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.

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.

Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Какие силы действуют в кривошипно-шатунном механизме?

При воспламенении горючей смеси в цилиндре двигателя расширяющиеся газы равномерно воздействуют на днище поршня, поэтому их можно представить в виде общей силы Р, приложенной к центру поршневого пальца. Когда поршень находится в ВМТ и шатун с кривошипом располагаются на одной линии, то сила Р, действуя вдоль по шатуну и кривошипу, передается на коренные подшипники коленчатого вала, не вызывая его поворота (рис.5, а).

Рис.5. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме:
а – газы воздействуют на поршень, находящийся в ВМТ; б – аксиальный двигатель; в – дезаксиальный двигатель.

При повороте коленчатого вала на некоторый угол шатун отклоняется в сторону от вертикального положения и силу Р можно разложить по правилу параллелограмма на две составляющие: силу Р, направленную вдоль шатуна, и силу N, направленную перпендикулярно к стенке цилиндра (рис.5, б). Перенося силу F по линии ее действия к центру шатунной шейки, вновь раскладывают ее на две составляющие: силу К, касательную к окружности вращения центра шатунной шейки, и силу R, направленную по радиусу кривошипа к центру вала. Сила К, действуя на плечо r, равное радиусу кривошипа, вызывает вращение коленчатого вала с крутящим моментом М_кр = К · r. Этот момент передается через трансмиссию на колеса автомобиля и приводит его в движение.

Сила N (нормальная сила), направленная перпендикулярно к стенке цилиндра, прижимает поршень к стенке, увеличивая трение между ними и их износ. Кроме того, сила N, действуя на плечо l, стремится опрокинуть двигатель в сторону, противоположную вращению коленчатого вала, т. е. создает опрокидывающий момент М_опр, равный: M_опр = Nl.

Этот момент воспринимается рамой автомобиля через детали подвески. Поэтому между рамой и кронштейнами крепления двигателя устанавливают резиновые подушки, а на некоторых и пружины, смягчающие этот момент.

Каким путем уменьшают нормальную силу?

Для уменьшения силы N смещают ось коленчатого вала или ось поршня относительно оси цилиндра в сторону действия силы N на величину m (рис.5, в). Такие кривошипно-шатунные механизмы называются дезаксиальными. Величину смещения подбирают на заводе-изготовителе. Кривошипно-шатунные механизмы, у которых оси коленчатого вала и поршня совпадают с осью цилиндра, называются аксиальными.

Сила R, направленная к центру вала, создает давление на коренные подшипники, вызывая их износ. При движении поршня от ВМТ к НМТ давление газов постепенно уменьшается и соответственно изменяются величины всех сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

При движении поршня от НМТ к ВМТ направление действия силы N изменяется на противоположное, но величина ее незначительна, так как давление газов на поршень при вспомогательных тактах невелико.

Следовательно, в одноцилиндровом четырехтактном двигателе газы воздействуют па поршень периодически через каждые три пол-оборота коленчатого вала. Вследствие этого даже при массивном маховике коленчатый вал вращается неравномерно, вызывая вибрацию всего двигателя. Для устранения этих недостатков на современных автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели, в которых такты рабочего хода происходят чаще. Например, в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе рабочие ходы чередуются через каждые пол-оборота коленчатого вала и следуют один за другим; в шестицилиндровом четырехтактном двигателе они уже перекрываются на 60° поворота коленчатого вала, а в восьмицилиндровом – на 90°. Следовательно, с увеличением количества цилиндров двигателя равномерность вращения коленчатого вала улучшается, крутящий момент стабилизируется, масса маховика, отнесенная к единице мощности, уменьшается.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания»

кривошипно-шатунный механизм, Силы

Смотрите также:

Кривошипные механизмы — www.papermodelsheet.com

Домашняя страница

Контактная информация

Сроки и условия

Информация для клиентов

Политика конфиденциальности

Контактная информация

Категории

• Легковые автомобили

• Надувные шарики

• Книги

• Поезда

• Самолеты

• Здания

• Вертолет

• Дирижабли

• Бумажные автоматы

  • Беренпресс

  • Бумажные автоматы Уолтера Раффлера

• Корабли

• Животные

• люди

• Всякий раз

• Музыкальные инструменты

• Издатели

• Антиквар

• Хольцмодель

Поиск товара

Корзина

Ваша корзина пуста.

Войти

Адрес электронной почты

Пароль

Забыли пароль?
Регистр

Просмотрите также эти категории:
Бумажные автоматы Walter Ruffler, Бумажные автоматы Walter Ruffler

Сборка рукоятки слайдера | Кривошипно-шатунный механизм — из картона и палочек для рукоделия

Соберите ползунковую рукоятку

Сохранить

Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

Вы соберете кривошип из трех палочек. Механизм состоит из следующих основных частей:

• Коленчатый вал
• Соединительный стержень
• Ползунок (также известный как поршень в некоторых механизмах)

Мы будем вращать коленчатый вал с помощью серводвигателя , а ползунок будет перемещаться вперед и назад по направляющий блок из картона.

Сборка связи

Начните с трех палочек для рукоделия.

Подготовка соединений

Здесь они отмечены буквами «CS» для коленчатого вала, «CR» для шатуна и «P» для поршня (это та же деталь, что и ползунок).

• Отметьте точку «А» рядом с одним концом коленчатого вала
• Измерьте и отметьте линию на расстоянии 2-1/4 дюйма от конца шарнира А коленчатого вала
• Обрезать коленчатый вал до длины
• Пробейте отверстие на каждом конце коленчатого вала
• Пробейте отверстие на каждом конце шатуна
• Пробейте отверстие на одном конце шарнира или ползуна

Далее мы соединим соединения с помощью латунных бумажных застежек.

Закрепите шарниры

• Наложите соединительный стержень на верх шарнирного конца B коленчатого вала, затем соедините их с помощью бумажной застежки
• Широко раздвиньте язычки застежек с другой стороны, затем сложите их по
• Повторите этот процесс, совместив шарнир D шатуна с шарниром E поршня/ползуна, а затем закрепив его, как показано

Соединение рога сервопривода

Используйте термоклей, чтобы приклеить шарнирный конец коленчатого вала к большому круглому кольцу сервопривода. Когда он остынет, наденьте его на шлицевой вал сервопривода.

Используйте рог, чтобы повернуть вал сервопривода в крайнее левое положение, а затем снимите, поверните и снова прикрепите рупор к валу так, чтобы тяги находились по прямой линии влево, как показано.

Вы можете прикрепить рупор сервопривода к валу сервопривода с помощью маленького винта и отвертки.

Подключите сервопривод

Вы будете управлять сервоприводом с помощью Circuit Playground Express. Вставьте три перемычки типа «крокодил» в корпус кабеля сервопривода:

• Черно-коричневый
• Красно-оранжевый
• от желтого до желтого

Присоедините зажимы типа «крокодил» к пэдам Circuit Playground Express:

• Красный на 3,3 В (или вы можете подключиться к VOUT для большей мощности!)
• Черный к заземлению
• Желтый для A1

Конфигурация питания 3,3 В

Альтернативное подключение питания VOUT

Далее мы запрограммируем Circuit Playground Express с помощью MakeCode.