Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм

Для чего служит кривошипно-шатунный механизм?

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, и наоборот.

Из скольких звеньев состоит кривошипно-шатунный механизм?

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Кривошипно-шатунный механизм состоит из четырех звеньев: стойки, кривошипа, шатуна и поршня. Если ведущим звеном является поршень, то в криво-шипно-шатунном механизме происходит преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное. Если же ведущим звеном является кривошип, то механизм преобразует вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня (например, механизм поршневого насоса и т. п.).

—

На изучаемых автомобилях устанавливают V-образные, четырехтактные двигатели с жидкостным охлаждением. Двигатели 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 (карбюраторные и газовые) с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением от электрической искры. Двигатель ЗИЛ-645 — дизельный, с внутренним смесеобразованием И’воспламенением от соприкосновения с нагретым в результате сильного сжатия воздухом.

Двигатели состоят из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и систем охлаждения, смазочной, питания, пуска и зажигания (у карбюраторных двигателей).

Кривошипно-шатунный механизм состоит из неподвижных (блока цилиндров, головки цилиндров, картера, поддона картера) и подвижных (поршней с пальцами и кольцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика) деталей.

Неподвижные детали. Блок цилиндров (рис. 1) является базовой деталью двигателя и представляет собой общую отливку с картером. В верхней части блока имеются отверстия для установки гильз цилиндров, расположенных в блоке в 2 ряда с углом развала 90°, что позволяет на одной шейке коленчатого вала устанавливать по 2 шатуна. Блок цилиндров двигателя 3M3-53-11 отливают из алюминиевого сплава, а двигателей ЗИЛ-130 и -645 — из серого чугуна. Нижняя часть отливки блока цилиндров является картером, в котором имеются постели для установки коленчатого вала и отверстия для распределительного вала.

Гильзы цилиндров, устанавливаемые на изучаемых двигателях,— мокрого типа (омываемые водой), изготавливают из серого легированного чугуна. Уплотнение гильз в нижней части осуществляется медным кольцом (у двигателя 3M3-53-11) или кольцами из маслобензостойкой резины (у двигателя ЭИЛ-130 кольца, у двигателя ЗИЛ-645 — 3: верхнее кольцо с конической наружной поверхность), нижние — круглого сечения). Для герметизации полостей цилиндров и жидкостной рубашки охлаждения кромки гильз выступают над верхней плоскостью блока на 0,02… 0,09 мм, что обеспечивает необходимое обжатие прокладки головки цилиндров по контурам гильз.

Рис. 1. Блок цилиндров V-образного двигателя: а — вид сверху; б — разрез;
1 —блок цилиндров; 2 — гильза цилиндра; 3 — рубашка охлаждения; 4— головка цилиндров; 5 — клапан; 6 — свеча зажигания; 7 — штанга толкателя; 8 — поршень; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал

Головки цилиндров выполнены из алюминиевого сплава (у двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130) или чугуна (у двигателей ЗИЛ-645) по одной на каждый ряд цилиндров с вставными седлами и направляющими клапанор. Охлаждение головки цилиндров осуществляется жидкостью, циркулирующей во внутренней полости головки, которая вместе с внутренними полостями блока цилиндров составляет рубашку охлаждения 3 двигателя. Крепление каждой головки цилиндров к блоку у двигателя 3M3-53-11 осуществляется на шпильках 18-ю гайками (по 6 на каждый цилиндр), у двигателя ЗИЛ-130 — 17-ю болтами (по 5 на каждый цилиндр), у ЗИЛ-645 — 22-я болтами (по 7 на каждый цилиндр). Сверху головка цилиндров закрывается через прокладку крышкой. На правой крышКе двигателя ЗИЛ-645 имеется маслозаливная горловина.

Подвижные детали. Поршни имеют головку, бобышки для установки поршневого пальца и направляющую часть (юбку). На поршне делают кольцевые канавки для установки поршневых колец (рис. 2).

Рис. 2. Детали шатунио-поршневой группы двигателя ЗИЛ-130:
1 — маслосъемные кольца; 2 и 3 — осевой и радиальный расширители; 4 — чугунная вставка; 5 — компрессионные кольца; 6 — стопорное кольцо; 7— поршневой палец; 8 — поршень; 9 — шатун; 10— втулка; 11 — метка; 12 — шатунные вкладыши; 13 — крышка нижней головки шатуна

Поршни отливают из алюминиевого сплава. Направляющая часть поршней — разрезная. При сборке двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 поршень устанавливают разрезом юбки в левую (по ходу автомобиля) сторону. На днище поршней двигателя ЗИЛ-645 имеется стрелка, которая при сборке с шатуном должна быть направлена в сторону, противоположную бобышке на поршневой головке шатуна, а при установке на двигатель должна быть направлена к развалу блока цилиндров.

Поршневые кольца изготовляют из серого чугуна (компрессионные) или стали (маслосъемные). Компрессионные кольца имеют разрезы (замки). На поршнях устанавливаются (у двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-645) или (у двигателя ЗИЛ-130) компрессионных кольца и одно маслосъемное. Маслосъемные кольца изготовляют составными с пружинными расширителями: у двигателя ЗИЛ-130 маслосъемное кольцо состоит из двух стальных колец и имеет 2 расширителя — радиальный и осевой, у двигателя ЗИЛ-645 один расширитель — радиальный. Рабочая поверхность колец имеет хромовое покрытие.

Поршневые пальцы выполняют пустотелыми из стали и закрепляют в бобышках поршней при помощи стопорных колец. Этот способ крепления позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня (плавающий палец).

Шатуны изготовляют из стали. Состоит шатун из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхнюю головку запрессовывают втулку. Крышка нижней головки шатуна крепится к нему двумя болтами. Переставлять крышки с одного шатуна на другой нельзя, так как шатуны с крышками обрабатывают совместно.

Коленчатый вал (рис. 3) имеет коренных и шатунных шейки, противовесы, фланец для крепления маховика. Осевая фиксация коленчатых валов обеспечивается упорными подшипниками. Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил. Для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверлены каналы. На носке вала крепится шестерня привода распределительного вала.

На каждой из четырех шатунных шеек, расположенных под углом 90°, устанавливают по 2 шатуна: один — левого, а другой — правого ряда цилиндров, номера которых указаны на схеме. Вкладыши подшипников коренных шеек изготавливают из стальной ленты, внутреннюю (рабочую) поверхность которой покрывают тонким слоем антифрикционного сплава. У двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 внутренняя поверхность вкладышей изготовлена из высокооловянистого алюминия. Вкладыши двигателя ЗИЛ-645 — трехслойные, с внутренней поверхностью из свинцовистой бронзы.

Рис. 3. Кривошипно-шатунный механизм: а — детали: б — схема расположения шатунов;
1 — болт; 2— шайба; 3 — шкив; 4 — пылеотражатель; 5 — кольцо манжеты; 6 — маслоотражатель; 7 — распределительная шестерня; 8— шестерня привода масляного насоса; 9 — коленчатый вал; 10 и 29 — вкладыши подшипников нижней головки шатуна; 11— шатунный болт; 12 — шатун; 13 — поршневой палец; 14 — стопорное кольцо; 15 — поршень; 16 — маслосъемное кольцо; 17 — компрессионные кольца; 18 и 26 — подшипники коленчатого вала; 19 и 24 — упорные подшипники коленчатого вала; 20 — болт крепления маховика; 21 — штифт; 22 — маховик; 23 — фланец крепления маховика; 25 — коренные шейки; 27—шатунная шейка; 28—противовесы; 30 — крышка шатуна; 31 — шайба; 32 — гайка

Маховик отливают из чугуна и напрессовывают на него стальной зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Маховик одновременно служит ведущим диском сцепления.

Крепление двигателя к раме. Двигатель 3M3-53-11 крепится к раме автомобиля в четырех точках на упругих опорах. Две передние опоры состоят из кронштейнов, привернутых к картеру двигателя, двух резиновых подушек и двух кронштейнов, укрепленных на раме. Задние опоры расположены под приливами картера сцепления на поперечине рамы и состоят из двух резиновых подушек, заключенных в металлические чашки и стянутых болтом.

Двигатели ЗИЛ-130 и -645 крепятся к раме автомобиля в трех точках. Передней опорой является кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен и крепящийся через резиновые подушки к передней поперечине рамы. Задними опорами являются приливы на картере сцепления (у двигателя ЗИЛ-130) или кронштейны (у двигателя ЗИЛ-645), которые также через резиновые подушки крепятся к кронштейнам рамы.

Рис. 4. Крепление двигателей 3M3-53-1

—

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и передачи крутящего момента на трансмиссию. Он состоит из неподвижных (блока цилиндров, головки цилиндров, картера, поддона картера) и подвижных (поршней с пальцами и кольцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика) деталей.

Неподвижные детали. Блок цилиндров является базовой деталью двигателя и представляет собой общую отливку с картером. В верхней части блока имеются отверстия для установки гильз цилиндров. Цилиндры могут располагаться в блоке в один ряд вертикально (двигатель ГАЗ-24) или в два ряда V-образно под углом 90° (двигатели 3M3-53, ЗИЛ-130, КамАЗ). V-образное расположение цилиндров позволяет на одной шатунной шейке коленчатого вала укреплять по два шатуна. Блоки цилиндров двигателей отливают из серого чугуна (ЗИЛ-130, КамАЗ) или алюминиевого сплава (3M3-53, ГАЗ-24).

Рис. 5. Блок цилиндров и схематический разрез V-образного двигателя

Гильзы цилиндров, устанавливаемые в изучаемых двигателях,— мокрого типа (обмываемые водой), изготовляются из чугуна с кислотоупорными чугунными вставками в верхней части для снижения износа. Уплотнение гильз в нижней части осуществляется двумя резиновыми (ЗИЛ-130) или медными (ГАЗ-53, ГАЗ-24) кольцами, а в верхней части — прокладкой головки цилиндров.

Нижняя часть отливки блока цилиндров является картером, в котором имеются постели для установки коленчатого вала и отверстия — для распределительного.

Головки цилиндров отливают из алюминиевого сплава. Они крепятся с помощью болтов и шпилек к блоку цилиндров. Для уплотнения между головкой и блоком цилиндров ставят сталеасбестовую прокладку. Как блок цилиндров, так и его головки имеют двойные стенки, образующие рубашку, в которой циркулирует охлаждающая жидкость.

В рядных двигателях (ГАЗ-24) головка цилиндров одна, а у V-образных (ЗИЛ-130 и 3M3-53) —две, по одной взаимозаменяемой головке на каждый ряд цилиндров. В двигателе КамАЗ-740 каждый цилиндр имеет свою головку.

Подвижные детали. Поршни служат для восприятия при рабочем ходе силы давления газов и ее передачи через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень имеет головку, две бобышки и направляющую часть (юбку). Верхняя часть головки поршня называется днищем. Вследствие неодинакового нагрева головки и юбки поршня (головка больше нагревается, а поэтому и больше расширяется) диаметр головки выполняют меньше диаметра юбки. С внешней стороны головки поршня делают кольцевые канавки для установки поршневых колец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава. Направляющая часть поршней (юбка) разрезная. Она имеет овальную форму с увеличенным диаметром в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца. При сборке двигателя поршень разрезом юбки устанавливают в левую (по ходу автомобиля) сторону.

В головки поршней двигателей ЗИЛ-130 и КамАЗ залита чугунная вставка, в которой проточена канавка для установки верхнего компрессионного кольца.

Поршневые кольца служат для уменьшения утечки газов из цилиндра в картер (компрессионные), а также для удаления излишнего масла со стенок цилиндра (маслосъемные). Кольца изготовляются из серого чугуна (для маслосъемных колец иногда применяется сталь) и имеют разрезы (замки). На поршнях устанавливается по два (двигатели ГАЗ-24, 3M3-53, КамАЗ-740) или три (ЗИЛ-130) компрессионых кольца и одно маслосъемное. Маслосъемное кольцо двигателей ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 состоит из двух стальных колец и двух расширителей — осевого ( и радиального. На двигателе КамАЗ-740 маслосъемное кольцо с одним расширителем — радиальным.

Рис. 6. Детали шатунно-поршневой группы:
1 и 5— маслосъемное и компрессионные кольца, 2 и 3 — осевой и радиальный расширители, 4 — чугунная вставка, 6 — стопорное кольцо, 7 — поршневый палец, 8 — поршень, 9 — шатун, 10 — втулка, 11 — метка, 12— шатунные вкладыши, 13— крышка нижней головки шатуна

Поршневой палец служит для подвижного соединения поршня с шатуном. Его изготовляют пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты и закрепляют в бобышках поршня с помощью двух стопорных колец. Этот способ крепления позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня (такой палец называется плавающим).

Шатун служит для передачи силы давления газов от поршня на коленчатый вал при рабочем ходе, а при вспомогательных тактах — от коленчатого вала к поршню. Изготовляется шатун из стали и состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхнюю головку запрессовывают бронзовую втулку, а в нижнюю устанавливают шатунные вкладыши.

У V-образных двигателей на одной шатунной шейке устанавливают два шатуна так, чтобы у правого ряда цилиндров номер на шатуне был обращен назад, а у левого — вперед, т. е. должен совпадать с надписью на поршне «вперед».

Коленчатый вал воспринимает силу давления газов от поршней через шатуны и передает крутящий момент на трасмис-сию автомобиля. Он имеет коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, фланец для крепления маховика и носок с внутренней резьбой для ввертывания храповика. Изготовляется коленчатый вал из стали (ЗИЛ-130, КамАЗ-740) или высокопрочного чугуна (3M3-53, ГАЗ-24).

Рис. 7. Коленчатые валы:
а — восьмицилиндрового V-образного двигателя, б — четырехцилиндрового рядного двигателя; 1 и 3— коренные и шатунные шейки, 2 — противовесы, 4 — пробка, 5 — грязеуловитель, 6 — маховик с зубчатым венцом

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от вредного действия центробежных сил. Для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверлены каналы. Коренными шейками коленчатый вал устанавливается в постели картера и крепится крышками.

У коленчатых валов 8-цилиндровых V-образных двигателей на каждой из четырех шатунных шеек, расположенных под углом 90 устанавливают по два шатуна: один — левого, а другой — правого ряда цилиндров, номера которых указаны на схеме. У двигателей ГАЗ-24 на шатунных шейках, расположенных попарно под углом 180 устанавливают по одному шатуну.

Вкладыши шатунных и коренных шеек коленчатого вала изготовляют из стальной ленты, внутреннюю (рабочую) поверхность которой покрывают тонким слоем антифрикционного сплава. У двигателей 3M3-53, ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 рабочая поверхность вкладышей — из высокооловянистого алюминия. Вкладыши шатунов двигателя КамАЗ-740 — трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы.

Маховик отливают из чугуна. Он служит для вывода поршней из мертвых точек, осуществления вспомогательных тактов, равномерного вращения коленчатого вала, а также пуска двигателя стартером, для чего на обод маховика напрессован стальной зубчатый венец. Кроме того, маховик служит ведущим диском сцепления.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) двигателя

Кривошипно-шатунным называется такой механизм, который осуществляет рабочий процесс силового агрегата. Главное предназначение кривошипно-шатунного механизма – преобразование возвратно-поступательного перемещения всех поршней во вращательное движение коленвала.

Кривошипно-шатунный механизм определяет тип силового агрегата по рас­по­ло­же­нию цилиндров. В автомобильных двигателях ( см. устройство двигателя автомобиля ) ис­поль­зу­ют­ся различные варианты кривошипно-шатунных механизмов:

• Однорядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней может быть вертикальным либо под углом. Используются в рядных двигателях;
• Двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней только под углом. Используются в V-образных двигателях;
• Одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы. Перемещение поршней горизонтальное. Применяются в случае, если габаритные размеры мотора по высоте ограничены.

Составляющие кривошипно-шатунного механизма подразделяются на

• Подвижные – поршни, пальцы и поршневые кольца, маховик и коленчатый вал, шатуны;
• Неподвижные – цилиндры, головка блока цилиндров (ГБЦ), блок цилиндров, картер, прокладка ГБЦ и поддон.

Кроме этого к кривошипно-шатунному механизму относятся разнообразные кре­пеж­ные элементы, а также шатунные и крепежные подшипники.

Устройство КШМ

При рассмотрении устройства КШМ необходимо выделить основные элементы его конструкции: коленвал, коренная шейка, шатунная шейка, шатуны, вкладыши, поршневые кольца (маслосъемные и компрессионные), пальцы и поршни ( см.  работа поршня ).

Сложная конструкция вала обеспечивает получение и передачу энергии от поршня с шатуном на последующие узлы и агрегаты. Сам вал собран из элементов, называемых коленами. Колена соединены цилиндрами, расположенными со смещением относительно основной центральной оси в определенном порядке. На техническом языке название этих цилиндров — шейки. Те шейки, что смещены, крепятся к шатунам, соответственно и название — шатунные. Шейки, расположенные вдоль основной оси — коренные. За счет расположения шатунных шеек со смещением относительно центральной оси образуется рычаг. Поршень, опускаясь вниз, через шатун заставляет проворачиваться коленчатый вал.

Варианты конструкций вала представлены на следующем рисунке.

В зависимости от числа цилиндров, а также конструктивных решений ДВС по рас­по­ло­же­нию цилиндров бывает однорядный или двухрядный.

В первом случае (1) цилиндры расположены в одной плоскости относительно коленчатого вала. Если конкретнее, то все они на двигателе расположены вертикально, по центральной оси, а сам вал находится внизу. В двухрядном двигателе (поз. 2 и 3), цилиндры размещены в два ряда под углом друг к другу 60, 90 или 180°, то есть противоположно друг к другу. Возникает вопрос: «А зачем?». Обратимся к физике. Энергия от сгорания рабочей смеси очень большая и значительная доля ее погашения приходится на коренные шейки коленчатого вала, которые хоть и железные, но имеют определенный запас прочности и ресурса. В четырехцилиндровом двигателе автомобиля этот вопрос решается просто: 4 цилиндра — 4 такта рабочего цикла по очереди. В итоге нагрузка на коленвал равномерно распределяется на всех участках. В тех ДВС, где цилиндров больше, или требуется большая мощность, их размещают в «V»-образном виде, дополнительно смягчая нагрузку на коленчатый вал. Таким образом, энергия гасится не вертикально, а под углом, что зна­чи­тель­но смягчает нагрузку на коленчатый вал.

После краткого рассмотрения устройства КШМ необходимо также уделить внимание коленчатому валу. Говоря о нагрузке на коленчатый вал, стоит остановиться на под­шип­ни­ках шеек коленвала. Рассмотрим соединение шатуна с коленчатым валом двигателя.

Те перегрузки, что испытывает вал, не под силу шариковым подшипникам. Здесь и огромное давление, высокая температура, труднодоступность смазки трущихся элементов и высокая скорость вращения. Поэтому именно для шеек применяются подшипники сколь­же­ния, которые обеспечивают работу всего двигателя. Вращение коленчатого вала происходит на вкладышах. Вкладыши делятся на коренные и шатунные. Из коренных вкладышей образуется кольцо вокруг коренных шеек вала. Из шатунных вкладышей по аналогии — вокруг шатунных шеек. Для уменьшения трения скользящие поверхности подшипников и шеек смазываются маслом, подаваемым через отверстия в коленвале под высоким дав­ле­ни­ем.

Значительную работу по обеспечению равномерности и плавности работы двигателя автомобиля выполняет маховик, о котором упоминалось ранее. Это зубчатое колесо на конце вала сглаживает перебои во вращении коленвала и обеспечивает совершение всех «холостых» тактов рабочего цикла каждого цилиндра ДВС.

Теперь обратимся к конструкции поршня двигателя.

Сам поршень представляет собой перевернутую вверх дном банку. Это самое дно имеет плавно вогнутую форму, что улучшает равномерность нагрузки на поршень при совершении рабочего хода и образование рабочей смеси. Поршень крепится к шатуну через палец с подшипником, обеспечивающим колебательные движения шатуна. Стенки поршня носят название «юбка». Она имеет, на первый взгляд, округлую форму, но есть едва заметные отличия.

Первое — это утолщение стенок юбки в направлениях движения шатуна. Поршень с шатуном через палец крепления давят поочередно друг на друга в одной плоскости. В той, которой собственно и двигается шатун относительно поршня. Следовательно, стенки поршня испытывают там большую нагрузку и давление, поэтому и сделаны толще.

Второе — это сужение диаметра юбки к низу. Сделано это для недопущения заклинивания поршня в цилиндре при нагреве и обеспечения смазки трущихся поверхностей юбки поршня и стенки цилиндра. Сами стенки цилиндра настолько гладко и ювелирно выполнены, что сравнимы с поверхностью зеркала. Но тогда остается зазор, который существенно влияет на герметичность цилиндра при такте сжатия и рабочего хода.

Для решения этих противоположных по смыслу проблем, на юбке поршня пре­дус­мот­ре­ны кольца. Именно через них сам поршень соприкасается со стенками цилиндра. На каждом поршне имеется два типа колец — компрессионные и маслосъемные. Комп­рес­си­он­ные кольца обеспечивают герметичность за счет давления сгораемых газов.

Маслосъемные кольца говорят сами за себя. Остатков масла, поступающего для смягчения трения в связке поршень-цилиндр, не должно оставаться при процессе горения топливно-воздушной смеси. Иначе возможна детонация, засорение свечей или форсунок остатками тяжелых фракций нефтяных продуктов, присутствующих в масле. А все это нарушает весь рабочий цикл. Поэтому масло, впрыскиваемое на стенки цилиндра при «холостых» тактах, снимается маслосъемными кольцами при рабочем ходе поршня.

Все цилиндры двигателя размещены в едином корпусе, который называется блоком цилиндров двигателя. Его конструкция довольно сложна. В нем многочисленное количество каналов для всех систем двигателя, а также он выполняет несущую основу для многих деталей и компонентов для силовой установки в целом.

Работа КШМ

Рассмотрим схему работы КШМ.

Поршень располагается на максимально удаленном расстоянии от коленчатого вала. Шатун и кривошип выстроены в одной линии. В тот момент, когда в цилиндр проникает горючее, происходит процесс возгорания. Продукты горения, в частности, расширяющие газы, способствуют перемещению поршня к коленчатому валу. Одновременно с этим перемещается также и шатун, нижняя головка которого проворачивает коленчатый вал на 180°. Затем шатун и его нижняя головка перемещаются и проворачиваются обратно, занимая исходную позицию. Поршень тоже возвращается в свое первоначальное положение. Такой процесс происходит в круговой последовательности.

По описанию работы КШМ видно, что кривошипно-шатунный механизм является главным механизмом мотора, от работы которого полностью зависит исправность транс­порт­но­го средства. Таким образом, этот узел необходимо постоянно контролировать, и при любом подозрении на неисправность, следует вмешиваться и устранять ее незамедлительно, так как результатом различных поломок кривошипно-шатунного механизма может ока­зать­ся полная поломка силового агрегата, ремонт которого очень дорогостоящий.

Неисправности КШМ

К основным признакам неисправности КШМ относятся следующие:

• Падение мощностных показателей двигателя;
• Появление посторонних шумов и стуков;
• Увеличенный расход масла;
• Возникновение дыма в отработанных газах;
• Перерасход топлива.

Шумы и стуки в моторе возникают из-за износа его главных составляющих и возникновение между сопряженными составляющими увеличенного зазора. При износе цилиндра и поршня, а также при возникновении большего зазора между ними появляется металлический стук, который удается отчетливо услышать при работе холодного мотора. Резкий и звонкий металлический стук при любых режимах работы мотора говорит об увеличенном зазоре между втулкой, верхней головки шатуна и поршневым пальцем. Усиление стука и шума при быстром увеличении числа оборотов коленвала свидетельствует об износе вкладышей шатунных или коренных подшипников, причем более глухой стук говорит об износе вкладышей коренных подшипников. Если износ вкладышей достаточно большой, то, вероятнее всего, давление масла резко понизится. В таком случае экс­плу­а­ти­ро­вать мотор не рекомендуется.

Падение мощности мотора возникает при износе цилиндров и поршней, износе или залегании в канавах поршневых колец, некачественной затяжке головки цилиндров. Подобные неисправности способствуют падению компрессии в цилиндре. Чтобы проверить компрессию, существует специальный прибор – компрессометр, измерения необходимо выполнять на теплом моторе. Для этого необходимо выкрутить все свечи, после чего установить наконечник компрессометра на место одной из них. При абсолютно открытом дросселе проворачивают мотор стартером в течение трех секунд. Подобным методом последовательно выполняют проверку всех остальных цилиндров. Значение компрессии должно быть в рамках, указанных в технических характеристиках мотора. Разница компрессии между цилиндрами не должна быть не выше 1 кг/см2.

Увеличенное потребление масла, перерасход топлива, образование дыма в отработанных газах обычно происходит при износе цилиндров и колец или при залегании поршневых колец. Вопрос с залеганием кольца можно решить без разборки мотора, залив в цилиндр через специальные отверстия для свечи соответствующую жидкость.

Отложение нагара на камерах сгорания и днищах поршней уменьшает теп­ло­про­вод­ность, что способствует перегреву мотора, повышению топливного расхода и падению мощности.

Трещины на стенках рубашки охлаждения блока, а также головки блока цилиндров могут образоваться в связи с замерзанием охлаждающей жидкости, в результате перегрева мотора, в результате заполнения охлаждающей системы ( см.  система охлаждения двигателя) горячего мотора холодной охлаждающей жидкостью. Трещины на блоке цилиндров могут пропускать охлаждающую жидкость в цилиндры. В связи с этим выхлопные газы приобретают белый цвет.

Выше рассмотрены основные неисправности КШМ.

Крепежные работы

Чтобы предотвратить пропуск охлаждающей жидкости и газов через прокладку головки цилиндров, следует периодически контролировать крепление головки ключом со специальной динамометрической рукояткой с определенной последовательностью и усилием. Положение затяжки и последовательность затягивания гаек обозначают ав­то­мо­биль­ные заводы.

Головку цилиндров из чугуна прикрепляют, когда мотор находится в нагретом положении, алюминиевую голову, наоборот, на холодный двигатель. Необходимость затягивания крепления алюминиевых головок в холодном состоянии объясняется разным коэффициентом линейного расширения материала шпилек и болтов и материала головки. В связи с этим подтягивание гаек на сильно разогретом моторе не обеспечивает после остывания мотора должной плотности прилегания к блоку головки цилиндров.

Затяжку болтов прикрепления поддона картера для предотвращения деформации картера, нарушения при герметичности также проверяют с соблюдением пос­ле­до­ва­тель­нос­ти, то есть поочередным затягиванием диаметрально противоположных болтов.

Проверка состояния кривошипно-шатунного механизма

Техническое состояние кривошипно-шатунных механизмов определяется:

• По компрессии (изменению давления) в цилиндрах мотора в конце хода сжатия;
• По расходу масла в процессе эксплуатации и уменьшению давления в системе смазки двигателя;
• По разрежению в трубопроводе впуска;
• По утечке газов из цилиндров;
• По объему газов, проникающих в картер мотора;
• По наличию стуков в моторе.

Расход масла в малоизношенном моторе незначителен и может равняться 0,1-0,25 литра на 100 км пути. При общем значительном износе мотора расход масла может составлять 1 литр на 100 км и больше, что, как правило, сопровождается обильным дымом.

Давление в масляной системе мотора должно соответствовать пределам, ус­та­нов­лен­ным для данного типа мотора и используемого сорта масла. Уменьшение давления масла на незначительных оборотах коленвала прогретого силового агрегата указывает на неисправность в смазочной системе или на присутствие недопустимых износов под­шип­ни­ков мотора. Падение масляного давления по манометру до 0 говорит о не­исп­рав­нос­ти редукционного клапана или манометра.

Компрессия является показателем герметичности цилиндров мотора и ха­рак­те­ри­зу­ет состояние клапанов, цилиндров и поршней. Герметичность цилиндров можно установить с помощью компрессометра. Изменение давления (компрессию) проверяют после пред­ва­ри­тель­но­го разогрева мотора до 80°C при выкрученных свечах. Установив наконечник компрессометра в отверстия для свечей, проворачивают стартером коленвал мотора на 10 – 14 оборотов и фиксируют показания компрессометра. Проверка выполняется по 3 раза для каждого цилиндра. Если показания компрессии на 30 – 40% ниже установленной нормы, это говорит о неисправностях (пригорание поршневых колец или их поломка, повреждение прокладки головки цилиндров или негерметичность клапанов).

Разрежение в трубопроводе впуска мотора измеряют вакуумметром. Значение разрежения у работающего на установившемся режиме моторов может меняться от изношенности цилиндро–поршневой группы, а также от состояния элементов га­зо­расп­ре­де­ле­ния ( см. газораспределительный механизм ), регулировки карбюратора ( см. устройство карбюратора ) и установки зажигания. Таким образом, такой метод проверки является об­щим и не дает возможности выделить конкретную неисправность по одному показателю.

Объем газов, проникающих в картер мотора, изменяется из–за неплотности сопряжений цилиндр + поршень + поршневое кольцо, увеличивающейся по степени изнашивания данных деталей. Количество проникающих газов измеряют при полной нагрузке мотора.

Обслуживание КШМ

Обслуживание КШМ заключается в постоянном контроле креплений и подтягивании ослабевших гаек и болтов картера, а также головки блока цилиндров. Болты крепления головки блока и гайки шпилек следует подтягивать на разогретом моторе в определенной последовательности.

Двигатель следует содержать в чистоте, каждый день протирать или промывать кисточкой, смоченной в керосине, после этого протирать сухой ветошью. Необходимо помнить, что грязь, пропитанная маслом и бензином, представляет серьезную опасность для возгорания при наличии каких–либо неисправностей в системе зажигания двигателя исистеме питания двигателя, также способствует образованию коррозии.

Периодически нужно снимать головку блока цилиндров и удалять весь нагар, об­ра­зо­вав­ший­ся в камерах сгорания.

Нагар плохо проводит тепло. При определенной величине слоя нагара на клапанах и поршнях отвод тепла в охлаждающую жидкость резко ухудшается, происходит перегрев мотора и уменьшение его мощностных показателей. В связи с этим, возникает потребность в более частом включении низких передач и потребность в топливе возрастает. Интенсивность формирования нагара полностью зависит от вида и качества используемого для мотора масла и топлива. Самое интенсивное нагарообразование выполняется при использовании низкооктанового бензина с достаточно высокой температурой конца выкипания. Стуки, возникающие в таком случае при работе двигателя, имеют детонационный характер и в конечном итоге приводят к уменьшению срока работоспособности двигателя.

Нагар необходимо удалять с камер сгорания, со стержней и головок клапанов, из впускных каналов блока цилиндров, с днищ поршней. Нагар рекомендуется удалять с по­мощью проволочных щеток или металлических скребков. Предварительно нагар раз­мяг­ча­ет­ся керосином.

При последующей сборке мотора прокладку головки блока необходимо ус­та­нав­ли­вать таким образом, чтобы сторона прокладки, на которой наблюдается сплошная окантовка перемычек между краешками отверстий для камер сгорания, была направлена в сторону головки блока.

Стоит учесть, что во время движения машины за городом в течении 60–ти минут со скоростью 65–80 км/ч происходит выжигание (очистка) цилиндров от нагара.

При должном регулярном обслуживании КШМ его срок службы продлится на долгие годы.

27. Объясните для чего применяется кривошипно-шатунный механизм и перечислите его основные элементы

1. Назначение КШМ.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует
прямолинейное возвратно-поступательное
движение поршней, воспринимающих
давление газов, во вращательное движение
коленчатого вала.

Принцип его действия заключается
в том, что поршень под действием сжатых
газов совершает возвратно-поступательное
движение, которое при помощи шатуна и
кривошипа преобразуется во вращательное
движение вала. Вал совершает один полный
оборот за два хода поршня: от верхнего
крайнего положения до нижнего под
действием сжатых газов и от нижнего
крайнего положения до верхнего под
давлением сил инерции.

2. Типы и виды КШМ

а) Несмещенный (центральный) кшм, у
которого ось цилиндра пересекается с
осью коленчатого вала.

б) Смещенный кшм, у которого ось цилиндра
смещена относительно оси коленчатого
вала на величину а;

в) V-образный кшм (в том числе с прицепным
шатуном), у которого два шатуна, работающие
на левый и правый цилиндры, размещены
на одном кривошипе коленчатого вала.

3. Состав КШМ (Детали)

Детали кривошипно-шатунного механизма
можно разделить на две группы: подвижные
и неподвижные. К первым относится поршень
с кольцами и поршневым пальцем, шатун,
коленчатый вал и маховик, ко вторым —
блок цилиндров, головка блока, крышка
блока распределительных зубчатых колес
и поддон (картер). В обе группы входят
также и крепежные детали.

32. Объясните правила запрессовки втулок, пальцев на ручных прессах.

Запрессовываемую деталь вдвигают в
другую или надвигают на нее (напрессовывают)
для получения тугой посадки (натяга).
При этом на сопрягаемых поверхностях
возникают силы, удерживающие детали от
взаимного перемещения. Эти силы тем
больше, чем больше величина натяга, т.
е. чем больше разница в размерах
сопрягаемых деталей.
Для
предотвращения заедания деталей при
запрессовывании и равномерного
распределения сил по их поверхностям
сопрягаемые детали предварительно
смазывают минеральным маслом.
Запрессовывать и выпрессовывать можно,
ударяя молотком (кувалдой) через
специальную оправку, выколотку или
наставку (медную, алюминиевую, бронзовую
или деревянную), съемниками, а также
ручными механическими или гидравлическими
прессами. Выпрессовывают и запрессовывают
втулки, гильзы, подшипники, шестерни, а
также правят погнутые валы на гидравлических
и механических прессах.

Мелкие прессовые работы (выпрессовывание
втулок, пальцев и т. д.) можно выполнять
на ручном верстачном реечном или винтовом
прессе.

33. Укажите разновидности механизмов преобразования движения и их назначение.

К механизмам преобразования движения
относятся винтовой, реечный,
кулачковый, кривошипно-шатунный, кулисный
и храповой. Все они преобразуют один
вид движения в другой — вращательное
движение в поступательное или, наоборот,
поступательное во вращательное.

• Винтовой механизм (винтовая
  передача) состоит из винта и гайки.
  Винты, применяемые в механизмах
  преобразования движения, называют
  ходовыми. Как правило, винтовые механизмы
  применяют для преобразования вращательного
  движения в поступательное. Винтовые
  механизмы применяют не только для
  преобразования движения, но и для
  передачи усилий в различных подъемниках,
  домкратах, прессах и т. п.

• Реечный механизм (реечная
  передача) — один из наиболее распространенных
  в технике, применяемых для преобразования
  вращательного движения в поступательное
  и, наоборот, поступательного во
  вращательное. Он состоит из шестерни
  и прямолинейной зубчатой рейки. Рейка
  — это развернутое зубчатое колесо,
  начальный диаметр которого увеличен
  до бесконечности. С помощью такого
  механизма осуществляется продольное
  перемещение суппорта токарного станка.
  Примером применения механизма, в котором
  вращательное движение шестерни
  преобразуется в поступательное движение
  рейки, является перемещение шпинделя
  сверлильного станка.

• Кривошипно-шатунный механизм
  используют для преобразования
  возвратно-поступательного движения
  во вращательное.

• Эксцентриковый механизм. Служит
  для преобразования вращательного
  движения в возвратно-поступательное.
  Его применяют в станках, штамповочных
  прессах. Представляет собой разновидность
  кривошипно-шатунного механизма с
  небольшим радиусом кривошипа.

• Кулачковый механизм применяется
  для преобразования вращательного
  движения в поступательное. Кулачковые
  механизмы очень разнообразны по
  устройству, конструкции и назначению.
  Ведущим звеном кулачкового механизма
  является кулачок, а ведомым — штанга,
  рычаг, толкатель.

• Храповой механизм, состоящий
  из храпового колеса и собачки, используют
  для преобразования непрерывного
  вращательного движения ведущего звена
  в прерывистое движение ведомого звена.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Маятник Капицы » РобоВики

Данная статья является вводной теорией к занятию по робототехнике «Кривошипно-шатунный механизм из Lego EV3″

В этой статье

1. Первые КШМ
2. КШМ в паровых машинах
3. КШМ в двигателях внутреннего сгорания
4. Маятник Капицы

Первые КШМ

Первые упоминания об использовании кривошипно-шатунного механизма можно отнести ко временам Древнего Рима (примерно III век н. э.). Машина для распиливания каменных блоков передавала вращение от водяного колеса с помощью зубчатой передачи на кривошипно-шатунный механизм, который преобразовывал вращательное движение в возвратно-поступательное движение полотна пилы. Также такие устройства могли использоваться на древних лесопилках.

Схема водяного древнеримского распиловочного станка с КШМ

Большого распространения такие машины не получили – деревянные части из-за большого количества трущихся деталей быстро изнашивались и требовали частого ремонта, а рабский труд был намного дешевле и не требовал большой квалификации рабочих.

В XVI веке кривошипно-шатунный механизм появился на деревянных самопрялках. Самопрялка – это ручной станок для прядения нити из шерсти, состоящий из двух катушек. В самопрялке для скручивания нити использовался принцип ременной передачи. Раньше большую катушку приходилось раскручивать рукой. К самопрялке добавили педаль. Нажимая ногой на педаль, работник смог раскручивать катушку без использования рук. Этот механизм упростил работу и позволил за то же время производить больше пряжи. В данном устройстве возвратно-поступательное движение педали передавалось через деревянный шатун на кривошип и преобразовывалось во вращательное движение большой катушки (шкива).

Самопрялка с педалью и КШМ позволяла освободить руки и сделать работу более производительной

КШМ в паровых машинах

Начиная с начала XVIII века большую популярность среди изобретателей и ученых начинают получать паровые машины. Первый паровой двигатель для водяного насоса построил в 1705 году английский изобретатель Томас Ньюкомен для выкачивания воды из глубоких шахт.

Позднее устройство парового двигателя было усовершенствовано шотландским инженером и механиком Джеймсом Уаттом (1736-1819). Кстати, именно Джеймс Уатт ввел в оборот термин «лошадиная сила», а его именем назвали единицу мощности Ватт. Паровая машина Уатта получила сложную систему связанных тяг, а планетарная зубчатая передача преобразовывала возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение маховика (большого тяжелого колеса). Данная паровая машина стала универсальной, так как в отличие от машины Ньюкомена поршень имел рабочий ход в обе стороны. Машина Уатта получила широкое распространение на ткацких фабриках, в металлургии, при строительстве первых паровозов для железных дорог XVIII века.

Паровая машина Джеймса Уатта. Вместо кривошипа — сложная планетарная зубчатая передачаШотландский изобретатель Джеймс Уатт (James Watt)

Нужно сказать, что паровыми машинами занимались в те времена очень многие изобретатели. Так, в Российской Империи свою двухцилиндровую паровую машину изобрел инженер Иван Иванович Ползунов (1728-1766).

В XIX веке паровую машину Уатта упростили, заменив сложный планетарный механизм на кривошипно-шатунный механизм.

Паровая машина с кривошипно-шатунным механизмомСхема паровой машины с кривошипно-шатунным механизмом

Паровая машина с КШМ нашла широкое применение при строительстве первых автомобилей на паровой тяге и паровозов, перевозящих грузы по железной дороге.

Паровоз

КШМ в двигателях внутреннего сгорания

До этого мы рассматривали использование кривошипно-шатунного механизма в паровых двигателях. В паровом двигателе топливо сгорает в печи (вне цилиндра) и нагревает водяной котел, и уже водяной пар в цилиндре толкает поршень.

В двигателе внутреннего сгорания топливная смесь (воздух + газ, или воздух + бензин и т.д.) поджигается внутри цилиндра и продукты горения толкают поршень. Сокращенно такие двигатели называют ДВС.

Первый одноцилиндровый ДВС на газовом топливе построил в 1860 году в Париже французский изобретатель Жан Ленуар.

Двигатель внутреннего сгорания Жана Ленуара (внешне очень похож на паровую машину)

Однако широкое применение двигатели внутреннего сгорания нашли в конце XIX века после получения керосина и бензина из нефти. Появление жидкого топлива позволило создать экономичные двигатели небольшой массы, которые можно было использовать для привода транспортных машин.

В 1881-1885 гг. российский изобретатель Огнеслав Костович сконструировал и построил в России восьмицилиндровый двигатель мощностью 59 кВт.

Двигатель внутреннего сгорания Огнеслава Костовича

В 1897 г. немецким инженером Рудольфом Дизелем был спроектирован и построен первый двигатель с воспламенением от сжатия. Это был компрессорный двигатель, работающий на керосине, впрыскиваемом в цилиндр при помощи сжатого воздуха.

Рудольф Дизель и его двигатель внутреннего сгорания

Все эти ДВС имели схожие черты и использовали кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала.

Давайте посмотрим на схему устройства современного двигателя внутреннего сгорания.

Схема кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания

Общие определения:

Поршень совершает возвратно-поступательное движение вдоль цилиндра – он ходит вверх и вниз.

Шатун – деталь, связывающая кривошип и поршень.

Кривошип – условная деталь, которая связывает шатун с коленвалом.

Противовес снижает вибрации при вращении коленвала.  

Блок цилиндров – корпус, в котором находятся цилиндры двигателя.

Поршневой палец – цилиндрическая деталь, ось вращения шатуна относительно поршня.

Коленвал (коленчатый вал) – ось вращения ступенчатой формы.

Верхняя мертвая точка – крайнее верхнее положение поршня, где меняется направление его движения.

Нижняя мертвая точка — крайнее нижнее положение поршня, где меняется направление его движения.

Ход поршня — расстояние между крайними положениями поршня. Равно удвоенному радиусу кривошипа.

Блок цилиндров, поршень с шатуном и коленвал

Видео:

1. Старинная русская прялка с кривошипно-шатунным механизмом 
2. Паровая машина. Джеймс Уатт 
3. Принцип работы противовесов

Литература:

1. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА КРИВОШИПНОШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 

Обычный маятник, если перевернуть его кверху ногами, неустойчив. Для него крайне трудно найти верхнюю точку равновесия. Но если совершать быстрые вертикальные возвратно-поступательные колебания, то положение такого маятника становится устойчивым.

Петр Леонидович Капица

Советский академик и нобелевский лауреат по физике Петр Леонидович Капица (1894 — 1984) использовал модель маятника с вибрирующим подвесом для построения новой теории, которая описывала эффекты стабилизации тел или частиц. Работа Капицы по стабилизации маятника была опубликована в 1951 году, а сама модель получила название «маятник Капицы». Более того, было открыто новое направление в физике — вибрационная механика. Данная модель позволила наглядно показать возможности высокочастотной электромагнитной стабилизации пучка заряженных частиц в ускорителях.

Владимир Игоревич Арнольд

Другой советский математик и академик Владимир Игоревич Арнольд (1937-2010), который был заместителем Капицы, вспоминал его слова:

«Он (Капица — примечание) сказал: «Вот смотрите — когда придумывается какая-то физическая теория, то прежде всего надо сделать маленький какой-нибудь прибор, на котором его наглядно можно было-бы продемонстрировать кому угодно. Например, Будкер и Векслер хотят делать ускорители на очень сложной системе. Но я посмотрел, что уравнения, которые говорят об устойчивости этого пучка, означают, что если маятник перевернут кверху ногами, он обычно неустойчив, падает. Но если точка подвеса совершает быстрые вертикальные колебания, то он становится устойчивым. В то время как ускоритель стоит много миллионов, а этот маятник можно очень легко сделать. Я его сделал на базе швейной электрической машинки, он вот здесь стоит». Он нас отвел в соседнюю комнату и показал этот стоящий  вертикально маятник на базе швейной машинки».

Демонстрация динамической стабилизации перевернутого маятника с помощью электробритвы

У математика Арнольда не было своей швейной машинки, и он огорчился. Но у него была электробритва «Нева», из которой и был собран перевернутый маятник. К сожалению, в первой конструкции маятник падал. Тогда Арнольд вывел формулу и увидел, что длина маятника не должна быть больше 12 сантиметров. Известный математик укоротил подвес до 11 сантиметров и все получилось.

Давайте посмотрим, какие силы действуют на «маятник Капицы». После прохождения верхней мертвой точки подвес маятника начинает тянуть грузик вниз. После прохождения нижней мертвой точки подвес толкает грузик вверх. Так как углы вежду векторами сил в верхней и нижней точке разные, то сумма их векторов дает силу, направленную к оси вертикальных колебаний маятника. Если эта сила больше силы тяжести, то верхнее положение маятника становится устойчивым.

А эта формула описывает взаимосвязь частоты вибраций подвеса, амплитуды колебаний и длины жесткого подвеса.

Видео:

1. GetAClass. Маятник Капицы 
2. Маятник Капицы: диалог академика Арнольда и Капицы, вывод формулы

Как работает кривошипно-шатунный механизм велосипеда?

содержание

Система шатун-кривошип состоит из вращающегося элемента, называемого кривошипом, соединенного с жестким стержнем, называемым шатуном, так что, когда кривошип вращается, шатун вынужден последовательно двигаться вперед и назад. Этот механизм преобразует круговое движение в альтернативное прямолинейное движение.

Как используется кривошип?

В механике, кривошип Это элемент машины, который передает движение от одного элемента к другому механизма, поворачивая один конец на оси и вращая другой как рычаг второго порядка. … Этот процесс называется «движение».

Какими характеристиками обладает кривошипно-шатунный механизм?

El механизм de Бела–кривошип является механизм, который преобразует круговое движение в поступательное или наоборот. … Экстрим что сломанный стержень (т. кривошип) прикреплен к неподвижной точке, центру вращения, а другой конец прикреплен к Бела.

Из каких частей состоит шатунно-кривошипный механизм?

El шатунный механизм–кривошип Он состоит из вращающейся части (кривошип) и прямолинейной направляющей (обычно цилиндром), соединенной Бела; В многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания чудаки Они расположены на > одном коленчатом валу.

Какая польза от шатуна?

La Бела Это элемент двигателя, отвечающий за передачу давления газов, воздействующих на поршень, на коленчатый вал. Или, что то же самое, это звено в цепи, преобразующей знакопеременное смещение поршней во вращение коленчатого вала.

Что такое примеры кривошипа?

— Один кривошип это бар что может вращаться и что он прикреплен к валу. Когда кривошип, вал также вращается. … — Шатун и кривошип Их часто используют вместе, образуя шатунную систему.кривошип, Один из Ejemplos самое известное из них — колеса паровозов.

Какие виды кривошипов существуют?

-Два существует тип в основном из чудаки. С одной стороны, есть так называемые ножные, такие как в педальных швейных машинах. С другой стороны, есть те, которые известны как движущие силы.

Что такое кривошипно-ползунковый шатунный механизм и его разновидности?

El механизм Примером этого может служить поршневой привод двигателя внутреннего сгорания. механизм передача применяется в обратном направлении; в виде su вход представляет собой возвратно-поступательное движение поршня и su выход непрерывного вращательного движения коленчатого вала. …

Какой механизм представляет собой эксцентриковый шатун?

Для системы эксцентричный–Бела коленвал заменен на эксцентричный, подключение Бела к оси эксцентрико и остальная часть механизм похож на предыдущий. …В своем круговом движении головка Бела волочить ногу Бела, что совершает возвратно-поступательное линейное движение.

Что такое слайдерный механизм?

El механизм кривошип слайд является механизм что позволяет получить альтернативное прямолинейное движение из вращательного и наоборот.

Из каких частей состоит коленчатый вал?

В коленчатый вал четыре выделяются акций основные: стержень, запястье, шея и рука.

• Ось служит направляющей в повороте. …
• Шейка выровнена с осью и позволяет направлять вращение, прикрепляя ее к подходящим опорам.
• Шатунная шейка служит седлом для больших концов шатунов.

Какую функцию выполняют шатун и кривошип?

Система Бела–кривошип Он состоит из вращающегося элемента, называемого кривошип, соединенный с жестким стержнем, называемым Бела, поэтому, когда вы включаете кривошип, Бела он вынужден идти вперед и назад последовательно. Этот механизм преобразует круговое движение в альтернативное прямолинейное движение.

Какие компоненты входят в состав мобильной сборки?

El мобильный набор Он отвечает за преобразование тепловой энергии в механику, состоит из поршней, колец, шатунов, болтов или штифтов, коленчатого вала и крышек или подшипников.

Кто изобрел шатун коленчатого вала?

¿кто изобрел шатун? Карл Бенц и Даймлер Готлиб, это были два человека, которые произвели революцию в мире двигателей, паровоз использовал этот механизм, известный как шатун.

Какую функцию выполняют полуподшипники?

La функция главный из Cojinetes внутри двигателя заключается в уменьшении трения, возникающего между валами и деталями, на которых эти валы вращаются. … Кроме того, еще один его функции заключается в передаче тепла, вызванного этим трением.

Какова функция ссылки?

Un связь является элементом машины или механизм который соединяется с другими элементами и имеет движение относительно них. Ан связь или член может служить опорой, направляющей для других звеньев, передавать движения или функционировать всеми тремя способами.

Кривошипно-шатунный механизм

Эта статья представляет собой вводную теорию к уроку робототехники «Кривошипно-шатунный механизм Lego EV3″

Содержание

1. Первые КШМ
2. КШМ в паровых машинах
3. КШМ в двигателях внутреннего сгорания
4. Маятник Капицы

Первые КШМ

Первые упоминания об использовании кривошипно-шатунного механизма можно отнести ко временам Древнего Рима (примерно 3 век н. э.). Пила для каменных блоков передавала вращение водяного колеса через зубчатую передачу на кривошипно-шатунный механизм, который преобразовывал вращательное движение в возвратно-поступательное движение пильного диска. Также такие устройства можно было использовать на старых лесопильных заводах.

Схема древнеримской водяной пилы с КШМ

Такие машины не получили широкого распространения: деревянные детали из-за большого количества трущихся деталей быстро изнашивались и требовали частого ремонта, а рабский труд был значительно дешевле и не требовал высокой квалификации рабочих.

В 16 веке на деревянных прялках появился кривошипно-шатунный механизм. Прялка — ручная машина для прядения шерсти, состоящая из двух катушек. В самовращающемся колесе для скручивания нити использовался принцип ременной передачи. Раньше большую катушку приходилось откручивать руками. К прялке добавили педаль. Нажимая ногой на педаль, рабочий мог крутить катушку без помощи рук. Этот механизм упростил работу и позволил производить больше пряжи за то же время. В этом устройстве возвратно-поступательное движение педали через деревянный шатун передавалось кривошипу и преобразовывалось во вращательное движение большой катушки (шкива).

Автоматический ножной поворотный ролик и КШМ позволили освободить руки и сделать работу более продуктивной

КШМ в паровых машинах

С начала 18 века паровые машины стали получать широкую популярность среди изобретателей и ученых. Первая паровая машина для водяного насоса была построена в 1705 году английским изобретателем Томасом Ньюкоменом для откачки воды из глубоких шахт.

Позднее паровая машина была усовершенствована шотландским инженером и механиком Джеймсом Уаттом (1736-1819). Кстати, именно Джеймс Уатт ввел термин «лошадиная сила», и в его честь была названа силовая установка Уатта. Паровая машина Уатта получила сложную систему соединенных шатунов и планетарную передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение маховика (большого, тяжелого колеса). Эта паровая машина стала универсальной, так как, в отличие от машины Ньюкомена, поршень имел рабочий ход в обе стороны. Двигатель Уатта широко применялся на ткацких фабриках, в металлургии, при строительстве первых паровозов для железных дорог в 18 веке.

Паровая машина Джеймса Уатта. Вместо кривошипа сложная планетарная передача Шотландский изобретатель Джеймс Уатт

Надо сказать, что паровыми машинами в те времена занимались многие изобретатели. Так, в Российской империи инженер Иван Иванович Ползунов (1728-1766) изобрел свою двухцилиндровую паровую машину).

В 19 веке паровую машину Уатта упростили, заменив сложный планетарный механизм кривошипно-шатунным механизмом.

Паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом

Схема паровой машины с кривошипно-шатунным механизмом

Паровая машина с КШМ нашла широкое применение при строительстве первых паровых машин и паровозов, перевозивших грузы по железной дороге.

Локомотив

КШМ в двигателях внутреннего сгорания

До сих пор мы рассматривали использование кривошипно-шатунного механизма в паровых машинах. В паровой машине топливо сжигается в топке (вне цилиндра) и нагревает водяной котел, а пар в цилиндре толкает поршень.

В двигателе внутреннего сгорания горючая смесь (воздух+газ, или воздух+бензин и т.д.) воспламеняется внутри цилиндра и продукты сгорания толкают поршень. Короче говоря, эти двигатели называются двигателями внутреннего сгорания.

Первый одноцилиндровый газовый двигатель внутреннего сгорания был построен в 1860 году в Париже французским изобретателем Жаном Ленуаром.

Двигатель внутреннего сгорания Жана Ленуара (внешне очень похож на паровой двигатель)

Однако двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение в конце 19 века после производства керосина и бензина из нефти. Появление жидкого топлива позволило создать недорогие маломассивные двигатели, которые можно было использовать для приведения в движение транспортных средств.

В 1881-1885 гг. Русский изобретатель Огнеслав Костович спроектировал и построил в России восьмицилиндровый двигатель мощностью 59 кВт.

Двигатель внутреннего сгорания Огнеслав Костович

В 1897 году немецкий инженер Рудольф Дизель спроектировал и построил первый двигатель с воспламенением от сжатия. Это был компрессорный двигатель, работавший на керосине, впрыскиваемом в цилиндр сжатым воздухом.

Рудольф Дизель и его двигатель внутреннего сгорания

Все эти двигатели внутреннего сгорания имели схожие характеристики и использовали кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Давайте посмотрим на конструкцию современного двигателя внутреннего сгорания.

Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания

Общие определения:

Поршень совершает возвратно-поступательные движения вдоль цилиндра, движется вверх и вниз.

Шатун — это деталь, которая соединяет кривошип и поршень.

Кривошип – условная деталь, соединяющая шатун с коленчатым валом.

Противовес снижает вибрацию при вращении коленчатого вала.

Блок цилиндров – это корпус, в котором расположены цилиндры двигателя.

Поршневой палец представляет собой цилиндрическую деталь, ось вращения шатуна по отношению к поршню.

Коленчатый вал (коленвал) — ось вращения ступенчатой ​​формы.

Верхняя мертвая точка — крайнее верхнее положение поршня, при котором изменяется направление его движения.

Нижняя мертвая точка — самое нижнее положение поршня, при котором меняется направление его движения.

Ход поршня: расстояние между крайними положениями поршня. Равен удвоенному радиусу кривошипа.

Блок цилиндров, поршень с шатуном и коленвалом

Обычный маятник, если его перевернуть вверх дном, неустойчив. Ему крайне сложно найти верхнюю точку равновесия. Но если совершать быстрые вертикальные знакопеременные колебания, то положение такого маятника стабилизируется.

Петр Леонидович Капица

Советский академик, лауреат Нобелевской премии по физике Петр Леонидович Капица (1894 — 1984) использовал модель маятника с вибрирующим подвесом для построения новой теории, описывающей эффекты стабилизации тел или частиц. Работа Капицы по стабилизации маятника была опубликована в 1951 году, а сама модель получила название «маятник Капицы». Кроме того, было открыто новое направление в физике — вибрационная механика. Эта модель позволила наглядно продемонстрировать возможности высокочастотной электромагнитной стабилизации пучков заряженных частиц в ускорителях.

Владимир Игоревич Арнольд

Другой советский математик и академик Владимир Игоревич Арнольд (1937-2010), который был заместителем Капицы, вспоминал его слова:

«Он (Капица — прим.) сказал: «Посмотрите, когда изобретается какая-то физическая теория, прежде всего надо сделать небольшой прибор, на котором ее можно было бы наглядно продемонстрировать любому. Например, Будкер и Векслер хотят построить ускорители в очень сложной системе. Но я видел, что уравнения, которые говорят об устойчивости этой балки, означают, что если маятник перевернуть вверх дном, то он обычно неустойчив, он падает. Но если точка подвеса совершает быстрые вертикальные колебания, то она становится устойчивой. Хотя ускоритель стоит много миллионов, этот маятник можно сделать очень легко. Я сделал его на основе электрической швейной машинки, он здесь». Он провел нас в соседнюю комнату и показал нам этот вертикальный маятник на основе швейной машинки».

Демонстрация динамической стабилизации перевернутого маятника с помощью электробритвы

У математика Арнольда не было своей швейной машинки, и он был расстроен. Зато у него была электробритва Нева, из которой был собран перевернутый маятник. К сожалению, в первой конструкции маятник упал. Тогда Арнольд вывел формулу и увидел, что длина маятника не должна быть больше 12 сантиметров. Известный математик укоротил подвеску до 11 сантиметров и все получилось.

Посмотрим, какие силы действуют на «маятник Капицы». После прохождения верхней мертвой точки маятниковая подвеска начинает тянуть вес вниз. После прохождения нижней мертвой точки подвеска толкает вес вверх. Поскольку углы между векторами силы в верхней и нижней точках различны, сумма их векторов дает силу, направленную к оси вертикальных колебаний маятника. Если эта сила больше силы тяжести, то верхнее положение маятника стабилизируется.

А эта формула описывает зависимость между частотой колебаний подвеса, амплитудой колебаний и длиной жесткого подвеса.

Кривошип (механизм) | История Вики

в:
Страницы, использующие магические ссылки ISBN, Машиностроение, Ссылки

Файл:Кривошипный механизм геометрии sk.png

Кривошип представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, с помощью которого возвратно-поступательное движение передается валу или принимается от него. Он используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное или возвратно-поступательного движения в круговое. Рычаг может представлять собой изогнутую часть вала или прикрепленный к нему отдельный рычаг. К концу кривошипа шарниром прикреплен стержень, обычно называемый шатуном. Конец стержня, прикрепленный к кривошипу, движется круговым движением, в то время как другой конец обычно вынужден двигаться линейным скользящим движением внутрь и наружу.

Этот термин часто относится к рукоятке с приводом от человека, которая используется для ручного поворота оси, например, в шатуне велосипеда или в скобе и дрели. В этом случае рука или нога человека служит шатуном, прикладывающим возвратно-поступательную силу к кривошипу. Часто имеется штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся ручкой на ней для удержания в руке или в случае работы ногой (обычно второй рукой для другой ноги), с свободно вращающаяся педаль.

Содержание

• 1 История
• 2 примера
  • 2.1 Руками
  • 2.2 Использование ножек
  • 2.3 Двигатели
• 3 Механика
• 4 См. также
• 5 Каталожные номера
  • 5.1 Библиография
• 6 Внешние ссылки

История[]

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

Тибетец, работающий на печи (1938). Перпендикулярная рукоятка таких вращающихся ручных мельниц работает как рукоятка. ^{[1] [2]}

Эксцентриковый кривошипный механизм появился в Китае с 4 века до н.э. ^[3] Рукоятки с ручным приводом использовались во времена династии Хань (202 г. до н.э. — 220 г. н.э.), как модели гробниц из глазурованной глины эпохи Хань с изображениями 1-го века до н.э., а затем использовались в Китае для наматывания шелка и для прядения конопли, для сельскохозяйственного веялки, для водяного мукопросеивателя, для металлургического меха с гидравлическим приводом и для лебедки для колодца. ^{[4] [5]} Самое раннее использование кривошипа в машине происходит в веялке с кривошипным приводом в ханьском Китае. ^[6]

Римская железная рукоятка была найдена при раскопках в Августе Раурике, Швейцария. Кусок длиной 82,5 см с ручкой длиной 15 см имеет пока неизвестное назначение и датируется не позднее ок. 250 г. н.э. ^[7] На лесопилке позднего Иераполиса (Малая Азия) 3-го века обнаружены рукоятки, а две каменные лесопилки 6-го века были также найдены в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания. ^[8] В Китае кривошипно-шатунный станок появился в 5 веке, а в 6 веке — кривошипно-шатунный станок с поршневым штоком. ^[3]

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

В мусульманском мире неручной кривошип появляется в середине 9-го века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге изобретательных устройств . ^[11] Эти кривошипы с автоматическим управлением появляются в нескольких устройствах, описанных в книге, два из которых имеют действие, близкое к действию коленчатого вала. Автоматическая рукоятка братьев Бану Муса не позволяла бы полностью вращаться, но потребовалась лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать ее в коленчатый вал. ^[12] Арабский изобретатель Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему во вращающейся машине двух своих водоподъемных машин. ^[13] Его двухцилиндровый насос включал в себя самый ранний из известных коленчатых валов, ^[14] , в то время как его другая машина включала в себя первый известный кривошипно-ползунковый механизм. ^[15] Итальянский врач и изобретатель Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349) сделал иллюстрации для байдарки и военной повозки, которые приводились в движение коленчатыми валами и зубчатыми колесами, вращаемыми вручную. ^[16] Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, его можно увидеть в работах таких, как военный инженер Конрад Кьезер (1366–после 1405). ^[16]

Кривошипные шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20-го века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие заводными двигателями с заводными рукоятками, а двигатели внутреннего сгорания автомобилей обычно запускались с помощью рукояток (известных как пусковые рукоятки в Великобритании), прежде чем электрические стартеры стали широко использоваться.

Примеры[]

Файл:Преобразование вращательного движения в линейное crank.jpg

Кривошипная рукоятка

Файл:CrankPencilShapener.jpg

Ручная рукоятка на точилке для карандашей

Знакомые примеры включают:

Рукой[]

• Механическая точилка для карандашей
• Рыболовная катушка и другие катушки для кабелей, проводов, канатов и т. д.
• Окно автомобиля с ручным управлением
• комплект рукояток, который приводит в движение трикке через ручки.

С помощью ножек[]

• шатунов, приводящих 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. Шатуны встроены в коленчатый вал.

Механика[]

Смещение конца шатуна примерно пропорционально косинусу угла поворота кривошипа при измерении от верхней мертвой точки. Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое постоянно вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение:

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

Механическое преимущество кривошипа, соотношение между силой, действующей на шатун, и крутящим моментом на валу, меняется на протяжении цикла кривошипа. Соотношение между ними примерно такое:

где крутящий момент и F сила на шатуне. Для данной силы на кривошипе крутящий момент максимален при углах кривошипа α = 90° или 270° от ВМТ. Когда кривошип приводится в движение шатуном, возникает проблема, когда кривошип находится в верхней мертвой точке (0°) или нижней мертвой точке (180°). В эти моменты цикла кривошипа сила, действующая на шатун, не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и находится в одной из этих двух точек, он не может быть приведен в движение шатуном. По этой причине в паровозах, колеса которых приводятся в движение кривошипами, два шатуна крепятся к колесам в точках 9.0° друг от друга, так что независимо от положения колес при запуске двигателя по крайней мере один шатун сможет создать крутящий момент для запуска поезда.

См. также[]

• Лебедка
• Уравнения движения поршня
• Ничего шлифовального станка
• Солнечная и планетарная передача

Ссылки[]

1. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, p. 159
2. ↑ Лукас 2005, с. 5, фн. 9
3. ↑ ^{3,0 3,1} Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технику», Philosophy and Social Action 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 , с. 46. ​​С нападающим Джозефом Нидхэмом. Нью-Йорк: Саймон и Шустер, Inc. ISBN 0671620282.
6. ↑ Н. Сивин (август 1968 г.), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае Джозефа Нидхэма», 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. ↑ Ритти, Греве и Кессенер 2007, с. 161
9. ↑ ^{9,0 9,1} Needham 1986, p. 112.
10. ↑ Needham 1986, стр. 112–113.
11. ↑ А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Латам, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы , Cambridge University Press, с. 266, ISBN 0521327636
12. ↑ Бану Муса, Дональд Рутледж Хилл (1979), Книга гениальных устройств (Китаб аль-Хиял) , Springer, стр. 23-4, ISBN 08339
13. ↑ Ахмад И Хассан. Кривошипно-шатунная система в машине с непрерывным вращением.
14. ↑ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, p. 41, ISBN 1435850661
15. ↑ Лотфи Ромдхан и Саид Зеглул (2010), «Аль-Джазари (1136–1206)», History of Mechanism and Machine Science (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 []

• Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное измельчение в древнем и средневековом мире. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура 46 : 1–30  
• Лаур-Беларт, Рудольф (1988), Führer durch Augusta Raurica (5-е изд. ), август  
• Нидхэм, Джозеф (1991), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение , издательство Кембриджского университета, ISBN 0521058031 .
• Ритти, Тулия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф каменной лесопилки с водным приводом на саркофаге в Иераполисе и ее последствия», Journal of Roman Archaeology 20 : 138–163  

Внешние ссылки []

• Crank: гипервидео конструкции и работы четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, любезно предоставленное Ford Motor Company
• Цифровая библиотека кинематических моделей для проектирования (KMODDL) — фильмы и фотографии сотен работающих моделей механических систем в Корнельском университете. Также включает электронную библиотеку классических текстов по механическому дизайну и инженерии.

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

Кривошипные механизмы

7.2 Кривошипно-шатунные механизмы

Другим механизмом, который очень широко используется в конструкции машин, является кривошипно-ползунковый механизм. Он в основном используется для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот. Ниже показан кривошипно-ползунковый механизм и приведены параметры, которые используются для определения углов и длин звеньев. Как и в четырехзвенниковом механизме, выдвинутая и сложенная мертвые точки находятся в том случае, когда кривошип и муфта коллинеарны (соединительное звено обычно называют 9).0303 шатун  в кривошипно-кривошипных механизмах). Полный поворот кривошипа возможен, если эксцентриситет с меньше разницы между длинами шатуна и кривошипа, а длина кривошипа меньше длины шатуна (например, c3-a ₂ ) и a ₃ >а ₂ ).

Использование прямоугольных треугольников, образованных в мертвых точках:

Отметив s =se-sf  = ход = расстояние, которое ползунок проходит между мертвыми точками. Если мы допустим l= a2/a3 и e = c/a3, ход будет равен:

Если эксцентриситет c (или a1) равен нулю ( c = 0), кривошипно-шатунный механизм называется рядным кривошипно-ползунковым механизмом  = 2а ₂ ). Если эксцентриситет не равен нулю (c ¹0), его обычно называют кривошипно-кривошипным механизмом со смещением .

Угол передачи можно определить из уравнения:

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

Максимальное или минимальное отклонение имеет место, когда q ₁₂   равно 90 ⁰ или 270 ⁰ (рис. 7.19), а значение максимального или минимального угла передачи определяется как:

Если c положительно, как показано ниже, угол передачи является критическим, когда q ₁₂ =270 ⁰ . Если с отрицательно, то самый критический угол передачи находится на уровне 9000°.

q ₁₂ =90 ⁰ .

Если эксцентриситет с равен нулю, максимальное значение угла передачи:

В поршневых насосах отношение кривошипа к шатуну поддерживается менее 1/4, что соответствует 14,48 ⁰  максимальному отклонению угла передачи от 90 ⁰ . Поскольку длина кривошипа фиксирована требуемым ходом (a ₂ = s/2), необходимо увеличить длину шатуна для лучших углов передачи. Однако это увеличит размер механизма.

Подобно задаче об угле передачи в четырехзвенных механизмах, задача об угле передачи в кривошипно-ползунковых механизмах может быть сформулирована следующим образом:

«Определить пропорции ползун-кривошип с заданным ходом, s, и соответствующим поворотом кривошипа между мертвыми точками, f, таким образом, чтобы максимальное отклонение угла передачи от 90 ⁰ было минимальным».

Задачу снова можно рассмотреть в двух частях. Первая часть — это определение ползунковых кривошипных механизмов с заданным ходом и соответствующим поворотом кривошипа. Вторая часть заключается в определении одного конкретного кривошипно-ползунного механизма с оптимальным изменением угла передачи.

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

Ссылаясь на рисунок, на котором кривошипно-шатунный механизм изображен в его мертвых точках, уравнения векторной петли в мертвых точках:

(5)

(6)

или комплексные номера:

(7)

(8)

Вычитание уравнения (8) из уравнения (7)  и учитывая  s _e -s _f = s = 1 :

(9)

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

(10)

Для полного оборота кривошипа необходимым (но недостаточным) условием является l

(11)

Если l взять в качестве свободного параметра, то по мере его изменения вершина Z, определяемая (7), образует окружность, которая является геометрическим местом всех возможных движущихся точек поворота кривошипа, когда кривошип и муфта находятся в выдвинутом положении ( k _круг ). Геометрическое место всех возможных фиксированных точек поворота — это еще одна окружность (k ₀ окружность), которая задается Z(1+l) (начало обоих векторов — B _e с реальной осью, параллельной оси ползунка) . . Любая линия, проведенная от B _e , пересекает эти окружности в точках A _e и A ₀ соответственно, в результате чего кривошипно-ползунковый механизм находится в положении выдвинутой мертвой точки. Ниже эти кружки показаны для f=160 ⁰ .

Эксцентриситет c может быть получен как мнимая компонента вектора B _e A ₀ = B _e A _e +A _e A ₀ , что можно записать как:

(12)

или с помощью Z и l:

(13)

и подставив значение Z:

(14)

Длины ссылок теперь могут быть выражены как:

(15)           

(16)

Уравнения (14-16) дают единственно 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 длины других звеньев.

Для геометрического решения:

Пример 4.6 :

Определить длины звеньев кривошипно-шатунного механизма с ходом s=120 мм, соответствующим поворотом кривошипа f=160 ⁰ и отношением кривошипа к звену муфты 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:

Определить длины звеньев кривошипно-ползункового механизма с тем же ходом и соответствующим вращением кривошипа, что и в примере 1, но вместо указанного отношения кривошипа к звену муфты эксцентриситет задан как c = 20 мм.

Для единичного хода c = 20/120  = 0,16667. Решение уравнения (10) для l дает:

                                                       (17)

Для c = 0,16667 l ² = 0,325635. Подставляя в уравнения (15) и (16), а ₂ = 0,48508 и ₃ = 0,85006. Для s = 120 мм, c = 20 мм, a ₂ = 58,21 мм и a ₃ = 102,01 мм. Минимальный угол передачи для этого механизма м _мин = 39,94 ⁰ . Обратите внимание, что аналогичную процедуру можно выполнить, если указана длина кривошипа или соединительного звена.

Минимальный угол передачи при q = p/2:

                                                   (18)

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

и                               

Выражение m _min через l и f (подставьте уравнения 14,15 и 16 в уравнение 18 и упростите) быть максимум  

Если значение l , что делает производную равной нулю:

 выходит.

                                  (21)

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

                                                (22)

Поскольку Q должно быть положительным, Q _>2 не является решением. В соответствии с Q ₃ , l=1/t ₂ , отклонение минимального угла передачи 90 ⁰ максимально (cosm _min =1). Корень Q ₁ дает значение l _opt   в диапазоне (1/t ² , l), удовлетворяющее необходимому и достаточному условию кривошипно-кривошипного механизма с оптимальными передаточными характеристиками. Следовательно:

                                              (23)
единственное оптимальное решение.

Пример 4.8:
Для хода ползуна s =120 мм и соответствующего поворота кривошипа f=160 ⁰ определите кривошипный 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  ; а ₃ = 1,14896; с = 0,377378 и для хода 120 мм:

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

Минимальный угол передачи механизма составляет m _min = 42,81 ⁰ .

Результаты приведены в таблице 2. Длины звеньев ползун-кривошип ( a ₂ , a ₃ , c) и оптимальные значения и минимальный угол передачи м мин в зависимости от оборотов кривошипа между мертвыми точками. На диаграмме 3 приведены все возможные решения и их минимальные значения угла передачи (обратите внимание, что горизонтальная ось не имеет линейной шкалы).

©es

Глава 5. Планарные связи

Содержание

5.

1 Введение

5.1.1 Что такое механизмы связи?

Задумывались ли вы когда-нибудь, какой механизм вызывает появление ветрового стекла?
стеклоочиститель на лобовом стекле автомобиля колебаться ( рис.
5-1а)? Механизм, показанный на рис. 5-1b,
преобразует вращательное движение двигателя в колебательное
стеклоочистителя.

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

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

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

Четырехрычажная связь является самым простым и часто наиболее полезным механизмом.
Как мы упоминали ранее, механизм, состоящий из твердых тел и
младшие пары называется связью
(Охота 78).
В планарных механизмах существует только два вида
нижние пары —
оборотные пары и
призматические пары.

Простейшая замкнутая связь — это четырехзвенниковая связь.
четыре элемента, три подвижных звена, одно фиксированное звено и четыре штифта
суставы. Связь, имеющая хотя бы одно фиксированное звено, является механизмом.
Следующий пример четырехзвенной связи был создан в SimDesign в simdesign/fourbar.sim

Этот механизм имеет три подвижных звена. Две ссылки закреплены на
кадр, который не показан на этой картинке. В SimDesign ссылки могут
быть прибиты к фону, тем самым превращая их в рамку.

Сколько степеней свободы у этого механизма?
Если мы хотим, чтобы он был только один, мы можем наложить одно ограничение на
связь, и она будет иметь определенное движение. Четырехзвенная связь
самый простой и удобный механизм.

Напоминание: Механизм состоит из твердых тел и нижних пар
называются связями (Hunt 78). В
плоские механизмы бывают только двух видов нижних пар: поворотные пары и призматические
пары.

5.1.2 Функции соединений

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

1. непрерывного вращения в непрерывное вращение с постоянной или
   переменное отношение угловых скоростей.
2. Непрерывное вращение в колебательное или возвратно-поступательное движение (или
   реверс), с постоянным или переменным передаточным числом.
3. Колебание в колебание или возвратно-поступательное движение в возвратно-поступательное движение,
   с постоянным или переменным отношением скоростей.

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

• Генерация функции : относительное движение между звеньями
  соединенный с рамой,
• Генерация пути : путь точки трассировки или
• Генерация движения : движение соединительного звена.

5.2 Четырехрычажные механизмы

Одним из простейших примеров связи с ограничениями является
четырехзвенный механизм . Различные полезные механизмы могут
формироваться из четырехзвенного механизма с небольшими вариациями, такими
как изменение характера пар, пропорций звеньев,
и т. д. . Кроме того, многие механизмы сложных ссылок представляют собой комбинации
двух или более таких механизмов. Большинство четырехзвенных механизмов
относятся к одному из следующих двух классов:

1. четырехзвенный рычажный механизм и
2. кривошипно-кривошипный механизм.

5.2.1 Примеры

Параллелограммный механизм

В параллелограммном четырехзвенном соединении ориентация муфты
не меняется в процессе движения. На рисунке показан загрузчик.
Очевидно, поведение поддержания параллелизма важно в
погрузчик. Ковш не должен вращаться при подъеме и опускании.
Соответствующий файл SimDesign — simdesign/loader. sim.

Кривошипно-ползунковый механизм

Четырехзвенный механизм имеет некоторые специальные конфигурации, созданные
сделать одну или несколько ссылок бесконечной по длине. Кривошипная рукоятка (или
кривошипно-ползунковый) механизм, показанный ниже, представляет собой четырехзвенниковую связь с
ползунок, заменяющий бесконечно длинную выходную ссылку. Соответствующий
Файл SimDesign — simdesign/slider.crank.sim.

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

Кривошип и поршень

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

Вы можете задаться вопросом, почему слева есть еще один слайдер и ссылка.
Этот механизм имеет две мертвые точки. Ползунок и ссылка слева
помогите механизму преодолеть эти мертвые точки.

Устройство подачи блоков

Одним из интересных применений кривошипа является устройство подачи блоков.
Файл SimDesign можно найти в simdesign/block-feeder.sim

5.2.2 Определения

В ряду планарных механизмов простейшая группа нижней пары
механизмы четырехзвенные. A Четырехрычажный механизм
состоит из четырех стержневых звеньев и четырех поворотных пар, как показано на рис. 5-8.

Звено напротив фрейма называется
соединительное звено и звенья шарнирно прикреплены к раме
называются боковыми ссылками . Ссылка, которую можно свободно вращать
360 градусов по отношению ко второму звену будет называться
вращать относительно второго звена (не обязательно
Рамка). Если возможно, чтобы все четыре бара стали одновременно
выровнены, такое состояние называется точкой изменения .

Вот некоторые важные концепции механизмов ссылок:

1. Кривошип : Боковая тяга, вращающаяся относительно рамы,
   называется кривошип .
2. Кулиса : Любое невращающееся звено называется кулисой .
3. Кривошипно-коромысловый механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если
   более короткая боковая тяга вращается, а другая качается ( т.е. ,
   колеблется), он называется кривошипно-коромысловым механизмом .
4. Двухкривошипный механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если оба
   боковые звенья вращаются, он называется двухкривошипным механизмом .
5. Двойной кулисный механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если оба
   боковые звенья качаются, он называется двухрычажным механизмом .

5.2.3 Классификация

Перед классификацией четырехзвенников нам необходимо ввести некоторые
основная номенклатура.

В четырехзвенном соединении мы имеем в виду сегмент линии между
петли на заданном звене в виде стержня , где:

• с = длина кратчайшего стержня
• l = длина самого длинного стержня
• p, q = длина промежуточного стержня

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

с + л

(5-1)

и все три мобильные ссылки будут качаться, если

с + л > р + q

(5-2)

Неравенство 5-1 равно критерию Грасгофа .

Все четырехзвенные механизмы попадают в одну из четырех категорий, перечисленных в
Таблица 5-1:

Таблица 5-1 Классификация четырехрычажных механизмов

Чемодан	л + верс. р + д	Самый короткий стержень	Тип
1		Рамка	Двухкривошипный
2		Боковой	Рукоятка коромысла
3		Муфта	Двойной коромысло
4	=	Любой	Точка изменения
5	>	Любой	Двойной рокер

Из таблицы 5-1 видно, что для механизма, имеющего кривошип,
сумма длин его самого короткого и самого длинного звеньев должна быть меньше
или равной сумме длин двух других звеньев. Однако,
это условие необходимое, но недостаточное. Механизмы удовлетворения
это состояние подразделяется на следующие три категории:

1. Если самая короткая ссылка является боковой ссылкой,
   механизм представляет собой кривошипно-кулисный механизм. Кратчайший
   звено – это кривошип в механизме.
2. Когда кратчайшее звено является рамкой
   механизм, механизм двухкривошипный.
3. Когда самая короткая ссылка
   звено сцепки, механизм двухкоромысловый.

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, нажав на ссылку
CD накладывает силу на ссылку AB , которая передается
по ссылке BC .) Для достаточно медленных движений
(незначительные силы инерции), сила в соединительном звене чистая
растяжение или сжатие (незначительное изгибающее действие) и направлено
по г. до н.э. г. . При заданной силе в соединительном звене крутящий момент
передается на выходной бар (примерно пункт D ) максимально, когда
угол между
соединительная шина BC и выходная шина CD /2. Следовательно, угол BCD равен
называется угол передачи .

(5-3)

Рисунок 5-11 Угол передачи