Кривошатунный механизм: Кривошипно-шатунный механизм — это… Что такое Кривошипно-шатунный механизм?

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм двигателя трактора

Рис. 1. Кривошипно-шатунный механизм:
1 – коренной подшипник; 2 — шатунный подшипник; 3 — шатун; 4 — поршневой палец; 5 — поршневые кольца; 6 — поршень; 7 — цилиндр; 8 — маховик; 9 — противовес; 10 — коленчатый вал.

Отдельные детали кривошипно-шатунного механизма имеют следующее устройство.

Цилиндр (рис. 2) — основная часть двигателя, внутри которой сгорает топливо. Цилиндр изготавливают в виде отдельной отливки, укрепляемой на чугунной коробке — картере, или в виде сменной гильзы, вставляемой в блок цилиндров. Материалом для изготовления цилиндров и гильз служит чугун. Внутреннюю поверхность цилиндров и гильз, называемую зеркалом цилиндра, делают строго цилиндрической формы и подвергают шлифовке и полировке. Число цилиндров или гильз у одного двигателя может быть различно: один, два, три, четыре, шесть и больше.

Блок цилиндров может быть изготовлен так, что цилиндры будут расположены в один или в два ряда под углом в 90°.

Блок цилиндров и картер снизу закрыты поддоном и уплотнены прокладками. Цилиндры сверху закрыты головкой (в зависимости от конструкции двигателя), уплотняемой металло-асбестовой прокладкой.

Поршень, устанавливаемый внутри цилиндра, сжимает свежий заряд воздуха и воспринимает давление расширяющихся газов во время горения топлива и передает это давление через палец и шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Поршень отливается из алюминиевого сплава. На боковых стенках поршня делают два прилива — бобышки с отверстиями, в которые вставляется поршневой палец, соединяющий поршень с шатуном. В днище поршня сделана специальная камера, способствующая лучшему перемешиванию топлива с воздухом.

Рис. 2. Детали двигателя:
1 — блок-картеры; 2, 4 — головки цилиндров; 3, 8— прокладки; 5 — цилиндр; 6 — картер; 7 — гильза; 9 — поршень; 10 — поддон; 12 — вкладыши; 13 — крышка шатуна; 14 — стопорное кольцо; 15 — поршневой палец; 16 — шатун; 17 — втулка; 18 — шплинт; 19 — болт; 20 — коренной подшипник.

Поршень во время работы сильно нагревается (до 350 °С) и при этом расширяется. Во избежание заклинивания поршня в цилиндре его делают несколько меньшего диаметра, чем цилиндр, создавая тем самым между ними зазор 0,25…0,40 мм.

Поршневые кольца. Поскольку между поршнем и цилиндром имеется зазор, то через него могут проходить из камеры сжатия в картер газы. Из картера в камеру сжатия попадает и там сгорает смазочное масло, при этом увеличивается его расход.

Для устранения подобных явлений на поршень в специальные канавки надевают пружинные чугунные кольца. Диаметр колец делают немного больше диаметра цилиндра, в котором они будут работать. Чтобы такое кольцо можно было вставить в цилиндр, в нем сделан вырез (или, как его еще называют, замок), позволяющий сжать кольцо перед постановкой в цилиндр. Такое кольцо, будучи вставлено в цилиндр, стремится занять первоначальное положение и поэтому плотно прилегает к стенкам цилиндра, закрывая при этом своим телом зазор между поршнем и цилиндром.

Во время работы двигателя кольца, кроме уплотнения, обеспечивают распределение смазки по цилиндру, предотвращают попадание масла в камеру сгорания, уменьшая тем самым расход его, а также отводят теплоту от сильно нагретого поршня к стенкам цилиндра.

По назначению кольца бывают двух типов: компрессионные — уплотняющие (их обычно ставят по три-четыре) и маслосъемные (одно-два).

Компрессионные кольца воспринимают силы давления газов, причем наибольшую нагрузку до 75 % давления несет первое кольцо. Чтобы предохранить поршень от повышенного износа, у некоторых двигателей в первую канавку поршня устанавливают стальную вставку, а для уменьшения износа кольца его цилиндрическую поверхность покрывают пористым хромом. Остальные кольца, воспринимающие меньшую нагрузку — 20 и 5 % сил давления, хромом не покрывают.

Маслосъемные кольца чаще всего делают коробчатого сечения с прорезями. Благодаря этому усилие прижатия кольца к стенке цилиндра передается через два узких пояска, что увеличивает удельное давление кольца. Кроме того, узкие пояски кольца лучше снимают излишнее масло со стенок цилиндра или гильзы при движении поршня вниз.

На дне канавки маслосъемного кольца сделаны отверстия в поршне, через которые отводится масло, собранное со стенок цилиндра.

У некоторых двигателей, для того чтобы увеличить упругость маслосъемных колец, в зазор между кольцом и канавкой устанавливают стальной расширитель.

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Его штампуют из стали. Он состоит из верхней и нижней головок и стержня. Верхняя, неразъемная, головка служит для соединения с поршнем, в нее вставляется поршневой палец. Для уменьшения трения между пальцем и шатуном в верхнюю головку запрессовывают бронзовую втулку. Нижняя, разъемная, головка имеет крышку и охватывает шейку коленчатого вала. Чтобы уменьшить трение шатуна о шейку вала, в нижнюю головку и крышку устанавливают вкладыши — стальные пластины, у которых поверхность, прилегающая к шейке вала, покрыта тонким слоем свинцовистой бронзы или специальным алюминиевым сплавом.

Нижнюю головку шатуна и ее крышку соединяют шатунными болтами, гайки которых после затяжки шплинтуют.

Поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем, изготовляют из стали, а наружную поверхность подвергают термической (цементации и закалке) и механической (шлифовке) обработке.

Палец во время работы двигателя может перемещаться в верхней головке шатуна и бобышках поршня в небольших пределах, поэтому его называют плавающим. Для того чтобы палец во время работы не вышел из поршня и не поцарапал зеркало цилиндра, ограничивают перемещение пальца в осевом направлении, устанавливая в бобышках (приливах) поршня стопорные пружинные кольца, которые, не препятствуя пальцу поворачиваться в бобышках и головке шатуна, не позволяют ему перемещаться за пределы поршня.

Коленчатый вал воспринимает через шатуны силы расширяющихся газов, действующих на поршни, и превращает эти силы во вращательное движение, которое затем передается трансмиссии трактора. От коленчатого вала также приводятся в движение и другие устройства и механизмы двигателя (газораспределительный, топливный и масляный насосы и др.). Коленчатый вал штампуют из стали или отливают из специального чугуна. Коленчатый вал состоит из следующих частей: коренных или опорных шеек, на которых он вращается в коренных подшипниках, шатунных шеек, которые охватывают нижние головки шатунов, щек, соединяющих шейки между собой, и фланца, предназначенного для крепления маховика.

Чтобы продлить срок службы коленчатого вала, поверхности шеек подвергают термической обработке — закалке.

Маховик представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна, он укрепляется на фланце заднего конца коленчатого вала.

Маховик во время работы двигателя накапливает кинетическую энергию, уменьшает неравномерность частоты вращения коленчатого вала, выводит поршни из мертвых точек и облегчает работу двигателя при разгоне машинно-тракторного агрегата и преодолении кратковременных перегрузок.

На маховике укрепляется зубчатый венец, через который специальными устройствами вращают коленчатый вал при пуске двигателя.

Основными деталями кривошипно-шатуиного механизма являются: цилиндры, поршни в комплекте с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны в комплекте со втулками в верхней головке и подшипниками в нижней головке, коленчатый вал с коренными подшипниками и маховик.

Цилиндры выполнены в виде отдельных гильз, вставленных в отверстия блока цилиндров. Такое устройство упрощает изготовление блока и дает возможность заменять изношенные или поврежденные гильзы новыми. Они отливаются из легированного чугуна. Внутренняя поверхность гильзы закалена. На наружной поверхности имеются два посадочных и один опорный пояски. Сверху гильза прижимается головкой. Гильзы омываются охлаждающей жидкостью, циркулирующей в рубашке блока. Для предотвращения попадания ее в масляный поддон гильзы имеют по две кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца.

Поршень отливается из высококремнистого алюминиевого сплава. В днище поршня имеется фасонная выемка, являющаяся камерой сгорания. В головке поршня выполнены кольцевые канавки для компрессионных колец. Вместе с кольцами головка является уплотняющей частью поршня. В бобышках поршня сделаны отверстия для поршневого пальца и канавки для установки стопорных колец. Направляющая часть поршня имеет кольцевые канавки для маслосъем-ных колец.

На каждом поршне расположены три компрессионных и два масло-съемных кольца. Компрессионные кольца имеют трапецеидальное сечение. Верхнее кольцо предотвращает прорыв воздуха и газов из надпоршневого пространства в картер. Оно наиболее нагружено давлением газов, сильно нагревается и работает при недостаточной смазке. Для уменьшения истирания на наружную поверхность кольца наносят пористый слой износостойкого металла — хрома. Масло, находящееся в порах, уменьшает трение и износ кольца и гильзы. Когда поршень совершает движение, компрессионные кольца прижимаются то к нижней, то к верхней кромке его канавок и создают необходимое уплотнение, препятствующее прорыву газов в картер.

Маслосъемные кольца касаются цилиндра узкими кромками и хорошо снимают масло с его зеркала. Масло по сверлениям в поршне стекает в поддон двигателя. Чтобы предотвратить прорыв газов в картер, замки соседних колец смещают относительно друг друга по окружности.

Для обеспечения точной посадки поршни и гильзы имеют шесть размерных групп, обозначаемых клеймами на днищах поршней и на верхних торцах гильз. При сборке поршень и гильза должны подбираться из одних размерных групп.

Поршневой палец соединяет шарнирно поршень с шатуном. Палец пустотелый; в отверстие шатуна он вставляется с зазором, а в бобышки поршня без зазора. Во время работы двигателя бобышка нагревается и появляется зазор между ней и пальцем. Палец свободно поворачивается в шатуне и бобышке. Осевое перемещение пальца ограничивается стопорными кольцами.

Шатун представляет собой стальную фасонную поковку и состоит из стержня и двух головок (верхней и нижней). Верхняя головка через поршневой палец соединяется с поршнем, нижняя — с коленчатым валом. Стержень двутаврового сечения, что придает ему при небольшой массе достаточную прочность. В верхнюю головку запрессована бронзовая втулка. По каналу в стержне и радиальным отверстиям во втулке подводится смазка к поршневому пальцу. Нижняя головка имеет разъем под углом 55° к оси стержня. Это позволяет устанавливать и снимать комплект поршня с шатуном через цилиндр.

Съемная часть шатуна называется крышкой. Стык шатуна с крышкой имеет форму гребенки с треугольными зубьями. Это надежно предохраняет крышку от радиального сдвига относительно шатуна. Осевая фиксация крышки на шатуне осуществляется штифтом, запрессованным в шатун и входящим в паз крышки. У одного стыка со стороны длинного болта имеются метки спаренности (двузначное число), одинаковые для обеих частей, и риски на обеих частях шатуна. Крышки шатунов не взаимозаменяемые.

В нижней головке шатуна и его крышке расположен подшипник, охватывающий шатунную шейку коленчатого вала. Он состоит из тонкостенных вкладышей 6, изготовленных из сталеалюминиевой полосы. Вкладыши удерживаются в теле шатуна и в крышке вследствие плотной посадки и наличия ушков, которые входят в выточки нижней головки и ее крышки. Болты крепления крышки предохраняются от самоотворачивания замковыми шайбами с усами, отогнутыми на грани болтов и крышки. Оба вкладыша нижней головки шатуна взаимозаменяемы.

Коленчатый вал состоит из четырех шатунных и пяти коренных шеек, щек, передней части и хвостовика, уравновешивающих противовесов. В шатунных шейках есть закрытые заглушками внутренние полости, в которых масло подвергается дополнительной Центробежной очистке. Эти полости сообщаются наклонными каналами с радиальными каналами в коренных шейках.

Для уменьшения действия центробежных сил на щеках коленчатого вала устанавливаются противовесы. Кроме того, имеются две выносные массы, одна из которых выполнена в виде прилива на маховике, другая представляет собой противовес, напрессованный на передний конец коленчатого вала. Вал балансируется в сборе с противовесами. В осевом направлении он фиксируется четырьмя бронзовыми полукольцами, установленными в выточках задней коренной опоры. Для предохранения от проворачивания нижние полукольца своими пазами входят в штифты, запрессованные в крышку коренного подшипника.

Носок и хвостовик коленчатого вала уплотняются самоподжимными сальниками.

Вкладыши коренных подшипников состоят из сменных тонкостенных элементов, изготовленных из сталеалюминиевой полосы. Верхний и нижний вкладыши коренных подшипников не взаимозаменяемые. В верхнем вкладыше имеется отверстие; для подвода масла и канавки для его распределения.

Для ремонта коленчатого вала предусмотрено шесть ремонтных размеров шеек и вкладышей. Клеймо наносится на тыльную сторону вкладыша недалеко от стыка.

Маховик крепится болтами к заднему торцу вала и точно фиксируется относительно шеек коленчатого вала двумя штифтами. Зубчатый венец служит для пуска двигателя стартером. Двенадцать радиальных отверстий предназначены для проворачивания коленчатого вала при регулировках двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм :: Avto.Tatar

Особенности кривошипно-шатунных механизмов, используемых на современных двигателях.

Если рассматривать современные транспортные средства — кривошипно-шатунный механизм создан для работы с давлением газа, которое возникает в цилиндре основного агрегата автомобиля, когда сгорает смесь воздуха и топлива. КШМ позволяет преобразовывать эти газы в механические усилия, которые влияют на функционирование коленвала.

Новейшие транспортные средства отличаются надежностью, прочными запчастями. Кривошипно-шатунные механизмы имеет достаточно специфическую и сложную конструкцию. Поршни в паре с несколькими шатунами, напрямую смонтированы с установленным коленвалом. Поршневая группа постоянно движется в особых гильзовых пазах по цилиндрам.

Поршни занимаются передачей полученной компрессии от расширения газов непосредственно к шатуну. При изготовлении поршней используются высококачественные сплавы на основе алюминия. Гильза цилиндра является местом функционирования таких поршней.

У поршней есть специальные юбки, основные головки. Именно головки у данных элементов могут быть разнообразной — речь идет об форме изделия. Часто частью головки может является специальная камера сгорания, если рассматривать дизельные двигатели. В головке размещаются и поршневые кольца — там для них предусмотрены специальные места для установки.

Какие кольца стоят на современных транспортных средствах и их двигателях

Компрессионные и более современные маслосъемные колечки — особенности данных элементов

Компрессионные кольца

Эти элементы не позволяют газу прорываться в картер агрегата.

Маслосъемные кольца используются для удаления остатков использованного масла с самого цилиндра.

Юбка имеет достаточно специфическую конструкцию, бобышки позволяют разместить поршневой палец, он используется для соединения поршня и шатуна.

Благодаря шатунам, усилия поршней передаются коленвалу. Шарнирное соединение позволяет создавать очень надежные и долговечные крепления.

Для изготовления шатунов используется высококачественная сталь — есть несколько методов, в основном используется ковка или штамповка. Если рассматривать спортивные средства — для изготовления шатунов используется сплав титана — это позволяет создавать невероятно мощные и долговечные двигатели. Шатунные элементы оснащены стержнями, головками (нижними, верхними). Пальцы поршня размещены в области рядом с верхними головками. Этот «плавающий» палец вращается в бобышке поршней с головками шатунов. Нижняя головка является разборным элементом — это дает возможность соединять ее с коленчатым валом, а точнее его шейкой. Благодаря новым технологическим находкам можно проводить контролируемое раскалывание определенных деталей шатуна — речь идет об нижней головке, которая изначально является цельным элементом. Для обеспечения высокой точности соединения таких элементов, используются специальные станки, дающие неповторимую поверхность излома.

Коленчатый вал получает определенные усилия, направленные от шатуна — в будущем они превращаются в крутящий момент. Для изготовления коленчатых валов используется высокопрочная сталь или специально подготовленный чугун. Коренные, шатунные шейки — это компоненты коленвала, для их соединения используются специальные щеки. Эти элементы используются для того, чтобы уравновесить весь агрегат. Шейки крутятся в специальных подшипниках по типу скольжение. Это съемные вкладыши из тонкого металла, которые играют важную роль в правильном функционировании двигателя.

Щеки и шейки коленчатого вала оснащены специальными отверстиями, позволяющими подавать необходимое количество смазки к этим элемента, подача масел происходит под определенным давлением.

Маховики крепят на самом краю коленвалов. В современных реалиях популярным стало применение двухмассовых маховиков. Стартером запускается мотор, используя венцевой элемент зубчатой формы на установленном маховике.

Гаситель всех крутильных колебаний позволяет обезопасить двигатель от излишних нагрузок. Использование такого гасителя, позволяющего снизить нагрузку от крутильного колебания, позволяет существенно продлить эксплуатационный период вашего автомобиля.

Гильза цилиндров, поршень и шатун — это цилиндро-поршневая группа. Эти элементы составляют сам цилиндр.

Как расположены цилиндры у современных автомобилей

  • V–образная — Две плоскости используются для расположения осей цилиндра и его элементов.
  • Рядная — Все оси располагаются только в одной плоскости.
  • Оппозитная — Все оси размещены под определенным углом в нескольких плоскостях.
  • W–образная — Уникальное расположение, используемое на многих современных транспортных средствах. 
  • VR — Оси располагаются под достаточно маленьким углом в нескольких плоскостях.

При выборе двигателя важно учитывать его сбалансированность — многие транспортные средства оснащены балансирными валами.

детали и запчасти КШМ двигателя

Подобрать запчасти в каталоге «Крівошіпношатунний механізм»

Основные компоненты и принцип работы КШМ

Состоит кривошипно-шатунный механизм из таких подвижных деталей и элементов крепежа, как:

  • Коленвал
  • Поршни с поршневыми кольцами и пальцами
  • Шатуны
  • Вкладыши, втулки
  • Стопорное кольцо
  • Крышки

Недвижимыми составляющими данного устройства считаются цилиндры, ГБЦ, блок цилиндров, картер, поддон, прокладка ГБЦ.

В процессе загорания топливно-горючей смеси, оказавшиеся в цилиндрах газы, перемещают поршень в нижнее положение. Благодаря поршневому кольцу шатун может прокручиваться, компенсируя момент прокручивания коленвала при нахождении поршня вверху.

Противовесы не позволяют коленвалу повернуться, поэтому крутящий момент на него подают газы, проходящие сквозь шатун и поршень. Вращают колено латунные подшипники скольжения или шатунные вкладыши. В результате коленвал передает усилие на коробку передач и колеса.

Компрессионные кольца предназначены для обеспечения герметичного состояния и необходимой компрессии в камере сгорания. Для предотвращения проникновения внутрь смазки установлено маслосъемное кольцо, которое снимает остатки масел со стенок цилиндра.
 

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Так как данный механизм эксплуатируется в чрезвычайно тяжелых условиях при повышенной температуре на высоких скоростных режимах, именно он повреждается первым в системе двигателя. Если возникают неисправности в этом узле, они часто приводят к дорогостоящему ремонту мотора.

Причиной неполадок обычно является естественный износ компонентов силового агрегата или нарушение правил его эксплуатации. При несвоевременном проведении техобслуживания, применении низкосортных смазочных материалов, топлива, фильтров, продолжительной эксплуатации перегруженного транспортного средства преждевременно могут возникнуть проблемы в работе кривошипно-шатунного механизма.

Типичными неполадками данного узла считаются:
  • Изнашивание коренных и шатунных подшипников. Такое повреждение сопровождается приглушенным стуком в блоке цилиндров, который отчетливо слышен при повышении оборотов, также падает давление масла в системе. В подобном случае эксплуатация автотранспортного средства запрещена
  • Изнашивание поршней и цилиндров, которое сопровождается звонким гулом при работе непрогретого мотора и возникновением синеватого дыма из выхлопной трубы
  • Изнашивание поршневых пальцев. Для данной проблемы характерен звонкий стук вверху блока цилиндров при работающем моторе
  • Повреждение и залегание поршневых колец. Оно проявляется перебоями в работе силового агрегата, падением компрессии, повышением расхода масла и появлением синего дыма из выхлопа

Кроме этого со временем на поршнях и на стенках камеры сгорания может появляться нагар, который приводит к сильному нагреванию двигателя, увеличенному расходу топлива и понижению мощности авто.

Чтобы максимально продлить срок службы кривошипно-шатунного механизма следует постоянно контролировать крепления, при необходимости подтягивать болты на картере и ГБЦ, а также содержать мотор в чистоте и периодически удалять нагар, который образуется в камере сгорания.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82

Основными составными частями кривошипно-шатунного механизма (КШМ) трактора МТЗ являются коленчатый вал (на рисунке поз. 14), поршни (поз. 7), шатуны (поз. 18), поршневые пальцы (поз. 9) и кольца, маховик (поз. 3), шатунные и коренные вкладыши подшипников.

Коленчатый вал полноопорный, выполнен из стали. Имеет четыре шатунных и пять коренных шеек, которые подвергнуты поверхностной закалке ТВЧ. На первую, четвертую, пятую и восьмую шейки вала крепятся съемные противовесы (поз. 15), с помощью которых снижается воздействие центробежных сил, возникающих от неуравновешенных масс кривошипов, а также снижается износ коренных подшипников.

На переднем конце коленвала установлены шестерня (поз. 22) привода шестерен распределения; шестерня (поз. 21) привода масляного насоса; шкив (поз. 20) привода водяного насоса, генератора и вентилятора. На фланце заднем смонтирован маховик (поз. 3) с зубчатым венцом (поз. 4). От осевого перемещения коленчатый вал ограничен упорными полукольцами (поз. 12) из сплава алюминия, которые установлены с обеих сторон пятого коренного подшипника. Полукольца зафиксированы от проворачивания выступами, которые входят во фрезерованные канавки, выполненные в крышке подшипника.

Шатуны дизелей Д-240, Д-243 (поз. 18) выполнены из стали двутаврового сечения штамповкой. В верхней головке шатуна запрессована втулка (поз. 8) из биметалла. Смазка поршневого пальца (поз. 9) осуществляется через отверстия во втулке и верхней головке шатуна. Нижняя головка шатуна сделана разъемной, с расточкой под установку шатунных вкладышей. От осевого перемещения вкладыши ограничены выштампованными усиками, которые входят в фрезерованные прорези расточек крышки и шатуна. Крышка (поз. 16) присоединяется к шатуну при помощи болтов (поз. 17).

Поршни (поз. 7) входящие в состав поршневой МТЗ выполнены из алюминиевого сплава. Боковая поверхность поршней имеет три канавки для компрессионных (поз. 6) и две — для маслосъемных (поз. 5) колец. В днище поршня находится камера сгорания, имеющая шатровую форму. Бобышки поршня имеют расточенное отверстие под установку поршневого пальца, а также канавки для стопорных колец (поз. 10). Поршневые пальцы изготавливаются из хромоникелевой стали; полые, плавающего типа. От осевого перемещения в бобышках поршня пальцы ограничены стопорными кольцами.

Материал поршневых колец МТЗ — специальный чугун. Каждый поршень имеет три компрессионных (поз. 6) и четыре маслосъемных (поз. 5) кольца. Вкладыши (поз. 11) коренных и вкладыши (поз. 13) шатунных подшипников изготовлены из биметаллической сталеалюминиевой полосы. Отверстия, выполненные в верхних половинах коренных вкладышей, совпадают с каналами подвода масла в блоке.

Маховик двигателя Д-240, Д-243 (поз. 3), отлитый из серого чугуна, представляет собой массивный диск, который крепится к фланцу коленвала шестью болтами (поз. 1) и фиксируется установочными штифтами. С зубчатым венцом (поз. 4), напрессованным на маховик, входит в зацепление шестерня включения редуктора ПД (пускового двигателя) или шестерня включения стартера. Проверка и установка угла опережения впрыска дизтоплива осуществляется через отверстие-метку, просверленное в маховике.

Кривошипно-шатунный механизм МТЗ в процессе эксплуатации не требует специального технического обслуживания. Для того, чтобы обеспечить длительную работу деталей и узлов механизма, необходимо следовать рекомендациям по пуску и смазке двигателя. Особенно тщательно необходимо проводить работы по обслуживанию воздухоочистителя, потому как качественная очистка воздуха, который всасывается в цилиндры, является одним из наиболее главных условий обеспечения длительной работы поршней, гильз и поршневых колец двигателя.

Рис. 1 — Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) трактора МТЗ-80, МТЗ-82 (Д-240, Д-243)


1 — болт маховика 50-1005127-А; 2 — болт сцепления ; 3 — маховик; 4 — зубчатый венец маховика 50-1005121-А; 5 — маслосъемные кольца; 6 — компрессионные кольца; 7 — поршень 240-1004021-А; 8 — втулка головки шатуна 240-1004115; 9 — поршневой палец 50-1004042; 10 — стопорное кольцо 240-1004022; 11 — вкладыш коренного подшипника; 12 — упорное полукольцо; 13 — вкладыш шатунного подшипника ; 14 — коленчатый вал 240-1005020-Б1; 15 — противовес 240-1005017; 16 — крышка шатуна 240-1004125-А; 17 — шатунный болт 50-1004182-А1; 18 — шатун 240-1004112-А; 19 — болт коленчатого вала 50-1005054; 20 — шкив 240-1005131-Б-02; 21 — шестерня привода масляного насоса 240-1005033 (большая); 22 — шестерня коленвала малая 240-1005030-А.

Рекомендуемые товары


Кривошипно-шатунный механизм

В блок цилиндров вставляются гильзы из износостойкого чугуна, гильзы прижимаются к блоку головками.

Уплотнение в верхней части осуществляется с помощью сталеасбестовых прокладок, а в нижней — медными кольцевыми прокладками, установленными между блоком и гильзой.

На двигателе устанавливаются прокладки головок цилиндров с круглыми водяными протоками.

Порядок нумерации цилиндров указан на рис. ниже.

Порядок нумерации цилиндров

Головки блока цилиндров имеют высокотурбулентные камеры сгорания и винтовые впускные каналы, а также вставные седла и направляющие втулки клапанов. Маркировка головки 53-11-1003010 нанесена на головке цилиндров под клапанной крышкой. Каждая из головок крепится к блоку с помощью восемнадцати шпилек. Подтяжку делать на холодном двигателе в порядке, указанном на рисунке ниже.

Порядок затяжки гаек головки цилиндров

Перед подтяжкой отвернуть гайки стоек оси коромысел и, приподняв стойки вместе с осью, обеспечить доступ к гайкам крепления головки. После подтяжки гаек головок цилиндров вновь затянуть отвернутые гайки. После этого необходимо отрегулировать зазор между клапанами и коромыслами. Гайки шпилек крепления головок подтягивать в течение первых трех ТО-1, а в дальнейшем эту операцию выполнять через ТО-2.

Подтяжка гаек впускной трубы так же, как и установка ее на место после разборки, должна производиться со всей внимательностью во избежание течи воды в масло.

Перед установкой следует проверить состояние сопрягаемых плоскостей впускной трубы, головок и блока, а также прокладок. Гайки нужно подтянуть так, чтобы слегка прижать прокладки. Далее необходимо затянуть грузовые гайки.

После затяжки грузовых гаек необходимо затянуть гайки крепления впускной трубы попеременно с левой и правой сторон, начиная от грузовых гаек.

Поршни на боковой поверхности имеют надпись ПЕРЕД. Этого указания надо строго придерживаться при установке их в блок.

Поршневые пальцы. Для запрессовки пальца в поршень последний надо нагреть в горячей воде или масле до температуры 70-80 °C. Запрессовка без нагрева может привести к задирам.

Поршневые кольца устанавливаются по три на каждом поршне, два компрессионных и одно маслосъемное.

Компрессионные кольца высотой 2 мм. устанавливают так, чтобы выточка на внутренней поверхности колец (при их наличии) была обращена вверх, как указано на рисунке ниже. При установке компрессионных колец на поршень стыки колец должны быть смещены на 180°.

Установка колец на поршне

  1. компрессионные кольца
  2. кольцевой диск маслосъемного кольца
  3. осевой расширитель
  4. радиальный расширитель

Маслосъемное кольцо — составное из двух плоских стальных хромированных колец и двух расширителей — осевого и радиального.

При установке поршня в блок двигателя плоские кольцевые диски 2 нужно устанавливать так, чтобы их замки были расположены под углом 180° один к другому и под углом 90° к замкам компрессионных колец. При этом замки осевого расширителя 3 и радиального расширителя 4 должны быть расположены под углом 90° к ним (каждый).

Шатуны с поршнями в сборе устанавливаются попарно на каждую из четырех шатунных шеек коленчатого вала.

Отверстие в нижней головке шатуна под вкладыш обрабатывается совместно с крышкой. Поэтому крышки при сборке должны всегда устанавливаться на прежнее место.

На бобышках под болт шатуна и крышке выбит порядковый номер цилиндра. Номер выштампованный на стержне шатуна, и метка 2 (рис. ниже) на крышке шатуна должны быть направлены в одну сторону.

Соединение шатуна с поршнем

  • I — для установки в 1, 2, 3, 4 цилиндры
  • II — для установки в 5, 6, 7, 8 цилиндры
  • 1 — номер на шатуне
  • 2 — метка на крышке шатуна

Шатунные болты взаимозаменяемы.

Самоотвертыванию гайки шатунного болта препятствует установка основной гайки шатуна на герметик «Унигерм-9» или специальная штампованная гайка.

В случае переборки шатуна, гайка которого была застопорена герметикой, необходимо с болта и гайки удалить остатки ранее примененного герметика, тщательно протерев их ветошью, обезжирить их бензином и просушить.

После наживления гайки на болт нанести на ее резьбовую часть 2-3 капли (0,06 г) герметика.

В случае отсутствия герметика стопорение гаек необходимо производить штампованной стопорной гайкой 292759-П. Затяжку стопорной гайки необходимо производить путем ее поворота на 1,5-2 грани от положения соприкосновения торца стопорной гайки с торцом основной гайки. Шатунные вкладыши взаимозаменяемы. Подгонка вкладышей не допускается.

При сборке шатунов с поршнями необходимо соблюдать следующий порядок: шатуны левого ряда цилиндров устанавливать таким образом, чтобы номер на шатуне и метка на его крышке были обращены к передней части двигателя, а правого ряда — наоборот.

Поршни соединяются с шатунами так, чтобы во всех случаях надпись на поршне ПЕРЕД была обращена к передней части двигателя.

Коленчатый вал балансируется в сборе с маховиком и сцеплением. Крышки коренных подшипников чугунные.
Перемещение вала в продольном направлении ограничивается упорными шайбами, расположенными по обеим сторонам первого коренного подшипника.

Самоотворачиванию гаек крепления крышки коренного подшипника препятствует установка гаек на герметик «Унигерм-9» или стопорная пластина.

В случае вскрытия крышки коренного подшипника, гайки которого были застопорены герметиком, повторную установку гаек производить согласно рекомендации для гаек шатунных болтов.

В каждой шатунной шейке вала имеется полость (грязеуловитель). При разборке двигателя грязеуловители надо очищать, для чего необходимо отвернуть резьбовые пробки, очистить полости (металлическим ершом, проволокой), промыть их и все каналы керосином, продуть воздухом, завернуть до упора пробки и закернить.

Для предотвращения утечки масла концы коленчатого валя уплотнены сальниками.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала с помощью четырех болтов.

Для увеличения ресурса двигателя до первого капитального ремонта рекомендуется в процессе эксплуатации (но не в гарантийный период) произвести замену поршневых колец и вкладышей коленчатого вала.

Вкладыши коренных подшипников подлежат замене при падении давления масла на прогретом двигателе ниже 100 кПа (1,0 кгс/см2) при 1200 об/мин, что соответствует скорости движения на прямой передаче 35-40 км/ч. Масляный радиатор при контроле давления масла должен быть выключен. Движение с давлением масла меньше 100 кПа (1,0 кгс/см2) на указанной и более высокой скорости не допускается.

При замене коренных вкладышей шатунные нужно осмотреть и заменить лишь в случае необходимости.

Одновременно с заменой вкладышей необходимо очистить полости шатунных шеек коленчатого вала. Эта операция должна выполняться тщательно, т. к. остатки невычищенной грязи будут занесены маслом к шатунным вкладышам, что приведет к их задиру и износу. После очистки пробки необходимо завернуть и закернить.

Поршневые кольца требуют замены, если расход масла на угар превысит 400 грамм/100 км. При замене в двигатель устанавливать комплект колец, состоящий из верхнего компрессионного нехромированного (луженого, фосфатированного или с др. покрытием) чугунного кольца, второго компрессионного из набора стальных дисков и комплекта маслосъемного кольца с нехромированными стальными дисками.

При замене колец следует удалить на гильзе (шабером или иным способом) неизношенный выступающий поясок в ее верхней части.

Одновременно следует очистить головки цилиндров и днища поршней от нагара, полость водяной рубашки — от накипи, а клапаны притереть.

Тест №1 «Кривошипно-шатунный механизм»

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Омской области

«Седельниковский агропромышленный техникум»


 


 


 


 


 

ТЕСТ

«Кривошипно-шатунный механизм»

МДК.01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей»

ПМ. 01 Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

по профессии 23.01.03 Автомеханик


 


 


 


 

Составил: Баранов Владимир Ильич мастер производственного обучения


 


 


 


 


 

Седельниково, Омская область, 2017

Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Кривошипно-шатунный механизм», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик».
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», по профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.


 

ТЕСТ

«Кривошипно-шатунный механизм»

 

1. Какие детали КШМ относятся к неподвижной группе?

а) блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, маховик

б) блок цилиндров, картер, крышка блок-картера, коленчатый вал, гильза цилиндров

в) блок цилиндров, картер, крышка блок картера, гильза цилиндров, прокладка блок-картера


 

2. Из каких материалов изготавливают блок-картер современного двигателя?

а) из легированной стали

б) из бронзы или латуни

в) из чугуна или алюминиевых сплавов


 

3. Чем закрывается блок-картер двигателя сверху и снизу?

а) сверху и снизу специальными кожухами

б) сверху крышкой цилиндров, снизу кожухом маховика

в) сверху крышкой цилиндров, снизу поддоном картера


 

4. Как закрывается блок цилиндров на двигателе КамАЗ-740 сверху?

а) двумя головками из чугуна

б) каждый цилиндр отдельной головкой из алюминиевого сплава

в) двумя головками из алюминиевого сплава

г) одной головкой из алюминиевого сплава


 

5. Какие детали КШМ относятся к подвижной группе?

а) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, коренные подшипники

б) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, шатунные подшипники

в) коленчатый вал, маховик, поршень, поршневые кольца, шатун, поддон картера.


 

6. Что является направляющей для поршня при его перемещениях в двигателе?

а) блок-картер

б) гильза цилиндра

в) коленчатый вал


 


 

7. Что называют зеркалом цилиндра?

а) установочные пояски гильзы

б) внутреннюю поверхность гильзы цилиндров

в) наружную поверхность гильзы цилиндров.

г) специальное устройство на торце гильзы

 

8. Что означает выражение: «На двигателе установлены мокрые гильзы?»

а) гильза, внутренняя поверхность которой смазывается маслом б) гильза, наружная поверхность которой омывается охлаждающей жидкостью

в) гильза, которая охлаждается воздухом

 

9. Что такое камера сгорания?

а) объем между днищем поршня и головкой цилиндра, когда поршень находится в ВМТ

б) весь объем расположенный под поршнем

в) объем, в котором происходят рабочие процессы двигателя.

 

10. Сколько головок цилиндров имеет двигатель ЗиЛ-508?

а) 8головок

б) 4головки

в) 2головки

г) 1головку.

 

11. Как затягивают болты или шпильки крепления головок цилиндров?

а) в такой последовательности как работает двигатель с применением удлинителя ключа

б) затяжку проводят, прилагая к ключу как можно большее усилие

в) затяжку проводят равномерно в определенной последовательности в 2-3 приема, с определенным усилием

 

 

12. Почему головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку?

а) для удобства установки компрессионных и маслосъемных колец б) для равномерного распределения давления газов на поршень

в) для предотвращения заклинивания поршня при нагреве его во время работы

 

13. Из какого материала изготавливают поршни?

а) из бронзового сплава

б) из алюминиевого сплава

в) из стали

г) из титана

14. Каким способом фиксируется поршневой палец в поршне?

а) стопорными кольцами

б) стопорными штифтами

в) установочными болтами

 

15. По назначению поршневые кольца делятся на:

а) уплотнительные и маслосъемные

б) компрессионные и уплотнительные

в) компрессионные и маслосъемные.

г) уплотнительные и стопорные

  

16. Какое компрессионное кольцо работает в самых тяжелых условиях?

а) верхнее

б) нижнее

в) среднее.

 

17. Какая деталь соединяет коленчатый вал двигателя с поршнем?

А поршневой палец

б) шатун

в) шатунный подшипник.

 

18. Сколько шатунов крепится на 1 шатунной шейке коленчатого вала 8-ми цилиндрового V-образного двигателя?

а) один

б) два

в) четыре.

г) восемь

 

19. Рядный четырехцилиндровый двигатель имеет коленчатый вал на котором

а) 4коренных и 4шатунных шеек

б) 5коренных и 4шатунных шеек

в) 4коренных и 5шатунных шеек

г) 5коренных и 5шатунных шеек.

 

20. Для чего предназначена нижняя головка шатуна с крышкой?

а) для соединения шатуна с поршнем

б) для соединения шатуна с коленчатым валом

в) для соединения шатуна с поршневым пальцем.

 

Эталон ответов:

Вопрос

1

2

3

4

5

6

7

Ответ

в

в

в

б

б

б

б

Вопрос

8

9

10

11

12

13

14

Ответ

б

а

в

в

в

б

а

Вопрос

15

16

17

18

19

20

 

ответ

в

а

б

б

б

б

 


 

Критерии оценок тестирования:

Оценка «отлично» 18-20 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка «хорошо» 14-17 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка «удовлетворительно» 10-13 правильных ответов из 20 предложенных вопросов;

Оценка неудовлетворительно» 0-9 правильных ответов из 20 предложенных вопросов.

Список литературы

Кузнецов А.С. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: в 2 ч. – учебник для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. — М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Кузнецов А.С. Слесарь по ремонту автомобилей (моторист): учеб. пособие для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.

Автомеханик / сост. А.А. Ханников. – 2-е изд. – Минск: Современная школа, 2010.

Виноградов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы: Лабораторный практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В.М. Виноградов, О.В. Храмцова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012.

Петросов В.В. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.В. Петросов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.

Коробейчик А.В. к-68 Ремонт автомобилей / Серия «Библиотека автомобилиста». Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Коробейчик А.В. К-66 Ремонт автомобилей. Практический курс / Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов н/Д: «Феникс», 2004.

Чумаченко Ю.Т., Рассанов Б.Б. Автомобильный практикум: Учебное пособие к выполнению лабораторно-практических работ. Изд. 2-е, доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.

Слон Ю.М. С-48 Автомеханик / Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 2003.

Жолобов Л.А., Конаков А.М. Ж-79 Устройство и техническое обслуживание автомобилей категорий «В» и «С» на примере ВАЗ-2110, ЗИЛ-5301 «Бычок». Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002.


 

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ): устройство и предназначение

Одной из составляющих частей двигателя является кривошипно-шатунный механизм (сокращенно – КШМ). О нем и пойдет речь в нашей статье.

Основное предназначение КШМ в изменении прямолинейных движений поршня на вращательные действия коленвала в моторе, а также наоборот.

Схема кривошипно-шатунного механизма(КШМ): 1 – Вкладыш шатунного подшипник; 2 – Втулка верхней головки шатуна; 3 – Поршневые кольца; 4 – поршень; 5 – Поршневой палец; 6 — Стопорное кольцо; 7 – Шатун; 8 – Коленчатый вал; 9 – Крышка шатунного подшипника

Строение КШМ

Поршень

Эта деталь КШМ представлена в виде цилиндра, сделанного из алюминия и некоторых примесей. Составляющими частями поршня есть: юбка, головка, днище, соединенные в единую деталь, но имеющие разные функции. В днище поршня, которое может иметь разную форму, находится камера сгорания. Продолговатые углубления головки предназначены для колец. Кольца компрессионные защищают механизм от прорывов газа. В свою очередь кольца маслосъемные обеспечивают удаление лишнего количества масла из цилиндра. Юбка содержит две бобышки, которые способствуют расположению поршневого пальца, служащего связующим звеном между поршнем и шатуном.

По своей сути поршень – это деталь, которая трансформирует колебания давления газа в механический процесс и способствует обратному действию – нагнетает давление путем обратно-поступательной деятельности.

Шатун

Основное предназначение шатуна – перемещение усилия, полученного от поршня на коленвал. В строении шатуна существует верхняя и нижняя головка, соединение деталей осуществляются с помощью шарниров. Составляющей частью детали является еще двутавровый стержень. Благодаря разбирающейся нижней головке создается крепкое и точное крепление с шейкой коленвала. Что касается верхней головки, то в ней расположен вращающийся поршневой палец.

Коленчатый вал

Главная роль коленвала – обработка усилия, поступающего от шатуна для трансформирования его в крутящий момент. Коленвал составляют несколько коренных, шатунных шеек, обитающих в подшипниках. В шейках и щеках есть специальные отверстия, использующиеся в виде маслопроводов.

Маховик

Маховик размещен на конце коленвала. Механизм представлен в виде 2-х объединенных дисковых пластин. Зубчатая сторона детали задействована напрямую в запуске мотора.

Блок и головка цилиндров

Предназначение цилиндра КШМ – направление работы поршней. В блоке цилиндров сосредоточены точки крепления агрегатов, рубашки охлаждения, подушки для подшипников. В голове блока цилиндров размещена камера сгорания,  втулки, посадочные места для свечей, седла клапана, каналы для впуска и выпуска. Сверху блок цилиндров защищает специальная герметичная прокладка. Вместе с этим головка цилиндра прикрыта резиновой прокладкой, а также штампованной крышкой.

Кривошип (механизм) | Тракторно-строительный завод Wiki

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 иногда возвратно-поступательное движение 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 кривошипной 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 для удержания в руке или в случае работы ногой (обычно второй рукой для другой ноги), с свободно вращающаяся педаль.

Примеры

Кривошипная рукоятка

Ручная рукоятка точилки для карандашей

Знакомые примеры включают:

Рукоятки с ручным приводом

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

  • Кривошип, приводящий 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 (ВМТ). Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое постоянно вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение:

где x — расстояние конца шатуна от оси кривошипа, l — длина шатуна, r — длина кривошипа, 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, проблема возникает, 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 прикреплены к колесам в точках, отстоящих друг от друга на 90°, так что независимо от положения колес при запуске двигателя хотя бы один шатун будет быть в состоянии приложить крутящий момент, чтобы начать поезд.

История

Западный мир

Классическая древность
См. также: Римские технологии и Список римских водяных мельниц до н.э. Кельтиберийская Испания и, в конечном итоге, распространившаяся по всей Римской империи, представляет собой чудак. [2] [3] [4] Римский железный коленчатый вал неизвестного назначения, датируемый II веком нашей эры, был раскопан в Августе Раурике, Швейцария.На одном конце куска длиной 82,5 см установлена ​​бронзовая ручка длиной 15 см, другая ручка утеряна. [5] [1]

A ок. Настоящая железная рукоятка длиной 40 см вместе с парой разбитых жерновов диаметром 50–65 см и различными железными изделиями была раскопана в Ашхайме, недалеко от Мюнхена. Римская мельница с кривошипным приводом датируется концом 2 века нашей эры. [6] Часто цитируемая современная реконструкция ковшового цепного насоса, приводимого в движение ручными маховиками кораблей Неми, была отклонена как «археологическая фантазия». [7]

Римская лесопилка Иераполиса 3 века нашей эры, самая ранняя из известных машин, в которой кривошип сочетается с шатуном. [8]

Самые ранние в мире свидетельства того, что кривошип в сочетании с шатуном в машине, обнаружены в позднеримской лесопилке Иераполиса с 3-го века нашей эры и двух римских каменных лесопилках в Герасе, Римская Сирия, и Эфес, Малая Азия (оба 6 век нашей эры). [8] На фронтоне мельницы Иераполиса показано водяное колесо, приводимое в действие мельничной дорожкой, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы, которые разрезают прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, по механической необходимости, кривошипов. .Сопроводительная надпись на греческом языке. [9]

Кривошипно-шатунные механизмы двух других археологически подтвержденных лесопильных заводов работали без зубчатой ​​передачи. [10] [11] В древней литературе мы находим упоминание о работах поэта Авзония конца 4-го века с водяными мраморными пилами недалеко от Трира, ныне Германия; [8] примерно в то же время, эти типы мельниц, по-видимому, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрирующим разнообразное использование водной энергии во многих частях Римской империи [12] Три находит отодвинуть дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие назад; [8] впервые все основные компоненты гораздо более поздней паровой машины были собраны одной технологической культурой:

С кривошипно-шатунной системой, все элементы для построения паровой машины (изобретен в 1712 г.) — эолипил Героя (производящий силу пара), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) — были известны еще во времена Римской империи. [13]
Средневековье
См. также: Средневековые технологии

Военная повозка Виджевано

Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — [14] рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. [15] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни (ок.878−942) описывает ладовый струнный инструмент, звук которого звучал с помощью смоляного колеса, вращаемого рукояткой; позже это устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века. [14] Есть также две фотографии Фортуны, крутящей колесо судьбы из этого и следующего веков. [14]

Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines 1887 г., в честь испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено оригинальным освещением, и поэтому его следует не принимать во внимание. [16] Монах-бенедиктинец Феофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки, «используемые при токарной обработке литейных стержней». [17]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349 гг.), планируя новый крестовый поход, нарисовал гребную лодку и военные повозки, которые приводились в движение составными кривошипами и зубчатыми колесами, вращаемыми вручную (в центре изображение). [18] Luttrell Psalter , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; зубчатая ручная мельница с одним или двумя кривошипами появилась позже, в 15 веке; [19]

Средневековые подъемные краны иногда приводились в движение рукоятками, хотя чаще лебедками. [20]

Ренессанс
См. также: Технология эпохи Возрождения

Лодка с гребным колесом 15 века, весла которой вращаются одноходовыми коленчатыми валами (Аноним гуситских войн)

Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, его часто можно увидеть в работах таких, как немецкий военный инженер Конрад Кайзер. [19] Устройства, изображенные в книге Kyeser Bellifortis , включают кривошипные лебедки (вместо спицованных колес) для натягивания осадных арбалетов, кривошипную цепь ковшей для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [19] Компания Kieser также оснастила винты Архимеда для подъема воды кривошипной рукояткой — новшество, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой путем наступания. [21] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника кривошипами находится на миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [22]

Немецкий арбалетчик взводит свое оружие с помощью кривошипно-реечной шестерни (ок. 1493 г.)

Первые изображения составного кривошипа в распорке плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных североевропейских произведениях искусства. [23] Быстрое внедрение составного кривошипа можно проследить в работах Анонима гуситских войн, неизвестного немецкого инженера, пишущего о состоянии военной техники того времени: во-первых, шатун, прикладной к кривошипам, снова появились, во-вторых, кривошипы с двойным составом также стали оснащаться шатунами и, в-третьих, для этих кривошипов использовался маховик, чтобы вывести их из «мертвой точки».

На одном из рисунков Анонимных Гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемых людьми, управляющими сложными рукоятками (см. выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью комплектами, в которой все параллельные кривошипы соединены с единым источником энергии одним шатуном. Эту идею также подхватил его соотечественник Франческо ди Джорджио. . [24]

Водоподъемный насос с кривошипно-шатунным механизмом (Георг Андреас Бёклер, 1661 г.) механически неправильно понял. [25] Четкое понимание движения кривошипа демонстрирует чуть позже Пизанелло, нарисовавший привод с поршневым насосом. водяным колесом и приводился в действие двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [25]

В 15 веке также были введены кривошипно-реечные устройства, называемые кранкинами, которые устанавливались на приклад арбалета как средство приложения еще большей силы при натягивании стрелкового оружия (см. справа). . [26] В текстильной промышленности были внедрены кривошипные катушки для намотки мотков пряжи. [19]

Около 1480 года раннесредневековый вращающийся точильный камень был усовершенствован педалью и кривошипно-шатунным механизмом. Кривошипы, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. Разнообразные и искусственные машины только 1588 года изображают восемнадцать экземпляров, число которых увеличивается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Бёклера до 45 различных машин, что составляет одну треть от общего числа. [28]

Дальний Восток

Тибетец, работающий на керне (1938 г.). Перпендикулярная рукоятка таких вращающихся ручных мельниц работает как рукоятка. [3] [4]

Самая ранняя настоящая кривошипная рукоятка в ханьском Китае встречается, как показывают модели гробниц из глазурованной глиняной посуды эпохи Хань, в сельскохозяйственном веялке, [29] , датированном не позднее 200 г. н.э. [30] После этого рукоятка использовалась в Китае для намотки шелка и прядения конопли, в водяном сите для муки, в металлургических мехах с гидравлическим приводом и в лебедке для колодца. [31] Однако потенциал кривошипа по преобразованию кругового движения в возвратно-поступательное, похоже, так и не был полностью реализован в Китае, и кривошип, как правило, отсутствовал в таких машинах до начала 20-го века. [32]

Ближний Восток

В то время как американо-американский историк техники Линн Уайт не мог найти «твердых свидетельств даже самого простого применения рукоятки до книги аль-Джазари 1206 г. н.э.», [19] рукоятка появляется, согласно Бистону, в середине 9 век в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге гениальных устройств . [33] Эти устройства, однако, совершали только частичные вращения и не могли передавать большую мощность, [34] , хотя для преобразования его в коленчатый вал потребовалась бы лишь небольшая модификация. [35]

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

20 век

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

В руководстве по эксплуатации Reo 1918 года описывается, как проворачивать автомобиль вручную:

  • Первое: Убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
  • Секунда: педаль сцепления разблокирована, а сцепление включено. Педаль тормоза максимально выдвинута вперед, тормозя заднее колесо.
  • Третье: обратите внимание на рычаг управления искрой, который представляет собой короткий рычаг, расположенный в верхней части рулевого колеса с правой стороны. находится максимально назад к водителю, а длинный рычаг наверху рулевой колонки, управляющий карбюратором, сдвинут вперед примерно на один дюйм из своего крайнего положения.
  • Четвертое: поверните ключ зажигания в положение с меткой «B» или «M»
  • Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в положение с пометкой «СТАРТ». Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажимая на маленький штифт, выступающий из передней части чаши, пока карбюратор не заполнится. Если он не заливается, это показывает, что топливо не подается в карбюратор должным образом, и нельзя ожидать, что двигатель запустится. См. инструкции на стр. 56 для заполнения вакуумного бака.
  • Шестое: Убедившись, что в карбюраторе есть запас топлива, возьмитесь за рукоятку пусковой рукоятки, нажмите на нее до упора, чтобы храповик зацепился со штифтом коленчатого вала, и переверните двигатель, быстро потянув вверх. Никогда не нажимайте вниз, потому что, если по какой-либо причине двигатель отскочит назад, это может подвергнуть опасности оператора.

Коленчатая ось

Коленчатый вал представляет собой коленчатый вал, который также служит в качестве оси. Используется на паровозах с внутренними цилиндрами.

См. также

  • Лебедка
  • Уравнения движения поршня
  • Ничего измельчителя
  • Солнечная и планетарная шестерни

Каталожные номера

  1. 1,0 1,1 Schiöler 2009, стр. 113f.
  2. ↑ Дата: Frankel 2003, стр. 17–19.
  3. 3.0 3.1 Ritti, Grewe & Kessener 2007, с. 159
  4. 4.0 4.1 Лукас 2005, с. 5, фн. 9
  5. ↑ Лаур-Беларт 1988, с.51–52, 56, рис. 42
  6. ↑ Volpert 1997, стр. 195, 199.
  7. ↑ White, Jr. 1962, стр. 105f.; Олесон 1984, стр. 230f.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Ритти, Греве и Кессенер 2007, с. 161:

    Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение системы кривошипа и шатуна пришлось переносить с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные лесопилки с водяным приводом действительно использовались, когда Авзоний писал свою « Мозеллу» .

  9. ↑ Ритти, Греве и Кессенер, 2007 г., стр. 139–141.
  10. ↑ Ритти, Греве и Кессенер, 2007 г., стр. 149–153.
  11. ↑ Mangartz 2006, стр. 579f.
  12. ↑ Уилсон 2002, с. 16
  13. ↑ Ритти, Греве и Кессенер 2007, с. 156, фн. 74
  14. 14,0 14,1 14,2 Уайт-младший 1962, с. 110
  15. ↑ Hägermann & Schneider 1997, стр. 425f.
  16. 16,0 16,1 Уайт-младший1962, с. 170
  17. ↑ Needham 1986, стр. 112–113.
  18. ↑ Холл 1979, с. 80
  19. 19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 Уайт, мл. 1962, с. 111
  20. ↑ Холл 1979, с. 48
  21. ↑ Уайт-младший, 1962, стр. 105, 111, 168.
  22. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 167; Холл 1979, с. 52
  23. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 112
  24. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 114
  25. 25,0 25,1 Уайт-младший1962, с. 113
  26. ↑ Hall 1979, стр. 74f.
  27. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 167
  28. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 172
  29. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 104
  30. ↑ Needham 1986, стр. 118–119.
  31. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 104:

    Тем не менее, исследователь китайской технологии в начале двадцатого века отмечает, что даже поколение назад китайцы «не достигли той стадии, когда непрерывное вращательное движение заменяет возвратно-поступательное движение в технических устройствах, таких как дрель, токарный станок, пила. , и т.д.Чтобы сделать этот шаг, знакомство с кривошипом необходимо. Кривошип в его простой рудиментарной форме мы находим в [современной] китайской лебедке, использование которой, однако, по-видимому, не дало толчка к изменению возвратно-поступательного движения на круговое в других устройствах». В Китае кривошип был известен, но оставался бездействующим по крайней мере девятнадцать столетий, его взрывной потенциал для прикладной механики оставался непризнанным и неиспользованным.

  32. ↑ al-Hassan & Hill 1992, стр.45, 61
  33. ↑ Ахмад И Хассан. Кривошипно-шатунная система в машине с непрерывным вращением.
  34. ↑ Уайт-младший, 1962, с. 170:

    Однако то, что аль-Джазари не вполне понял значение кривошипа для соединения возвратно-поступательного движения с вращательным, показывает его необычайно сложный насос, приводимый в действие зубчатым колесом, установленным эксцентрично на его оси.

Библиография

Внешние ссылки

9 93

Кривошипно-ползунковый механизм

Кривошипно-ползунковый механизм

КРИВАЯ ЗУБЧАТОГО МЕХАНИЗМА

в · д · е

Наименование

 

А

Заливка в общей статье, начиная с A

Вверху слева нарисована только половина каждой кривой.Им следует дополнить их симметричным изображением о ( ОА ).
Кривая, изученная Бераром в 1820 г. и Руисом-Кастисо в 1889 году.
Другое название: квартика Руиса-Кастисо.

Кривая кривошипно-кривошипного механизма является геометрическое место фиксированной точки M на плоскости, связанной со стержнем [ PQ ] (называемый шатуном ) шарнирно-сочлененного механизма ( OPQ ), O фиксируется, а Q ограничивается перемещением по линии ( D ) (выдвижной ящик или поршень ).Другими словами, кривая кривошипно-ползунковый механизм — это геометрическое место точки, связанной с линией сегмента. постоянной длины, соединяющей окружность ( C ) и линию ( D ).

Кривая не пуста тогда и только тогда, когда a £ b + c , и в этом случае он связан iif b £ + (?) .

Когда M находится на шатуне, приведенное выше уравнение показывает, что тогда кривая является полисомальной кривая, медиальная между двумя эллипсами: , и .

В частности:

— когда a = 0 (( D ) проходит мимо O ) и k = -1, эти два эллипса концентричны кружки: связанные кривые являются квартиками Бернулли. Смотрите также на этом пролистайте базовую и кривую качения плоского движения на соответствующем самолет.
 — когда c = a + b и k = -1, эти два эллипса являются касательными окружностями: связанные кривые являются двойными кривые сердца.
  — когда а = 0 и б = в, Кривошипно-кривошипный механизм состоит из окружности и эллипса. (фактически мы находим построение эллипса с полоской бумаги).

Это устройство обеспечивает линейное, почти синусоидальное движение; справа представление движения Q для a = 0, б = 1, в = 3.
См. также заявку на Стеклоочиститель Мерседес.

Если окружность ( C ) заменить любой коникой, мы получить все полисомальные кривые.

Если линию ( D ) заменить на окружность, то получим кривая трехзвенного механизма.

Если шатун больше не должен иметь его конец скользит по линии, но скользит только при прохождении через неподвижную точку получаем раковины кругов.

© Роберт ФЕРРЕОЛ 2017

Динамический анализ кривошипно-кривошипного механизма с нарушением зазора

2.1. Динамическая модель на основе непрерывного состояния контакта

Предположим, что существует чрезмерный зазор в шарнирном соединении B между коленчатым валом и шатуном в кривошипно-шатунном механизме, показанном на рис. 1. Учитывая, что зазор в вращательном соединении B очень мал, время столкновения и контакта подвижные боковые элементы очень короткие, поэтому предполагается, что подвижные соединения всегда находятся в контактном состоянии, а столкновение и разъединение завершаются мгновенно.Упрощая и игнорируя упругую деформацию и демпфирование поверхности контакта подвижных соединений, зазор эквивалентен виртуальному жесткому стержню того же размера. Когда в работе механизма происходит резкое изменение определенного азимута, считается, что подвижные соединения находятся в разъединенном состоянии. После эквивалента модели зазора механизм превращается в многостержневую систему с несколькими степенями свободы, и уравнение Лагранжа можно использовать для установления динамического уравнения системы.Уравнение Лагранжа второго типа выражается следующим образом:

(1)

ддт∂E∂q˙i-∂E∂qi+∂U∂qi=Fi,

, где E и U представляют собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии кривошипно-ползункового механизма соответственно. Fi — обобщенная сила.

Поскольку система, показанная на рис. 1, имеет только одну степень свободы, следует ввести обобщенную координату θ. уравнение (1) превратится в уравнение. (2):

(2)

ддт∂E∂θ˙i-∂E∂θ+∂U∂θ=0,

где θ — введенная обобщенная координата.Нетрудно найти, что выражение суммы кинетической энергии коленчатого вала, шатуна и ползуна имеет следующий вид:

(3)

E=12m2x˙32+12m3x˙32+1213m1l12θ˙12+1213m2l22θ˙22,

, где m1, m2 и m3 — массы коленчатого вала, шатуна и ползуна соответственно. l1, l2 – длины коленчатого вала и шатуна соответственно. θ1, θ2 и θ представляют собой угол между коленчатым валом, звеном, виртуальным стержнем и осью x соответственно.

Аналогично, сумма потенциальной энергии коленчатого вала, шатуна и ползуна может быть получена следующим образом:

(4)

U=12m1gl1sin⁡θ1+12m2gl2sin⁡θ2.

Подставляя уравнения. (3) и (4) в уравнение. (2) дает выражение:

(5)

ddt∂E∂θ˙=m2+m3x¨3∂x3∂θ+x˙3∂x˙3∂θ+13m2l22θ¨2∂θ2∂θ+θ˙2∂θ˙2∂θ,∂E∂θ= m3+m2x˙3∂x˙3∂θ+13m2l22θ˙2∂θ˙2∂θ,∂U∂θ=12m2gl2cosθ2∂θ2∂θ.

Рис. 1. Принципиальная схема кривошипно-кривошипного механизма с нарушением зазора

Подставляя уравнения.(3) и (4) в уравнение. (2) дает выражение:

(6)

(m2+m3)x¨3∂x3∂θ+13m2l22θ¨2∂θ2∂θ+12m2gl2cos⁡θ2∂θ2∂θ=0,

где:

x¨3=-l1θ¨1sinθ1+θ˙12cosθ1+rθ¨sinθ+θ˙2cosθ+l2θ¨2sinθ2+θ˙22cosθ2,∂x3∂θ=-rsinθ-l2sinθ2∂θ2∂θ,∂θ2,∂θ2∂θ2=rcos sinθ2=l1sinθ1+rsinθl2,cosθ2=1-l1sinθ1+rsinθl22,θ¨2=sinθ2l22cos3θ2(l1θ˙1cosθ1+rθ˙cosθ)2     +1l2cosθ2l1θsθ1cosΨ1-θ1˙12sinθ1

2.2. Динамическая модель с тремя состояниями

В этой статье модель динамики на основе трех состояний была принята программным обеспечением ADAMS.В ADAMS зазор между трением и ударом характеризуется созданием модели контактной силы. Модель контактной силы записывается следующим образом:

(7)

УДАРx,x,˙x1,k,e,cmax,d,

, где x используется для расчета расстояния между точками двух геометрических объектов, которые вступят в контакт. x˙ ̇ — производная по времени от x, которая представляет собой скорость столкновения или разделения. x1 – свободная длина x, то есть при x

В данной статье УДАР может быть определен следующим выражением:

(8)

ВЛИЯНИЕ=Max0,kx1-xe-STEPx,x1,-d,cmax,x1,0x˙:x, где STEP — ступенчатая функция, использующая аппроксимацию кубическим полиномом для расчета коэффициента вязкого демпфирования, что позволяет избежать случая, когда коэффициент вязкого демпфирования не равен нулю, когда проникновение равно нулю, как показано на рис.2:

(9)

ШАГδ,0,0,δmax,Cmax=0,     δ≤0,Cmaxδδmax23-2δδmax,    0<δ<δmax,Cmax,     δ≥δmax,

, где при положительном значении δmax определение Cmax является максимальным, а разумный параметр равен 0,01 мм.

Рис. 2. ШАГОВАЯ функция

Кривошипно-скользящий механизм|Интернет-галерея Autodesk

© Autodesk, Inc., 2014. Все права защищены.

Любое использование этой Услуги регулируется положениями и условиями применимых условий обслуживания Autodesk, принятых при доступе к этой Услуге.

Эта Служба может включать или использовать фоновые технологические компоненты Autodesk. Для получения информации об этих компонентах щелкните здесь: http://www.autodesk.com/cloud-platform-components

Товарные знаки

Autodesk, логотип Autodesk и Fusion 360 являются зарегистрированными товарными знаками или товарными знаками Autodesk, Inc. , и/или ее дочерние компании и/или аффилированные лица.

Все другие торговые марки, названия продуктов или товарные знаки принадлежат их соответствующим владельцам.

Авторские права на стороннее программное обеспечение

Ruby gems защищены авторским правом (c) Чада Фаулера, Рича Килмера, Джима Вейриха и других.Авторские права на части (c) Engine Yard и Andre Arko

bootstrap-select.js — Copyright (C) 2013 bootstrap-select

Backbone.js — Copyright (c) 2010-2013 Jeremy Ashkenas, DocumentCloud

Apple-Style Flip Counter Авторское право (c) Крис Нэнни, 2010 г.

jQuery ColorBox защищен авторским правом (c) 2013 Jack Moore

jQuery.gritter is Copyright (c) 2013 Jordan Boesch

Masonry is Copyright (c) 2013 David DeSandro

Underscore is Copyright (c) 2009-2013 Jeremy Ashkenas, DocumentCloud and Investigative

Reporters & Editors

underscore_string is Copyright (c) 2009-2013 Jeremy Ashkenas, DocumentCloud and Investigative

2011 Эса-Матти Сууронен [email protected]

Icanhaz.js — ICanHaz.js — авторское право (c) 2010 Хенрик Йоретег (Mustache и Mustache.js — авторское право (c) 2009 Крис Ванстрат (Ruby) и авторское право (c) ) 2010 Jan Lehnardt (JavaScript) соответственно)

Calendario is Copyright (c) Codrops 2014 by tympanus

Все вышеуказанные программные компоненты лицензируются по лицензии MIT.

Настоящим предоставляется бесплатное разрешение любому лицу, получившему копию этого программного обеспечения и связанных с ним файлов документации («Программное обеспечение»), работать с Программным обеспечением без ограничений, включая, помимо прочего, права на использование, копирование, изменение объединять, публиковать, распространять, сублицензировать и/или продавать копии Программного обеспечения, а также разрешать лицам, которым предоставляется Программное обеспечение, делать это при соблюдении следующих условий:

включены во все копии или существенные части Программного обеспечения.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ «КАК ЕСТЬ», БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ГАРАНТИЙ, ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ, ВКЛЮЧАЯ, ПОМИМО ПРОЧЕГО, ГАРАНТИИ КОММЕРЧЕСКОЙ ПРИГОДНОСТИ, ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОЙ ЦЕЛИ И НЕНАРУШЕНИЯ ПРАВ. НИ ПРИ КАКИХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ АВТОРЫ ИЛИ ОБЛАДАТЕЛИ АВТОРСКИМ ПРАВОМ НЕ НЕСУТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЛЮБЫЕ ПРЕТЕНЗИИ, УЩЕРБ ИЛИ ИНУЮ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ, БУДУТ СВЯЗАННЫЕ С ДОГОВОРОМ, ДЕЛОМ ИЛИ ИНЫМ ОБРАЗОМ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЛИ ИНЫХ СДЕЛОК В СВЯЗИ С ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.


Части, относящиеся к лайтбоксу, находятся под лицензией Creative Commons Attribution 2.5 Лицензия (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/). Лайтбокс был создан Локешем Дхакаром (lokeshdhakar.com).

Кривошип (механизм) — 3D-анимация

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 наоборот. Рычаг может быть изогнутой частью вала или прикрепленным к нему отдельным рычагом или диском. К концу кривошипа шарниром прикреплен стержень, обычно называемый шатуном (шатуном).Конец стержня, прикрепленный к кривошипу, движется круговым движением, в то время как другой конец обычно вынужден двигаться линейным скользящим движением.

Этот термин часто относится к кривошипной 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. Обычно есть штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся ручкой или прикрепленной педалью.

Примеры

Знакомые примеры включают:

Рукоятки с ручным приводом

Двигатели

Почти во всех поршневых двигателях используются кривошипы (с шатунами) 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 (ВМТ).Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое постоянно вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение:

x=rcos⁡α+l{\displaystyle x=r\cos \alpha +l}

где x — расстояние конца шатуна от оси кривошипа, l — длина шатуна, r — длина кривошипа, а α — угол кривошипа, измеренный от верхней мертвой точки (ВМТ). {2} \ alpha}}}

Эта разница становится существенной в высокоскоростных двигателях, которым могут потребоваться уравновешивающие валы для снижения вибрации из-за этого «вторичного дисбаланса».

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

τ = Frsin⁡ (α + β) {\ displaystyle \ tau = Fr \ sin (\ alpha + \ beta) \,}

, где τ {\ displaystyle \ tau \,} — крутящий момент, а F сила на шатуне. Но в действительности крутящий момент максимален при угле поворота коленчатого вала менее α = 90° от ВМТ при заданном усилии на поршне.{2}\alpha }}}}

Например, для длины штока 6 дюймов и радиуса кривошипа 2 дюйма численное решение приведенного выше уравнения находит минимум скорости (максимальная скорость движения вниз) при угле кривошипа 73,17615° после ВМТ. . Затем, используя закон синусов треугольника, обнаруживается, что угол между кривошипом и шатуном составляет 88,21738 °, а угол шатуна составляет 18,60647 ° от вертикали (см. Уравнения движения поршня # Пример).

Когда кривошип приводится в движение шатуном, проблема возникает, 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, шатуны крепятся к колесам в точках, отстоящих друг от друга на некоторый угол, так что независимо от положения колес при запуске двигателя хотя бы один шатун будет быть в состоянии приложить крутящий момент, чтобы начать поезд.

История

Эксцентрично установленная рукоятка вращающейся ручной мельницы, которая появилась в 5 веке до нашей эры в кельтиберской Испании и в конечном итоге распространилась по Римской империи, представляет собой кривошип. [3] [1] [2]

Хан Китай

Самые ранние рукоятки с ручным приводом появились в Китае во времена династии Хань (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.), как изображают модели гробниц из глазурованной глины эпохи Хань, и после этого использовались в Китае для наматывания шелка и конопли, для сельскохозяйственных работ. для веялки, в водяном мукопросеителе, для металлургических мехов с гидравлическим приводом и в лебедке для колодца. [4] Однако потенциал кривошипа по преобразованию кругового движения в возвратно-поступательное, похоже, так и не был полностью реализован в Китае, и кривошип, как правило, отсутствовал в таких машинах до начала 20-го века. [5]

Римская империя

Римская железная рукоятка неизвестного назначения, датируемая II веком нашей эры, была раскопана в Августе Раурике, Швейцария. На одном конце куска длиной 82,5 см установлена ​​бронзовая ручка длиной 15 см, другая ручка утеряна. [6] [7]

А ок. Настоящая железная рукоятка длиной 40 см вместе с парой разбитых жерновов диаметром 50–65 см и различными железными изделиями была раскопана в Ашхайме, недалеко от Мюнхена. Римская мельница с кривошипным приводом датируется концом 2 века. [8] Часто цитируемая современная реконструкция ковшового цепного насоса с приводом от ручных маховиков кораблей Неми была отвергнута как «археологическая фантазия». [9]

Доказательства наличия кривошипа в сочетании с шатуном появляются на лесопилке Иераполиса в Малой Азии 3-го века и двух каменных лесопилках в Герасе, Римская Сирия, и Эфесе, Малая Азия (оба 6-го века). [10] На фронтоне мельницы Иераполиса показано водяное колесо, приводимое в действие мельничной дорожкой, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы, которые разрезают прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, по механической необходимости, кривошипов. . Сопроводительная надпись на греческом языке. [11]

Кривошипно-шатунные механизмы двух других археологически засвидетельствованных лесопилок работали без зубчатой ​​передачи. [12] [13] В древней литературе есть упоминание о работах поэта Авзония конца 4-го века с водяными мраморными пилами недалеко от Трира, ныне Германия; [10] Примерно в то же время эти типы мельниц, по-видимому, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрирующим разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи [14] Три находит сдвиг даты изобретения кривошипно-шатунного механизма на целое тысячелетие. [10] По словам Туллии Ритти, Клауса Греве и Пола Кессенера:

С кривошипно-шатунной системой, все элементы для построения паровой машины (изобретен в 1712 г.) — эолипил Героя (производящий силу пара), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) — были известны еще во времена Римской империи. [15]

Средневековый Ближний Восток

Кривошип появляется в середине 9 века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их Книге гениальных устройств . [16] Эти устройства, однако, совершали лишь частичные вращения и не могли передавать большую мощность, [17] , хотя для преобразования их в коленчатый вал потребовалась бы лишь небольшая модификация. [18]

Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему во вращающейся машине двух своих водоподъемных машин. [19] Его двухцилиндровый насос с коленчатым валом, [20] с кривошипно-шатунным механизмом и валом. [21]

Средневековая Европа

Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, его можно увидеть в работах таких людей, как военный инженер Конрад Кьезер (1366 — после 1405). [22] Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — [23] , который приводится в действие кривошипной рукояткой, показан в каролингской рукописи Утрехтская псалтирь ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. [24] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни (ок.878−942) описывает ладовый струнный инструмент, звук которого звучал с помощью смоляного колеса, вращаемого рукояткой; позже это устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века. [23] Есть также две фотографии Фортуны, крутящей колесо судьбы из этого и следующего веков. [23]

Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines 1887 г. за счет испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено оригинальным освещением, и поэтому его следует не принимать во внимание. [25] Монах-бенедиктинец Феофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные рукоятки, «используемые при токарной обработке литейных стержней». [26]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349 гг.), планируя новый крестовый поход, нарисовал гребную лодку и военные повозки, которые приводились в движение составными кривошипами и зубчатыми колесами, вращаемыми вручную (в центре изображение). [27] Luttrell Psalter , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; зубчатая ручная мельница с одним или двумя кривошипами появилась позже, в 15 веке; [28]

Средневековые подъемные краны иногда приводились в движение рукоятками, хотя чаще лебедками. [29]

Ренессанс Европа

Лодка с гребным колесом 15 века, весла которой вращаются одноходовыми коленчатыми валами ( Аноним гуситских войн )

Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, его часто можно увидеть в работах таких людей, как немецкий военный инженер Конрад Кайзер. [28] Устройства, изображенные в книге Kyeser Bellifortis , включают кривошипные лебедки (вместо спицованных колес) для натягивания осадных арбалетов, кривошипную цепь ковшей для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [28] Kieser также снабдил винты Архимеда для подъема воды кривошипной рукояткой, новшество, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой путем наступания. [30] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника кривошипами находится на миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [31]

Первые изображения сложной рукоятки плотницкой скобы появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы. [32] Быстрое внедрение составного кривошипа можно проследить в работах Анонима гуситских войн, неизвестного немецкого инженера, пишущего о состоянии военной техники того времени: во-первых, шатун, прикладной к кривошипам, снова появились, во-вторых, кривошипы с двойным составом также стали оснащаться шатунами и, в-третьих, для этих кривошипов использовался маховик, чтобы вывести их из «мертвой точки».

На одном из рисунков Анонимных Гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемых людьми, управляющими сложными рукоятками (см. выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью комплектами, в которой все параллельные кривошипы соединены с единым источником энергии одним шатуном. Эту идею также подхватил его соотечественник Франческо ди Джорджио. . [33]

В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства составного кривошипа и шатуна можно найти в альбомах Такколы, но это устройство до сих пор не понимается механически. [34] Четкое понимание движения кривошипа демонстрирует немного позднее Пизанелло, нарисовавший привод с поршневым насосом. водяным колесом и приводился в действие двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [34]

В 15 веке также были введены кривошипно-реечные устройства, называемые журавлями, которые устанавливались на приклад арбалета как средство приложения еще большей силы при натягивании стрелкового оружия (см. справа). . [35] В текстильной промышленности были внедрены кривошипные барабаны для намотки мотков пряжи. [28]

Около 1480 года раннесредневековый вращающийся точильный камень был усовершенствован педалью и кривошипно-шатунным механизмом. Рукоятки, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. [36]

Начиная с 16-го века, в технологических трактатах того периода становится много свидетельств того, что кривошипы и шатуны интегрированы в конструкцию машин: только в книге Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины» от 1588 г. число, которое возрастает в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Бёклера до 45 различных машин, что составляет одну треть от общего числа. [37]

20 век

Шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20 века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие заводными двигателями с заводными рукоятками.В поршневых двигателях используются кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. Двигатели внутреннего сгорания автомобилей начала 20-го века обычно запускались с помощью рукоятки (известной как пусковая рукоятка в Великобритании), прежде чем электрические стартеры стали широко использоваться.

В руководстве по эксплуатации Reo 1918 года описывается, как проворачивать автомобиль вручную:

  • Первое: Убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
  • Секунда: педаль сцепления разблокирована, а сцепление включено.Педаль тормоза максимально выдвинута вперед, тормозя заднее колесо.
  • В-третьих: обратите внимание на то, чтобы рычаг управления искрой, который представляет собой короткий рычаг, расположенный сверху рулевого колеса с правой стороны, был максимально отведен назад к водителю, а длинный рычаг наверху рулевой колонки управляет карбюратором. толкается вперед примерно на один дюйм от своего запаздывающего положения.
  • Четвертое: поверните ключ зажигания в положение с меткой «B» или «M»
  • Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в положение с пометкой «СТАРТ.» Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажимая на маленький штифт, выступающий из передней части чаши, пока карбюратор не заполнится. Если он не заполнится, это означает, что топливо не подается в карбюратор должным образом. запуск двигателя невозможен См. инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака
  • Шестое: Убедившись, что в карбюраторе есть запас топлива, возьмитесь за рукоятку пусковой рукоятки, надавите на нее до упора, чтобы храповик зацепился со штифтом коленчатого вала, и переверните двигатель, быстро потянув вверх.Никогда не нажимайте вниз, потому что, если по какой-либо причине двигатель даст обратный ход, это может представлять опасность для оператора.

Коленчатая ось

Коленчатый вал представляет собой коленчатый вал, который также служит в качестве оси. Используется на паровозах с внутренними цилиндрами.

См. также

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте март 2022 г. Выполняется публикация…

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин..

Browse Papers


IRJET Получил «импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Подтвердить здесь


Кинематика кривошипно-шатунного механизма — классический анализ

Это первый из серии руководств в категории Механика машин , исследующая ползунок и рукоятка механизмы .

Первые три урока исследуют кинематику ползунково-кривошипного механизма, т. е. перемещение, скорость и ускорение элементов без привязки к силам или моментам, после чего три учебники изучить кинетику , в том числе диаграммы свободных тел сил, сил инерции, крутящего момента коленчатого вала и усилий и балансировки.

Традиционные исследования в области машиностроения предпочитали масштабировать графические методы анализа, например диаграмма Клейна для кривошипные механизмы.Это отражало практику проектирования до появления компьютеров. были доступны. Недостатком графических методов является то, что основные принципы не всегда ясны. Кроме того, масштабная схема относится только к одному положению механизма и необходимо повторить для каждой требуемой позиции. Компьютеры произвели революцию в проектировании и анализе механизмов. выполнять сложные и длительные расчеты для всего диапазона входных данных параметры.

Есть несколько способов получить кинематические свойства механизм.Первый подход (предмет этого урока) выводит выражение для смещения ползунка от геометрия, а затем выводит выражения для скорости и ускорения ползуна последовательным дифференцированием перемещения.

Второй подход использует диаграммы скорости и ускорения строится по известным параметрам. Неизвестные скорости и затем рассчитываются ускорения исходя из геометрии диаграмм. второй учебник объясняет этот метод.

В третьем уроке неизвестно скорости и ускорения получены из векторные уравнения .

Для этих учебных пособий я предполагаю, что читатель имеет разумное понимание кинематика движения самолета. В этом уроке я представил исчисление в пошаговых деталях, поскольку я знаю, что это часто является областью трудность.

На приведенной ниже схеме показаны основные части ползункового и кривошипного механизма. Ползун, например, может быть поршнем в цилиндре или линейным приводной элемент в машине.Таким образом, первичный ввод либо крутящий момент, приложенный к шатуну, либо сила, приложенная к слайдеру.

Для анализа мы используем параметры, определенные на диаграмме ниже.

  • Шатун ab имеет длину R и вращается против часовой стрелки с постоянной угловой скоростью ω относительно центра вращения в точке а. Его положение определяется углом поворота кривошипа θ.
  • Шатун bc имеет длину L
  • Точка соединения штифта ползуна c ограничена в движении вдоль его горизонтальной оси х.x = 0, когда угол поворота коленчатого вала θ = 0
  • φ угол между шатуном и осью x
  • Линия бд является проекцией точки b на прямую ac , перпендикулярную ось х.

Наши задачи:

  1. Получите выражение для x (горизонтальный перемещение ползуна c в зависимости от угла θ (угла кривошипа).
  2. Дифференцируйте выражение от 1 по времени, чтобы получить выражение для скорости точки ползуна c
  3. Продифференцируйте выражение от 2 по времени, чтобы получить выражение для ускорения точки ползуна c.

Получить выражение для x

Во-первых, обратите внимание, что горизонтальное расстояние от точки до в начало координат при x = 0 равно (R + L).

Таким образом, для любых углов θ и φ    x = (R + L) — (ad + d c ) = (R + L} — (R.cos θ + L.cos φ) …………….. (i)

Мы должны преобразовать член (cos φ) в выражение в θ.

(Примерно, учебники часто замените выражение, полученное из степенного ряда, вместо cos(φ), что упрощает последующие дифференциации.Тем не менее это хороший обновление для дифференциального исчисления, чтобы продолжить с оригинала выражение.)

Это выражение, которое мы хотели найти для горизонтальное смещение x ползуна c в зависимости от θ.

Полезно в качестве проверки вычислить два значения x, когда плечо кривошипа R выровнено с шатун L, обозначаемый в горизонтальном кривошипном механизме* как внутренняя мертвая точка (idc) и наружная мертвая точка (odc), соответствующая углам поворота коленчатого вала θ = 0° и 180° соответственно.(odc – idc)   – это штрих 91 242 91 243. механизма.

* При вертикальном расположении кривошипа соответствующие термины — верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка. (БДК). Эти термины также используются для внутреннего поршневого привода. двигатели внутреннего сгорания для всех ориентаций цилиндров.

Следовательно, ход = 2R, что согласуется с геометрией механизма.

График ниже показывает смещение x против угла кривошипа за один полный оборот кривошипа вычислено из приведенного выше выражения при n = 3 и R = 1m, L = 3m.. На втором графике для x = (1 — Cosθ) сравниваются полученные выражение синусоидальной формы. Переписка с синусоидальная форма увеличивается по мере увеличения отношения n.

Обратите внимание на неотъемлемую характеристику кривошипа механизма, что между θ = 0° и θ = 90° на ход вперед и между θ = 270° и θ = 360° при обратном ходе ползунок перемещается значительно больше, чем 50% длины хода.

Получите выражение для скорости v ползуна

c .

В этом выражении x является функцией переменной θ (кривошип угол). Для скорости v ползуна c нам требуется производная по времени dx/dt, для которой мы используем цепное правило:

R и (в данном случае) ω — константы, поэтому дифференцирование становится:

Взяв производную по θ каждого члена в кронштейны:

d/dθ констант 1 и n = 0

d/dθ от (- cosθ) = (+ sin θ)

График ниже показывает скорость v в зависимости от угла поворота коленчатого вала θ для одного полный оборот кривошипа, вычисляемый по выражению выше для отношения n = 3, с R = 1m, L = 3m и ω = 2π радиан/сек (60 об/мин).

Обратите внимание, что максимальные абсолютные скорости ползунка достигаются при угол поворота коленчатого вала θ < 90° при ходе наружу и при θ > 270° на обратном ходе, а не на среднем вращении положение кривошипа.

Получите выражение для линейного ускорения a ползуна

c

Получить выражение для линейного ускорения a ползуна c в зависимости от угла поворота коленчатого вала θ дифференцируем выражение для скорости v относительно времени, снова используя цепное правило:

 

 

 

 

 

График ниже показывает линейное ускорение a ползуна против угла кривошипа за один полный оборот плечо кривошипа, рассчитанное с использованием полученного выше выражения для отношения n = 3, при R = 1 м, L = 3 м и ω = 2π радиан/сек (60 об/мин).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.