18Янв

Работа кривошипно шатунного механизма: Работа кривошипно-шатунного механизма

Содержание

Работа кривошипно-шатунного механизма

Как авторитетно свидетельствуют историки техники, еще за много лет до того, как появился самый первый автомобиль, был изобретен кривошипно-шатунный механизм. Когда именно произошло это событие, пока не установлено, зато точно известно, что эти конструкции активно использовались в таких машинах, как швейные, паровозы, а также штамповочные прессы.

Еще задолго до того, как был изобретен двигатель внутреннего сгорания, задача преобразования возвратно-поступательного движения в движение вращательное была весьма актуальна. Например, без ее эффективного решения не могла функционировать паровая машина, которая послужила настоящим «локомотивом» промышленной революции. Способ преобразования движения поршней во вращение был изобретен еще в средине XVIII века, и именно он был взят за основу двигателей внутреннего сгорания.

Интересно, что с тех пор, как появились первые ДВС, прошло уже очень немало времени. Они претерпели массу изменений, однако кривошипно-шатунный механизм в них остался практически таким же, как и был изначально.

Что касается принципа его действия, то он основан на том, что некие детали (а именно – поршни), с помощью шарниров соединяются с некоторыми частями вала, представляющими собой его «ступени». Сами поршни совершают возвратно-поступательные движения, благодаря чему оказывают соответствующие механические нагрузки на «колена» вала. Последний в результате этого совершает вращательное движение.

Таким образом, та задача, которую решет кривошипно-шатунный механизм, состоит в том, чтобы возвратно-поступательное движение поршней преобразовать во вращательное движение коленчатого вала. Что касается конструкции, то все детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две категории: неподвижные подвижные.

К разряду неподвижных относятся блоки цилиндров, поддоны, прокладки и головки. Подвижными частями являются сами поршни с установленными на них кольцами, маховики, коленчатые валы, а также шатуны. И подвижные, и неподвижные составляющие кривошипно-шатунного механизма имеют в своей конструкции различные крепежные детали.

Шатун и коленчатый вал

Роль шатуна состоит в том, чтобы обеспечивать трансляцию того усилия, которое обеспечивает поршень, коленчатому валу, причем как при рабочем, так и при обратном ходе во время вспомогательных тактов. Его составными частями являются стержень двутаврового сечения, верхняя головка и разъемная нижняя головка, которая закрепляется на шатунной шейке коленчатого вала. Материалом для изготовления шатуна и крышки является углеродистая или легированная сталь. В конструкции верхней головки шатуна содержится одна или две втулки, которые в нее запрессовываются и изготавливаются из такого материала, как оловянистая бронза. В нижней головке шатуна наличествуют вкладыши, изготавливаемые из тонкого стального листа, причем они заливаются слоем антифрикционного сплава.

Между собой верхняя и нижняя головки шатуна соединяются парой болтов и гаек, причем для обеспечения надежности фиксации они или снабжаются контргайками, или же шплинтуются.

Коленвал, который воспринимает оказываемые на него усилия поршней посредством шатунов, преобразует их во вращение. На нем располагаются шатунные и коренные шейки, противовесы, фланец, маховик. На коленчатых валах некоторых двигателей внутреннего сгорания устанавливается также храповик. Кроме того, на коленвалах монтируются шкивы приводов вентилятора и водяного насоса.

Коленчатые валы двигателей современных автомобилей вращаются со скоростью от 3000 до 6000 оборотов в минуту. Поэтому коренные подшипники, в которых они закрепляются, испытывают ускоренный износ. Чтобы его уменьшить, применяются специальные противовесы.

 

 

 

Принцип работы кривошипно шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для превращения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Он состоит из следующих деталей:

– коленчатый вал
– поршень и поршневые кольца (компрессионные и маслосъемное)
– шатуны
– поршневые пальцы
– подшипники скольжения (шатунные вкладыши)

К деталям КШМ можно отнести также и маховик двигателя, но по большей части он является составной частью механизма сцепления.

Принцип его работы заключается в следующем: при воспламенении горючей смеси внутри цилиндра двигателя образовавшиеся газы толкают поршень вниз. Шатун, из-за наличия поршневого пальца, способен проворачиваться вокруг его оси на не значительный угол, тем самым компенсируя время проворачивания коленчатого вала в тот промежуток времени, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Из-за наличия противовесов коленчатый вал не может провернуться в обратную сторону, поэтому газы через поршень и шатун передают крутящий момент на коленчатый вал, тем самым проворачивая его далее. Вращение колена коленчатого вала в опоре шатуна обеспечивают шатунные вкладыши, которые являются подшипниками скольжения. Они изготавливаются из латуни.

Герметичность и компрессию в камере сгорания поддерживают специальные компрессионные кольца. Маслосъемное кольцо служит для снятия масла со стенок цилиндра и не допускает попадания смазочного материала внутрь камеры сгорания.

Следует отметить, что все детали кривошипно-шатунного механизма изготавливаются с огромной точностью. Нарушение размеров даже в 0,5 мм может сильно сказать на работе механизма. Все крепежные соединения КШМ затягиваются с определенным моментом, величины которых устанавливаются заводом-изготовителем. Соблюдение машиностроительных допусков и посадок – одна из наиболее важных частей проектирования кривошипно-шатунного механизма.

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.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

  1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
  2. Шатун.
  3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

Шатун

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

Коленчатый вал

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

  • коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
  • шатун;
  • и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Особенности работы двигателя. Такты

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

Основные неисправности и обслуживание КШМ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:

  • залегание и разрушение колец;
  • прогорание поршня;
  • трещины стенок гильзы цилиндра;
  • изгиб шатуна;
  • разрыв коленчатого вала;
  • «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:

  1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
  2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
  3. Использовать только качественное топливо.
  4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

  1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
  2. Шатун.
  3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

ЦПГ

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

Шатун

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

Коленчатый вал

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

  • коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
  • шатун;
  • и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения  выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Особенности работы двигателя. Такты

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

Основные неисправности и обслуживание КШМ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя  достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:

  • залегание и разрушение колец;
  • прогорание поршня;
  • трещины стенок гильзы цилиндра;
  • изгиб шатуна;
  • разрыв коленчатого вала;
  • «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:

  1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
  2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
  3. Использовать только качественное топливо.
  4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от  смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

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:

     

    Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

    Категория:

       Тракторы-2

    Публикация:

       Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

    Читать далее:



    Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

    Кривошипно-шатунный механизм является основой двигателя внутреннего сгорания. Он состоит из следующих основных деталей: гильз цилиндров, установленных в блок-картере, головки, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками и маховиком и поддона картера.

    На данном рисунке изображен разрез двигателя Д-240. Цилиндры здесь размещены в блоке двигателя вертикально в один ряд. Сверху цилиндры закрываются общей головкой. Для надежного уплотнения полостей цилиндров в разъем блока и головки укладывается уплотнительная прокладка.

    Поршни имеют пружинящие уплотнительные и масляные кольца. При помощи поршневых пальцев поршни шарнирно связаны с шатунами. Нижние концы шатунов имеют разъемы и шарнирно соединяются с коленчатым валом. В нижнюю расточку шатунов заложены вкладыши подшипников скольжения.

    Рекламные предложения на основе ваших интересов:

    Коленчатый вал укладывается в разъемные подшипники блока двигателя. На переднем конце коленчатого вала крепятся приводные детали: шкив, шестерни; на заднем — маховик.

    Замкнутая полость, в которой вращается коленчатый вал и находится рабочий запас смазочного масла, называется картером. Он образуется нижней частью блока двигателя и поддоном, который крепится к блоку снизу. В плоскость разъема блока и поддона картера устанавливается уплотнительная прокладка.

    Блок цилиндров и верхняя часть картера представляют собой деталь, которую называют блок-картером.

    К блок-картеру и его головке, составляющим остов двигателя, крепятся детали и узлы других механизмов и систем двигателя.

    Рис. 1. Разрез двигателя Д-240: 1 — шатун; 2 — маслосъемные кольца; 3 — уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами; 4 — камера сгорания в днище поршня; 5 — валик коромысел; 6 — клапан; 7 — опорная шайба пружин клапана; 8 — сухари крепления опорной шайбы на клапане; 9 — пружины клапана; 10 — направляющая втулка клапана; 11 — гильза цилиндра; 12 — стойка валика коромысел; 13 — регулировочный болт; 14 — контргайка; 15 — коромысло; 16 — штанги; /7 — головка цилиндров; 18 — прокладка головки цилиндров; 19 — вентилятор; 20 — шкив привода вентилятора; 21 — шестерня распределительного вала; 22 — промежуточная шестерня распределения; 23 — шкив коленчатого вала; 24 — шестерня распределения коленчатого вала; 25 — ведущая шестерня привода масляного насоса; 26 — уплотнение поддона картера; 27 — шестерня привода масляного насоса; 28 — маслоприемник; 29 — распределительный вал; 30 — толкатель; 31 — уплотняющие резиновые кольца гильзы цилиндров; 32 — поршневой палец; 33 — поддон картера; 34 — коленчатый вал; 35 — коренной подшипник коленчатого вала; 36 — перегородки нижней части блок-картера; 37 — маховик; 38 — блок-картер

    Детали кривошипно-шатунного механизма во время работы двигателя испытывают как силовые, так и тепловые нагрузки.

    Силовая нагрузка складывается из давления газов, сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс, сил трения и полезного сопротивления, нагрузки от упругих колебаний.

    Максимальная сила давления газов Ргна поршень карбюраторного двигателя составляет 12…13 кН. Поршень дизеля испытывает давление газов порядка 45…100 кН.

    Центробежная сила Рц у автомобильных и тракторных двигателей достигает 3…9 кН.

    Упругие колебания деталей двигателя возникают вследствие того, что силы давления газов и силы инерции являются периодически изменяющимися. Дополнительные напряжения в деталях при упругих колебаниях, складываясь с основными напряжениями, могут приводить к разрушению деталей. Суммарные напряжения достигают максимума при явлениях резонанса.

    Для ослабления вредного действия упругих колебаний детали двигателя делают достаточно жесткими из материалов с высоким пределом выносливости.

    Тепловая нагрузка приводит к снижению механических свойств металлов, появлению тепловых напряжений, изменению формы деталей и зазора между ними, ухудшению условий смазки и т. п. Поэтому тепловой режим работы двигателя должен соответствовать расчетному и не вызывать нарушений в работе его деталей и узлов.

    Детали кривошипно-шатунного механизма, работающие в условиях больших знакопеременных нагрузок, упругих колебаний и высокой температуры, должны иметь достаточную прочность, жесткость и износостойкость.

    Кривошипно-шатунный механизм должен быть компактным и легким. Уменьшение массы движущихся относительно остова двигателя деталей при сохранении их прочности и жесткости снижает инерционные силы, а следовательно, нагрузки и износ деталей.

    Для уменьшения утечки газов из цилиндров детали, образующие рабочие полости (цилиндры, поршни с кольцами, головки с прокладками), должны постоянно поддерживать требуемую герметичность цилиндров.

    Устройство деталей кривошипно-шатунного механизма и компоновка его узлов на двигателе должны обеспечивать простоту технического обслуживания и ремонта.

    Рекламные предложения:


    Читать далее: Цилиндры, блок-картеры, головки цилиндров двигателя трактора

    Категория: - Тракторы-2

    Главная → Справочник → Статьи → Форум


    Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

    Что такое кривошипно-шатунный механизм? Он превращает прямолинейное перемещение во вращательное движение, и наоборот. Основные части кривошип, шатун, ползун и стойка присутствуют во всех видах и типах этих механизмов.

    Схематический пример кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

    Некоторые люди затрудняются сразу запомнить части устройства. Начинать надо с шатуна. Он шатается. Кривошип вращается. Ползун ползает туда-сюда. Стойка – ось вокруг которой вращается кривошип. Ползун образует со стойкой возвратно-поступательную кинематическую пару.

    Ведущими частями могут быть как кривошип, так и ползун. Если электродвигатель вращает кривошип, то ползун - ведомая часть, что-то толкает, или тянет туда-сюда. И наоборот, если ползун какая-то сила толкает взад-вперед, то кривошип является ведомым.

    Основные части КШМ

    Разберем КШМ у которого ведущим является ползун. Здесь прямолинейное циклическое(вперед-назад) перемещение поршня трансформируется во вращение коленчатого вала. Наиболее распространенный механизм данного типа – двигатель, работающий на бензине или солярке. Проще говоря мотор автомобиля, теплохода, генератора, мотоцикла.

    Кривошипно-шатунный механизм мотора

    Составные части КШМ разделяются на движущиеся и не движущиеся.

    Движущиеся детали КШМ

    Поршень с пальцами крепления к шатуну, шатун, коленвал(кривошип) с подшипниками, маховик.

    Движущиеся части КШМ

    Поршень(ползун) движется под напором газов, горящей смеси бензина и воздуха в карбюраторных двигателях или воспламенении солярки в дизельных. Это движение через поршневой палец и шатун переходит на коленвал. Делают его из алюминиевого сплава. Поршни дизельного двигателя конструктивно отличаются от поршней карбюраторного. В основном различается форма днища.

    Поршневые кольца уменьшают зазор между цилиндром и поршнем. Кольца эти свободно находятся в пазах поршня. Их толщина меньше ширины паза. Они сделаны из чугуна и разрезаны в одном месте. Упругие, их диаметр чуть больше диаметра поршня. Под действием пружинящей силы, кольца, находясь в пазах поршня, прижимаются к цилиндру, тем самым уменьшая зазор пары.

    Устройство поршня

    Маслосъемные поршневые кольца убирают излишки машинного масла с поверхности цилиндра. Поэтому оно не проникает в камеру воспламенения.

    Поршневой палец совмещает поршень и шатун. С небольшим технологическим зазором он проходит в отверстие шатуна и в бобышки поршня. В бобышках палец фиксируется специальными стопорными колечками, которые вставляют в технологические бороздки.

    Шатун промежуточное звено между поршнем и коленвалом. Один его конец движется туда-сюда прямолинейно, а другой вращается. В целом шатун движется по сложной траектории, с большими переменными ускорениями. Поэтому на него попадает большая знакопеременная нагрузка. Эту ответственную деталь КШМ делают из легированной стали.

    Составные части шатуна

    Коленчатый вал (кривошип) делают из стали или чугуна. Он цикличное (туда-сюда) прямолинейное движение поршня трансформирует во вращение вала. Преобразует энергию горящего топлива в цилиндре во вращающее усилие на валу коробки передач автомобиля. Далее через ряд элементов трансмиссии механическая энергия передается на ведущие колеса машины.

    Поверхности шеек обработаны высокочастотными токами и отшлифованы. Их количество и расположение соответствуют количеству и расположению цилиндров. Правая часть вала изготовлена в виде фланца к которому крепится маховик. На левую часть ставится ременной шкив и звездочка распределительного вала.

    Маховик чугунный диск большой массы. Благодаря этому двигатель пускается и работает равномерно, без рывков. Маховик присоединяется к коленвалу асимметрично расположенными болтами. Этим достигается балансировка системы: коленчатый вал – маховик. На обод маховика устанавливается зубчатое колесо для зацепления с бендиксом стартера.

    Газораспределительный механизм

    Распределительный вал должен быть синхронизирован с коленчатым валом. Чтобы совпадали фазы сгорания топлива и движение клапанов. Для этого эти валы соединены между собой зубчатым ремнем. Такой ремень не проскальзывает, поэтому сохраняет жесткую связь с маховиком, а значит и с коленчатым валом. Тем самым сохраняется синхронизация двух валов: коленчатого и распределительного, что является основой нормальной функционирования мотора.

    Газораспределительный механизм

    Не движущиеся части КШМ

    Не движущиеся части КШМ: блок цилиндров, головка блока цилиндров и прокладки между блоками.

    Не движущиеся части КШМ

    Блок цилиндров — базовая деталь КШМ поршневого ДВС. В нем находятся посадочные отверстия для установки коленчатого вала. Он является остовом двигателя, в котором различными способами монтируются остальные его агрегаты и узлы.

    Блок цилиндров подвергается большим температурным нагрузкам до 2000 °С. Различные места блока нагреваются по-разному. В результате по-разному деформируются. Что приводит к большим температурным усилиям, которые вкупе с большим давлением (до 11 МПа) создают большие разрывающие усилия. Поэтому изготавливают блоки цилиндров из высокопрочного чугуна и из алюминиевых сплавов.

    Наиболее используемым металлом для производства блока цилиндров является чугун, так как он обладает оптимальным соотношением цена-качество. Высокая прочность и низкая стоимость.

    Алюминий обладает большим коэффициентом теплового расширения, что создает проблемы. Кроме того, относительно низкие механические качества тоже ограничивают применение его в производстве блока цилиндров.

    Внутри блока имеются каналы для подвода масла к трущимся частям. Также делают каналы для жидкости, которая охлаждает блок.

    Головка цилиндров является не менее важной деталью. Она также трудится в условиях большого жара — до 2500 ° С. Причем нагрев различных частей неравномерный. С одной стороны, деталь омывается охлаждающей жидкостью, с другой нагревается, что вызывает большие деформации.

    Главное требование к головке цилиндров — прочность, достаточная для сопротивления разрывающим силам, противостоящая деформации от механических воздействий и изгибающих температурных напряжений.

    Головки цилиндров делают из высокопрочного чугуна, а также из алюминиевого сплава. Выбор металла зависит от типа мотора. Карбюраторные нуждаются в быстром отводе тепла, так как в них сжимается горючая смесь. Поэтому для них головки цилиндров производят их алюминиевого сплава. Дизеля сжимают воздух. Для них головки цилиндров делают из чугуна.

    Видео: принцип работы КШМ

    Видео: устройство работы кривошипно-шатунного механизма

    Видео: анимация работы кривошипно-шатунного механизма

    Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

    Проголосовавших: 7 чел.
    Средний рейтинг: 3.9 из 5.

    Устройство КШМ

     

     

     

     

     КШМ ВАЗ 2110, 2111, 2112

    Основные размеры КШМ ВАЗ 2110, 2111, 2112

    показаны на рисунке. Хорошо зарекомендовали

    себя двигателя ВАЗ 2110, они имеют много

    взаимозаменяемых деталей КШМ с двигателями

    ВАЗ 2108, ВАЗ 2109

    Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательные движения поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.

    Устройство КШМ можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные.

    Подвижные детали: 

    поршень, поршневые кольца, поршневые пальцы и шатуны, коленчатый вал, маховик.

    Блок-картер, головка блока цилиндров, гильзы цилиндров. Имеются также фиксирующие и крепежные детали.

    Поршневая группа

    Поршневая группа включает в себя поршень, поршневые кольца, поршневой палец с фиксирующими деталями. Поршень воспринимает усилие расширяющихся газов при рабочем ходе и передает ею через шатун па кривошип коленчатого вала; осуществляет подготовительные такты; уплотняет над поршневую полость цилиндра как от прорыва газов в картер, так и от излишнего проникновения в нее смазочного материала.

    Коренные подшипники

    Для коренных подшипников применяются подшипники скольжения, выполненные в виде вкладышей, основой которых является стальная лента толщиной 1,9—2,8 мм для карбюраторных двигателей и 3—6 мм для дизелей. В качестве антифрикционного материала вкладышей используют высокооловянистый алюминиевый сплав для карбюраторных двигателей и трехслойные с рабочим слоем из свинцовой бронзы.

    Маховик

    Маховик служит для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, накопления энергии во время рабочего хода поршня, необходимой для вращения вала в течение подготовительных тактов, и вывода деталей КШМ из ВМТ (верхней мертвой точки) и НВТ (нижней мертвой точки).
    В многоцилиндровых двигателях маховик является, в основном, накопителем кинетической энергии, необходимой для пуска двигателя и обеспечения плавного трогания автомобиля с места.


    Маховики отливают из чугуна в виде лиска с массивным ободом и проводят его динамическую балансировку в сборе с коленчатым валом. На ободе маховика имеется посадочный поясок для напрессовки зубчатого венца для электрического пуска стартером. На цилиндрической поверхности маховика находятся метки или маркировочные штифты и надписи, определяющие момент прохождения ВМТ поршнем первого цилиндра. На торцевую рабочую поверхность опирается фрикционный диск сцепления. Для крепления его кожуха имеются резьбовые отверстия. Маховик центрируют по наружной поверхности фланца с помощью выточки, а положения его относительно коленчатого вала фиксируют установочным штифтом или несимметричным расположением отверстий крепления маховика.

    Поршни

    Форма и конструкция поршня, включая днище поршня и отверстие под поршневой палец, в значительной степени определяются формой камеры сгорания.

     Устройство шатуна

    Шатун необходим для соединения поршня с коленчатым валом и передачи усилия от поршня к коленчатому валу

     

     

    Устройство КШМ автомобиля. 

    1 - стопорное кольцо, 2 - поршневой палец, 3 - маслосьемные кольца, 4 - компрессионные кольца, 5 - камера сгорания, 6 - днище поршня, 7 — головка поршня:     8 - юбка поршня;  9 -  поршень: 10 - форсунка; 11- шатун; 12  - вкладыш;  13 - шайба , 14 - длинный болт; 15 - короткий болт; 16 — крышка шатуна, 17  -  втулка шатуна;  18 — номер на шатуне; 19 — метка на крышке шатуна; 20 -  шатунный болт.

     

    Поршень состоит из головки поршня и направляющей части — юбки поршня. С внутренней стороны имеются приливы — бобышки с гладкими отверстиями под поршневой палец. Для фиксации пальца в отверстиях проточены канавки под стопорные кольца. В зоне выхода отверстий на внешних стенках юбки выполняются местные углубления, где стенки юбки не соприкасаются со стенками цилиндров. Таким образом получаются так называемые холодильники. Для снижения температуры нагрева направляющей поршня в карбюраторных двигателях головку поршня отделяют две поперечные симметричные прорези, которые препятствуют отводу теплоты от днища.

    Нагрев, а следовательно, и тепловое расширение поршня по высоте неравномерны. Поэтому поршни выполняют в виде конуса овального сечения. Головка поршня имеет диаметр меньше, чем направляющая. В быстроходных двигателях, особенно при применении коротких шатунов, скорость изменения боковой силы довольно значительна. Это приводит к удару поршня о цилиндр. Чтобы избежать стуков, при перекладке поршневые пальцы смещают на 1,4—1,6 мм в сторону действия максимальной боковой силы, что приводит к более плавной перекладке и снижению уровня шума.


    Головка поршня состоит из днища и образующих ее стенок, в которых именно канавки под поршневые кольца. В нижней канавке находятся дренажные отверстия для отвода масла диаметром 2,5—3 мм. Днище головки является одной из стенок камеры сгорания и воспринимает давление газов, омывается открытым пламенем и горячими газами. Для увеличения прочности днища и повышения обшей жесткости головки се стенки выполняются с массивными ребрами. Днища поршней изготовляют плоскими, выпуклыми, вогнутыми и фигурными. Форма выбирается с учетом типа двигателя, камеры сгорания, процесса смесеобразования и технологии изготовления поршней.

    Поршневые кольца

    Поршневые кольца - элементы уплотнения поршневой группы, обеспечивающие герметичность рабочей полости цилиндра и отвод теплоты от головки поршня.

    По назначению кольца подразделяются на:

    Компрессионные кольца — препятствующие прорыву газов в картер и отводу теплоты в стенки цилиндра.

    Маслосъемные кольца - обеспечивающие равномерное распределение масла по поверхности цилиндра и препятствующие проникновению масла в камеру сгорания.


    Изготовляются кольца из специальною легированною чугуна или стали. Разрез кольца, называемый замком, может быть прямым, косым или ступенчатым. По форме и конструкции поршневые кольца дизелей делятся на трапециевидные, с конической поверхностью, и подрезом, маслосъемные, пружинящие с расширителем; поршневые кольца карбюраторных двигателей — на бочкообразные, с конической поверхностью со скосом, с подрезом; маслосьемные — с дренажными отверстиями и узкой перемычкой, составные предсталяют собой два стальных лиска (осевой и радиальный расширители).

    Составное маслосъемное поршневое кольцо (а) и его установка в головке поршня двигателя: 1 - дискообразное кольцо; 2 — осевой расширитель; 3 — радиальный расширитель; 4— замок кольца; 5 — компрессионные кольца; 6 — поршень; 7 - отверстие в канавке маслосъемного кольца.

    Для повышения износостойкости первого компрессионного кольца, работающего и условиях высоких температур  и граничного трения, его поверхность покрывают пористым хромом. Устанавливая на поршень поршневые кольца, необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец были смещены один относительно другого на некоторый угол (90 —180 градусов).

    Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем. Поршневые пальцы изготовляют из малоуглеродистых сталей. Рабочую поверхность тщательно обрабатывают и шлифуют. Для уменьшения массы палец выполняют пустотелым.

    Установка поршневого пальца

    Шатун шарнирно соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала. Он воспринимает от поршня и передает коленчатому валу усилие давления газов при рабочем ходе, обеспечивает перемещение поршней при совершении вспомогательных тактов. Шатун работает в условиях значительных нагрузок действующих по его продольной оси.

    Шатун состоит из верхней головки, в которой имеется гладкое отверстие под подшипник поршневого пальца; стержня двутаврового сечения и нижней головки с разъемным отверстием для крепления с шатунной шейкой коленчатого вата. Крышка нижней головки крепится с помощью шатунных болтов. Шатун изготавливают методом гарячей штамповки из высокочественной стали. Для более подробного изучения создан раздел "Устройство шатуна".

    Устройство шатуна

    Для смазывания подшипника поршневого пальца (бронзовая втулка) в верхней головке шатуна имеются отверстие или прорези. В двигателях марки «ЯМЗ» подшипник смазывается под давлением, для чего в стержне шатуна имеется масляный канал. Плоскость разъема нижней головки шатуна может располагаться под различными углами к продольной оси шатуна. Наибольшее распространение получили шатуны с разъемом перпендикулярным к оси стержня, В двигателях марки «ЯМЗ» имеющим больший диаметр,  чем диаметр цилиндра, pазмер нижней головки шатуна, выполнен косой разъем нижней головки, так как при прямом разъеме монтаж шатуна через цилиндр при сборке двигателя становится невозможным. Для подвода масла к стенкам цилиндра на нижней головке шатуна имеется отверстие. С целью уменьшения трения и изнашивания в нижние головки шатунов устанавливают подшипники скольжения, состоящие из двух взаимозаменяемых вкладышей (верхнего и нижнею).

    Вкладыши изготовляются из стальной профилированной ленты толщиной 1,3—1,6 мм для карбюраторных двигателей и 2—3,6 мм для дизелей. На ленту наносят антифрикционный сплав толщиной 0,25—-0,4 мм — высокооловянистый алюминиевый сплав (для карбюраторных двигателей). На дизелях марки «КамАЗ» применяют трехслойные вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. Шатунные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку шатуна с натягом 0,03—0,04 мм. От осевого смешения и провертывания вкладыши удерживаются в своих гнездах усиками, входящими в пазы, которые при сборке шатуна и крышки должны располагаться на одной стороне шатуна.

    Устройство двигателя автомобиля не сложно для обучения, главное изучать материал последовательно и систематизированно.

    СОДЕРЖАНИЕ:

    1. Устройство КШМ двигателя

    1.1 Подвижные детали КШМ

    1.2 Неподвижные детали КШМ

    2. Неисправности КШМ двигателя

    2.1 Звуки неисправностей двигателя (стуки двигателя)

    2.2 Признаки и причины неисправностей двигателя автомобиля

    3. Капитальный ремонт двигателя автомобиля

     

    Кривошипный механизм - обзор

    14.1 Гидравлическая система шагового винта корабля

    Судовой гребной винт преобразует энергию главного двигателя корабля в кинетическую энергию корабля. Как показано на рис. 14.1, когда главный двигатель тянет гребной винт для вращения с угловой скоростью w, гребной винт отталкивает воду слева от судна в направлении корабля, так что корабль получает тягу p , что перемещает вправо.

    Рисунок 14.1. Принципиальная схема винта шага.

    Чтобы более эффективно отбрасывать воду и создавать большую тягу, лопасть гребного винта должна иметь спиральную поверхность. Таким образом, пересечение цилиндрической поверхности, которая соосна гребному винту и лопасти гребного винта на рис. 14.1F, представляет собой спиральную линию. Если треугольник с основанием 2p r и высотой H 1 , как показано на рис. 14.1G, катится по цилиндрической поверхности с радиусом r , скошенная кромка этого треугольника становится спиралью. изображенный на рис.14.1F. H 1 и q 1 называются углом наклона спирали и углом наклона спирали соответственно.

    На рис. 14.1F поперечное сечение лопасти, прорезанное цилиндрической поверхностью, соосной с гребным винтом, известно как сечение лопасти. Некоторые лопасти гребных винтов могут регулировать свое вращение вокруг гребного вала r. До и после вращения, если поверхность цилиндра с радиусом r открывается в плоскость, то профиль лопасти будет таким, как показано на рис.14.1G 1, 2. Сравнение показывает, что шаг переносится с H 1 на H 2 , а угол тангажа переносится с q 1 на q 2 . От этого происходит название винт шага.

    Как показано на рис. 14.1E, кривошипно-шатунный механизм ползуна является обычно используемым поворотно-лопастным механизмом. Когда толкатель 1 движется в осевом направлении, скользящий блок 2 приводится в движение, чтобы скользить в канавке, затем ползун 2 приводит в движение кривошип 3 и лопасть, соединенную с кривошипом 3, для вращения вокруг вала гребного винта с помощью вала штифта для регулировки шага лезвие.Когда весло настроено на состояния, показанные на рис. 14.1A, B, C и D, соответствующая скорость корабля - вперед, замедление, остановка и отступление. Вышеуказанные характеристики гребного винта шага дают ему следующие основные преимущества:

    1.

    В любых навигационных условиях мощность главного двигателя может быть полностью использована, что увеличивает выносливость корабля.

    2.

    При условии, что направление и скорость главного двигателя постоянны, гребной винт шага может изменять навигационное состояние судна, регулируя шаг.Таким образом, время и расстояние, необходимое для изменения состояния плавания корабля, сокращаются, а маневренность корабля значительно улучшается.

    3.

    Когда судно меняет навигационное состояние, скорость и управляемость главного двигателя могут быть полностью неизменными. Таким образом, можно значительно уменьшить количество запусков и регулировку частоты вращения основного двигателя, что продлевает срок службы основного двигателя.

    4.

    После использования гребного винта шага, если на судне в качестве главного двигателя используется дизельный двигатель, весь набор реверсивного оборудования может быть исключен; если в качестве основного двигателя используется газовая турбина, нет необходимости устанавливать отдельный реверсивный двигатель.В результате легко реализовать автоматизацию управления главным двигателем.

    Недостаток заключается в том, что механизм сложен и, следовательно, создает ряд проблем. Это необходимо учитывать при проектировании гидравлической системы.

    Требования к гидравлической системе винта шага следующие:

    1.

    Жизнеспособность силового агрегата требует, чтобы гидравлическая система гребного винта шага приняла соответствующие технические меры для его удовлетворения.Например, для устранения сбоев питания всего корабля, сбоев управления и других серьезных сбоев обычно используется несколько источников энергии. Кроме того, должны быть созданы взаимные помехи между источниками энергии и устройствами защиты.

    2.

    Гидравлическая система гребного винта с регулируемым шагом является более крупной силовой системой на корабле, и внешняя нагрузка сильно варьируется. Как показано на рис. 14.2, давление в системе относительно высокое, когда шаг изменяется, и давление низкое, когда шаг стабильный, особенно когда скорость нормальная, давление масла приближается к нулю.Когда шаг регулируется, производительность насоса большая, но когда шаг стабильный, насосу нужно только компенсировать утечку в системе. Следовательно, необходимо настроить схему разгрузки, чтобы уменьшить потери мощности и нагрев масла в системе.

    Рисунок 14.2. Напорные характеристики гидросистемы винта шага на регулируемом и стабильном шаге.

    3.

    Когда лопасть отрегулирована на требуемый шаг, она должна иметь возможность «заблокироваться» для достижения «стабильного шага», поэтому следует установить схему блокировки.Когда лопасть переходит от положительного шага к нулевому, гидродинамический момент представляет собой активный крутящий момент (состояние отрицательного крутящего момента), который должен быть в состоянии предотвратить чрезмерное вращение лопасти вокруг вала гребного винта.

    4.

    Чтобы уменьшить массу и размер системы (особенно размер корпуса гребного винта), в большинстве гидравлических систем используется среднее и высокое давление, поэтому необходимо решить некоторые технические проблемы большого масштаба. диаметр высокоскоростного поворотного шарнира.

    5.

    Существуют определенные требования к диапазону шага, времени и точности винта шага.

    В дополнение к вышесказанному, гидравлический удар системы должен быть небольшим, способным предотвратить проникновение морской воды в корпус гребного винта, простым в обслуживании и экономичным. Кроме того, следует установить индикатор угла наклона спирали.

    Гидравлическая система винта шага такая же, как гидравлическая система рулевого двигателя; бывают также открытого типа, закрытого типа, открытого и закрытого контура.Обычно используется замкнутая система. В следующих разделах анализируются две типичные гидравлические системы гребного винта шага.

    14.1.1 Открытая система

    На рис. 14.3 показана открытая гидравлическая система гребного винта шага. Эта открытая система была представлена ​​компанией KAMEWA, Швеция. Схема системы представлена ​​на рис. 14.3А. Фактический угол винта q 2 , управляемый гидроцилиндром 15 шага, сравнивается с требуемым углом спирали q 1 основной команды после обратной связи и преобразуется в сигнал напряжения u q , который отражает ошибку угла наклона винтовой линии. q 1 - q 2 900 16.После того, как сигнал напряжения u q усилен фазочувствительным выпрямителем, можно управлять коммутацией и размером открытия пропорционального электромагнитного реверсивного клапана 8, чтобы контролировать положительный и отрицательный полюс угла спирали и скорость шага винт регулируемого шага.

    Рисунок 14.3. Открытая гидравлическая система с гребным винтом регулируемого шага.

    Например, ручка используется для поворота потенциометра на угол в определенном направлении.Если есть ошибка между желаемым углом спирали и фактическим углом спирали - то есть сигнал ошибки u q с определенной полярностью вводится в систему - тогда пропорциональный электромагнит D 2 входов клапана 8 ток I 2 соответствует u q . Клапан 8 смещен вправо и открывается пропорционально I 2 , а масло, выпускаемое насосом 1 и 2 , поступает в правую камеру цилиндра 15 с правой стороны клапанов 8, 10. и 14.Возвратное масло в левой камере цилиндра 15 проходит через клапан 9 и правую сторону клапана 8 в топливный бак. Шток поршня цилиндра 15 регулировки шага выдвигается, чтобы толкать шток механизма поворотной лопасти на фиг. 14.1E, заставляя лопасти вращаться вокруг вала гребного винта до тех пор, пока лопасть не будет отрегулирована на желаемый угол спирали q 1 . Затем сигнал ошибки u q исчезает, клапан 8 возвращается в среднее положение, а клапан 14 блокирует правую камеру гидроцилиндра 15 шага для поддержания стабильного шага.

    На рис. 14.3 клапан 13 используется для определения управляющего давления цилиндра шага. Рабочее давление цилиндра шага при стабильном шаге ниже; максимальное - 3 МПа. Следовательно, управляющее давление масла регулируемого насоса 1 и 2 низкое, и насос 1 и 2 работают с небольшой производительностью, чтобы дополнить потребность в утечке цилиндра с регулируемым шагом. При регулировке расстояния рабочее давление цилиндра 15 выше, а максимальное - 7.5 МПа. В это время более высокое управляющее давление заставляет насосы 1 и 2 достичь максимальной производительности, чтобы удовлетворить потребность в быстром регулировании. Следовательно, система представляет собой систему с адаптацией к потоку с меньшими потерями энергии.

    При фиксированном шаге обратный клапан 14 гидравлического управления используется для блокировки правой камеры цилиндра 15. Если шаг остается стабильным в течение длительного времени, угол спирали лопасти уменьшается из-за утечки масла под давлением правого цилиндра. камера, клапан 8 переставляется в нужное положение, затем насос 1 и 2 с небольшим потоком через правую сторону клапана 8 заполняет правую камеру цилиндра маслом.

    В системе используется конструкция с резервированием, и надежность системы относительно высока. Даже если насос 1 или 2 поврежден, система все равно может работать; односторонние клапаны 2 и 3 используются для предотвращения столкновения двух насосов. Если пропорциональный электромагнитный направляющий клапан 8 поврежден, пока электромагнит D 3 и D 4 находятся под напряжением, то клапаны 9 и 10 закрываются, а клапан 7 находится в управлении. Когда электромагнит клапана 7 поврежден, клапан 7 также может управляться вручную.Когда вся система повреждена, весло для измерения расстояния можно отрегулировать на положительный шаг с помощью ручного насоса 3 . Клапан 16 служит предохранительным клапаном для системы, а клапан 1 является предохранительным клапаном для насоса с регулируемым контуром 1 и 2 . Клапаны 1 и 16, челночный клапан 13 и клапаны 9 и 10 - все вставные, вставленные в один и тот же блок клапанов картриджа. Клапаны 7 и 8 и реле давления 5 и 6 соединены пластинчатым типом и также расположены на поверхности блока плунжерных клапанов.Поэтому степень интеграции этой системы очень высока.

    14.1.2 Замкнутая система

    На рис. 14.4 показана замкнутая гидравлическая система двухшагового гребного винта с замкнутым контуром управления. Ниже анализируется принцип работы одной гидравлической системы гребного винта.

    Рисунок 14.4. Закрытая гидросистема с винтом регулируемого шага.

    Гидравлическое масло, отводимое вспомогательным насосом C 1 и C 2 , делится на три маршрута: один используется для управления регулируемым механизмом главного насоса A 1 , A 2 и A 3 ; через односторонний клапан 1 или 2 масло заливается в низковольтную сторону главной цепи; а левый перетекает через предохранительный клапан 8, а затем обратно в резервуар после прохождения через корпус насоса основного насоса для охлаждения основного насоса.Клапан 8 используется для регулировки рабочего давления вспомогательного насоса.

    Когда поступает сигнал полярной ошибки, соленоидный клапан 10 меняет направление влево. Масло, выпускаемое вспомогательным насосом, поступает в цилиндр 12 через клапан 10 и заставляет регулируемый механизм насоса A 1 отклоняться из нулевого положения в другое направление. Таким образом, масло, выпускаемое правой камерой насоса A 1 , разделяется на два пути: первый - в малую камеру цилиндра B 1 ; а другие плечи открывают клапан 5 через масляный контур гидравлического обратного клапана 5 (пунктирная линия на рисунке), таким образом возвращая масло в цилиндр B 1 большая полость, за исключением насоса A 1 всасывание масла, излишек масла может обратный поток в бак через клапан 5 и обратный клапан 7.Шток цилиндра B 1 перемещается вправо для регулировки шага. Когда лопасть гребного винта достигает желаемого шага, сигнал ошибки исчезает, клапан 10 возвращается в среднее положение, а пружина в цилиндре 12 заставляет регулируемый механизм главного насоса A 1 вернуться в нулевое положение. На этом этапе насос A1 эквивалентен запорному клапану для поддержания шага.

    В условиях отрицательного момента насос A 1 находится в состоянии гидравлического двигателя. Он затягивает вращение гребного винта вместе с основным тянущим насосом, чтобы избежать превышения скорости вращения лопастей вокруг гребного вала.Это также называется «ограничением скорости регенерации», и эффективность системы высока.

    Односторонние клапаны на вспомогательном насосе C 1 и выпускное отверстие C 2 используются для предотвращения взаимодействия двух насосов друг с другом. Односторонние клапаны 3 и 4 и перепускной клапан 6 вместе образуют двунаправленный предохранительный клапан. При выходе из строя основного насоса A 1 или A 2 вместо него можно использовать основной насос A 3 . Когда соленоидный клапан 10 выходит из строя, ручной реверсивный клапан 11 может использоваться в аварийном режиме.Следовательно, надежность системы относительно велика.

    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 > а 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 кривошипно-кривошипным механизмом со смещением .

    Угол передачи можно определить из уравнения:

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

    Максимальное отклонение угла передачи возникает, 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 как:

    (3)

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

    .

    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 - 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).

    Что касается рисунка, на котором кривошипно-шатунный механизм нарисован 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 кругу ).Геометрическое место всех возможных фиксированных точек поворота - это другой круг (круг k 0 ), который задается как Z (1 + l) (начало координат обоих векторов - B e с действительной осью, параллельной оси ползунка) . . Любая линия, проведенная из точек B и , пересекает эти круги 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)

    Теперь длины звеньев 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), получаем 2 = 0,48508 и 3 = 0,85006. Для s = 120 мм, c = 20 мм, 2 = 58,21 мм и 3 = 102,01 мм. Минимальный угол передачи 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 поворота кривошипа как:

    и (19)


    Выражая m мин 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 , максимальное отклонение минимального угла передачи 90 0 (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; a 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 представлены на диаграмме 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

    Кривошип (механизм) | История Вики

    Кривошип представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, посредством которого возвратно-поступательное движение передается на вал или принимается от него. Он используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное или возвратно-поступательное в круговое движение.Рычаг может быть изогнутой частью вала или отдельным рычагом, прикрепленным к нему. К концу кривошипа шарниром прикреплен стержень, обычно называемый шатуном. Конец стержня, прикрепленный к кривошипу, совершает круговое движение, в то время как другой конец обычно вынужден двигаться линейным скользящим движением внутрь и наружу.

    Этот термин часто относится к кривошипу с приводом от человека, который используется для ручного поворота оси, как в шатуне велосипеда или в сверле со скобами и сверлами. В этом случае рука или нога человека служит шатуном, прикладывая возвратно-поступательное усилие к кривошипу.Часто есть штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся ручкой на ней, чтобы держать ее в руке, или в случае работы ногой (обычно со второй рукой для другой ноги) с свободно вращающаяся педаль.

    Файл: Bundesarchiv Bild 135-BB-152-11, Tibetexpedition, Tibeter mit Handmühle.jpg

    Тибетцы, управляющие кверном (1938). Перпендикулярная ручка таких вращающихся ручных фрез работает как кривошип. [1] [2]

    Эксцентричный кривошипно-подобный механизм появился в Китае с 4 века до нашей эры. [3] Ручные кривошипы использовались во время династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.), как изображают модели глазурованных гробниц эпохи Хань из 1 века до н.э., и впоследствии использовались в Китае для наматывания шелка и прядение конопли, для веялки сельскохозяйственных культур, в водяном просеивателе муки, для металлургических сильфонов с гидравлическим приводом и в лебедке колодца. [4] [5] Самое раннее использование кривошипа в машине произошло в веялке с кривошипным приводом в провинции Хань, Китай. [6]

    Римская железная кривошипная ручка была обнаружена при раскопках в Августе Рорика, Швейцария. Изделие длиной 82,5 см с ручкой длиной 15 см имеет еще неизвестное назначение и датируется не позднее, чем ок. 250 г. н.э. [7] Свидетельства того, что кривошип появился на лесопилке в конце Хиераполиса (Малая Азия) 3-го века, в то время как две каменные лесопилки 6-го века также были найдены в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания. [8] В Китае в 5 веке появились кривошипно-шатунные механизмы, а в 6-м веке - кривошипно-шатунные механизмы со штоком поршня. [3]

    Устройство, показанное в каролингской рукописи начала 9 века Утрехтский Псалтырь , представляет собой кривошипную рукоятку, используемую с вращающимся точильным камнем. [9] Ученые указывают на использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах в работе 10 века испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави (936–1013). [9] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки, «используемые для токарной обработки литейных стержней», согласно Нидхэму. [10]

    В мусульманском мире немеханический кривошип появляется в середине 9 века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их «Книге изобретательных устройств » . [11] Эти автоматически приводимые в действие кривошипы присутствуют в нескольких устройствах, описанных в книге, два из которых имеют действие, приближенное к коленчатому валу. Автоматический кривошип братьев Бану Муса не позволил бы полностью вращаться, но потребовалась лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать его в коленчатый вал. [12] Арабский изобретатель Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах. [13] Его двухцилиндровый насос включал самый ранний известный коленчатый вал, [14] , в то время как его другая машина была оснащена первым известным кривошипно-скользящим механизмом. [15] Итальянский врач и изобретатель Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349) сделал иллюстрации для гребной лодки и боевых повозок, которые приводились в движение вручную проворачиваемыми коленчатыми валами и зубчатыми колесами. [16] Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, что можно было увидеть в работах таких людей, как военный инженер Конрад Кезер (1366 - после 1405). [16]

    Шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20 века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие часовыми двигателями с заводными рукоятками, а автомобильные двигатели внутреннего сгорания обычно запускались кривошипами (известные в Великобритании как стартовые ручки , ), до того как электрические стартеры вошли в широкое распространение.

    Файл: Преобразование вращательного движения в линейное. Crank.jpg

    Кривошип

    Файл: CrankPencilShapener.jpg

    Ручной кривошип на точилке для карандашей

    Знакомые примеры:

    Используя руку [править | править источник]

    Использование ног [править | править источник]

    Двигатели [править | править источник]

    Почти во всех поршневых двигателях используются кривошипы для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Кривошипы встроены в коленчатый вал.

    Смещение конца шатуна приблизительно пропорционально косинусу угла поворота кривошипа, когда он измеряется от верхней мертвой точки. Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое устойчиво вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение:

    где x - расстояние конца шатуна от оси кривошипа, l - длина шатуна, r - длина кривошипа, а α - угол поворота кривошипа, измеренный от верхней мертвой точки (ВМТ).Технически возвратно-поступательное движение шатуна немного отличается от синусоидального движения из-за изменения угла шатуна во время цикла.

    Механическое преимущество кривошипа, соотношение между силой на шатуне и крутящим моментом на валу, изменяется на протяжении цикла кривошипа. Отношения между ними примерно такие:

    где - крутящий момент, а F - сила на шатуне.Для заданного усилия на кривошипе крутящий момент максимален при углах поворота кривошипа α = 90 ° или 270 ° от ВМТ. Когда кривошип приводится в движение шатуном, проблема возникает, когда кривошип находится в верхней мертвой точке (0 °) или нижней мертвой точке (180 °). В этих точках цикла кривошипа сила на шатуне не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и оказывается в одной из этих двух точек, он не может быть запущен с помощью шатуна. По этой причине в паровозах, колеса которых приводятся в движение кривошипами, два шатуна прикреплены к колесам на расстоянии 90 ° друг от друга, так что независимо от положения колес при запуске двигателя, по крайней мере, один шатун будет иметь возможность приложить крутящий момент для запуска поезда.

    1. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 159
    2. ↑ Лукас 2005, стр. 5, сл. 9
    3. 3,0 3,1 Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технологии», Философия и социальные действия II (1-2): 1-33 [ 4], http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.122.293&rep=rep1&type=pdf#page=12, получено 13 марта 2010 г.
    4. ↑ Needham 1986, стр.118–119.
    5. ↑ Темпл, Роберт. (1986). Гений Китая: 3000 лет науки, открытий и изобретений , стр. 46. ​​С нападающим Джозефом Нидхэмом. Нью-Йорк: Simon and Schuster, Inc. ISBN 0671620282.
    6. Н. Сивин (август 1968), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае, , Джозеф Нидхэм», Журнал азиатских исследований (Ассоциация азиатских исследований) 27 (4): 859-864 [862 ], http://www.jstor.org/stable/2051584
    7. ↑ Лаур-Беларт 1988, с.51–52, 56, рис. 42
    8. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161
    9. 9,0 9,1 Needham 1986, стр. 112.
    10. ↑ Нидхэм 1986, стр. 112–113.
    11. А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы , Cambridge University Press, стр. 266, ISBN 0521327636
    12. Banu Musa, Donald Routledge Hill (1979), Книга гениальных устройств (Kitāb al-ḥiyal) , Springer, стр.23-4, ISBN

      08339
    13. ↑ Ахмад И Хасан. Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине.
    14. Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 1435850661
    15. Лотфи Ромдхан и Саид Зеглул (2010), «Аль-Джазари (1136–1206)», История механизмов и машиноведения (Springer) 7 : 1-21, DOI: 10.1007 / 978-90- 481-2346-9, ISBN 978-90-481-2346-9, ISSN 1875-3442
    16. 16.0 16,1 Needham 1986, p. 113.

    Библиография [редактировать | править источник]

    • Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное фрезерование в древнем и средневековом мире. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура 46 : 1–30
    • Laur-Belart, Rudolf (1988), Führer durch Augusta Raurica (5-е изд.), Augst
    • Нидхэм, Джозеф (1991), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение , Cambridge University Press, ISBN 0521058031 .
    • Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Журнал римской археологии 20 : 138–163

    Глава 5. Планарные рычаги

    Yi Zhang
    с
    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 переднем подоконнике 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. полоска 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 всего два вида нижние пары --- революционные пары и призматические пары.

    Самая простая связь с замкнутым контуром - это четырехзвенная связь, которая имеет четыре элемента, 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.sim

    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 превратив их в рамку.

    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 Четыре рычажных механизма

    Одним из простейших примеров ограниченного сцепления 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 четырехзвенный рычажный механизм 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 звено соединительной муфты , 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 четырехзвеночном рычаге, если оба боковые звенья вращаются, это двухкривошипный механизм .
    5. Механизм с двумя коромыслами : В четырехзвенной рычажной системе, если оба Боковые звенья рок-н-ролла называются двухкамерным механизмом .
    5.2.3 Классификация

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

    В соединении с четырьмя стержнями мы обращаемся к отрезку линии между петли 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 вер. р + д Самая короткая полоса 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 - боковая, механизм - кривошипно-качающийся. Кратчайший звено - кривошип в механизме.
    2. Когда самая короткая ссылка - 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 входной ссылкой, 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 бар (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 AB . 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 выровнен 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 . Поэтому 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 связь 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. Для 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.Для Например, механизм насосного устройства на рисунке 5-15 такой же, как на рисунке 5-14b.

    Изображение 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 Четыре рычажных механизма
    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

    Кривошип (механизм) | Трактор и строительный завод Wiki

    Кривошип представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, посредством которого возвратно-поступательное движение передается на вал или принимается от него. Он используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное или иногда возвратно-поступательное движение в круговое. Рычаг может быть изогнутой частью вала или отдельным рычагом, прикрепленным к нему. К концу кривошипа шарниром прикреплен стержень, обычно называемый шатуном.Конец стержня, прикрепленный к кривошипу, совершает круговое движение, в то время как другой конец обычно вынужден двигаться линейным скользящим движением внутрь и наружу.

    Этот термин часто относится к кривошипу с приводом от человека, который используется для ручного поворота оси, как в шатуне велосипеда или в сверле со скобами и сверлами. В этом случае рука или нога человека служит шатуном, прикладывая возвратно-поступательное усилие к кривошипу. Часто есть штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся ручкой на ней, чтобы держать ее в руке, или в случае работы ногой (обычно со второй рукой для другой ноги) с свободно вращающаяся педаль.

    Примеры

    Кривошип

    Рукоятка точилки для карандашей

    К знакомым примерам относятся:

    Ручные рукоятки

    • Механическая точилка для карандашей
    • Катушка рыболовная и прочие катушки для кабеля, проволоки, канатов и т. Д.
    • Окно автомобиля с ручным управлением
    • Кривошипный механизм, приводящий в движение велосипед через ручки.

    • Шатуны, приводящие в движение велосипед с помощью педалей.
    • Швейная машина с педалью

    Двигатели

    Почти во всех поршневых двигателях используются кривошипы для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение. Кривошипы встроены в коленчатый вал.

    Механика

    Смещение конца шатуна приблизительно пропорционально косинусу угла поворота кривошипа, когда он измеряется от верхней мертвой точки (ВМТ). Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое устойчиво вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение:

    где x - расстояние конца шатуна от оси кривошипа, l - длина шатуна, r - длина кривошипа, а α - угол поворота кривошипа, измеренный от верхней мертвой точки (ВМТ).Технически возвратно-поступательное движение шатуна немного отличается от синусоидального движения из-за изменения угла шатуна во время цикла.

    Механическое преимущество кривошипа, соотношение между силой на шатуне и крутящим моментом на валу, изменяется на протяжении цикла кривошипа. Отношения между ними примерно такие:

    где - крутящий момент, а F - сила на шатуне.Для заданного усилия на кривошипе крутящий момент максимален при углах поворота кривошипа α = 90 ° или 270 ° от ВМТ. Когда кривошип приводится в движение шатуном, проблема возникает, когда кривошип находится в верхней мертвой точке (0 °) или нижней мертвой точке (180 °). В этих точках цикла кривошипа сила на шатуне не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и оказывается в одной из этих двух точек, он не может быть запущен с помощью шатуна. По этой причине в паровозах, колеса которых приводятся в движение кривошипами, два шатуна прикреплены к колесам на расстоянии 90 ° друг от друга, так что независимо от положения колес при запуске двигателя, по крайней мере, один шатун будет иметь возможность приложить крутящий момент для запуска поезда.

    История

    Западный мир

    Классическая античность
    См. Также: Римская технология и Список римских водяных мельниц

    Римская кривошипная ручка от Августы Раурика, датированная 2 веком нашей эры [1]

    Эксцентрично установленная ручка вращающейся ручной мельницы, появившейся в 5 веке До н.э. кельтиберийская Испания и в конечном итоге распространившаяся по всей Римской империи представляет собой чудак. [2] [3] [4] Римский железный коленчатый вал неизвестного назначения, датируемый II веком нашей эры, был обнаружен при раскопках в Августе Рорика, Швейцария.Кусок длиной 82,5 см на одном конце имеет бронзовую ручку длиной 15 см, другая ручка утеряна. [5] [1]

    A ок. В Ашхайме, недалеко от Мюнхена, были раскопаны настоящие железные кривошипы длиной 40 см вместе с парой раздробленных жерновов диаметром 50-65 см и различными железными изделиями. Римская мельница с кривошипным механизмом датируется концом 2 века нашей эры. [6] Часто цитируемая современная реконструкция насоса с ковшовой цепью, приводимого в движение маховиком с ручным приводом с кораблей Nemi, была отклонена как «археологическая фантастика». [7]

    Лесопилка в римском Хиераполе, построенная в 3 веке нашей эры, самая ранняя из известных машин, сочетающая кривошип с шатуном. [8]

    Самые ранние свидетельства того, что в мире шатун совмещен с шатуном в машине, есть на лесопилке в позднем римском Иераполе 3-го века нашей эры и двух римских каменных лесопилках в Герасе, Римская Сирия, и Эфес, Малая Азия (оба - VI век нашей эры). [8] На фронтоне мельницы Хиераполиса показано водяное колесо, питаемое дорожкой мельницы, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы, которые режут прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, при необходимости, кривошипов. .Сопроводительная надпись на греческом языке. [9]

    Кривошипно-шатунные механизмы двух других лесопилок, подтвержденных археологами, работали без зубчатой ​​передачи. [10] [11] В древней литературе мы находим упоминание о работе водяных пил по мрамору недалеко от Трира, ныне Германия, автором поэта Авзония конца 4-го века; [8] Примерно в то же время эти типы мельниц, похоже, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрирующим разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи [12] Три находит дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие назад; [8] Впервые все основные компоненты гораздо более позднего парового двигателя были собраны одной технологической культурой:

    С кривошипно-шатунной системой, все элементы для создания паровой машины (изобретен в 1712 году) - эолипил Героя (генерирующий паровую энергию), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) , зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) - были известны еще во времена Римской империи. [13]
    Средневековье
    См. Также: Средневековая технология

    Боевая повозка Виджевано

    Вращающийся точильный камень - самое раннее его изображение - [14] , который приводится в действие рукояткой рукоятки, показан в рукописи Каролингов Утрехтский Псалтырь ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. [15] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни (ок.878−942) описывает струнный инструмент, звучащий из смолистого колеса, вращаемого рукояткой; позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века. [14] Есть также две фотографии Фортуны, вращающей колесо судьбы, из этого и следующего столетия. [14]

    Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании 1887 года «Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines », выпущенном в 1887 году и принадлежащем испанскому мусульманскому хирургу Абу аль-Касим аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено исходным освещением и, следовательно, не подлежит рассмотрению. [16] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки, «используемые для токарной обработки литейных стержней». [17]

    Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для гребного катера и боевых экипажей, которые приводились в движение вручную вращающимися составными кривошипами и зубчатыми колесами (в центре рисунка). изображение). [18] Псалтырь Латтрелла , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с редуктором, работающая как с одной, так и с двумя кривошипами, появилась позже, в 15 веке; [19]

    Средневековые краны иногда приводились в движение кривошипами, хотя чаще - лебедками. [20]

    Возрождение
    См. Также: Технология эпохи Возрождения

    Гребная лодка 15-го века, лопасти которой вращаются одноходовыми коленчатыми валами (Аноним гуситских войн)

    Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15-го века, его часто видели в работах таких, как немецкий военный инженер Конрад Кезер. [19] Устройства, изображенные в Bellifortis Кизера, включают изогнутые лебедки (вместо колес со спицами) для крепления осадных арбалетов, кривую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [19] Kyeser также оснастил винты Archimedes для подъема воды кривошипной рукояткой, нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой с помощью протектора. [21] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника кривошипами найдено на миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [22]

    Немецкий арбалетчик, взводящий свое оружие с помощью коленчатого реечного механизма (ок. 1493 г.)

    Первые изображения составного кривошипа в скобе плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных североевропейских произведениях искусства. [23] Быстрое внедрение составной рукоятки можно проследить в работах неизвестного немецкого инженера Анонима времен гуситских войн о состоянии военной техники своего времени: во-первых, шатун, примененный Что касается кривошипов, то во-вторых, кривошипы с двойным составом также стали оснащаться шатунами, и в-третьих, для этих кривошипов использовался маховик, чтобы вывести их из «мертвой точки».

    На одном из рисунков Анонима гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемой людьми, управляющими составными кривошипами (см. Выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея также была подхвачена его соотечественником Франческо ди Джорджио. . [24]

    Водоподъемный насос, приводимый в действие кривошипно-шатунным механизмом (Георг Андреас Бёклер, 1661)

    В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства составного кривошипа и шатуна были найдены в альбомах Taccola, но устройство все еще существует. механически неправильно понят. [25] Четкое уловление движения кривошипа демонстрирует немного позднее Пизанелло, который нарисовал поршневой насос с приводом от него. от водяного колеса и приводится в действие двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [25]

    В 15 веке также были введены изогнутые реечные устройства, называемые кранкинсами, которые устанавливались на приклад арбалета как средство приложения еще большей силы при захвате ракетного оружия (см. Справа) . [26] В текстильной промышленности были внедрены изогнутые катушки для наматывания мотков пряжи. [19]

    Примерно в 1480 году роторный точильный камень раннего средневековья был усовершенствован с помощью педали и кривошипно-шатунного механизма. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. [27]

    Начиная с 16 века, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: Агостино Рамелли. Разнообразные и искусственные машины Только из 1588 года изображает восемнадцать примеров, число, которое поднимается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Бёклера до 45 различных машин, что составляет одну треть от общего числа. [28]

    Дальний Восток

    Тибетец, управляющий кверном (1938). Перпендикулярная ручка таких вращающихся ручных фрез работает как кривошип. [3] [4]

    Самая ранняя настоящая кривошипная ручка в ханьском Китае встречается, как изображают модели глазурованных гробниц эпохи Хань, в сельскохозяйственном веялке, [29] , датированной не позднее 200 года нашей эры. [30] Кривошип впоследствии использовался в Китае для наматывания шелка и прядения конопли, в водяном просеивателе муки, в металлургических сильфонах с гидравлическим приводом и в лебедке колодца. [31] Однако потенциал кривошипа по преобразованию кругового движения в возвратно-поступательное движение, кажется, никогда не был полностью реализован в Китае, и кривошип, как правило, отсутствовал в таких машинах до начала 20-го века. [32]

    Ближний Восток

    В то время как американо-американский историк техники Линн Уайт не смогла найти «убедительных доказательств даже простейшего применения кривошипа до книги аль-Джазари 1206 г. н.э.», [19] кривошип появляется, согласно Бистону, в середине. 9 век в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге изобретательных устройств . [33] Эти устройства, однако, совершали только частичные вращения и не могли передавать большую мощность, [34] , хотя потребовалась бы лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать их в коленчатый вал. [35]

    Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах. [36] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал, [37] , но устройство было излишне сложным, что указывало на то, что он все еще не полностью понимал концепцию преобразования энергии. [38] После аль-Джазари чудаки в исламских технологиях не прослеживаются до копии начала 15 века «Механики » древнегреческого инженера Героя Александрийского в начале 15 века. [16]

    20 век

    Шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20 века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие заводными двигателями с кривошипами. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания обычно запускались кривошипами (известные в Великобритании как стартовые ручки , ) до того, как электрические стартеры стали широко использоваться.

    В руководстве пользователя Reo 1918 года описывается , как запускать автомобиль вручную:

    • Первое: Убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
    • Секунда: Педаль сцепления отпущена, и сцепление включено. Педаль тормоза выдвинута вперед, насколько это возможно, для включения тормоза на заднем колесе.
    • Третий: Посмотрите на этот рычаг контроля искры, который представляет собой короткий рычаг, расположенный на верхней части рулевого колеса с правой стороны. находится как можно дальше назад к водителю, а длинный рычаг в верхней части рулевой колонки, управляющий карбюратором, сдвинут вперед примерно на один дюйм от своего запаздывающего положения.
    • Четвертый: поверните ключ зажигания в точку, отмеченную "B" или "M".
    • Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в точку, обозначенную «START». Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажав на небольшой штифт, выступающий из передней части бачка, пока карбюратор не затопит. Если заливка не происходит, это означает, что топливо не поступает в карбюратор должным образом, и нельзя ожидать запуска двигателя. См. Инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака.
    • Шестое: Убедившись, что в карбюратор поступает топливо, возьмитесь за ручку пускового кривошипа, надавите на нее до конца, чтобы защелкнуть храповик со штифтом коленчатого вала, и поверните двигатель, быстро потянув вверх. Никогда не давите вниз, потому что, если по какой-либо причине двигатель откатится, это подвергнет опасности оператора.

    Коленчатый вал

    Коленчатый вал - коленчатый вал, который также выполняет роль оси. Применяется на паровозах с внутренними цилиндрами.

    См. Также

    • Лебедка
    • Уравнения движения поршня
    • Ничто болгарка
    • Солнечная и планетарная шестерня

    Каталожные номера

    1. 1.0 1.1 Schiöler 2009, стр. 113f.
    2. ↑ Дата: Франкель 2003, стр. 17–19
    3. 3,0 3,1 Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 159
    4. 4,0 4,1 Лукас 2005, стр. 5, сл. 9
    5. ↑ Лаур-Беларт 1988, с.51–52, 56, рис. 42
    6. ↑ Volpert 1997, стр.195, 199
    7. ↑ White, Jr. 1962, стр. 105f .; Олесон 1984, стр. 230f.
    8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161:

      Из-за открытий, сделанных в Эфесе и Герасе, изобретение кривошипа и шатунной системы пришлось изменить с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний писал свою «Мозеллу».

    9. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 139–141
    10. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 149–153
    11. ↑ Mangartz 2006, стр. 579f.
    12. ↑ Wilson 2002, p. 16
    13. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 156, сл. 74
    14. 14,0 14,1 14,2 Уайт, мл. 1962 г., стр. 110
    15. ↑ Hägermann & Schneider 1997, стр. 425f.
    16. 16,0 16,1 Уайт, мл.1962, стр. 170
    17. ↑ Нидхэм 1986, стр. 112–113.
    18. ↑ Холл 1979, стр. 80
    19. 19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 Уайт, мл. 1962, стр. 111
    20. ↑ Холл 1979, стр. 48
    21. ↑ Уайт, мл. 1962, стр. 105, 111, 168
    22. ↑ White, Jr. 1962, стр. 167; Холл 1979, стр. 52
    23. ↑ White, Jr. 1962, стр. 112
    24. ↑ White, Jr. 1962, стр. 114
    25. 25,0 25,1 Уайт, мл.1962, стр. 113
    26. ↑ Холл 1979, стр. 74f.
    27. ↑ White, Jr. 1962, стр. 167
    28. ↑ White, Jr. 1962, стр. 172
    29. ↑ White, Jr. 1962, стр. 104
    30. ↑ Нидхэм 1986, стр. 118–119.
    31. ↑ White, Jr. 1962, стр. 104. , так далее.Чтобы сделать этот шаг, необходимо знакомство с кривошипом. Кривошип в его простой рудиментарной форме мы находим в [современном] китайском лебедке, использование которого, однако, по-видимому, не дало импульса для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое движение в других приспособлениях ». В Китае кривошип был известен, но оставался бездействующим в течение по крайней мере девятнадцати веков, его взрывной потенциал для прикладной механики не был признан и не использовался.

    32. ↑ аль-Хассан и Хилл 1992, стр.45, 61
    33. ↑ Ахмад И Хасан. Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине.
    34. ↑ White, Jr. 1962, стр. 170:

      Однако то, что аль-Джазари не совсем понял значение рукоятки для соединения возвратно-поступательного движения с вращательным движением, демонстрируется его чрезвычайно сложным насосом, приводимым в действие посредством зубчатого колеса, эксцентрично установленного на его оси.

    Библиография

    Внешние ссылки

    7

    v · d · e

    Название

    А

    Заполните общие статьи, начиная с A

    AM222 (a) - Кривошипно-шатунный механизм

    Процедуры см. В руководстве по механической лаборатории.

    Название: Кривошипный механизм ползуна

    Цель

    Найти выражение для перемещения, скорости и ускорения кривошипно-ползункового механизма.

    Теория



    Кривошип - это устройство, с помощью которого на вал может передаваться вращательное движение и крутящий момент. Самое простое приспособление - кривошипная ручка. Когда в вал входит несколько кривошипов, он называется коленчатым валом. Чаще всего коленчатый вал используется в двигателях легковых автомобилей.Коленчатый вал, шатун и поршень - один из примеров кривошипно-скользящего механизма.

    Основой работы динамического механизма двигателя является кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала, шатуна и поршня. Давление сгорания передается от поршня (деталь имеет только возвратно-поступательное движение) на шатун (деталь имеет как прямолинейное, так и вращательное движение) и, наконец, на коленчатый вал (деталь имеет только вращательное движение).

    Кривошипно-ползунковый рычажный механизм представляет собой четырехзвенный механизм с тремя поворотными шарнирами и одним призматическим или скользящим шарниром.Вращение кривошипа приводит в движение линейное движение ползуна, или расширение газов против скользящего поршня в цилиндре может управлять вращением кривошипа. Это также набор механических частей, предназначенных для преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, как в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением, или для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, как в поршневом насосе с возвратно-поступательным движением.

    Вращая рукоятку, ползунок перемещается вперед и назад. Это движение называется возвратно-поступательным движением.В качестве альтернативы, если ползунок производит входное движение (как в случае поршня), кривошип вынужден вращаться. Расстояние, перемещаемое ползунком, зависит от длины кривошипа. При повороте кривошипа на 180 градусов ползун перемещается на расстояние, равное удвоенной длине кривошипа.

    Полное вращение кривошипа возможно, если эксцентриситет c меньше разницы между длинами шатуна и кривошипа, а длина кривошипа меньше длины шатуна (например.грамм. c <(a3-a2) и a3> a2)



    Существует два типа кривошипов: рядные и смещенные.

    1. Рядный: Кривошип продольного ползуна имеет ползунок, расположенный так, чтобы линия движения шарнирного соединения ползуна проходила через базовое соединение кривошипа. Это создает асимметричное движение ползунка вперед и назад при вращении кривошипа.
    2. Смещение: Если линия хода шарнирного соединения ползуна не проходит через базовый шарнир кривошипа, движение ползуна не симметрично.Он движется в одном направлении быстрее, чем в другом. Это называется механизмом быстрого возврата.

    Области применения

    Некоторые области применения кривошипно-ползунного механизма:

    1. Поршневой двигатель
    2. Роторный двигатель
    3. Двигатель с качающимся цилиндром
    4. Ручной насос
    5. Штурвал
    6. Эллиптическая муфта Oldhammmel
    7. Эллиптическая муфта Эллиптическая муфта Oldhammmel - кривошипно-шатунный механизм представляет собой инверсию 4-х звенного цепного механизма, в котором одна поворотная пара заменена скользящей парой.Теперь инверсия - это процесс получения как можно большего количества механизмов путем последовательного исправления различных ссылок.

      Первая инверсия

      Эта инверсия получается, когда линия 1 (заземление) зафиксирована. Применение - поршневой двигатель, поршневой компрессор и т. Д.

      Вторая инверсия

      Эта инверсия достигается, когда перемычка 2 (кривошип) зафиксирована. Применение - механизм быстрого возврата Whitworth, роторный двигатель и т. Д.

      Третья инверсия

      Эта инверсия достигается, когда звено 3 (шатун) зафиксировано.Применение - кривошипно-шатунный механизм, качающийся двигатель и т. Д.

      Четвертая инверсия

      Эта инверсия достигается, когда звено 4 (ползунок) зафиксировано. Применение - ручной насос, маятниковый насос или двигатель Bull и т. Д.

      Ссылки

      1. Шатунно-ползунковый механизм, wikipedia.org.
      2. Кривошип и ползун. WJEC.
      3. Slider - Кривошипный механизм для демонстрации и экспериментов MQP Эрика Бригама, Криса Дестефано и Закари Киллоя.
      4. Ценность применения ползункового кривошипно-шатунного механизма при перемещении и перемещении робота Delta. Авторы: Цинь Чжэ, Лю Сяо-чу, Чжао Чжуань, Сяо Цзинь-жуй1, Университет Гуанчжоу, Школа механики и электротехники.
      5. Кривошипно-шатунный механизм, Britannica.
      6. Кривошипные механизмы ползуна, Ближневосточный технический университет METU
      7. Полномасштабная исследовательская статья - Кинематика и кинетический анализ кривошипно-ползункового механизма в линейном четырехцилиндровом двигателе Z24 Мохаммада Ранджбаркохана, Мансура Расеха, Абдола Хамида Хосейни, Камрана Хейралипура , и Мохаммад Реза Асади.

      Основы дизайна: как преобразовать вращательное движение в линейное

      Кривошипно-ползунковый механизм - это типичная конструкция, которая преобразует вращательное движение в линейное движение.Это достигается соединением ползуна и кривошипа с тягой. На рисунке A изображен механизм, используемый в качестве системы, которая преобразует возвратно-поступательное линейное движение автомобильного двигателя во вращательное движение.

      Вторая фигура, B , представляет собой пример механизма, который выполняет те же функции, что и кривошипная рукоятка на первой фигуре A, в дополнение к функции регулировки хода скольжения для ползуна. Чтобы добавить эту особенность, винт регулировки хода скольжения размещен над центром вала вращения диска вращения.Ход скольжения можно отрегулировать с помощью регулировочной гайки, расположенной на одном конце регулировочного винта хода скольжения.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c82" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Рисунок A и B 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_FigureAandB_0.png&fit=format max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      А и Б.Два вышеуказанных механизма являются примерами кривошипно-ползунковых механизмов.

      Кроме того, если требуется высокоскоростное вращение или работа в течение долгих часов, необходимо учитывать элементы конструкции, связанные с вопросами надежности, описанными здесь.

      1. Баланс вращения вращающегося тела (всей конструкции на диске)
      2. Прочность вращающегося вала
      3. Предотвращение ослабления регулировочной гайки (например, система с двумя гайками)
      4. Подбор износостойких деталей для области, подверженной износу

      На рисунке C ниже показан механизм со сменными частями стержня / ползуна.П-образный крюк установлен так, чтобы конец стержня можно было легко соединить с шарнирным пальцем на шарнирном конце кривошипа.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c84" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Рисунок C 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_FigureC_0.png?auto=max&wit = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      С.Пример кривошипно-шатунного механизма со сменными частями штока / ползуна.

      Примеры применения

      Для простых устройств автоматизации или приспособлений, совместимых с несколькими моделями путем подключения блока обработки к блоку слайдера, замена блока слайдера после подготовки блока обработки в автономном режиме может минимизировать время, необходимое для переключения режима.

      1. Приводной механизм ракеля для простой машины для трафаретной печати: при замене материалов из-за срока их жизнеспособности или при замене материалов для печати можно быстро переключать модели, если вы удалите детали ползуна со встроенным ракелем и замените его частями ползуна с отрегулированным положением ракеля в автономном режиме.
      2. Простой пресс-механизм, совместимый с несколькими моделями.

      Проблемы приложений

      Из-за этого простого метода соединения, когда только U-образный крюк помещается на вращающийся кривошип, этот механизм несовместим со следующими типами движения:

      1. Высокоскоростной вращающийся кривошип: собственного веса стержня может быть недостаточно, чтобы следовать за движением.
      2. Большой радиус вращения: движение от коленчатого вала к U-образному крюку не будет эффективно передаваться в некоторых областях.
      3. Движение, связанное с нестабильной скоростью или колебаниями: U-образный крюк может упасть.

      Как использовать кривошипно-ползунковый механизм

      На рисунке D показан умный механизм автоматизации, который преобразует вращение кривошипа в линейное движение и делает ход линейного движения вдвое больше, чем у исходного.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c86" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Рисунок D 0 "data-embed-src =" https: // base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_FigureD_0.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%

      D. Механизм удвоения хода.

      В этой конструкции ползуна используется в стандартном кривошипно-шатунном механизме ползуна с зубчатой ​​передачей. Кроме того, направляющая слайдера разделена на фиксированную стойку и подвижную стойку. Кривошипное движение ведущего вала передается на зубчатую передачу.Затем ход перекатывающего движения (L) по фиксированной рейке увеличивается на 100% (2L), когда он достигает вершины шестерни. Этот ход (2L) воздействует на подвижную рейку, установленную на верхней части шестерни.

      Другие примеры применения

      Конструкция имеет тенденцию быть длиннее, чем первоначально предполагалось, если используются пневматический цилиндр и линейная направляющая, или если используется конструкция, в которой для соединения двигателя используются шариковые винты. Этот умный механизм автоматизации - эффективное решение для создания короткого и компактного приспособления:

      1. Колебательное движение обрабатывающего станка
      2. Возвратно-поступательный механизм линейного перемещения для цельной производственной оснастки
        (печать, протирка и прессование)
      3. Контрольные приспособления

      Вращательное движение может быть преобразовано в линейное движение с помощью винта.В этом томе представлен интеллектуальный механизм автоматизации (рис. E) , который позволяет управлять линейным перемещением различными способами за счет использования различных типов винтовых конструкций. В качестве кулачка используются «резьбовые» и «резьбовые» винты.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c88" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Рисунок E 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_FigureE_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      E. Механизм преобразования линейного движения, включающий движения в двух направлениях.

      Если ручка, установленная на правом краю, вращается, это вызывает линейное движение скользящего блока, установленного на двух винтах с резьбой, которые прикреплены к двум противоположным винтам. Эта структура также может быть применена для двухскоростного механизма, в котором однократное вращение ручки преобразуется в движение с удвоенным шагом вращения.

      Еще больше примеров применения

      1. Позиционирование электрического терминала или движение сканирования для инспекционного оборудования
      2. Регулировочный механизм для позиционирования кромок приспособлений для различных продуктов.
      3. Двухскоростной механизм

      Кулачки

      Кулачок - это типичный механический компонент, используемый в механизме преобразования вращательно-поступательного движения. Кулачки являются отличным выбором благодаря следующим характеристикам:

      1. Характеристики движения, такие как скорость, ускорение и силы, могут свободно контролироваться выходным концом, на который передается движение кулачка
      2. В сочетании с рычажным механизмом включение кулачка в конструкцию позволяет создать компактный, легкий, но очень жесткий механизм в простой конструкции.
      3. Кулачки могут сократить общее время цикла, поскольку они могут перекрывать друг друга и управлять несколькими движениями
      4. Высокая надежность

      На основе этих характеристик кулачки используются в различных приложениях, включая механизм запрессовки клемм высокоскоростной машины для запрессовки клемм, а также высокоскоростное и сложное управление синхронизацией клапана выпуска воздуха для автомобильный двигатель (см. фото) .На фото ниже перемещение кулачка пластины увеличено рычажным механизмом. Для обеспечения скоростного отклика установлены пружины, предотвращающие прыжки.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c8a" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Фото 1 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_PHOTO_1_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      Кулачок управления выпускным воздушным клапаном в автомобильном двигателе.

      Кулачок, представленный здесь в качестве основы умных механизмов автоматизации, работает как вспомогательный элемент, который позволяет быстро прикреплять / отсоединять приспособления, преобразуя смещение линейного движения в силы, а не преобразовывая вращательное движение в линейное движение, которое ранее объяснялось как превосходная характеристика кулачков, используемых в управлении движением.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c8c" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Рисунок F 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_FigureF_0.png?auto=max&wit = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      Механизм преобразования вращательно-поступательное движение с помощью кулачка.

      В Рис.F , механизм преобразования вращательного движения в линейное, использующий типичный пластинчатый кулачок и возвратно-поступательный толкатель, показан слева, а зажимной механизм одним нажатием - рядом.

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c8e" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Png 1 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_png_1_0.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df27720f6d5f267ee283c90" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Www Machinedesign Com Сайты Machinedesign com Файлы Png 2 0 "data-embed-src =" https://base.imgix.net/files/base/ebm/machinedesign/image/2018/03/www_machinedesign_com_sites_machinedesign.com_files_png_2_0.png?auto=max&fit = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

      Вышеупомянутые механизмы являются примерами того, как вы переводите вращательное движение в линейное движение.

      Преобразование вращательного движения в линейное может быть сконфигурировано с использованием множества компонентов и достигнуто с разной степенью точности и прочности.