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.
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 Мкр = 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 Мопр, равный: Mопр = 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
org/Offer»> |
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.