nbspактиватор&nbspMODENGY применяется для финишной подготовки поверхностей, обеспечивая наносимому следом АТСП лучшую адгезию и долговечность.

    Хорошее сцепление с поверхностью обеспечивается механическим закреплением за ее микронеровности (увеличение шероховатости поверхности перед нанесением покрытия при этом приводит к увеличению площади контакта детали и твердых смазочных веществ). Улучшению адгезии также способствует поляризация частиц твердых смазочных материалов и образование между ними и материалом детали химических связей.

    Способность к пленкообразованию АТСП ограничивается загрязнениями поверхности:
    • Пыль, мелкие частицы и частицы износа на поверхности детали приводят к образованию дефектов в образующемся антифрикционном слое
    • Органические загрязнители (масла, жировые следы от пальцев рук и т.п.) и частицы с низким поверхностным натяжением приводят к ухудшению адгезии
    • Неорганические загрязнители (например, соли, образующиеся на поверхности в результате процесса очистки) также приводят к ухудшению адгезии и образованию пузырьков в образующейся после отвердения АТСП антифрикционной пленке

    Основными методами подготовки поверхности детали к нанесению АТСП являются обезжиривание, пескоструйная очистка (для очистки от следов коррозии и образования равномерной шероховатости поверхности), фосфатирование (для улучшения коррозионной защиты, адгезии и смазывания), травление, активирование, пассивирование, полоскание и сушка. При этом необходимо учитывать, что различные материалы деталей требуют применения различных методов предварительной обработки.

    После нанесения жидкого АТСП на поверхность, оно подвергается отверждению и превращается в сухую пленку. В зависимости от состава покрытия отверждение происходит либо при комнатной температуре, либо при нагревании до +250 °С. Основными методами нанесения АТСП являются распыление, погружение, окунание с вращением (центрифугирование), нанесение покрытия валиком, трафаретная печать. Выбор метода нанесения является важным фактором образования прочного и стабильного антифрикционного слоя.

    В узлах трения кривошипно-шатунного механизма АТСП MODENGY применяются для обеспечения высоких антифрикционных свойств пар трения и обеспечивают надежную работу сопряжений в режиме граничной смазки при высоких контактных давлениях, знакопеременном движении, запусках после продолжительного простоя. Дополнительным преимуществом применяемых антифрикционных твердосмазочных покрытий является обеспечение ими антиаварийной смазки, позволяющей избежать заклинивания двигателя при его работе в критических условиях перегрева, разрыва масляной пленки или при отсутствии жидкого смазочного материала в зоне трения.

    Для защиты деталей цилиндропоршневой группы от задиров и износа при тяжелых условиях работы широко применяются антифрикционные покрытия MODENGY&nbspдля&nbspдеталей&nbspДВС, MODENGY&nbsp1006, MODENGY&nbsp1007. Покрытия поршней обладают высокой несущей способностью, длительной устойчивостью к бензину, моторным маслам и растворителям, обеспечивают защиту деталей от задиров и коррозии. 

    Материалы пригодны к эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур, являются идеальными средствами для получения долгосрочной смазочной пленки, уменьшающей износ поршней и стенок цилиндров ДВС. Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY поставляются в виде вязкой жидкости для нанесения способом трафаретной печати, погружением и другими способами. Аэрозольное АТСП MODENGY для деталей ДВС наносится методом распыления. Рекомендуемая толщина пленки составляет 10…20 мкм.

    Покрытие MODENGY для деталей ДВС с высокодисперсным дисульфидом молибдена высокой степени очистки и графитом используется в юбках поршней дизельных и бензиновых двигателей, подшипниках скольжения (коренных подшипниках коленвала, втулках пальцев, распредвалов) в ДВС, дроссельной заслонке (для восстановления зазора), а также в других узлах трения цилиндро-поршневой группы с парами трения металл-металл. Оно обладает высокой адгезией, эффективно снижает потери на трения, препятствует износу и возникновению задиров на деталях. Покрытие устойчиво к длительному воздействию моторного масла, обладает свойствами антиаварийной смазки. Это АТСП является единственным покрытием для поршней, которое отверждается без нагрева, при комнатной температуре.

    MODENGY&nbsp1006 представляет собой антифрикционное твердосмазочное покрытие с дисульфидом молибдена и поляризованным графитом на полимерном связующем, отверждаемое при нагреве. Используется в поршнях, подшипниках, кулачках и других деталях ДВС, эксплуатируемых в экстремальных условиях. АТСП обладает высокой износостойкостью при динамических нагрузках, низким коэффициентом трения и антикоррозионными свойствами. Покрытие устойчиво к воздействию моторных масел и других технических жидкостей.

    Антифрикционное покрытие MODENGY&nbsp1007 на основе поляризованного графита и полимерного связующего отверждается при нагреве. Оно применяется для защиты поршней двигателя от скачкообразного движения, износа, задиров. Нанесение покрытия на юбки поршней способствует снижению шума и повышению плавности работы деталей.

    Рекомендации по применению антифрикционных покрытий MODENGY  для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Сервисные материалы для применения на юбках поршней должны соответствовать следующим требованиям:
    • Защита поршня и цилиндра от задиров и износа при тяжелых условиях работы (пуск при пониженных температурах, недостаток смазки, перегрев и т.п.)
    • Высокая несущая способность поверхности, износостойкость и термостойкость
    • Ускорение приработки
    • Долговременное смазывание
    •  Устойчивость к воздействию моторных масел
    Для этого применения подойдут АТСП MODENGY для деталей ДВС на основе мелкодисперсного дисульфида молибдена высокой очистки и графита, отверждаемое при комнатной температуре, АТСП MODENGY&nbsp1006 на основе дисульфида молибдена и графита на полимерном связующем, отверждаемое при нагреве и АТСП MODENGY&nbsp1007 на основе поляризованного графита и полимерного связующего, отверждаемое при нагреве (для нанесения методом трафаретной печати).

    Шейки коленчатого вала обрабатывают АТСП MODENGY для деталей ДВС, характеризующимся высокой износостойкостью и термостойкостью, устойчивостью к воздействию моторных масел.

    На вкладыши коленчатого вала необходимо наносить покрытия с высокой смазывающей и несущей способностью, устойчивостью к нефтепродуктам, ускоряющими приработку. Здесь можно использовать АТСП  MODENGY для деталей ДВС и MODENGY&nbsp1006.

    Шлицевые соединения, дроссельная заслонка и штоки клапанов обрабатываются АТСП MODENGY для деталей ДВС с высокой смазывающей и несущей способностью,
    износостойкостью и термостойкостью, устойчивостью к воздействию моторных масел. 

    Прокладка головки блока цилиндров обслуживается АТСП MODENGY&nbsp1006. Характеристики:

    • Высокие противоизносные свойства
    • Высокая прочность на сжатие
    • Термостойкость
    • Устойчивость к воздействию нефтепродуктов и охлаждающих жидкостей
    • Облегчение демонтажа
    • Увеличение герметичности 
    Важно учесть, что этом материал подходит для применения только на металлических прокладках.

    Опыт применения антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей

    Антифрикционные покрытия MODENGY для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей доказали свою эффективность многочисленными испытаниями и опытом эксплуатации.

    Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY были использованы при серийном производстве поршней на крупнейшем моторном заводе. Покрытия наносились методом трафаретной печати.

    Опытом эксплуатации установлено очевидное уменьшение потерь на трение и снижение интенсивности изнашивания деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей при использовании антифрикционных покрытий MODENGY. Они позволяют снизить расход топлива, повысить мощность и надежность двигателя, а также существенно сократить расходы на ремонтные работы.

    Устройство деталей кривошипно-шатунного механизма | Устройство автомобиля

     

    Как устроен кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя?

    Кривошипно-шатунный механизм (рис.11) многоцилиндрового двигателя состоит из цилиндров 10, поршней 12 с уплотнительными 22 и маслосъемными 23 кольцами, поршневых пальцев 16 со стопорными кольцами 15, шатунов 13 с вкладышами 20 в нижней головке и бронзовой втулкой 21 в верхней головке, коленчатого вала 32, маховика 34 с зубчатым венцом 35, картера с поддоном 1, головки блока 5 с уплотнительной металлоасбестовой прокладкой 4 и крышкой 6.

    Рис.11. Кривошипно-шатунный механизм:
    а – блок цилиндров с головкой; б – детали поршневой группы; в – коленчатый вал с маховиком.

    Цилиндры изготавливаются в одной общей отливке, называемой блоком цилиндров 3. Для большей прочности вместе с блоком цилиндров отливается картер (нижняя часть блока цилиндров), предназначенный для установки коленчатого и распределительного валов (при нижнем расположении распределительного вала) и других деталей.

    При жидкостном охлаждении вместе с блоком цилиндров отливается рубашка охлаждения, представляющая собой пустотелое пространство между наружной частью цилиндра и стенкой блока цилиндров, заполняемое охлаждающей жидкостью.

    При воздушном охлаждении на внешней стороне цилиндра и головке выполнены ребра, увеличивающие площадь охлаждения. Обычно такие цилиндры изготовляются каждый в отдельности и затем крепятся к картеру двигателя.

    У большинства современных автомобильных двигателей цилиндры отливаются в виде отдельных гильз 10, внутренняя поверхность которых растачивается под определенный размер, шлифуется и полируется до зеркального блеска, поэтому ее называют зеркалом цилиндра. Гильза называется мокрой, если она омывается охлаждающей жидкостью, и сухой, если она не соприкасается с охлаждающей жидкостью. На некоторых двигателях (автомобили ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-24 «Волга») в верхнюю часть цилиндра запрессовывается короткая сухая гильза 11 длиной 50-60 мм, изготовленная из износостойкого чугуна, что, значительно увеличивает срок службы цилиндров.

    Использование цилиндров в виде сменных гильз упрощает ремонт двигателя, повышает срок его службы, так как это позволяет изготавливать гильзу из износостойкого легированного чугуна, а блок-картер из более дешевого серого чугуна или специального алюминиевого сплава АСЧ, пропитанного специальной искусственной смолой.

    Мокрые гильзы уплотняются в блоке резиновыми кольцами 9 в нижней части и медными в верхней. Причем гильза в верхней части должна выступать над поверхностью блока на 0,02-0,30 мм для надежного уплотнения.

    Сверху блок цилиндров герметично закрывается через металлоасбестовую прокладку 4 головкой 5 блока цилиндров, изготовляемой из алюминиевого сплава (карбюраторные и некоторые дизельные двигатели) или из специального чугуна (дизельные двигатели). На двигателях автомобилей КамАЗ на каждый цилиндр устанавливается отдельная головка, изготовленная из алюминиевого сплава.

    Что располагается в головке блока цилиндров?

    В головке блока цилиндров двигателей с верхним расположением клапанов имеются камеры сгорания, рубашка охлаждения, резьбовые отверстия под свечи зажигания или форсунки, каналы для подвода горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов из них, отверстия для прохода штанг и болтов или шпилек крепления головки, клапаны с направляющими втулками и пружинами, иногда распределительный вал, ось коромысел, стойки и коромысла. Сверху головка закрывается крышкой 6 (рис.11).

    В головке блока с нижним расположением клапанов выполняются рубашка охлаждения, камеры сгорания, резьбовые отверстия для свечей зажигания.

    Как и в каком состоянии следует затягивать гайки шпилек или болты крепления головки блока цилиндров?

    Гайки шпилек или болты крепления алюминиевых головок блока цилиндров затягивают на холодном двигателе, так как алюминиевая головка блока при нагреве увеличивается в высоту больше, чем стальные болты (шпильки), крепящие ее, а чугунных – на прогретом двигателе динамометрическим ключом с усилием и в порядке, указанном в инструкции завода-изготовителя.

    Чем закрывается блок-картер двигателя снизу, спереди и сзади?

    Снизу картер двигателя закрывается через уплотнительную прокладку 2 (рис.11) поддоном 1, изготовленным из стали. Передняя часть блок-картера закрывается крышкой 8 через уплотнительную прокладку 7. В задней части блок-картера крепится картер маховика.

    Где находится механизм газораспределения в двигателях с нижним расположением клапанов и каналы подвода горючей смеси в цилиндры двигателя?

    В двигателях с нижним расположением клапанов с одной стороны блока цилиндров выполняются каналы для подвода горючей смеси в цилиндры и отвода. отработавших газов из них и клапанная коробка с клапанами и распределительным валом.

    Какое назначение поршня, как он устроен?

    Поршень 12 (рис.11) представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре 10 с минимальным зазором. При рабочем ходе он своим днищем воспринимает давление газов, а при других ходах выполняет вспомогательные такты. Кроме того, поршень воспринимает нагрузки сил инерции, которые достигают наибольшей величины в мертвых точках. Средняя температура в цилиндре работающего двигателя достигает 1000°С, что вызывает нагревание центральной части днища поршня, изготовленного из алюминиевого сплава, до 250°С.

    Следовательно, материал, из которого изготавливают поршень, должен обладать хорошей теплопроводностью, высокой механической прочностью и износостойкостью, быть легким, иметь небольшие коэффициенты линейного расширения и трения. Всем этим требованиям удовлетворяют высококремнистые алюминиевые сплавы с содержанием кремния до 20-25 %.

    Поршень состоит из головки 41 (рис.11), днища 42, направляющих стенок (юбки) 44, бобышек 45. Днище может быть: плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным. У большинства карбюраторных двигателей днище поршня плоское, у дизельных – фигурное, так как там находится камера сгорания. На головке поршня 12 выполняются канавки для установки компрессионных 22 и маслосъемных 23 колец. Юбка поршня является направляющей частью, ее диаметр несколько больше диаметра головки и подбирается по цилиндру с минимальным зазором.

    С целью предохранения поршня от заклинивания в цилиндре при его нагревании, с внутренней стороны юбки и днища поршня некоторых двигателей могут устанавливаться пластины с малым коэффициентом линейного расширения, например, из инвара (сталь с содержанием 30-40 % никеля). Кроме того, на юбке поршня карбюраторных двигателей с одной стороны выполняется П, Т-образный иди косой разрез 43, позволяющий юбке амортизировать. На поршнях дизельных двигателей разрез юбки не делают, так как они воспринимают более высокие нагрузки.

    Для получения минимального зазора между юбкой поршня и цилиндром в холодном состоянии юбка выполняется эллиптического профиля с меньшей осью эллипса в плоскости оси поршневого пальца. Поэтому поршень, нагреваясь, больше расширяется в этой плоскости и юбка из эллиптической становится цилиндрической, принимая форму цилиндра, а зазор между ними – равномерным.

    Бобышки 45 представляют собой утолщение, в котором просверлено отверстие для установки поршневого пальца 16. В бобышках выполнены канавки для установки стопорных колец 15, удерживающих палец от осевого смещения.

    Для безошибочной установки поршня в цилиндр на его днище или юбке нанесены метки в виде стрелки или надписи «вперед», «назад». Поршень устанавливают в цилиндр так, чтобы метка соответствовала указанному направлению, относительно движения автомобиля.

    Из чего изготавливают поршневые кольца и какое их назначение?

    Компрессионные кольца изготавливают из серого чугуна и подвергают специальной термической обработке, после чего они приобретают упругость. Прижимаясь к стенкам цилиндра, кольца уплотняют сопряжение поршня с цилиндром, предотвращая прорыв горючей смеси при такте сжатия или расширяющихся газов при такте расширения и выхлопа в поддон картера двигателя.

    Маслосъемные кольца изготавливают также из чугуна. Они имеют по окружности прорезанные сквозные щели, а поршень в этих местах – сквозные отверстия. Благодаря такому устройству избыточное масло снимается маслосъемным кольцом со стенок цилиндров и стекает в поддон картера двигателя.

    На, последних моделях двигателей устанавливают составные маслосъемные кольца. Они состоят из двух стальных плоских хромированных дисков 24 (рис.11) и двух расширителей: осевого 25 и радиального 26 (эспандера). Расширители обеспечивают плотное прилегание дисков к поверхности цилиндра и стенкам канавок поршня.

    Какое количество колец устанавливают на поршень?

    В зависимости от типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала количество компрессионных колец на поршне может быть 2-4, маслосъемных 1-2. На некоторых двигателях (чаще дизельных) маслосъемные кольца устанавливают и на юбке поршня, что обеспечивает лучшее улавливание масла.

    Какие условия должны соблюдаться при установке колец на поршень?

    При установке колец на поршень, а поршня с кольцами в цилиндр необходимо, чтобы между их торцами был зазор 0,15-0,45 мм для карбюраторных двигателей и 0,3-1,0 мм для дизельных. Торцы (замки) колец могут быть прямыми, косыми и ступенчатыми. Наибольшее распространение получили прямые замки.

    При установке колец на поршень замки необходимо располагать так, чтобы они были на большем расстоянии друг от друга. В канавках поршня кольца устанавливают с небольшим зазором (0,04-0,15.5 мм), что позволяет им перемещаться при нагревании. Однако при чрезмерном увеличении этого зазора усиливается насосное действие колец, при котором они переносят масло из поддона картера в цилиндр, вызывая нагарообразование в камере сгорания.

    Верхнее компрессионное кольцо работает в наиболее трудных условиях, его температура может достигать 350-400°С, а это приводит к снижению прочности кольца, выгоранию и коксованию масла, происходит сухое или полусухое трение, приводящее к ускоренному износу колец и цилиндров. Поэтому верхнее кольцо (иногда оба) хромируют толщиной слоя 0,1-0,2 мм. Остальные кольца подвергаются электролитическому лужению толщиной слоя олова 0,005-0,01 мм или фосфатированию. Такие кольца быстрее прирабатываются к стенкам цилиндров, имеют больший срок службы и оказывают значительное сопротивление коррозии.

    На некоторых двигателях компрессионные кольца с внутренней стороны имеют косой срез или канавки на торцах, благодаря чему при такте сжатия они скручиваются и принимают коническую форму. Тогда кольцо касается зеркала цилиндра не всей поверхностью, а лишь узкой кромкой, чем ускоряется приработка колец к цилиндрам и уменьшается расход масла. Имеются и другие усовершенствования, направленные на повышение срока службы колец. Например, в поршне двигателя автомобиля ЗИЛ-130 в верхней части залита чугунная вставка, в которой выполнена канавка для верхнего наиболее нагруженного компрессионного кольца.

    Какое назначение поршневых пальцев и как они, устроены?

    Поршневые пальцы 16 (рис.11) служат для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Они воспринимают от поршня значительные знакопеременные нагрузки давления газов, сил инерции, трения и передают их шатуну.

    Пальцы изготавливают пустотелыми из стали, а их наружную поверхность подвергают цементации или закалке токами высокой частоты. В результате обработки внутренняя поверхность пальца остается вязкой, а внешняя твердой и износостойкой. Такой палец хорошо переносит знакопеременные нагрузки.

    Как крепится палец в бобышках поршня?

    На большинстве двигателей применяется плавающее крепление поршневых пальцев. При этом поршень перед сборкой нагревают в масле или воде до 60-100°С, после чего подводят головку шатуна 13 (рис.11) между бобышками поршня так, чтобы отверстия совпали, и устанавливают с небольшим усилием поршневой палец, который проходит через головку шатуна (в которую предварительно запрессовывают бронзовую втулку 21). Затем в канавки бобышек с обеих сторон устанавливают стальные стопорные кольца 15, предварительно сжав их концы. Теперь палец может вращаться вокруг своей оси как в бобышках поршня, так и в головке шатуна. Такое крепление позволяет получить равномерный износ пальца, поршня и втулки шатуна и значительно повысить срок их службы. На двигателях автомобилей ВАЗ поршневой палец запрессовывается в верхней головке шатуна, поэтому он может поворачиваться только в бобышках поршня.

    Какое назначение шатунов и как они устроены?

    Шатуны 13 (рис.11) служат для соединения поршней с шатунными шейками 33 коленчатого вала 32 и передачи ему давления газов во время такта расширения, а при тактах впуска, сжатия и выпуска при водят поршень в движение. Шатуны совершают сложное движение и подвергаются действию значительных сил инерции. Их изготавливают горячей штамповкой из качественных сталей двутаврового сечения с верхней неразъемной головкой, в которую запрессовывается бронзовая втулка 21 для уменьшения трения между поршневым пальцем и шатуном и нижней разъемной головкой 14, части которой соединены между собой болтами 17 с гайками 19 и шплинтами 18. В нижнюю головку устанавливаются подшипники скольжения, представляющие собой стальные тонкостенные вкладыши 20, с внутренней стороны покрытые тонким слоем антифрикционного сплава. Такой сплав обладает пористостью, поэтому он хорошо удерживает смазку и легко прирабатывается к шейке вала, обеспечивая минимальные потери на трение. В качестве антифрикционного сплава для вкладышей используют баббиты на оловянной или свинцовой основе, алюминиевые сплавы с большим содержанием олова, а для дизельных двигателей свинцовистую бронзу.

    Вкладыши от смещения удерживаются штампованными выступами, которые входят в пазы на головке шатуна. В верхней части нижней головки шатуна просверлено отверстие диаметром 1,5 мм, через которое выбрасывается струя масла, смазывающая стенки цилиндра и кулачки распределительного вала. В некоторых (чаще дизельных) двигателях для подвода масла к поршневому пальцу в шатуне просверливают канал, а на вкладыше – соответствующее отверстие.

    Какое назначение коленчатого вала и в каких условиях он работает?

    Коленчатый вал 32 (рис.11) служит для восприятия усилия от шатунов, преобразования их в крутящий момент и передачи его на трансмиссию автомобиля.

    Он работает в трудных условиях, так как в процессе работы на него воздействуют давления газов, силы инерции возвратно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма. Все эти силы переменны по величине и направлению.

    Различные части коленчатого вала испытывают деформации скручивания, изгиба, сжатия, излома, а его шейки, кроме того, подвергаются интенсивному износу. Поэтому, коленчатые валы изготавливают ковкой из легированной стали или литьем из высококачественного чугуна.

    Как устроен и крепится коленчатый вал в двигателе?

    Коленчатый вал состоит из коренных (опорных) 30 (рис.11) и шатунных 33 шеек, соединенных между собой щеками или щеками с противовесами 40. Коренные шейки находятся в одной плоскости. Их диаметр больше, чем шатунных, они термически обрабатываются и шлифуются. В местах сопряжения шейки и щеки выполняются плавные переходы, называемые галтелями, которые уменьшают напряжение в переходной зоне и повышают срок службы вала.

    Коренными шейками вал опирается на скользящие подшипники 31, представляющие собой стальные тонкостенные вкладыши, залитые тонким слоем антифрикционного сплава такого же состава, что и шатунных подшипников. Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготавливаются нескольких ремонтных размеров, что значительно упрощает ремонт, так как изношенные вкладыши не ремонтируются, а заменяются новыми соответствующего ремонтного размера.

    Вкладыши коренных подшипников устанавливаются в расточках картера и крышках 38, прикрепляемых болтами 37 к картеру. Болты обязательно шплинтуют.

    Количество коренных шеек обычно на одну больше, чем шатунных, тогда шатунная шейка находится между двумя опорными (коренными) шейками. Такой вал называется полноопорным.

    На некоторых двигателях (автомобиль ГАЗ-52-04) устанавливается неполноопорный коленчатый вал. На таком валу между двумя опорными шейками располагаются две шатунные шейки.

    Какое назначение маховика и где он крепится?

    На заднем конце коленчатого вала к фланцу 36 (рис.11) жестко крепится маховик 34, представляющий собой чугунный, тщательно сбалансированный диск, имеющий строго определенную массу. Маховик, обладая энергией, запасенной при такте рабочего хода, обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндре при пуске двигателя, позволяет двигателю преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места, а также передает крутящий момент от двигателя на трансмиссию автомобиля.

    На ободе маховика жестко крепится стальной зубчатый венец 35 для пуска двигателя от стартера. На маховик наносятся метки для регулировки зажигания в карбюраторном двигателе или впрыска топлива в дизельном двигателе, а также балансировочные метки при балансировке коленчатого вала вместе с маховиком.

    Что устанавливается в передней части коленчатого вала?

    В передней части коленчатого вала карбюраторных двигателей в торец ввертывается храповик 27 (рис.11) для проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой. На валу также крепится шкив 28 привода вентилятора, шестерня 29 привода распределительного вала, маслозащитные устройства. Вдоль вала просверлен канал с грязеуловителями 39 для подвода масла к подшипникам.

    Как устраняется осевое смещение коленчатого вала?

    Для этого на передней опорной шейке коленчатого вала с обеих сторон в выточках подшипника устанавливают стальные упорные шайбы с баббитовой заливкой, которые и предотвращают осевое смещение коленчатого вала, появляющееся вследствие работы косозубых шестерен коленчатого и распределительного валов.

    Торцевая поверхность шайб соприкасается со шлифованной торцевой поверхностью щеки вала и его специальным упорным кольцом, закрепленным на валу. На некоторых двигателях такое устройство устанавливают на средний или задний коренной подшипник коленчатого вала.

    Какое количество шатунных шеек выполняют на коленчатом валу?

    Количество шатунных шеек на коленчатом валу у двигателей с однорядным расположением цилиндров равно количеству цилиндров двигателя, а у V-образных двигателей автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 и других оно равно половине количества цилиндров, так как на каждой шейке коленчатого вала таких двигателей устанавливают по два шатуна.

    Под каким углом располагаются колена на коленчатом валу?

    Угол расположения колен (кривошипов) на коленчатом валу четырехтактного двигателя можно определить по формуле: α = 720/i, где i -количество цилиндров двигателя.

    Как располагаются шатунные шейки в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе и какой порядок работы такого двигателя?

    В четырехцилиндровом четырехтактном двигателе с однорядным расположением цилиндров шатунные шейки располагаются попарно: 1-4, 2-3, угол между ними 180°. Тогда порядок работы такого двигателя (чередование рабочих ходов по цилиндрам двигателя) выбирают таким образом, чтобы равномерно нагружался коленчатый вал. Обычно применяют такой порядок работы: для двигателей автомобилей ГАЗ-24, УАЗ, РАФ, ЕрАЗ – 1-2-4-3; для двигателей автомобилей ВАЗ, ИЖ, «Москвич» – 1-3-4-2.

    Порядок работы указывается в инструкции завода-изготовителя. На рисунке 12 представлены схемы и таблицы чередования тактов при каждом порядке работы двигателя.

    Рис.12: Таблицы чередования тактов в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу:
    а – ГА3-24 «Волга»; б – «Москвич».

    Как располагаются шатунные шейки в четырехтактном шестицилиндровом двигателе и какой порядок работы такого двигателя?

    В четырехтактном шести цилиндровом двигателе с однорядным расположением цилиндров шатунные шейки располагаются попарно: 1-6, 2-5, 3-4, угол между ними 120° (рис.13). Следовательно, смена тактов в таком двигателе происходит через 120° поворота коленчатого вала. В этом случае в двух цилиндрах одновременно в течение 60° поворота коленчатого вала происходит один и тот же такт. Например, в первом цилиндре заканчивается такт рабочего хода, а в пятом он уже начался. Это способствует более равномерному вращению коленчатого вала, позволяет устанавливать маховик меньшей массы и размеров.

    Силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма в таком двигателе взаимно уравновешены, а наиболее распространенный порядок работы 1-5-3-6-2-4. Возможны и другие порядки работы при соответствующем изменении расположения колен на коленчатом валу и кулачков – на распределительном.

    Рис.13. Таблицы чередования тактов в рядном шестицилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу.

    Что называется порядком работы двигателя?

    Чередование одноименных тактов (рабочих ходов) по цилиндрам двигателя в определенной последовательности, установленной заводом изготовителем, называется порядком работы двигателя.

    Как располагаются шатунные шейки в четырехтактном восьмицилиндровом V-образном двигателе и какой порядок работы такого двигателя?

    В четырехтактном восьмицилиндровом V-образном двигателе (автомобили ЗИЛ, КамАЗ, ГАЗ-53А и другие) угол развала между цилиндрами 90°. В каждом ряду находится по четыре цилиндра.

    Общий коленчатый вал имеет пять опорных и четыре шатунные шейки. К каждой шейке крепится по два шатуна. Угол между шейками 90° (рис.14). Следовательно, смена тактов в таком двигателе происходит через 90° поворота коленчатого вала, но такт длится в течение 180°.

    Таким образом, в двух цилиндрах одновременно в течение 90° поворота коленчатого вала осуществляется один и тот же такт – происходит перекрытие (наложение) тактов, что способствует более равномерному вращению коленчатого вала. Силы инерции в таком двигателе взаимно уравновешены, срок службы его увеличивается. Порядок работы двигателя 1-5-4-2-6-3-7-8.

    Рис.14. Таблицы чередования тактов в V-образном восьмицилиндровом четырехтактном двигателе и расположение колен на коленчатом валу.

    ***
    Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Многоцилиндровые двигатели. Кривошипно-шатунный механизм»

    блок, вал, головка, двигатель, коленчатый, кольцо, кривошипно-шатунный механизм, палец, поршень, цилиндр, шатун

    Смотрите также:

    Кривошипно-шатунный механизм двигателя трактора

    Основное свойство деталей механизма — устойчивость к высокому давлению. Второе важное качество — способность переносить температуру от 350С. Такие особенности обусловлены элементами состава. Детали изготовлены из высококачественных сплавов и прочных металлов. Кроме того, все запчасти из чугуна и стали подвергаются закалке или цементации.

    Состав механизма:

    • цилиндр;
    • шатун;
    • поршневый палец;
    • поршень с кольцами;
    • вал коленчатый с противовесами;
    • маховик.

    Устройство отдельных деталей механизма

    Перечень деталей, из которых состоит двигатель:

    • головки цилиндров;
    • блок-картеры;
    • цилиндр;
    • прокладки;
    • картер;
    • гильза;
    • поршень;
    • стопорное кольцо;
    • поддон;
    • крышка шатуна;
    • коренной подшипник;
    • поршневой палец;
    • вкладыши;
    • болт;
    • шплинт;
    • шатун;
    • втулка.

    Цилиндр двигателя

    Ключевая деталь двигателя — цилиндр. Элемент представляет собой отливку, зафиксированную на коробке из чугуна. Именно там происходит процесс сгорания топлива. Второй вариант цилиндра — сменная гильза, которую нужно поместить в блок цилиндров.

    Цилиндр изготавливают исключительно из чугуна. Внутреннюю поверхность детали обязательно полируют и шлифуют.

    В двигателе может быть 1, 2, 3, 4, 6 гильз или цилидров. Некоторые модели предполагают наличие большего числа элементов. Детали могут быть расположены в один или два ряда строго под углом в 90 градусов. Снизу блоки закрыты поддоном и укреплены прокладками.

    Поршень

    Внутри цилиндра устанавливается поршень из алюминиевого сплава. На боковых стенках детали располагаются бобышки с отверстиями для размещения поршневого пальца. В днище поршня имеется камера для перемешивания воздуха и топлива. Функции поршня — сжатие поступающего воздуха и передача давления на коленчатый вал.

    Чтобы поршень не заклинило в цилиндре, деталь делают меньшего диаметра. Зазор между цилиндром и поршнем — 0,25-0,40 мм.

    Поршневые кольца

    Пружинные кольца из чугуна предназначены для предотвращения попадания смазки в камеру сжатия. Элементы расположены в специальных канавках на поверхности поршня. Для удобной фиксации на кольцах сделаны вырезы.

    Типы колец по назначению:

    • компрессионные. Предназначены для восприятия силы давления газа. Наибольшая нагрузка приходится на первое кольцо. Чтобы оно медленнее изнашивалось, его поверхность покрывают хромом. Другие кольца оставляют без специальной обработки;
    • маслосъемные. Элементы в виде коробчатого сечения с отверстиями. Они предназначены для отвода масла, стекающего со стенок цилиндра. Чтобы повысить показатель упругости детали, между кольцом и канавкой фиксируют расширитель.

    Шатуны

    Шатун предназначен для соединения поршня с коленчатым валом. Деталь состоит из стержня и головок. Верхняя служит для фиксации поршневого пальца. Нижняя головка представляет собой разъемную конструкцию с крышкой, элементы которой соединяются с помощью шатунных болтов. Для уменьшения трения в нижнюю головку вставляют специальные вкладыши.

    Поршневой палец

    Этот элемент предназначен для соединения поршня с шатуном. Деталь изготавливают из прочной стали и подвергают термической обработке.

    Палец может перемещаться, поэтому его называют плавающим. Чтобы элемент не царапал зеркало цилиндра, его движения ограничивают стопорными пружинными кольцами.

    Вал коленчатый

    Вал — деталь, преобразующая силу расширяющихся газов во вращательное усилие. Элемент запускает трансмиссию и другие узлы двигателя.

    Вал изготавливают из стали или чугуна. Некоторые элементы узла подвергают закалке. Составляющие детали: подшипники, шатунные, опорные и коренные шейки, щеки, фланец,

    Маховик

    Маховик — чугунный диск, зафиксированный на фланце задней части коленчатого вала. Функции детали: накопление кинетической энергии, облегчение работы двигателя, выведение поршней из мертвых точек, выравнивание частоты вращения вала. Такие свойства обусловлены наличием зубчатого венца, расположенного на маховике.

    Где купить запчасти для кривошипно-шатунного механизма двигателя трактора

    Если какой-то элемент механизма выходит из строя, нарушается работа техники. Чтобы вернуть трактор в режим эксплуатации, необходимо заменить детали. На нашем сайте можно купить запчасти отличного качества.

    Кривошипно-шатунный механизм | Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания

    Основные подвижные детали ДВС входят в состав кривошипно-шатунного механизма, назначением которого является преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В зависимости от конструкции кривошипно-шатунного механизма двигатели, как и их поршни, бывают тронковые и крейцкопфные, простого и двойного действия. В отличие от тронковых крейцкопфные двигатели имеют наряду с поршнем, шатуном и коленчатым валом поршневой шток и ползун (крейцкопф), перемещающийся вдоль поперечины.

    Тронковый поршень одновременно является как бы ползуном, поэтому он имеет длинную направляющую часть, называемую юбкой или тронком. Примером такого поршня может служить поршень четырехтактного дизеля, изображенный на рис. 43. Поршень состоит из головки 1 и тронка 7, имеющего внутри камеру. Головка поршня включает в себя донышко и боковую поверхность, на которой расположены канавки для поршневых уплотнительных 2 и маслосъемных 3 колец. Такая же. канавка для маслосъемных колец расположена на нижней части тронка.

    Направляющая часть поршня имеет устройство для соединения его с шатуном, состоящее из поршневого пальца 5, втулок 6 и заглушек 4. В практике распространены два способа установки поршневого пальца в бобышках направляющей части поршня: палец закрепляется в бобышках жестко, шатун посажен на него неподвижно; палец не закрепляется в бобышках, шатун также имеет возможность поворота вокруг него (так называемый плавающий палец). В последнем случае конструкция пальца (рис. 43, поз. 5) имеет несомненные преимущества, так как износ пальца уменьшается и происходит более равномерно, улучшаются условия работы пальца.


    Рис. 43. Тронковый поршень четырехтактного двигателя.

    При диаметре цилиндра более 400 мм поршни тронковых двигателей изготовляют разъемными.

    Поршни крейцкопфных двигателей отличаются от тронковых тем, что имеют жесткое соединение поршня со штоком. Поршневой шток обычно заканчивается фланцем, который соединяется с поршнем посредством шпилек.

    Во избежание перегрева донышка поршня у двигателей с ползунами, как и у тронковых двигателей с цилиндрами больших диаметров, применяют искусственное охлаждение донышек. Для этой цели используют пресную или забортную воду и масло.

    На рис. 44 показан укороченный поршень современного двухтактного дизеля с наддувом. В таких дизелях нижняя полость цилиндра используется в качестве продувочного насоса, поэтому направляющая часть поршня значительно сокращается (короткий или укороченный поршень). Кованая стальная головка поршня 4 имеет снаружи канавки для уплотнительных колец 3, а внутри головки поршня расположен вытеснитель 5, предназначенный для ускорения движения охлаждающего масла. В направляющей части поршня 1, изготовленной из чугуна, предусмотрены канавки для направляющих колец 2. Внутри направляющей части находятся шпильки 7 для крепления штока поршня 8 с головкой поршня через отверстия в направляющей части. Донышко поршня охлаждается маслом, которое подводится по каналу 9 в штоке поршня, а отводится из верхней полости по трубе 6. Наиболее нагруженная часть поршней всех видов — головка поршня. На донышко головки в процессе работы двигателя давят горячие газы, которые нагревают его и, кроме того, стремятся прорваться внутрь двигателя. Вследствие этого донышко головки поршня имеет особую конфигурацию, обусловленную требуемой формой камеры сгорания, и охлаждаемую внутреннюю поверхность.


    Рис. 44. Укороченный поршень двухтактного дизеля с наддувом.

    Высота боковой поверхности головки поршня зависит от размеров и числа поршневых уплотнительных колец. Поршневые кольца обеспечивают не только уплотнения цилиндра от прорыва газов, но и передачу тепла от головки поршня к стенкам рабочей втулки цилиндра. Эти функции обычно выполняют два-три верхних кольца, а остальные являются как бы вспомогательными, повышая надежность их работы. В тихоходных двигателях обычно ставят пять — семь поршневых колец, а в быстроходных, благодаря уменьшению времени протекания газа через неплотности между поршнем и стенками цилиндра, достаточно трех— пяти.

    Поршневые кольца изготовляют прямоугольного или реже трапециевидного сечения из более мягкого металла, чем втулка цилиндра. Для возможности установки колец в пазы поршня их делают разрезными, а место стыка, называемое замком, выполняют с косым, ступенчатым (внахлестку) или прямым срезом. Благодаря разрезной конструкции и пружинящим свойствам материала поршневые кольца плотно прижимаются к стенкам втулки цилиндра, предотвращая трение о них поршня. Тем самым улучшаются условия работы поршня и уменьшается износ втулки.

    В отличие от уплотнительных маслосъемные кольца служат для предотвращения попадания масла в камеру сгорания и снятие его излишка со стенок цилиндровой втулки.

    Шатун двигателя предназначен для передачи усилия от поршня коленчатому валу. Он состоит из трех основных частей (рис. 45): нижней головки I, стержня II и верхней головки III. Шатуны, как и поршни, бывают тронковые и крейцкопфные. Их различие определяется в основном конструкцией верхней головки и расположением шатуна по отношению к поршню.


    Рис. 45. Шатун тронкового двигателя.

    Верхняя головка шатуна тронковых двигателей (двигатели малой и средней мощности) выполняется неразъемной. В отверстие головки 1 (рис. 45) запрессовывают бронзовую втулку 2, которая выполняет роль головного подшипника и служит для соединения шатуна с поршнем при помощи поршневого пальца. Втулка 2 имеет по внутренней поверхности кольцевую канавку 3 и отверстия 4 для подвода смазки из центрального канала 5, просверленного в стержне.

    Шатуны крейцкопфных двигателей, к которым относятся в основном двигатели большой мощности (как правило, двухтактные дизели с цилиндровой мощностью более 300 э.л.с.), изготовляют с разъемной верхней головкой. Такая головка крепится болтами к верхней части шатуна, имеющей форму развилки или прямоугольного фланца. Стержень 6 шатуна выполняют круглого сечения с центральным каналом 5, что характерно для тихоходных двигателей.

    Стержни шатунов быстроходных двигателей имеют обычно кольцевую или двутавровую форму сечений, часто изготовляются заодно с верхней половиной нижней головки, что способствует уменьшению веса шатуна. Нижняя головка шатуна служит для расположения в ней мотылевого подшипника, посредством которого шатун соединяется с мотылевой шейкой коленчатого вала. Головка состоит из двух половин, снабженных бронзовыми или стальными взаимозаменяемыми вкладышами, внутренняя поверхность которых заливается слоем баббита.

    В тихоходных двигателях шатун выполняют с отъемной нижней головкой 9, состоящей из двух стальных половин — отливок без вкладышей. В этом случае слоем баббита заливают рабочую поверхность каждой половины головки. Такая конструкция нижней головки позволяет быстро ее заменять в случае выхода из строя и дает возможность регулировать высоту камеры сжатия цилиндра двигателя путем изменения толщины компрессионной прокладки 7 между пяткой шатуна и верхней частью головки. Для центровки нижней головки со стержнем шатуна на верхней ее части предусмотрен выступ 11.

    Обе половины мотылевого подшипника стягиваются двумя шатунными болтами 8, которые имеют по два посадочных пояска, крепятся с помощью корончатых гаек и шплинтуются. Набор прокладок 10 в разъеме подшипника необходим для регулирования масляного зазора между мотылевой шейкой коленчатого вала и антифрикционной заливкой. Прокладки фиксируются в разъеме шпильками и винтами.

    Коленчатый вал — одна из наиболее ответственных, сложных в изготовлении и дорогостоящих деталей двигателя. Коленчатый вал при работе испытывает значительные нагрузки, поэтому для его изготовления применяют качественные углеродистые и легированные стали, а также модифицированный и легированный чугуны. Ввиду сложности конструкции изготовление коленчатого вала связано с выполнением трудоемких и сложных процессов, а его стоимость, включая материал, ковку и механическую обработку, составляет иногда более 10% стоимости всего двигателя.

    Коленчатые валы быстроходных двигателей малой и средней мощности изготовляют цельноковаными или цельноштампованными, валы двигателей средней и большой мощности — составными из двух и более частей, соединенных фланцами. При большом диаметре шеек валы изготовляют с составными кривошипами.

    В зависимости от конструкции и числа цилиндров двигателя коленчатый вал может иметь разное число колен (кривошипов): в однорядных двигателях — равное числу цилиндров, а в двухрядных (V-образных)— равное половине числа цилиндров. Колена вала развертывают по отношению друг к другу на определенный угол, величина которого зависит от числа цилиндров и порядка их работы (порядка вспышки у двигателей с числом цилиндров четыре, шесть и более).

    Основными элементами коленчатого вала (рис. 46, а) являются: мотылевые (или шатунные) шейки 2, рамовые (или коренные) шейки I и щеки 3, соединяющие шейки между собой.

    Иногда для уравновешивания центробежных сил колена к щекам 1 крепят противовес 2 (рис. 46,6). Мотылевые шейки охватываются подшипником нижней головки шатуна, а рамовые шейки лежат в рамовых подшипниках, размещенных в фундаментной раме или картере двигателя и являющихся опорами коленчатого вала. Смазка шеек осуществляется следующим образом. К рамовым шейкам масло подается под давлением через сверления в крышке и в верхнем вкладыше рамового подшипника, затем через сверления в щеке (рис. 46, в) подводится к мотылевой шейке. В пустотелых коленчатых валах быстроходных двигателей масло поступает в полость вала и попадает на рабочие поверхности шеек через полости и радиальные отверстия, выполненные в них.


    Рис. 46. Коленчатый вал двигателя.

    Рамовые подшипники воспринимают все нагрузки, передающиеся на коленчатый вал. Каждый рамовый подшипник состоит из двух половин: корпуса, отлитого заодно с рамой, и крышки, закрепленной на корпусе болтами. Внутри подшипника закрепляется стальной вкладыш, состоящий из двух взаимозаменяемых половин (верхней и нижней), залитых по рабочей поверхности антифрикционным сплавом — баббитом. Длина вкладыша выбирается обычно меньше длины рамовой шейки вала. Один из рамовых подшипников (первый от передачи вращения распределительному валу) выполняется как установочный (рис. 47).


    Рис. 47. Установочный рамовый подшипник коленчатого вала.

    Длина вкладыша 7 установочного подшипника равна длине шейки вала; он имеет антифрикционную заливку 1 не только внутри, но и с торцевой поверхности. В свою очередь рамовая шейка вала в месте посадки этого подшипника имеет выступающие кольцевые бурты. Таким образом, установочный подшипник обеспечивает вполне определенное положение коленчатого вала относительно фундаментной рамы. Вкладыш 7 подшипника стопорится от проворачивания и осевого перемещения вставкой 5, расположенной между крышкой 3 подшипника и верхней половиной вкладыша. Плоскость разъема вкладыша совпадает с плоскостью, проходящей через ось вала, которая находится ниже плоскости соединения рамы со станиной двигателя. В плоскости разъема устанавливают на двух контрольных штифтах прокладки 6, предназначенные для регулирования масляного зазора между вкладышем и шейкой вала.

    Крышка 3 подшипника выполняется стальной литой. Она имеет в центре сквозное вертикальное отверстие для подвода смазки к шейке вала. В верхней половине вкладыша расположено такое же соосное отверстие, из которого масло попадает в кольцевую масляную канавку 4 на поверхность антифрикционной заливки, а затем — в масляный холодильник 2.

    На кормовом конце коленчатого вала обычно крепится маховик, предназначенный для уменьшения и выравнивания угловой скорости вращения вала. Кроме того, инерция маховика облегчает переход шатуна с поршнем через мертвые точки. Размер и вес маховика находятся в обратной зависимости от числа цилиндров двигателя: чем больше число цилиндров, тем меньше должен быть вес Маховика. Нередко маховик, в частности его диск, используют для соединения с гребным валом, валом редуктора или валом электрогенератора при помощи эластичной муфты.

    Кривошипно-кривошипный механизм | механика | Britannica

    Кривошипно-ползунковый механизм , расположение механических частей, предназначенных для преобразования прямолинейного движения во вращательное, как в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением, или для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, как в поршневом насосе с возвратно-поступательным движением. Основную природу механизма и относительное движение частей можно лучше всего описать с помощью прилагаемого рисунка, на котором движущиеся части слегка затемнены.Темно заштрихованная часть 1, неподвижная рама или блок насоса или двигателя, содержит цилиндр, изображенный в поперечном сечении его стенками DE и FG, , в котором поршень, часть 4, скользит вперед и назад. Маленький кружок в позиции A представляет главный подшипник коленчатого вала, который также находится в части 1. Коленчатый вал, часть 2, показан как прямой элемент, идущий от коренного подшипника в позиции A до шатунного подшипника в позиции B, . который соединяет его с шатуном, часть 3.Шатун показан как прямой элемент, идущий от подшипника шатунной шейки на B до подшипника пальца на C, , который соединяет его с поршнем, часть 4, которая показана в виде прямоугольника. Три подшипника, показанные в виде окружностей на A, B, и C , позволяют соединенным элементам свободно вращаться относительно друг друга. Путь B представляет собой окружность радиуса AB; , когда B находится в точке h , поршень будет в положении H, , а когда B находится в точке j , поршень будет в положении J. На бензиновом двигателе головная часть цилиндра (где происходит взрыв бензиновоздушной смеси) находится на EG; давление, создаваемое взрывом, толкает поршень из положения H в положение J; Возвратное движение от Дж до H потребует энергии вращения маховика, прикрепленного к коленчатому валу и вращающегося вокруг подшипника, коллинеарного подшипника A . В поршневом насосе с возвратно-поступательным движением коленчатый вал приводится в движение двигателем.

    Кривошипно-шатунный механизм

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Механизмы: кривошипно-поршневые - BirdBrain Technologies

    На этом уроке вы расширите кривошипно-шатунный механизм, чтобы создать кривошипно-поршневой механизм. Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как это будет выглядеть.

    Этот механизм состоит из четырех частей:

    • Кривошип прикреплен к двигателю, который его вращает.
    • Шток прикреплен к кривошипу, а поршень прикреплен к шарнирам , которые могут свободно вращаться.
    • Направляющая закреплена на месте; его цель - заставить поршень двигаться по прямой. Поршень может свободно двигаться вверх и вниз по линии, но не может вращаться.

    При вращении кривошипа поршень движется вверх и вниз в линейном возвратно-поступательном движении. Кривошипно-поршневая система преобразует вращательное движение в поступательное. Линейное движение может быть вертикальным или горизонтальным (или в другом направлении), в зависимости от ориентации направляющей.

    Необходимые материалы
    Бумажный шаблон (см. Материалы для учителя)

    При печати шаблона обязательно распечатайте его в реальном размере (без масштабирования) на 8.Бумага 5 x 11 дюймов. Вы будете использовать шаблон, чтобы вырезать картон, как показано в приведенных ниже инструкциях. Обязательно используйте картон толщиной менее дюйма.

    Прочие материалы
    • Кривошипно-шатунный механизм (из урока кривошипа)
    • 1 Фрикционный колышек оси Technic
    • 1 Балка Technic 13M
    • очиститель труб
    • линейка или рулетка
    • секундомер
    Сборка кривошипно-поршневого механизма
    1. Для этого урока вам понадобится кривошипно-шатунный механизм.Если вы еще не закончили урок по проверке кривошипа, сделайте это в первую очередь.
    2. Затем используйте это видео, чтобы собрать кривошипно-поршневой механизм.

    3. Подсоедините двигатель к порту двигателя 1 на доске Hummingbird. Напишите простую программу для включения мотора. Наблюдайте за движением механизма.
    Построение графика положения поршня

    Подумайте о запуске таймера при включении двигателя. По прошествии секунд кривошип вращается, а поршень перемещается вверх и вниз.Мы могли бы построить график со временем по оси абсцисс и положением поршня по оси ординат. Этот график будет выглядеть примерно так, как изображенная ниже кривая.

    На рисунке выше показан только один оборот кривошипа. По мере того как кривошип вращается снова и снова, эта кривая будет повторяться. Этот тип периодического движения называется волной.

    1. Самая высокая точка волны называется пиком , а самая низкая точка называется впадиной . Обозначьте один пик и одну впадину на графике выше.
    2. Расстояние между пиком и впадиной называется высотой волны . Обозначьте высоту волны на графике выше.
    3. Как определить высоту волны поршня? Измерьте это значение, а затем сравните свой метод и ответ со своими одноклассниками.
    4. Волна часто описывается по амплитуде, а не по высоте. Амплитуда составляет половину высоты волны. Найдите амплитуду поршневой волны.
    Изменение длины кривошипа

    Теперь вы исследуете, как можно изменить волну поршня, изменив длину кривошипа.Вы можете изменить длину рукоятки, используя другие отверстия по ее длине.

    1. Переместите соединительный штифт на конце кривошипа в соседнее отверстие.

    2. Измерьте амплитуду поршневой волны.
    3. Снова измените длину рукоятки. На этот раз поместите соединительный штифт между двумя соединительными штифтами, которые соединяют кривошип с адаптером двигателя.
    4. Измерьте амплитуду поршневой волны.
    5. Как амплитуда поршневой волны связана с длиной кривошипа?
    6. Может ли шток быть короче шатуна? Почему или почему нет?
    Период поршневой волны

    Период времени между одним пиком и следующим называется периодом волны.

    1. Установите 20 оборотов двигателя.
    2. С помощью секундомера измерьте, сколько времени нужно кривошипу, чтобы повернуться 10 раз.
    3. Какой период волны?
    4. Заполните приведенную ниже таблицу.
    5. Как период волны связан со скоростью двигателя? Угадайте период скорости 50 и подтвердите свой ответ.
    6. Проверьте свой ответ на предыдущий вопрос. Насколько близко было ваше предсказание?
    Использование кривошипов и поршней для создания роботов

    Кривошипно-поршневые механизмы используются в роботах для линейного движения в определенном направлении.Например, в этом видео показан проект, в котором поршень используется для перемещения персонажа вверх и вниз. Можете ли вы определить детали механизма на видео? Эта роботизированная черепаха также использует кривошип и поршень. Что может быть внутри панциря черепахи?

    А теперь попробуйте это на собственном роботе! Как далеко вы хотите переместить поршень? Какой длины должны быть кривошип и шатун, чтобы это произошло? Помните, что поршень не должен двигаться только вертикально или горизонтально. Он может двигаться по прямой в любом направлении!

    Дополнительная информация
    • Кривошипно-ползунковый механизм: на этом веб-сайте показано движение кривошипно-поршневого механизма и описаны его части.
    • Дизельный двигатель
    • : В этом видео показано, как дизельный двигатель использует кривошипно-поршневой механизм в автомобиле или грузовике. В этом случае взрыв топлива вызывает поступательное движение поршня, и механизм преобразует это движение для вращения колес транспортного средства.

    Глава 5. Планарные рычаги

    Yi Zhang
    with
    Susan Finger
    Stephannie Behrens

    Содержание

    5.1 Введение

    5.1.1 Что такое механизмы связи?

    Вы когда-нибудь задумывались, какой механизм вызывает появление ветрового стекла? стеклоочиститель на передней вдове автомобиля для качания (рис. 5-1а)? Механизм, показанный на рисунке 5-1b, преобразует вращательное движение двигателя в колебательное движение стеклоочистителя.

    Рисунок 5-1 Стеклоочиститель

    Сделаем простой механизм с похожим поведением. Возьми немного картона и сделайте четыре полоски, как показано на рисунке 5-2а.

    Возьмите 4 штифта и соберите их, как показано на рисунке. 5-2b.

    Теперь держите 6 дюймов. полоса, чтобы он не мог двигаться и повернуть 3 дюйма полоска. Вы увидите, что 4in. полоса колеблется.

    Рисунок 5-2 Самостоятельный четырехзвенный рычажный механизм

    Четырехзвенная связь - это самый простой и часто самый полезный механизм.Как мы упоминали ранее, механизм, состоящий из твердых тел и нижние пары называются связкой (Охота 78). В планарных механизмах есть только два вида нижние пары --- революционные пары и призматические пары.

    Простейшая связь с замкнутым контуром - это четырехзвенная связь, которая имеет четыре стержня, три подвижных звена, одно фиксированное звено и четыре штифта суставы. Связь, имеющая хотя бы одно фиксированное звено, является механизмом. Следующий пример связи с четырьмя стержнями был создан в SimDesign в simdesign / fourbar.сим

    Рисунок 5-3 Соединение с четырьмя стержнями в SimDesign

    Этот механизм имеет три подвижных звена. Две ссылки прикреплены к кадр, который не показан на этом рисунке. В SimDesign ссылки могут быть прибитыми к фону, тем самым сделав их рамкой.

    Сколько степеней свободы у этого механизма? Если мы хотим, чтобы у него был только один, мы можем наложить одно ограничение на связь, и он будет иметь определенное движение. Четыре стержня рычага это самый простой и полезный механизм.

    Напоминание: механизм состоит из твердых тел и нижних пар. называемые связями (Хант 78). В В планарных механизмах всего два вида нижних пар: поворотные пары и призматические. пары.

    5.1.2 Функции рычагов

    Функция рычажного механизма состоит в том, чтобы производить вращение, колебание, или возвратно-поступательное движение от вращения кривошипа или тисков наоборот (Ham и др. 58). Заявленные более конкретно связи могут использоваться для преобразования:

    1. Непрерывное вращение в непрерывное вращение с постоянной или переменное отношение угловой скорости.
    2. Непрерывное вращение в колебательное или возвратно-поступательное движение (или обратный), с постоянным или переменным соотношением скоростей.
    3. Колебание в колебание или возвратно-поступательное движение в возвратно-поступательное движение, с постоянным или переменным соотношением скоростей.

    Связи выполняют множество различных функций, которые можно классифицировать. в соответствии с основной задачей механизма:

    • Генерация функции : относительное движение между звеньями подключен к раме,
    • Создание пути : путь точки трассировки, или
    • Генерация движения : движение соединительного звена.

    5.2 Четырехзвенный механизм

    Одним из простейших примеров ограниченной связи является механизм четырехзвенный . Разнообразные полезные механизмы могут быть сформированным из четырехзвенного механизма с помощью небольших изменений, таких как как изменение характера пар, пропорций ссылок, и т. Д. . Кроме того, многие сложные механизмы связи представляют собой комбинации двух и более таких механизмов. Большинство четырехзвенных механизмов попадают в один из следующих двух классов:

    1. четырехзвенный рычажный механизм и
    2. кривошипно-шатунный механизм.
    5.2.1 Примеры

    Механизм параллелограмма

    В параллелограммной четырехзвенной навеске ориентация муфты не меняется во время движения. На рисунке изображен загрузчик. Очевидно, что поддержание параллелизма важно в погрузчик. Ковш не должен вращаться при подъеме и опускании. Соответствующий файл SimDesign - simdesign / loader.sim.

    Рисунок 5-4 Механизм фронтального погрузчика

    Кривошипно-шатунный механизм

    Механизм с четырьмя стержнями имеет особые конфигурации, созданные создание одной или нескольких ссылок бесконечной длины.Ползунок-кривошип (или кривошипно-ползунковый) механизм, показанный ниже, представляет собой четырехзвенную связь с слайдер, заменяющий бесконечно длинную выходную ссылку. Соответствующие Файл SimDesign - simdesign / slider.crank.sim.

    Рисунок 5-5 Кривошипно-ползунковый механизм

    Эта конфигурация переводит вращательное движение в поступательное. один. Большинство механизмов приводится в движение двигателями, а кривошипы-ползунки часто используется для преобразования вращательного движения в линейное движение.

    Кривошипно-поршневой

    Вы также можете использовать ползунок в качестве входной ссылки, а рукоятку - в качестве выходная ссылка.В этом случае механизм передает трансляционные движение во вращательное движение. Поршни и кривошип во внутреннем двигатель внутреннего сгорания является примером этого типа механизма. В соответствующий файл SimDesign - simdesign / сжигание.sim.

    Рисунок 5-6 Коленчатый вал и поршень

    Вы можете спросить, почему слева есть еще один слайдер и ссылка. У этого механизма есть две мертвые точки. Слайдер и ссылка слева помогите механизму преодолеть эти мертвые точки.

    Устройство подачи блоков

    Одно интересное применение ползунка-кривошипа - это устройство подачи блоков.В Файл SimDesign можно найти в simdesign / block-feeder.sim

    Рисунок 5-7 Устройство подачи блоков
    5.2.2 Определения

    В ряду планарных механизмов простейшая группа нижней пары механизмы представляют собой четырехзвенные связи. A четырехзвенный рычажный механизм состоит из четырех стержневых звеньев и четырех поворотных пар, как показано на Рисунке 5-8.

    Рисунок 5-8 Четырех стержневой рычажный механизм

    Ссылка напротив рамки называется соединительное звено и звенья шарнирно прикреплены к раме называются боковыми звеньями .Ссылка, которую можно свободно перемещать 360 градусов по отношению ко второму звену будет сказано вращает относительно второго звена (не обязательно Рамка). Если возможно, чтобы все четыре бара стали одновременно выровнено, такое состояние называется точкой изменения .

    Некоторые важные концепции в механизмах ссылок:

    1. Кривошип : Боковое звено, которое вращается относительно рамы, назвал кривошип .
    2. Коромысло : Любое звено, которое не вращается, называется коромыслом .
    3. Кривошипно-качающийся механизм : В четырехзвенной рычажной системе, если более короткое боковое звено вращается, а другое качается ( т.е. , колеблется), он называется кривошипно-коромысла .
    4. Двухкривошипный механизм : в четырехшарнирном рычаге, если оба боковые звенья вращаются, это называется двухкривошипным механизмом .
    5. Механизм с двойным качающимся рычагом : В четырехзвенном рычаге, если оба Боковые звенья рок-н-ролла называются двухкорпусным механизмом .
    5.2.3 Классификация

    Перед тем как классифицировать четырехзвенные связи, нам необходимо ввести некоторые основная номенклатура.

    В соединении с четырьмя стержнями мы имеем в виду отрезок линии между шарниры на заданном звене как стержень , где:

    • s = длина самого короткого стержня
    • l = длина самого длинного стержня
    • p, q = длина промежуточного стержня

    Теорема Грасгофа утверждает, что четырехзвенный механизм имеет при не менее одно вращающееся звено, если

    s + l

    (5-1)

    и все три мобильных ссылки будут качаться, если

    s + l> p + q

    (5-2)

    Неравенство 5-1 - это критерий Грасгофа .

    Все механизмы с четырьмя стержнями попадают в одну из четырех категорий, перечисленных в Таблица 5-1:

    Таблица 5-1 Классификация механизмов с четырьмя стержнями
    Чемодан л + с исп. р + д Самый короткий стержень Тип
    1 Рама Двухкривошипная
    2 Сторона Коромысло
    3 Муфта Двойной рокер
    4 = Любая Изменить точку
    5 > Любая Двойной рокер

    Из Таблицы 5-1 видно, что для механизма, имеющего кривошип, сумма длины его самого короткого и самого длинного звеньев должна быть меньше, чем или равна сумме длин двух других ссылок.Тем не мение, это условие необходимо, но недостаточно. Механизмы, удовлетворяющие это состояние делится на следующие три категории:

    1. Когда самая короткая ссылка - это боковая ссылка, механизм - кривошипно-качающийся. Кратчайший звено - кривошип в механизме.
    2. Когда самое короткое звено - это кадр механизм, механизм - двухкривошипный.
    3. Когда самая короткая ссылка - сцепное звено, механизм - двухклавишный.
    5.2.4 Угол передачи

    На рисунке 5-11, если AB является входным звеном, сила, приложенная к выходному звену, CD , передается через соединительное звено BC . (То есть нажатие на ссылку CD прикладывает силу к звену AB , которое передается по ссылке BC .) Для достаточно медленных движений (незначительные силы инерции), сила в соединительном звене чисто растяжение или сжатие (незначительное изгибающее действие) и направлено вдоль г. до н.э. .Для заданной силы в соединительном звене крутящий момент передаваемый на выходной стержень (около точки D ) максимален при угол между соединительный стержень BC и выходной стержень CD /2. Следовательно, угол BCD равен называется , угол передачи .

    (5–3)

    Рисунок 5-11 Угол передачи
    Когда угол передачи значительно отклоняется от / 2, крутящий момент на выходном стержне уменьшается и может оказаться недостаточным для преодоления трения в система.По этой причине угол отклонения = | / 2- | не должно быть слишком большим. В На практике нет определенного верхнего предела для, поскольку существование силы инерции могут устранить нежелательные силовые отношения который присутствует в статических условиях. Тем не менее следующие критерию можно следовать.
    5.2.5 Мертвая точка

    Когда боковое звено, такое как AB на Рисунке 5-10, выравнивается с соединительным звеном BC , оно может только сжиматься или удлиняется муфтой.В этой конфигурации крутящий момент, приложенный к звено на другой стороне, CD , не может вызвать вращение звена АБ . Поэтому считается, что эта ссылка находится в мертвой точке (иногда называется точкой переключения ).

    Рисунок 5-10 Мертвая точка

    На рисунке 5-11, если AB - кривошип, он может быть совмещен с BC в полное выдвижение по линии AB 1 C 1 или в сгибание с AB 2 в сложенном состоянии В 2 С 2 .Обозначим угол АЦП через и угол DAB на. Мы используем индекс 1 для обозначают расширенное состояние и 2 для обозначения изогнутого состояния ссылок AB и BC . В расширенном состоянии ссылка CD не может вращать по часовой стрелке, не растягивая и не сжимая теоретически жесткая линия AC 1 . Следовательно, ссылку CD нельзя перейти в запрещенную зону ниже C 1 D , и должен быть на одном из двух крайние позиции; Другими словами, ссылка CD находится в экстремуме.А Второй экстремум звена CD происходит с = 1 .

    Обратите внимание, что крайние положения бокового звена возникают одновременно. с мертвыми точками противоположного звена.

    В некоторых случаях мертвая точка может быть полезна для таких задач, как работа. крепление (рисунок 5-11).

    Рисунок 5-11 Рабочее приспособление

    В других случаях мертвая точка должна быть преодолена с помощью момент инерции звеньев или при несимметричном развертывании механизм (рисунок 5-12).

    Рисунок 5-12 Преодоление мертвой точки асимметричным развертывание (V-образный двигатель)
    5.2.6 Ползунок-кривошипно-шатунный механизм

    Кривошипно-ползунный механизм, широко известный в двигателей, является частным случаем кривошипно-коромысла механизм. Обратите внимание, что если качелька 3 на рис. 5-13а очень длинный, можно заменить блокировкой, скользящей в изогнутую прорезь или направляющую, как показано. Если длина качельки бесконечна, направляющей и колодки больше нет изогнутый. Скорее, они кажутся прямыми, как показано на рис. 5-13b, а соединение принимает форму обычный кривошипно-ползунковый механизм .

    Рисунок 5-13 Кривошипно-скользящий механизм
    5.2.7 Переворачивание шатунно-ползункового механизма

    Инверсия - термин, используемый в кинематике для реверсирования или взаимообмен формы или функции применительно к кинематическим цепям и механизмам. За Например, взяв другое звено в качестве фиксированного звена, ползунок-кривошип механизм, показанный на рисунке 5-14a, можно перевернуть. в механизмы, показанные на рис. 5-14b, c и d. Разные примеры можно найти в применении этих механизмов.За Например, механизм насосного устройства на рисунке 5-15 такой же, как на рисунке 5-14b.

    Рисунок 5-14 Инверсии кривошипно-скользящего механизма
    Рисунок 5-15 Насосное устройство

    Помните, что переворот механизма не меняет движения его звеньев относительно друг друга, но не изменяет их абсолютные движения.

    Содержание
    Полное содержание
    1 Физические принципы
    2 Механизмы и простые машины
    3 Подробнее о машинах и механизмах
    4 Основная кинематика жестких тел с ограничениями
    5 планарных рычагов
    5.1. Введение
    5.1.1 Что такое механизмы связи?
    5.1.2 Функции рычагов
    5.2 Четырехзвенные механизмы
    5.2.1 Примеры
    5.2.2 Определения
    5.2.3 Классификация
    5.2.4 Угол передачи
    5.2.5 Мертвая точка
    5.2.6 Ползунок-кривошипно-шатунный механизм
    5.2.7 Переворачивание шатунно-ползункового механизма
    6 кулачков
    7 передач
    8 Прочие механизмы
    Индекс
    Ссылки


    sfinger @ ri.cmu.edu

    Примеры механизмов

    Yi Zhang
    with
    Susan Finger
    Stephannie Behrens

    1.1 Четыре рычажных механизма

    Связь состоит из ссылок и нижние пары. Простейший Замкнутая навеска - это четырехзвенная навеска, имеющая три подвижных звенья, одно фиксированное звено и четыре шарнирных соединения. Связь с одной ссылкой фиксируется механизм . Вы можете загрузить следующие четыре бара подключение к SimDesign из файловых механизмов / fourbar.сим.

    Этот механизм имеет три подвижных звена. Два из них прикреплены к кадр, который не показан на этом рисунке. В SimDesign вы можете приклейте эти две ссылки к фону.

    Сколько степеней свободы (DOF) есть ли у этого механизма? Если есть, можно наложить ограничение на механизм для того, чтобы он имел определенное движение. За Например, вы можете перетащить прикрепленную ссылку слева (сделав ее входное звено ), и оно повернется вокруг гвоздя.Правильная ссылка (теперь выходное звено ) совершит колебательное движение. Предполагать вы кладете ручку на вершину треугольного звена. (Треугольник также называется ссылкой. Ссылка не обязательно должна быть простой линией. тело). Перо проследит свой путь. Треугольное звено соединяет два движущихся шарнира и соединяют входное и выходное движение; следовательно, он называется соединителем .

    Связи имеют разные функции. Функции классифицированы в зависимости от основной цели механизма:

    • Генерация функции : относительное движение между звеньями подключен к раме,
    • Создание пути : путь точки трассировки, или
    • Генерация движения : движение соединительного звена.
    1.1.1 Кран

    Приложение построения пути - кран, в котором нужен горизонтальный след.

    1.1.2 Капот

    Примером движения является открывающийся и закрывающийся капот.

    1.1.3 Механизм параллелограмма

    В четырехзвенной навеске параллелограмма, ориентация муфты не меняется во время движения. На рисунке изображен загрузчик.

    1.2 кривошипно-шатунных механизма

    Механизм с четырьмя стержнями имеет особые конфигурации, созданные создание одной или нескольких ссылок бесконечной длины. Ползунок-кривошип (или кривошип и слайдер), показанный ниже, представляет собой четырехзвенную связь с ползунком, заменяющим бесконечно длинное выходное звено.

    Потяните за кривошип этого механизма, и вы увидите, что он переходит. вращательное движение в поступательное. Большинство механизмов приводится в движение двигателями, и кривошипные ползунки часто используются для преобразования вращательного движения в линейное движение.

    1.2.1 Кривошип и поршень

    Вы также можете использовать ползунок как входное звено, а кривошип - как выходная ссылка. В этом случае механизм передает поступательное движение во вращательное движение. Поршни и кривошип во внутреннем двигатель внутреннего сгорания является примером этого типа механизма. Соответствующие Файл SimDesign механизмы / горение.сим.

    Вы можете спросить, почему есть еще один слайдер и ссылка на оставили. Этот механизм имеет два мертвые точки.В слайдер и ссылка слева помогают механизму преодолеть этих мертвых точки.

    1.2.2 Блок подачи

    Интересное применение кривошипа - блок кормушка. Файл SimDesign можно найти в механизмы / block.feeder.sim

    Связи, хотя и полезны, не могут обеспечить всех возможных движений. За Например, если выходное звено должно оставаться неподвижным в течение определенный период времени, в течение которого входная ссылка продолжает вращаться, связи нельзя использовать. Кулачковые механизмы могут реализовать любой требуемый выход движение.Состав кулачковых механизмов прост: кулачок, кулачок. последователь и рама. (Вы можете найти пружины, используемые в кулачковом механизме для держите толкатель и кулачок в контакте, но он не является частью кулачковый механизм.)

    2.1 Поворотный кулачок / движущийся толкатель

    Если повернуть кулачок, ведомый движется. Вес последователь поддерживает с ними контакт. Это называется гравитацией ограничение кулачок.

    2,2 Поворотный кулачок / Поворотный толкатель

    Файл SimDesign - механизмы / кулачок.осциллирующий. сим. Уведомление который ролик используется на конце толкателя. Кроме того, пружина используется для поддержания контакта кулачка и ролика.

    Если попытаться вычислить градусы свобода (DOF) механизма, вы должны представить, что ролик приваривается к толкателю, потому что вращение ролика не влиять на движение ведомого.

    Есть много видов шестерен. В следующие примеры - эвольвентные прямозубые шестерни. Мы используем слово эвольвента , потому что контур зубьев шестерни загибается внутрь.Существует множество терминов, параметров и принципов для шестерен. Одна из важных концепций - это соотношение скоростей , - это соотношение скоростей. отношение скорости вращения ведущей шестерни к скорости вращения ведомые шестерни.

    Количество зубьев этих шестерен равны 15 и 30 соответственно. Если шестерня с 15 зубьями является ведущей а шестерня с 30 зубьями - ведомая шестерня, их передаточное отношение равно 2.

    Пример набора зубчатых колес есть в файле sizes / gear10.30.sim.

    3.1 Рейка и шестерня

    Когда число зубьев шестерни становится бесконечным, центр передача уходит в бесконечность. Шестерня становится стойкой. Следующее На картинке изображена зубчатая рейка и шестерня. Соответствующий файл SimDesign механизмы / gear.rack.sim.

    Вы можете потянуть шестерню, чтобы она вращалась и приводила в движение рейку. Ты также можно тянуть рейку по направляющей и приводить в движение шестерню.

    3.2 Обычные зубчатые передачи

    Зубчатые передачи состоят из двух или более шестерен, передающих движение от одна ось к другой.Обычные зубчатые передачи имеют оси относительно рама для всех шестерен, входящих в состав поезда.

    3.3 Планетарная зубчатая передача

    Файл SimDesign - механизмы / gear.planet.sim. С солнцем механизм (наибольшая шестерня) фиксируется, степень свободы вышеупомянутого механизма равна единице. Когда вы тянете за руку или планету, механизм имеет определенный движение. Если солнечная шестерня не замерзла, относительное движение равно трудно контролировать.

    4.1 Храповой механизм

    Колесо с зубьями подходящей формы, получающее прерывистый круговой движение от колеблющегося элемента, является храповое колесо .На рисунке ниже изображена простая трещотка. механизм.

    A - храповое колесо, а B - колеблющееся звено. Прикреплен к B собачка , которая представляет собой звено, предназначенное для зацепления с храповым механизмом зубьями, чтобы колесо не двигалось в одном направлении. Этот механизм имеет дополнительную защелку в D. Когда звено B перемещается в против часовой стрелки, защелка C толкает колесо через частичное вращение. Когда звено B движется по часовой стрелке, защелка C скользит по точкам зубья, пока колесо остается в покое из-за фиксированной защелки D.Величина возможного обратного движения зависит от высоты звука зубы. Чем меньше зубы, тем меньше обратное движение. В контактные поверхности колеса и собачки должны быть наклонены так, чтобы они не отключайтесь под давлением.

    Соответствующий файл SimDesign - механизмы / ratchet.sim. В четырехзвенная навеска справа генерирует колеблющееся вращение для ссылка B. Потяните рукоятку, чтобы посмотреть, как работает храповик.

    4.2 Женева Колесо

    Интересным примером прерывистой передачи является Женевское колесо.

    В этом механизме на каждый оборот ведущего колеса A ведомое колесо B делает четверть оборота. Штифт, прикрепленный к ведущему колесу А, перемещается в пазах, вызывая движение колеса В. Контакт между нижняя часть привода А с соответствующей полой частью колеса B, удерживает его на месте, когда штифт выходит из паза. Колесо А срежьте возле штифта, как показано, чтобы обеспечить зазор для колесо B, когда оно движется. Если один из слотов закрыт, A может заработать меньше более одного оборота в любом направлении до того, как штифт коснется закрытый слот, останавливающий движение.Ранние часы, музыкальные шкатулки и т. Д., использовали Женевские колеса для предотвращения перемотки. Из этого приложения их также называют остановками в Женеве. В качестве упора колесо А крепится к вал пружины, а B поворачивается на оси ствола пружины. В количество пазов в B зависит от того, сколько раз пружинный вал следует повернуть.

    Файл SimDesign для женевского колеса: « geneva.sim ».

    Вы можете попробовать этот механизм, потянув за Женевское колесо.

    Полное содержание


    sfinger @ ri.cmu.edu

    Кривошипно-шатунный механизм

    7.2 Кривошипные механизмы ползуна

    Другой механизм, который очень широко используется в конструкции машин, - это кривошипно-шатунный механизм. Он в основном используется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот. Ниже показан ее кривошипно-ползунковый механизм и приведены параметры, которые используются для определения углов и длин звеньев. Как и в механизме с четырьмя стержнями, мёртвая точка в выдвинутом и сложенном состоянии - это когда кривошип и муфта коллинеарны (звено муфты обычно называется шатун , в кривошипно-ползунковых механизмах).Полное вращение кривошипа возможно, если эксцентриситет c меньше разницы между длинами шатуна и кривошипа, а длина кривошипа меньше длины шатуна (например, c3-a 2 ) и 3 > 2 ).

    Используя прямоугольные треугольники, сформированные в мертвых точках:

    С учетом s = se-sf = ход = ползунок расстояния перемещается между мертвыми точками.Если мы положим l = a2 / a3 и e = c / a3, ход будет определяться как:

    Если эксцентриситет c (или a1) равен нулю (c = 0), кривошипно-шатунный механизм называется рядный кривошипно-ползунковый , а ход в два раза превышает длину кривошипа (s = 2a 2 ). Если эксцентриситет не равен нулю (c ¹0), его обычно называют механизмом с ползунком и кривошипом .

    Угол передачи можно определить из уравнения:

    a 3 cos = a 2 sin 12 -c (1)

    Максимальное отклонение угла передачи происходит, когда производная m по q 12 равна нулю.Следовательно, дифференцируя уравнение (1) по q 12 :

    (2)

    Максимальное или минимальное отклонение возникает, когда q 12 составляет 90 0 или 270 0 (рис. 7.19), а значение максимального или минимального угла передачи определяется по формуле:

    (3)

    Если c положительно, как показано ниже, угол передачи критичен, когда q 12 = 270 0 .Если c отрицательно, то наиболее критический угол передачи составляет

    .

    q 12 = 90 0 .

    Если эксцентриситет c равен нулю, максимальное значение угла передачи составляет:

    (4)

    В поршневых насосах соотношение коленчатого вала и шатуна составляет менее 1/4, что соответствует 14.48 0 максимальное отклонение угла передачи от 90 0 . Поскольку длина кривошипа фиксируется требуемым ходом ( 2 = s / 2), необходимо увеличить длину шатуна для улучшения углов передачи. Однако это увеличит размер механизма.

    Подобно проблеме угла трансмиссии в механизмах с четырьмя стержнями, проблема угла трансмиссии в кривошипно-ползунковых механизмах может быть сформулирована следующим образом:

    "Определите пропорции ползуна-кривошипа с заданным ходом s и соответствующим вращением кривошипа между мертвыми точками, f, так чтобы максимальное отклонение угла трансмиссии от 90 0 было минимальным.”

    Задачу снова можно рассматривать в двух частях. Первая часть - это определение кривошипных механизмов ползуна с заданным ходом и соответствующим поворотом кривошипа. Вторая часть - определение одного конкретного кривошипно-ползункового механизма с оптимальным изменением угла передачи.

    Для первой части задачи обратите внимание, что ход s является функцией соотношений длин звеньев, т.е. если мы удвоим длину звеньев, ход будет удвоен.Поэтому без ограничения общности пусть s = 1 (найденные таким образом длины звеньев будут умножены на длину хода, чтобы получить фактические значения).

    На рисунке, где кривошипно-шатунный механизм изображен в мертвых точках, уравнения векторной петли в мертвых точках:

    (5)

    (6)

    или комплексными числами:

    (7)

    (8)

    Вычитая ур.(8) из ур. (7) и принимая во внимание s e -s f = s = 1:

    (9)

    Если мы положим Z = и l = a 2 / a 3 , уравнение (8) можно переписать в виде:

    (10)

    Для полного вращения кривошипа необходимое (но не достаточное) условие l

    (11)

    Если l принять в качестве свободного параметра, поскольку он изменяется, вершина Z, заданная (7), будет генерировать окружность, которая является геометрическим местом всех возможных движущихся точек поворота для кривошипа, когда кривошип и муфта находятся в выдвинутом положении ( к по круг).Геометрическое место всех возможных фиксированных точек поворота - это другая окружность (круг k 0 ), которая задается как Z (1 + l) (начало координат обоих векторов - B e с действительной осью, параллельной оси ползунка) . . Любая линия, проведенная из B e , пересекает эти окружности в точках A e и A 0 соответственно, в результате чего кривошипно-ползунный механизм находится в положении выдвинутой мертвой точки. Ниже эти кружки показаны для f = 160 0 .

    Эксцентриситет c может быть получен как мнимая составляющая вектора B e A 0 = B e A e + A e A 0 , который можно записать как:

    (12)

    или используя Z и l:

    (13)

    и подставив значение Z:

    (14)

    Длину звеньев теперь можно выразить как:

    (15)

    (16)

    Уравнения (14-16) дают по отдельности бесконечный набор решений для кривошипно-ползунных механизмов, удовлетворяющих заданному вращению кривошипа (ход = 1 единица).Можно также использовать эксцентриситет, длину кривошипа или соединительного звена в качестве свободного параметра для определения других длин звеньев.

    Для геометрического решения:

    Пример 4.6 :

    Определите длины звеньев кривошипно-шатунного механизма ползуна с ходом s = 120 мм, соответствующим вращением кривошипа f = 160 0 и соотношением кривошипа к соединительному звену l = 0,5.

    Используя единичный ход, из уравнений (14), (15) и (16) длины звеньев составляют:

    a 2 = 0.47881, a 3 = 0,95762 и c = 0,23523. Для s = 120:

    , a 2 = 114,91 мм, a 3 = 57,46 мм и c = 28,23 мм.

    Минимальный угол передачи для этого механизма составляет м мин = 41,79 0 .

    Пример 4.7:

    Определите длину звеньев кривошипно-ползункового механизма, имеющего такой же ход и соответствующее вращение кривошипа, как в примере 1, но вместо указанного отношения кривошипа к звену муфты эксцентриситет указан как c = 20 мм.

    Для единичного хода c = 20/120 = 0,16667. Решая уравнение (10) для л , получаем:

    (17)


    Для c = 0,16667 l 2 = 0,325635. Подставляя в уравнения (15) и (16), a 2 = 0,48508 и 3 = 0,85006. Для s = 120 мм, c = 20 мм, a 2 = 58,21 мм и 3 = 102,01 мм. Минимальный угол трансмиссии для этого механизма составляет м, мин = 39.94 0 . Обратите внимание, что аналогичная процедура может быть выполнена, если указана длина кривошипа или соединительного звена.

    Минимальный угол передачи равен при q = p / 2:

    (18)


    Для полного вращения кривошипа c + a 2 3 или c 3-a 2 . В крайнем положении (c = a 3 - a 2 ), m min = 0. Используя уравнения (14), (15) и (16), это условие дает пределы f для вращения кривошипа как:

    и (19)


    Выражая m min через l и f (замените уравнения 14,15 и 16 уравнениями18 и упростить)

    (20)

    , поскольку l является свободным параметром конструкции, необходимое условие для того, чтобы минимальный угол передачи был максимальным, составляет

    Если значение l , которое делает производную равной нулю, равно l = l opt , дифференцируя уравнение (20) и устанавливая

    урожая.


    (21)


    Где Q = l 2 opt t 2 и t = tan (f / 2).Корни уравнения (21):



    (22)


    Поскольку Q должно быть положительным, Q > 2 не является решением. В соответствии с Q 3 , l = 1 / t 2 , отклонение минимального угла передачи 90 0 является максимальным (cosm min = 1). Корень Q 1 дает значение l opt в пределах диапазона (1 / t 2 , l), и это значение удовлетворяет необходимому и достаточному условию для кривошипно-шатунного механизма с оптимальными характеристиками угла передачи.Следовательно:


    (23)
    это единственное оптимальное решение.


    Пример 4.8:
    Для хода ползуна с = 120 мм и соответствующего поворота кривошипа f = 160 0 определите кривошипно-шатунный механизм ползуна с оптимальными характеристиками передачи усилия.


    Из уравнения (20). Используя уравнения (14), (15) и (16) для единичного хода, длины звеньев равны 2 = 0.465542; 3 = 1,14896; c = 0,377378 и для хода 120 мм:

    a 2 = 55,87 мм; a 3 = 137,88 мм; c = 42,81 мм

    Минимальный угол передачи для механизма составляет м мин = 42,81 0 .

    Результаты приведены в Таблице 2. Длины звеньев ползунка и кривошипа ( a 2 , a 3 , c) и оптимальные значения и минимальный угол передачи м мин в зависимости от кривошипа дано вращение между мертвыми точками.На диаграмме 3 приведены все возможные решения и их минимальные значения угла передачи (обратите внимание, что горизонтальная ось не в линейном масштабе).

    © es

    Автозапчасть | Что такое коленчатый вал?

    Говоря о деталях двигателя, нельзя не упомянуть коленчатый вал. Коленчатый вал - неотъемлемая часть любой модели двигателя. Но что такое коленчатый вал?

    Коленчатый вал - это часть двигателя, которая преобразует поступательное движение поршней во вращательное движение.Это основной вращающийся компонент двигателя. Поршни совершают повторяющееся линейное движение вверх и вниз, также называемое возвратно-поступательным движением.

    Шатун соединяет поршни с валом. Этот вал, в свою очередь, приводится в действие кривошипно-шатунным механизмом. Без коленчатого вала автомобиль не сдвинулся бы ни на дюйм, даже когда двигатель работает.

    История коленчатого вала

    Давайте рассмотрим происхождение как коленчатого вала, так и кривошипно-шатунного механизма по отдельности.

    Кривошипный механизм

    Во времена династии Хань между 202 г. до н.э. и 220 г. н.э. были внедрены ручные кривошипы.Эти кривошипы находили различное применение, от сельскохозяйственного до промышленного. Однако одной важной отсутствующей целью этих кривошипов было преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот.

    Изучение Римской империи показало, что в период между 2 и 6 веками были разработаны и использовались для выполнения различных задач чудаки различных форм. В V веке кельтиберы использовали навесную ручку ручной мельницы, которая работала как кривошип.

    На ранних работах, датируемых 10-13 веками в средневековой Европе, кривошипы изображены как использованные для вращения колес.В 15 веке в арбалете использовались кривошипные зубчатые рейки, называемые кранкинсами, для увеличения силы. Примерно в то же время в текстильной промышленности использовались кривошипные барабаны для наматывания мотков пряжи.

    Коленчатый вал

    В «Книге изобретательных устройств» братья Бану Муса рассказали о нескольких гидравлических устройствах, в которых использовался автоматический кривошип. Два из этих устройств имели действие, схожее с действием коленчатого вала.

    Кривошип, однако, не поддерживает полное вращение.Таким образом, потребовались доработки, чтобы он мог полноценно работать как коленчатый вал. Аль-Джазари, арабский инженер, рассказал о системе кривошипа и шатуна в двух своих водоподъемных машинах, и историк Дональд Хилл благодарит его за изобретение коленчатого вала.

    На иллюстрации с весельной лодкой, сделанной итальянским врачом и изобретателем Гвидо да Виджевано, были обнаружены составные кривошипы и шестерни, которые американский историк Линн Таунсенд определила как прототип коленчатого вала. Леонардо да Винчи и голландский фермер Корнелис Корнелисзун также описали его как коленчатый вал.

    Корнелис придумал ветряную пилораму, в которой использовался коленчатый вал. Коленчатый вал преобразовывал вращение ветряной мельницы в возвратно-поступательное движение, которое приводило в действие пилу, что является обратным тому, что делает коленчатый вал двигателя транспортного средства.

    По мере того, как Европа вступала в период промышленного развития, конструкции машин, в которых использовались кривошипные и шатуны, стали популярными и широко распространенными.

    До 1930-х годов фонографы поставлялись с кривошипами для завода их часовых двигателей.До изобретения электростартеров для запуска двигателей внутреннего сгорания использовались ручные рукоятки.

    Детали коленчатого вала

    Коленчатый вал двигателя представляет собой вал, состоящий из шатунов, кривошипов и набора кривошипов в зависимости от модели и конфигурации двигателя. К другим частям относятся коренная шейка подшипника, шейка шатуна, маслосъемные отверстия и противовесы. Маховик, прикрепленный к концу коленчатого вала, завершает работу коленчатого вала.

    Прямо или косвенно каждый из этих компонентов по-разному влияет на работу коленчатого вала.

    1. Шатун

    Также известный как шейка кривошипа, здесь крепится нижний конец шатуна.

    Поскольку большинство автомобильных двигателей имеют четыре или более цилиндров, шейка кривошипа, следовательно, обслуживает более одного цилиндра. Например, в двигателе V6 шатунная шейка работает либо с одним, либо с двумя цилиндрами, в зависимости от конструкции. С другой стороны, в радиальном двигателе каждая шейка кривошипа обслуживает весь ряд цилиндров.

    2. Шатун

    Иногда его называют шатун, он соединяет поршень с коленчатым валом.

    Рядом с кривошипом шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение. Шток вращается с обоих концов и передает силы сжатия и растяжения от поршня.

    3. Коренная шейка подшипника

    В блоке цилиндров коленчатый вал установлен на шейках подшипников. Количество коренных цапф в двигателе зависит от его конструкции.

    4. Шатун

    Шатун определяет ход двигателя.В свою очередь, ход и количество цилиндров определяют рабочий объем двигателя.

    Радиус кривошипа можно измерить, взяв расстояние от центра шейки шатуна до шейки коренного подшипника.

    5. Противовесы коленчатого вала

    Большинство двигателей, особенно V-образные, все еще имеют нежелательную вибрацию. Поэтому необходимы противовесы на коленчатом валу для компенсации раскачивания.

    Противовесы уравновешивают вес поршня и шатунов, что, в свою очередь, выравнивает моменты и снижает амплитуды колебаний.

    6. Масляные отверстия

    Масляные каналы снабжают маслом шатун и точки коренных подшипников. Масло в шейку шатуна поступает от шейки коренного подшипника через масляный канал в коленчатом валу.

    Функции и работа коленчатого вала

    Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение в поршневом двигателе является основной функцией коленчатого вала.

    Части длины вала смещены для образования бросков.К этим броскам прикреплены шатуны. Когда поршень движется вперед и назад, шатуны заставляют коленчатый вал вращаться и передают результирующее вращательное движение колесам.

    Без коленчатого вала возвратно-поступательное движение поршня не может быть преобразовано и передано на карданный вал.

    Кроме того, коленчатый вал удерживает на одном конце прикрепленный к нему маховик. Маховик действует как резервуар энергии, который сглаживает эффект пульсации при вращении и помогает поддерживать постоянное возвратно-поступательное движение поршней.

    Большие двигатели имеют несколько цилиндров, чтобы свести к минимуму эффект пульсации от отдельных ходов зажигания.

    Помимо этого, коленчатый вал помогает управлять другими компонентами двигателя автомобиля, включая распределительный вал, масляные и водяные насосы.

    Он также действует как связующее звено между двигателем и карданным валом, тем самым передавая мощность в виде кинетической энергии вращения. Другими словами, он соединяет входной и выходной корпус двигателя.

    Как видно из этих функций, коленчатый вал является основным компонентом любого двигателя.

    Sam O

    | Механизмы деформируемого мотора. (A) Кривошипный механизм состоит из ...

    Контекст 1

    ... ε r - относительная диэлектрическая проницаемость эластомера, ε 0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства (ε 0 = 8,854 × 10 −12 F / м), E - электрическое поле (В / м), V - приложенное напряжение (В), а z - толщина эластомера (м). Рисунок 2B и видео S3 иллюстрируют работу DEA. На рис. 3А показана конструкция деформируемого двигателя, состоящая из тонкой рамы, центральных частей, кривошипно-шатунного механизма и четырех DEA.Мы использовали тонкую раму, чтобы добиться деформации под действием внешней силы. ...

    Контекст 2

    ... кривошипно-шатунный механизм состоит из подшипника 1, подшипника 2, эксцентрикового корпуса и вала. Когда один из четырех DEA расширяется, эксцентриковый корпус перемещается вокруг вала, как показано на рисунке 3B. Поскольку эксцентриковое тело и вал объединены, движение эксцентрикового тела вращает вал. ...

    Контекст 3

    ... эксцентриковый корпус и вал объединены, движение эксцентрикового корпуса вращает вал. Затем мы можем создать вращательное движение, активировав по порядку четыре DEA (рис. 3C, видео S6). Подшипник 1 удерживает вал в центре двигателя, соединяясь с тонкой рамой через центральные части, показанные на рисунке 3A. ...

    Контекст 4

    ... затем может генерировать вращательное движение, активируя четыре DEA по порядку (рисунок 3C, видео S6). Подшипник 1 удерживает вал в центре двигателя, соединяясь с тонкой рамой через центральные части, показанные на рисунке 3A.Изменяя эксцентриситет эксцентрикового тела, мы можем регулировать максимальный крутящий момент и скорость вращения двигателя. ...

    Context 5

    ... уменьшить трение и вес, для кривошипно-шатунного механизма мы выбрали эксцентриковый корпус, подшипники и вращающийся вал небольшого размера. Мы использовали эксцентричный корпус диаметром 10 мм с зазором 1 мм от центра окружности, как показано на рисунке 3B. Диаметр вращающегося вала и внутренний диаметр подшипника 2 составляли 3 мм....

    Контекст 6

    ... ε r - относительная диэлектрическая проницаемость эластомера, ε 0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства (ε 0 = 8,854 × 10 −12 Ф / м), E - электрическое поле (В / м), V - приложенное напряжение (В), а z - толщина эластомера (м). Рисунок 2B и видео S3 иллюстрируют работу DEA. На рис. 3А показана конструкция деформируемого двигателя, состоящая из тонкой рамы, центральных частей, кривошипно-шатунного механизма и четырех DEA. Мы использовали тонкую раму, чтобы добиться деформации под действием внешней силы....

    Контекст 7

    ... кривошипно-шатунный механизм состоит из подшипника 1, подшипника 2, эксцентрикового корпуса и вала. Когда один из четырех DEA расширяется, эксцентриковый корпус перемещается вокруг вала, как показано на рисунке 3B. Поскольку эксцентриковое тело и вал объединены, движение эксцентрикового тела вращает вал. ...

    Контекст 8

    ... эксцентриковый корпус и вал объединены, движение эксцентрикового тела вращает вал.Затем мы можем создать вращательное движение, активировав по порядку четыре DEA (рис. 3C, видео S6). Подшипник 1 удерживает вал в центре двигателя, соединяясь с тонкой рамой через центральные части, показанные на рисунке 3A.