Кривошипно шатунный механизм двигателя: Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, как работает

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования тепловой энергии давления сгоревших газов в механическую работу, т.е. создавая вращение коленчатого вала. Конструкция КШМ состоит из поршней с шатунами, которые соединены с коленчатым валом. Во время работы двигателя, поршни двигаются в гильзах цилиндров.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Давление газа, возникающее во время сгорания топлива, заставляет двигаться поршень по возвратно-поступательной траектории, передавая усилие на шатун.

По своей конструкции, поршень состоит из юбки и головки. Головка может быть выполнена различной формы: вогнутая, выпуклая, плоская. В ней также есть специальные канавки, в которые устанавливаются кольца. В настоящее время, на двигателях устанавливаются два различных типа колец. Первые компрессионные, вторые — маслосъемные. Компрессионные кольца предотвращают попадание газов в картер. Маслосъемные кольца служат для удаления избытков масла со стенок цилиндров. В юбке поршня расположены две небольшие бобышки, к которым прикрепляется поршневой палец. Он в свою очередь соединен с шатуном.

Для передачи усилия от поршня к коленчатому валу, на шатуне предусмотрены шарнирные соединения. Материалом для изготовления шатуна является высокопрочная сталь. Для автомобилей, предназначенных для гонок, шатуны изготавливаются из титанового сплава.

Конструкция шатуна представляет собой верхнюю, нижнюю головки и стержня. В верхней головке устанавливается поршневой палец. Он называется «плавающим». Нижняя головка — разборная, благодаря чему она крепиться к шейке коленчатого вала.

Поступающие усилия к коленчатому валу, заставляют его вращаться. Для изготовления этого элемента двигателя применяется сталь или чугун. В конструкцию коленчатого вала входят несколько элементов, среди которых шатунные и коренные рейки. Между собой они соединяются при помощи щеками. Щеки выступают в роли уравновешивателя всего механизма. Шатунные и коренные рейки вращаются в скользящих подшипниках, выполненных из тонких металлических вкладышей. Во внутренней части шеек и щек, предусмотрены специальные отверстия, через которые под давлением закачивается масло.

На конце коленвала расположен маховик. В современных автомобилях часто устанавливаются двухмассовые маховики. Конструктивно они представляют собой два соединенных между собой диска. Запуск двигателя осуществляется благодаря вращению зубчатого венца маховика, благодаря передаче усилия от стартера.

Чтобы в двигателе не возникало крутильных колебаний, проявляюшихся чередующимися раскручиваниями и закручиваниями коленчатого вала, на обратной его стороне располагается гаситель колебаний. Конструктивно он представляет собой два металлических кольца, между которыми располагается вязкое масло или эластомер. Внешняя сторона гасителя соединена с ременным шкивом.

Вместе, шатун, гильза цилиндра и поршень образуют цилиндро-поршневую группу.  В зависимости от модели, в двигателе может быть от одного до шестнадцати цилиндров.

В зависимости от расположения цилиндров в двигателе, может быть несколько вариантов компоновочной схемы:

  • Рядная. При таком расположении, оси цилиндров расположены на одной линии.
  • V-образная — оси цилиндров расположены в двух плоскостях;
  • Оппозитная (оси расположены на 180° по отношению к друг-другу;
  • VR — оси расположены под незначительным углом к друг-другу;
  • W-образная. В данном случае, предусмотрены две схемы VR, которые установлены с небольшим смещением на одном валу.

В зависимости от типа компоновочной системы, определяется уровень балансировки двигателя. Лучшим в этом плане, является двигатель, имеющий оппозитное расположение цилиндров. Хорошо сбалансирован и двигатель с четырехцилиндровой рядной системой. В V-образном двигателе, наилучшие показатели балансировки достигаются путем расположения цилиндров по отношению друг к другу под углами 120° и 60°.

Специально для снижения уровня возникающих во время работы двигателя вибраций, в масляном поддоне располагаются специальные балансировочные валы, непосредственно под коленчатым валом.

СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Полная библиографическая ссылка: Яманин А. И. СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА / Александр Иванович Яманин, Владимир Анатольевич Жуков, Сергей Олегович Барышников // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2018. - №1(47). - C. 191-200. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-1-191-200


СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Аннотация

Требуемый уровень надежности современных форсированных двигателей может быть обеспечен лишь при условии их качественного проектирования, в основе которого лежат прочностные расчеты наиболее нагруженных деталей, к которым относятся детали кривошипно-шатунного механизма.

В статье показана важность кинематического и динамического анализа кривошипно-шатунного механизма в процессе проектирования двигателя внутреннего сгорания и его роль в обеспечении надежности двигателя, описаны способы решения задачи кинематического и динамического анализа кривошипно-шатунного механизма. Приведен сравнительный анализ статических и динамических моделей кривошипно-шатунных механизмов. Представлены расчетные схемы, последовательность проведения кинематического и динамического анализа механизма; рассмотрены системы уравнений, позволяющие определить усилия, действующие в кривошипно-шатунном механизме. На основании приведенных в статье векторных диаграмм нагрузок на шатунную шейку коленчатого вала обоснована целесообразность применения при аналитических расчетах динамики поршневых двигателей динамических моделей кривошипно-шатунных механизмов с симметричными и несимметричными шатунами. Представлены результаты аналитических расчетов динамики кривошипно-шатунного механизма четырехтактного дизеля с наддувом размерностью 13/14.
Показано, что при современном развитии вычислительной техники и программного обеспечения трудоемкость таких расчетов практически не увеличивается, а результаты приближаются к получаемым при численном анализе динамики с применением трехмерных твердотельных моделей. Даны рекомендации по использованию «легких» программных продуктов. Представленные в статье результаты доказывают перспективность использования координатного метода для определения кинематических параметров третьей замещающей массы шатуна и возможность обеспечения требуемой точности расчетов, выполняемых на основании анализа стержневых систем.

Ключевые слова

кривошипно-шатунный механизм, статическая модель шатуна, динамическая модель шатуна, силовой анализ, численный расчет, векторные диаграммы нагрузок

Читать полный текст статьи:  PDF

Список литературы

Чайнов Н. Д. Конструирование двигателей внутреннего сгорания / Н. Д. Чайнов, Н. А. Иващенко, А. Н. Краснокутский, Л. Л. Мягков. - М.: Машиностроение, 2008. - 496 с.

Яманин А. И. Компьютерно-информационные технологии в двигателестроении / А. И. Яманин. - М.: Машиностроение, 2005. - 480 с.
Безюков О. К. Состояние и перспективы судового двигателестроения в России / О. К. Безюков, В. А. Жуков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2017. - № 2. - С. 40-53. DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-40-53.
Горобцов A. С. Расчетные задачи динамики систем твердых и упругих тел в программном комплексе ФРУНД / А. С. Горобцов, С. В. Солоденков // Машиностроение и инженерное образование. - 2008. - № 4. - С. 31-38.
Истомин П. А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания / П. А. Истомин. - Л.: Судостроение, 1966. - 280 с.
Истомин П. А. Динамические модели кривошипно-шатунных механизмов и их деталей / П. А. Истомин, М. А. Минасян // Двигателестроение. - 1984. - № 9. - С. 20-24.
Минасян М. А. Особенности динамики ДВС с несимметричными шатунами: дис. … канд. техн. наук / М. А. Минасян. - Л.: ЦНИДИ, 1988. - 262 с.
Платонов К. Ю. Разработка программного обеспечения динамического анализа кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей внутреннего сгорания на переходных режимах / К. Ю. Платонов, П. С. Ширинкин, Р. Н. Хмелев // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. - 2016. - Т. 3. - № 3 (6). - С. 248-252.
Li X. H. Dynamic Analysis of Crank-Connecting Rod-Piston Mechanism of S195 Diesel Engine Based on MATLAB / X. H. Li, X. M. Zhang, X. J. Guo // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - Vol. 490-491. - Pp. 992-996. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.490-491.992.
Вальехо Мальдонадо П. Р. Реализация процесса проектирования кривошипно-шатунного механизма ДВС в системе AUTODESK INVENTOR / П. Р. Вальехо Мальдонадо, Д. К. Гришин, В. А. Лодня // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. - 2008. - № 2. - С. 85-89.
Яманин А. И. Динамические расчеты поршневых двигателей в среде AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL / А. И. Яманин. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2013. - 112 c.
Жуков В. А. Анализ алгоритмов расчета кинематики кривошипно-шатунных механизмов с прицепными шатунами / В. А. Жуков, А. И. Яманин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2016. - № 2 (36). - С. 109-118. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-2-109-118.
Zhang X. M. Dynamic Simulation of Crank-Connecting Rod-Piston Mechanism of Internal Combustion Engine Based on Virtual Prototype Technology / X. M. Zhang, Y. Q. Wang, J. Fang // Applied Mechanics and Materials. - 2012. - Vol. 143-144. Pp. 433-436. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.143-144.433.
Liu S. Kinematics and dynamics simulation of a diesel engine’s crank-connecting rod-piston mechanism based on virtual prototype technology [J] / S. Liu, H. Chen, X. Chen, S. Yao // Ship Engineering. - 2006. - Vol. 3. - Pp. 007.
Яманин А. И. Динамический расчет поршневых двигателей в среде Working Model 2D / А. И. Яманин. - Ярославль: Издат. дом ЯГТУ, 2015. - 172 c.
Хозенюк Н. А. К определению нагруженности коренных опор коленчатого вала / Н. А. Хозенюк, А. А. Мыльников, Д. О. Клюканов // Наука в ЮУрГУ: матер. 66-й науч. конф. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2014. - С. 355-360.

Об авторах

Яманин Александр Иванович - доктор технических наук, профессор

[email protected] [email protected]

ФГБОУ ВО «Ярославский государственный технический университет»

Жуков Владимир Анатольевич - доктор технических наук, доцент

[email protected] [email protected]

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»

Барышников Сергей Олегович - доктор технических наук, профессор

[email protected] ru

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»

детали и запчасти КШМ двигателя

Подобрать запчасти в каталоге «Кривошипношатунный механизм»

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 и газораспределительный механизмы двигателя

Категория:

   Техническое обслуживание автомобилей

Публикация:

   Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя

Читать далее:



Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя

В кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя входят блок цилиндров, головки цилиндров с уплотнительными прокладками, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, поддон картера.

Блок цилиндров отливается из серого чугуна или алюминиевого сплава.

У автомобильных двигателей применяют рядное расположение цилиндров, когда цилиндры располагаются в ряд один за другим в одной плоскости, и V-образные, при котором один ряд цилиндров расположен к другому ряду обычно под углом 90°.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Цилиндры двигателей могут быть образованы стенками самого блока или выполнены в виде сменных гильз.

Головка цилиндров изготовляется общей все цилиндры одного ряда в виде отливки из алюминиевого сплава чугуна. Против каждого из цилиндров она имеет углубление, образующее камеру сгорания. Головка блока цилиндров крепится к блоку цилиндров шпильками или болтами.

Блок цилиндров закрывается снизу подвдном. Для устранения пропуска газов при работе двигателя и утечки охлаждающей жидкости между блоком и головками цилиндров устанавливаются уплотнительные прокладки.

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршней и передает образующийся крутящий момент механизмам трансмиссии. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, носка, фланца и противовесов. Шейки коленчатого вала соединяются щеками, которые с шатунными шейками образуют кривошипы коленчатого вала. Количество и расположение шеек зависят от числа и расположения цилиндров и числа тактов двигателя.

На переднем конце (носке) вала устанавливают шестерню, шкив, храповик для пусковой рукоятки. Шестерня коленчатого вала находится в постоянном зацеплении с шестерней распределительного вала. Шкив коленчатого вала служит для привода вентилятора, водяного насоса, компрессора, генератора и насоса гидроусилителя рулевого управления.

На заднем конце коленчатого вала к фланцу крепится маховик.

Противовесы предназначаются для равномерного вращения коленчатого вала и разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил. Противовесы обычно выполняют заодно с валом.

Для поступления смазки к шатунным шейкам вала е щеках имеются сквозные каналы.

Коленчатые валы штампуют из качественной стали или отлиЕают из магниевого чугуна (двигатели ЗМЗ и ВАЗ).

Шатун соединяет поршень с шатунной шейкой коленчатого вала состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки и нижней разъемной головки.

Рис. 1. Головка блока цилиндров (а), блок цилиндров (б) и поддон картера (в): 1 — головка блока цилиндров, 2 — прокладка крышки головки блока цилиндров, 3 — крышка головки блока цилиндров, 4, 7 — прокладки выпускного трубопровода,-5 — выпускной трубопровод, 6 — прокладка головки блока цилиндров, 8 — блок цилиндров, 9 — втулка передней шейки распределительного вала, 10 — крышка распределительных шестерен, 11— прокладка крышки распределительных шестерен, 12 — крышки коренных подшипников, 13 — поддон картера, 14 — прокладка, 15 — картер сцепления

Рис. 88. Детали кривошипно-шатунного механизма восьмицилиндрового V-образного двигателя: 1 — храповик, 2 — шкив, 3 — носок коленчатого вала, 4 — шестерни коленчатого вала, 5, 8, 9 — крышки коренных подшипников, 6 — противовес, 7 — вкладыш коренного подшипника, 10 — фланец, 11 — зубчатый венец маховика, 12 — маховик, 13 — поршень, 14 — шатун, 15 — шатунная шейка, 16 — коренная шейка, 17 — нижняя крышка шатуна, 18 — нижняя (кривошипная) головка шатуна, 19 — стержень шатуна, 20 — верхняя (поршневая) головка шатуна, 21 — втулка верхней головки шатуна, 22 — вкладыш шатунного подшипника, 23 — стопорное кольцо, 24 — поршневой палец, 25 — поршневые компрессионные кольца, 26, 27, 28 — детали составного маслосъемного кольца

Так как при работе поршень, сильно нагреваясь, расширяется, то его устанавливают в цилиндре с определенным зазором, а направляющую часть поршня делают разрезной (пружинной).

Внутри поршня имеются две бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Нагреваясь, поршень расширяется в направлении оси поршневого пальца больше, так как в бобышках сосредоточена большая часть массы металла. Чтобы поршень при нагреве получил цилиндрическую форму, его диаметр в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают на 0,3—0,5 мм больше, чем в осевом направлении.

Для равномерной работы двигателя поршни всех цилиндров подбирают равной массы.

Поршневой палец служит для соединения поршня с верхней головкой шатуна. Обычно применяют пальцы

плавающего типа, которые могут поворачиваться и в отверстиях бобы шек поршня и в верхней головке шатуна. Для предотвращения продоль”| ного (бокового) перемещения пальца в поршне, что может привести к повреждению зеркала гильзы, палец закрепляют стопорными коль-цами 23.

Поршневые кольца, устанавливаемые на поршне, отливаются из чугуна и подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют соединения поршня с цилиндром и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и гильзой.

Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зеркала гильз и препятствуют его проникновению в камеру сгорания. Поршневые кольца изготовляют несколько большего диаметра, чем поршни. На кольцах делается разрез, называемый замком, который позволяет кольцам пружинить. При установке колец в гильзу вместе с поршнем их предварительно сжимают. Зазор в замке должен составлять 0,2— 0,4 мм.

Маслосъемное кольцо имеет сквозные прорези для отвода масла. Устанавливается оно на поршне ниже компрессионных колец. Маслосъемные кольца двигателей автомобилей ГАЗ-БЗА, ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга» состоят из двух стальных кольцевых дисков 26, осевого 27 и радиального 28 расширителей.

Шатунные и коренные подшипники. Шатунные подшипники, расположенные в нижней головке шатуна, изготовлены в виде разрезных сменных вкладышей 22, чтобы их можно было надеть на шейку коленчатого вала. Они взаимозаменяемые.

Коренные подшипники также представляют собой сменные тонкостенные вкладыши. Верхние вкладыши коренных подшипников устанавливаются в гнезда блока цилиндров, а нижние — в крышки, которые крепятся к картеру болтами.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников бывают сталеалюми-ниевые или триметаллические. У сталеалюминиевых вкладышей антифрикционный слой содержит 19—24% олова, около 1% меди, остальное алюминий, у триметаллических на стальную ленту наносят медно-никелевый подслой и сплав СОС6-6 (олово 6%, сурьма 6%, остальное свинец).

Маховик служит для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала и крепится к его фланцу болтами. На маховик напрессован зубчатый венец, с которым зацепляется шестерня электродвигателя пускового устройства — стартера.

Порядок работы двигателя. В каждом цилиндре многоцилиндрового двигателя происходит один и тот же рабочий цикл, но одноименные такты происходят в разные моменты. Последовательное чередование одноименных тактов в разных цилиндрах называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию такта рабочего хода, начиная с первого цилиндра.

Для правильного чередования рабочих ходов коленчатый вал двигателя имеет определенное расположение кривошипов.

Рис. 3. Рабочий процесс четырехцилиндрового карбюраторного двигателя: полуобороты коленчатого вала: а — первый, б — второй; в — третий, г — четвертый; 1, 2, 3, 4 — поршни

При первом полуобороте (180°) коленчатого вала двигателя (рис. 3, а) с порядком работы 1—3—4—2 крайние поршни опускаются, а средние поднимаются. В первом цилиндре происходит впуск, а в третьем — выпуск, в четвертом — рабочий ход, во втором – сжатие.

в первом цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — сжатц« в четвертом — впуск, во втором — выпуск.

При четвертом полуобороте (720°) коленчатого вала (рис. 89) поршни поднимаются, а поршни опускаются; при этом в первом цилиндре происходит выпуск, в третьем — рабочий ход в четвертом — сжатие, во втором — впуск.

При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочие процессы повторяются в той же последовательности.

У четырехтактного четырехцилиндрового двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга» порядок работы 1—2—4—3.

В четырехтактном шестицилиндровом двигателе за два оборота коленчатого вала произойдет 6 рабочих ходов, чередоваться он и будут через 120°. Порядок работы двигателя будет 1—5—3—6—2—| (ГАЗ-52) или 1—4—2—5—3—6 (двигатель ЯМЗ-236).

В восьмицилиндровых двигателях автомобилей ГАЭ-53А и ЭИЛ-130 рабочие ходы чередуются через 90°. Порядок работы 1—5—4—2— 6—3—7—8.

Неисправности кривошипно-шатунного механизма. В процессе эксплуатации автомобиля могут выявиться следующие наиболее характерные неисправности кривошипно-шатун-ного механизма: пригорание, износ и поломка поршневых колец; износ поршней и гильз цилиндров; износ шатунных и коренных подшипнп-ков; нарушение уплотнения прокладки головки цилиндров при слабой или неравномерной затяжке гаек крепления; обрыв шпилек и повреждение резьбы вследствие слабой или неравномерной затяжки; нага-рообразование в камерах сгорания и др.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов. На современных карбюраторных двигателях впуск смеси и выпуск отработавших газов производится клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение.

Большинство современных двигателей имеют газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов (рис. 4). Распределительный вал располагается в блоке между двумя рядами цилиндров. От него при помощи толкателей, толкающих штанг и коромысел приводятся в действие клапаны как правого, так и левого рядов цилиндров.

Распределительный вал имеет кулачки, опорные шейки, эксцентрик для привода топливного насоса и шестерню для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя (вал изготовляется заодно с кулачками и опорными шейками).

У каждого цилиндра на валу имеется два кулачка — впускной и выпускной. Одноименные кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90е, в шестицилиидровом под углом 60°, в восьмицилиндровом под углом 45°.

На переднем конце распределительного вала устанавливается на шпонке шестерня, которая находится в зацеплении с шестерней, установленной на коленчатом валу.

Рис. 4. Детали газораспределительного механизма восьмицилиндрового V-образного двигателя: 1 — распределительный вал, 2 — распределительная шестерня, 3 — упорный фланец, 4 — опорная шейка, 5 — эксцентрик привода топливного насоса, 6 — втулка шейки распределительного вала, 7 — кулачки распределительного вала, 8 — шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя. 9 — стойка коромысел клапана, 10 — коромысло клапана, 11 — ось коромысла, 12 — толкатели клапана, 13 — толкающая штанга, 14 — выпускной клапан, /5 — механизм вращения выпускного клапана. 16 — регулировочный винт, 17 — пружина клапана. 18 — направляющая втулка клапана, 19 — впускной клапан, 20 — сухарь, 21 — опорная шайба пружины клапана, 22 — седло клапана, 23 — металлический натрий

В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала. За это время должны последовательно открыться все клапаны, поэтому распределительный вал должен вра щаться в два раза медленнее коленчатого вала. Таким образом, шестерня имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня на коленчатом валу.

Шестерни изготавливают из чугуна или текстолита, шестерни коленчатого вала — из стали.

В двигателях, у которых распределительные валы располагаются на головках цилиндров («Москвич-412», ВАЗ-2101 «Жигули»), привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала двухрядной роликовой цепью.

Для правильной работы двигателя коленчатый и распределительный валы должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке распределительные шестерни вводятся в зацепление по имеющимся на их зубьях меткам.

Осевые перемещения распределительного вала у большинства карбюраторных двигателей ограничиваются упорным фланцем, закрепленным на блоке между торцом передней шейки вала и ступицей распределительной шестерни. Опорные шейки распределительного вала, вращаются в стальных втулках 6, залитых сплавом СОС6-6, или металлокерамических втулках.

Клапаны состоят из головок и стержней. Впускные клапаны изготовляют из хромистой, а выпускные — из жаростойкой стали. Головка клапана имеет узкую, скошенную под углом 45 или 30° кромку, называемую фаской, которой она прилегает к седлу, запрессованному в головку цилиндров.

Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана выполняют большим, чем диаметр головки выпускного клапана. Клапаны установлены в направляющих втулках, изготовляемых из чугуна или металлокерамики.

Для улучшения охлаждения стержни выпускных клапанов двигателей ГАЭ-53А и ЗИЛ-130 выполняют полыми. В них помещают металлический натрий с температурой плавления 97 °С. Во время работы двигателя натрий плавится и, переливаясь, при встряхивании переносит теплоту от головки клапана к стержню, а от последнего к направляющей втулке.

Плотное прижатие клапана к седлу обеспечивается давлением клапанной пружины, закрепленной при помощи опорной шайбы и конических разрезных сухарей. Головка выпускного клапана имеет жаростойкую наплавку посадочной фаски.

Выпускные клапаны для уменьшения неравномерной выработки седла и фаски головки клапана принудительно поворачиваются во время работы двигателя специальным механизмом поворота.

Толкатели представляют собой стальные стаканы, на внутреннюю сферическую поверхность которых опираются толкаю-, щие штанги. Для повышения износостойкости торцы толкателей, соприкасающиеся с кулачками, наплавляют специальным чугуном.

Для устранения неисправностей газораспределительного механизма необходимо: отрегулировать зазоры между стержнями клапанов и носками коромысел, притереть клапаны к седлам, заменить сломанные пружины или изношенные детали (втулки коромысел, втулки распределительного вала и др.).

Рекламные предложения:


Читать далее: Система охлаждения двигателей автомобиля

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Кривошипно-шатунный механизм двигателя трактора

Основное свойство деталей механизма — устойчивость к высокому давлению. Второе важное качество — способность переносить температуру от 350С. Такие особенности обусловлены элементами состава. Детали изготовлены из высококачественных сплавов и прочных металлов. Кроме того, все запчасти из чугуна и стали подвергаются закалке или цементации.

Состав механизма:

  • цилиндр;
  • шатун;
  • поршневый палец;
  • поршень с кольцами;
  • вал коленчатый с противовесами;
  • маховик.

Устройство отдельных деталей механизма

Перечень деталей, из которых состоит двигатель:

  • головки цилиндров;
  • блок-картеры;
  • цилиндр;
  • прокладки;
  • картер;
  • гильза;
  • поршень;
  • стопорное кольцо;
  • поддон;
  • крышка шатуна;
  • коренной подшипник;
  • поршневой палец;
  • вкладыши;
  • болт;
  • шплинт;
  • шатун;
  • втулка.

Цилиндр двигателя

Ключевая деталь двигателя — цилиндр. Элемент представляет собой отливку, зафиксированную на коробке из чугуна. Именно там происходит процесс сгорания топлива. Второй вариант цилиндра — сменная гильза, которую нужно поместить в блок цилиндров.

Цилиндр изготавливают исключительно из чугуна. Внутреннюю поверхность детали обязательно полируют и шлифуют.

В двигателе может быть 1, 2, 3, 4, 6 гильз или цилидров. Некоторые модели предполагают наличие большего числа элементов. Детали могут быть расположены в один или два ряда строго под углом в 90 градусов. Снизу блоки закрыты поддоном и укреплены прокладками.

Поршень

Внутри цилиндра устанавливается поршень из алюминиевого сплава. На боковых стенках детали располагаются бобышки с отверстиями для размещения поршневого пальца. В днище поршня имеется камера для перемешивания воздуха и топлива. Функции поршня — сжатие поступающего воздуха и передача давления на коленчатый вал.

Чтобы поршень не заклинило в цилиндре, деталь делают меньшего диаметра. Зазор между цилиндром и поршнем — 0,25-0,40 мм.

Поршневые кольца

Пружинные кольца из чугуна предназначены для предотвращения попадания смазки в камеру сжатия. Элементы расположены в специальных канавках на поверхности поршня. Для удобной фиксации на кольцах сделаны вырезы.

Типы колец по назначению:

  • компрессионные. Предназначены для восприятия силы давления газа. Наибольшая нагрузка приходится на первое кольцо. Чтобы оно медленнее изнашивалось, его поверхность покрывают хромом. Другие кольца оставляют без специальной обработки;
  • маслосъемные. Элементы в виде коробчатого сечения с отверстиями. Они предназначены для отвода масла, стекающего со стенок цилиндра. Чтобы повысить показатель упругости детали, между кольцом и канавкой фиксируют расширитель.

Шатуны

Шатун предназначен для соединения поршня с коленчатым валом. Деталь состоит из стержня и головок. Верхняя служит для фиксации поршневого пальца. Нижняя головка представляет собой разъемную конструкцию с крышкой, элементы которой соединяются с помощью шатунных болтов. Для уменьшения трения в нижнюю головку вставляют специальные вкладыши.

Поршневой палец

Этот элемент предназначен для соединения поршня с шатуном. Деталь изготавливают из прочной стали и подвергают термической обработке.

Палец может перемещаться, поэтому его называют плавающим. Чтобы элемент не царапал зеркало цилиндра, его движения ограничивают стопорными пружинными кольцами.

Вал коленчатый

Вал — деталь, преобразующая силу расширяющихся газов во вращательное усилие. Элемент запускает трансмиссию и другие узлы двигателя.

Вал изготавливают из стали или чугуна. Некоторые элементы узла подвергают закалке. Составляющие детали: подшипники, шатунные, опорные и коренные шейки, щеки, фланец,

Маховик

Маховик — чугунный диск, зафиксированный на фланце задней части коленчатого вала. Функции детали: накопление кинетической энергии, облегчение работы двигателя, выведение поршней из мертвых точек, выравнивание частоты вращения вала. Такие свойства обусловлены наличием зубчатого венца, расположенного на маховике.

Где купить запчасти для кривошипно-шатунного механизма двигателя трактора

Если какой-то элемент механизма выходит из строя, нарушается работа техники. Чтобы вернуть трактор в режим эксплуатации, необходимо заменить детали. На нашем сайте можно купить запчасти отличного качества.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя ЗМЗ-4062, номера узлов

Поршни кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062 отлиты из высококремнистого алюминиевого сплава и термически обработаны. Головка поршня цилиндрическая. Днище поршня плоское с четырьмя цековками под клапаны, которые предотвращают касание (удары) о днище поршня тарелок клапанов при нарушении фаз газораспределения, вызванном, например, обрывом цепи привода распределительных валов. 

Кривошипно-шатунный механизм двигателя ЗМЗ-4062, устройство, каталожные номера узлов и деталей.

На цилиндрической поверхности поршней проточены три канавки. В двух верхних установлены компрессионные кольца, а в нижней — маслосъемное. В верхней части юбки поршня выполнены по два отверстия с обеих сторон с выходом в канавку под маслосъемное кольцо, которые служат для отвода масла, скапливающегося под маслосъемным кольцом.

Юбка поршня овальная в поперечном сечении и бочкообразная в продольном. Большая ось овала расположена в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца. Величина овальности поршня составляет 0,514-0,554 мм. Наибольший диаметр юбки поршня в продольном сечении располагается ниже оси поршневого пальца на 8 мм. Диаметр юбки в продольном сечении плавно уменьшается и в направлении к днищу, и в противоположном направлении.

Максимальное уменьшение диаметра на кромке фаски под нижней канавкой составляет 0,047-0,056 мм. На нижней кромке направляющей части юбки максимальное уменьшение диаметра составляет 0,009-0,018 мм. В тело поршня между нижней канавкой и отверстием под поршневой палец залита стальная терморегулирующая вставка, служащая для уменьшения деформации поршня при нагревании до рабочей температуры и уменьшении первоначальных монтажных зазоров при сборке.

Каталожные номера узлов и деталей кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Поршни устанавливаются в цилиндры той же размерной группы с зазором 0,024-0,048 мм. Для обеспечения требуемого зазора поршни и цилиндры блоков разделены (по диаметру) на пять групп, обозначенных соответствующей буквой (А, Б, В, Г, Д), которая выбивается на днище поршня и наносится краской на наружной поверхности в верхней части блока, с левой стороны.

Для улучшения приработки рабочая поверхность поршней имеет специальный микрорельеф. Чтобы поршни работали правильно, они должны быть установлены в цилиндры в строго определенном положении. Для этого на боковой стенке у одной из бобышек под поршневой палец имеется отлитая надпись «ПЕРЕД». В соответствии с этой надписью поршень указанной стороной должен быть обращен к передней части двигателя.

Поршневые кольца кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Компрессионные кольца отлиты из чугуна. Верхнее кольцо имеет бочкообразную рабочую поверхность для улучшения приработки, которая покрыта слоем пористого хрома. Рабочая поверхность нижнего кольца покрыта слоем олова толщиной 0,006-0,012 мм или имеет фосфатное покрытие всей поверхности толщиной 0,002-0,006 мм. На внутренней поверхности нижнего кольца имеется выточка. Это кольцо должно быть установлено на поршень выточкой вверх, к днищу поршня. Нарушение этого условия вызывает резкое возрастание расхода масла и дымление двигателя.

Маслосъемное кольцо сборное, трехэлементное, состоит из двух стальных кольцевых дисков и одного двухфункционального расширителя, выполняющего функции радиального и осевого расширителей. Рабочая поверхность кольцевых дисков покрыта слоем хрома.

Поршневые пальцы кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Поршневые пальцы плавающего типа (они не закреплены ни в поршне, ни в шатуне), изготовлены из низколегированной хромоникелевой стали, наружная поверхность пальца подвергнута углеродонасыщению на глубину 1-1,5 мм и закалена нагревом ТВЧ до твердости HRC 59-66. Наружный диаметр пальца 22 мм. Осевое перемещение пальца ограничивается стопорными кольцами, установленными в канавках бобышек поршня. Стопорные кольца изготовлены из круглой пружинной проволоки диаметром 1,6 мм. Чтобы предупредить стук пальцев, их подбирают к поршням с минимальным зазором, допустимым по условиям смазки.

Шатуны кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Шатуны — стальные, кованые со стержнем двутаврового сечения. В поршневую головку шатуна запрессована тонкостенная втулка из оловянистой бронзы. Кривошипная головка шатуна разъемная. Крышка кривошипной головки крепится к шатуну двумя болтами со шлифованной посадочной частью. Болты крепления крышек и гайки шатунных болтов изготовлены из легированной стали и термически обработаны. Гайки шатунных болтов имеют самостопорящуюся резьбу и поэтому дополнительно не стопорятся.

Крышки шатунов нельзя переставлять с одного шатуна на другой. Для предотвращения возможной ошибки на шатуне и на крышке (на бобышке под болт) выбиты порядковые номера цилиндров. Они должны быть расположены с одной стороны. Кроме того, пазы для фиксирующих выступов вкладышей в шатуне и крышке также должны находиться с одной стороны. Для охлаждения днища поршня маслом, в шатуне выполнены отверстия. В стержне — диаметром 5 мм, в верхней головке — 3,5 мм.

Для обеспечения динамической уравновешенности двигателя суммарная масса поршня, поршневого пальца, колец и шатуна, устанавливаемых в двигатель, может иметь разницу по цилиндрам не более 10 грамм, что обеспечивается подбором деталей соответствующей массы.

Коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Коленчатый вал отлит из высокопрочного чугуна, пятиопорный, имеет для лучшей разгрузки опор восемь противовесов. Вал динамически сбалансирован. Допустимый дисбаланс не более 18 гсм на каждом конце вала. Диаметр коренных шеек 62 мм, шатунных — 56 мм. Коренные и шатунные шейки связаны отверстиями в щеках вала. Полости в шатунных шейках закрыты резьбовыми пробками и предназначены для дополнительной очистки масла, поступающего на шатунные шейки.

Масло к коренным шейкам подводится по каналам в перегородках блока из масляной магистрали, к полостям шатунных шеек — по отверстиям в щеках вала из канавок в верхних вкладышах коренных шеек коленчатого вала. Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается двумя упорными сталеалюминиевыми шайбами, расположенными по обе стороны среднего (третьего) коренного подшипни¬ка, каждая из упорных шайб состоит из двух полушайб: верхней и нижней.

Полушайбы антифрикционным слоем обращены к щекам коленчатого вала. Полушайбы удерживаются от вращения за счет выступов на нижних полушайбах, входящих в пазы на торцах третьей крышки коренного подшипника. Величина осевого зазора составляет 0,06-0,162 мм. На переднем конце коленчатого вала на шпонках установлены ведущая звездочка привода распределительных валов, втулка и шкив-демпфер. Все эти детали стянуты болтом ввертываемым в передний торец коленчатого вала.

Между звездочкой и втулкой установлено резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения. На цилиндрической поверхности шкива-демпфера коленчатого вала выполнена риска для определения ВМТ первого цилиндра при установке привода распределительных валов. При совмещении метки на шкиве-демпфере с ребром — указателем на крышке цепи, поршень первого цилиндра находится в ВМТ.

Кроме того, на шкиве-демпфере выполнен специальный зубчатый диск (диск синхронизации) с числом зубьев 60 минус 2 зуба, который обеспечивает работу датчика положения коленчатого вала КМСУД. Передний конец коленчатого вала уплотнен резиновой манжетой запрессованной в крышку цепи. Надежная работа манжеты обеспечивается центровкой крышки цепи на двух штифтах-втулках, запрессованных в переднем торце блока цилиндров. Задний конец коленчатого вала также уплотнен резиновой манжетой запрессованной в крышку, которая крепится к заднему торцу блока цилиндров.

Маховик кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Маховик отлит из серого чугуна, установлен на посадочный выступ и штифт фланца коленчатого вала и крепится к нему шестью болтами М8, имеющими самоконтрящуюся резьбу. Для надежности крепления головки болтов прижимаются к стальной термообработанной шайбе. На маховик напрессован зубчатый обод для пуска двигателя стартером. К заднему торцу маховика шестью болтами М8 прикреплено сцепление. В центральное отверстие маховика устанавливаются распорная втулка и подшипник первичного вала коробки передач.

Вкладыши кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-4062.

Коренные и шатунные подшипники коленчатого вала состоят из тонкостенных вкладышей, изготовленных из малоуглеродистой стальной ленты, залитой тонким слоем антифрикционного высокооловянистого алюминиевого сплава. Толщина коренного вкладыша 2,500-2,508 мм, шатунного — 2,000-2,008 мм. В каждом подшипнике установлены по два вкладыша.

Осевому перемещению и проворачиванию вкладышей в постелях блока и в шатунах препятствуют фиксирующие выступы на вкладышах, входящих в соответствующие пазы в постелях блока или в шатунах. Верхние вкладыши коренных подшипников с канавками и отверстиями, нижние без канавок и отверстий.

Через отверстие верхнего вкладыша моторное масло поступает к подшипникам из канала в постели блока, а через отверстия в коленчатом вале — к шатунным подшипникам. Отверстие в шатунных вкладышах совпадают с отверстием в шатунах. Ширина коренных вкладышей 28 мм, шатунных — 20,5 мм. Диаметральный зазор между шейкой и вкладышами составляет 0,019-0,073 мм для коренных и 0,009-0,063 мм для шатунных подшипников.

Похожие статьи:

  • Руководство по эксплуатации на Газель Бизнес ГАЗ-3302, ГАЗ-2705, ГАЗ-3221 с двигателями УМЗ-4216, УМЗ-42164, УМЗ-42165, Evotech А274, Evotech А275, 3302-3902010-20 РЭ.
  • Руководство по эксплуатации на Газель Бизнес ГБО LPG ГАЗ-33025, ГАЗ-330252, ГАЗ-330253, ГАЗ-27055, ГАЗ-322105, ГАЗ-322153, ГАЗ-322125, ГАЗ-322135, 33025-3902010 РЭ.
  • Руководство по оформлению ДТП на дороге, как правильно оформить ДТП, заполнение Извещения о ДТП, Европротокол, обращение в страховую компанию.
  • Маркировка на автомобилях Газель Бизнес, где находится идентификационный номер VIN, идентификационный номер кабины или кузова, идентификационный номер двигателя и заводская табличка.
  • Чтение кодов ошибок и неисправностей системы управления двигателем ЗМЗ-40522.10 на Газель и Соболь, перевод блока управления в режим вывода кодов неисправностей.
  • Система управления двигателя ЗМЗ-40522.10 с блоком Микас 7.1 на автомобилях Газель и Соболь, схема, датчики, механизмы, реле и предохранители системы управления.

Двигатель - Кривошипно-шатунный механизм - Коленчатый вал

Двигатель - Кривошипно-шатунный механизм - Коленчатый вал - Autokaubad24.ee
  1. Autokaubad24 Online Pood
  2. Запчасти
  3. SUZUKI Запчасти
  4. WAGON R+ Luukpära (MM)
  5. SUZUKI WAGON R+ Luukpära (MM) 1.3 4WD (RB 413) (56kW / 76hp) 2000 - ...
  6. Двигатель - Кривошипно-шатунный механизм - Коленчатый вал

VARUOSAD -15%

TOOTED

ARTIKLID

FÄNNA MEID


Завышение размера0,25мм
номер компонентаGL1279
Количественная единицакомплект
Код двигателяG13BB

Toote ID: V402141

Kood: MS-2404A 0.25

Tootja: KOLBENSCHMIDT

Tarneaeg poodi 1tp / koju 2-3tp © 2005-2021 Autokaubad24 OÜ     Ädala 1a, Tallinn, Estonia     Avatud: E-R 10.00-19.00 L 11.00-16.00    E-poe tellimuste info 6587076 [email protected] Siin kuvatud andmeid, eriti kogu andmebaasi, ei tohi kopeerida. Ilma TecAlliance'i eelneva nõusolekuta on rangelt keelatud dubleerida andmeid ja andmebaase ning levitada neid ja / või anda kolmandatele isikutele juhiseid sellisteks tegevusteks. Mis tahes sisu kasutamine selgesõnaliselt volitamata viisil kujutab endast autoriõiguste rikkumist ja rikkujad võetakse vastutusele.
  • TOOTED(0)
  • VARUOSAD(0)
  • ID(0)

Kategooriad

Tooted    

Varuosad

Järelmaksu kalkulaator

Hind 0 €
Kogus
Summa 0 €
Periood
Sissemaksu suurus  
Kuumakse 0 €
See veebileht kasutab küpsiseid.
Jätkates veebilehe kasutamist, nõustute meie küpsiste kasutamisega. OLEN NÕUS

Microsoft Word - final mmse (1)

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 7 0 объект /Заголовок /Предмет / Автор /Режиссер / CreationDate (D: 20210808220027-00'00 ') / ModDate (D: 20150

1635 + 03'00 ') >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > ручей PScript5.dll Версия 5.2.22015-09-09T16: 16: 35 + 03: 002015-09-09T16: 16: 35 + 03: 00application / pdf
  • Microsoft Word - final mmse (1)
  • ил
  • Элементы Acrobat 9.0.0 (Windows) uuid: c84b8937-b0ec-47fe-a877-8bb04b5uuid: 14c25d1d-c4f5-4661-89e6-6b54c8624424 конечный поток эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 19 0 объект > ручей x ڝ XɎ # 7 + H -%! ȂoA.] u9%] Zga> Kn, Cp7 + z | g: ˯ˏ / XX] h./67 [V} i $ _hk '") NPO / nbK] 5h4NEHl $ u: aA`A # 4 / G6 و (! ny8 .WHH nze "(a4 ~ HY> \ 2kHx9z qXJgfEbO, CqP | V

    Механизмы: кривошипно-поршневые - BirdBrain Technologies

    На этом уроке вы расширите кривошипно-шатунный механизм, чтобы создать кривошипно-поршневой механизм. Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как это будет выглядеть.

    Этот механизм состоит из четырех частей:

    • Кривошип прикреплен к двигателю, который его вращает.
    • Шток прикреплен к кривошипу и поршню на шарнирах , которые могут свободно вращаться.
    • Направляющая зафиксирована на месте; его цель - заставить поршень двигаться по прямой. Поршень может свободно двигаться вверх и вниз по линии, но не может вращаться.

    При вращении кривошипа поршень движется вверх и вниз в линейном возвратно-поступательном движении. Кривошипно-поршневая система преобразует вращательное движение в поступательное. Линейное движение может быть вертикальным или горизонтальным (или в другом направлении), в зависимости от ориентации направляющей.

    Необходимые материалы
    Бумажный шаблон (см. Материалы для учителя)

    При печати шаблона обязательно распечатайте его в реальном размере (без масштабирования) на бумаге размером 8,5 x 11 дюймов. Вы будете использовать шаблон, чтобы вырезать картон, как показано в приведенных ниже инструкциях. Обязательно используйте картон толщиной менее дюйма.

    Прочие материалы
    • кривошипно-шатунный механизм (из урока кривошипа)
    • 1 Фрикционный штифт оси Technic
    • 1 Балка Technic 13M
    • очиститель труб
    • линейка или рулетка
    • секундомер
    Сборка кривошипно-поршневого механизма
    1. Для этого урока вам понадобится кривошипно-шатунный механизм.Если вы еще не закончили урок по проверке кривошипа, сделайте это в первую очередь.
    2. Затем используйте это видео, чтобы собрать кривошипно-поршневой механизм.

    3. Подсоедините двигатель к порту двигателя 1 на доске Hummingbird. Напишите простую программу для включения мотора. Наблюдайте за движением механизма.
    Построение графика положения поршня

    Подумайте о запуске таймера при включении двигателя. По прошествии секунд кривошип вращается, а поршень перемещается вверх и вниз.Мы могли бы построить график со временем по оси абсцисс и положением поршня по оси ординат. Этот график будет выглядеть примерно так, как изображенная ниже кривая.

    На рисунке выше показан только один оборот кривошипа. По мере того как кривошип вращается снова и снова, эта кривая будет повторяться. Этот тип периодического движения называется волной.

    1. Самая высокая точка волны называется пиком , а самая низкая точка называется впадиной . Обозначьте один пик и одну впадину на графике выше.
    2. Расстояние между пиком и впадиной называется высотой волны . Обозначьте высоту волны на графике выше.
    3. Как определить высоту волны поршня? Измерьте это значение, а затем сравните свой метод и ответ со своими одноклассниками.
    4. Волну часто описывают по амплитуде, а не по высоте. Амплитуда составляет половину высоты волны. Найдите амплитуду поршневой волны.
    Изменение длины кривошипа

    Теперь вы исследуете, как можно изменить волну поршня, изменив длину кривошипа.Вы можете изменить длину рукоятки, используя другие отверстия по ее длине.

    1. Переместите соединительный штифт на конце кривошипа в соседнее отверстие.

    2. Измерьте амплитуду поршневой волны.
    3. Снова измените длину рукоятки. На этот раз поместите соединительный штифт между двумя соединительными штифтами, которые соединяют кривошип с адаптером двигателя.
    4. Измерьте амплитуду поршневой волны.
    5. Как амплитуда поршневой волны связана с длиной кривошипа?
    6. Может ли шток быть короче шатуна? Почему или почему нет?
    Период поршневой волны

    Период времени между одним пиком и следующим называется периодом волны.

    1. Установите скорость двигателя на 20.
    2. С помощью секундомера измерьте, сколько времени требуется кривошипу, чтобы повернуться 10 раз.
    3. Какой период волны?
    4. Заполните таблицу ниже.
    5. Как период волны связан со скоростью двигателя? Угадайте период скорости 50 и подтвердите свой ответ.
    6. Проверьте свой ответ на предыдущий вопрос. Насколько близко было ваше предсказание?
    Использование кривошипов и поршней для создания роботов

    Кривошипно-поршневые механизмы используются в роботах для линейного движения в определенном направлении.Например, в этом видео показан проект, в котором поршень используется для перемещения персонажа вверх и вниз. Можете ли вы определить детали механизма на видео? Эта роботизированная черепаха также использует кривошип и поршень. Что может быть внутри панциря черепахи?

    А теперь попробуйте это на собственном роботе! Как далеко вы хотите переместить поршень? Какой длины должны быть кривошип и шатун, чтобы это произошло? Помните, что поршень не должен двигаться только вертикально или горизонтально. Он может двигаться по прямой в любом направлении!

    Получение дополнительной информации
    • Кривошипно-ползунковый механизм: на этом веб-сайте показано движение кривошипно-поршневого механизма и описаны его части.
    • Дизельный двигатель
    • : В этом видео показано, как дизельный двигатель использует кривошипно-поршневой механизм в автомобиле или грузовике. В этом случае взрыв топлива вызывает поступательное движение поршня, и механизм преобразует это движение для вращения колес транспортного средства.

      Ссылка на: Поршневой цилиндр Объемный апплет

      Ссылка на: Поршневой цилиндр Апплет площади поверхности

      Получение модели кривошипа

      Объем поршневого цилиндра можно определить как функцию угол поворота коленчатого вала от степени сжатия, хода, диаметра и соединения длина стержня.Геометрические параметры поршневого цилиндра представлены. на рисунке 1.

    Рисунок 1. Поршневой цилиндр.
      Где:
      b = отверстие
      s = ход
      l = длина шатуна
      a = радиус кривошипа (= ½ с)
      theta = угол поворота коленчатого вала
      ВМТ = верхняя мертвая точка
      BDC = нижняя мертвая точка

      Верхняя мертвая точка относится к положению коленчатого вала на кривошипе. угол 0 o .Это положение также известно как зазор. объем, В c . В нижней мертвой точке угол поворота коленчатого вала 180 o . В этом положении объем цилиндра максимальный, V 1 . Разница между максимальной и минимальной громкостью, V 1 - V o , определяется как рабочий объем V d . Смещение объем также может быть представлен как функция диаметра ствола и хода:

      (1)
      При заданном угле поворота коленвала задан объем по:
    V = V c + p / 4 b 2 (2) Фигура 2.Геометрия поршневого цилиндра
      Опять же, используя геометрию, можно разработать соотношение для x:
    Рис. 3. Геометрическое решение для x (3)
      Степень сжатия определяется как отношение между максимальной и минимальный объем, r = V 1 / V o . Для зажигания Отто r = 10, а для дизельного двигателя степень сжатия от 12 до 24. Замена максимального объема объемом вытеснения дает:
    r = 1 + V d / V c (4)
      Решение для V c дает:
    V o = V d / r-1 (5)
      Подставляя уравнения (3) и (5) в уравнение (2), получаем следующее соотношение для объема цилиндра.
    (6)
      Где:

      Окончательная форма модели Slider-Crank дана как безразмерная отношения, разделив обе части уравнения (6) на V d .

    (7)
      Нажмите здесь, чтобы увидеть, как объем изменяется в зависимости от угла поворота коленчатого вала: Объем Апплет

      Расчет площади поверхности поршневого цилиндра

      Чтобы изучить влияние теплопередачи в поршневом цилиндре, необходимо оценить площадь поверхности цилиндра.Камера сгорания площадь поверхности определяется по формуле:

    (8) (9)

    АНАЛИЗ И МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ "ГРОМКОСТЬ"

    Описано исследование грохота кривошипа бензинового двигателя, в котором измерялись шум, вибрация и изменение давления в цилиндре. Грохот кривошипа не связан с наивысшими уровнями шума в спектре (от 800 до 2000 Гц), а скорее со сложной формой волны, присутствующей на более низких амплитудах и частотах около 400 Гц.Гул возникает, когда минимум три соседних гармоники одинаковой амплитуды, выбранные резонансной частью двигателя или конструкции транспортного средства, лежат в пределах минимальной полосы пропускания человеческого уха и объединяются, образуя сильно модулированную форму волны огибающей. Уровень, при котором грохот перестает становиться слышимым, зависит не только от амплитуды около частоты грохота, но и от маскирующей способности остальной части шумового спектра. Механизм грохота кривошипа указывает на то, что этот шум не обязательно связан с надвигающейся механической неисправностью.Описан электронный метод воспроизведения точной формы грохота кривошипа. Обсуждаются подходы к уменьшению грохота: изменение процесса сгорания, который изменяет амплитуду и фазу гармоник цикла двигателя, и изменение реакции конструкции двигателя.

    • Дополнительные примечания:
      • Также опубликовано в HS-029 137 (IMechE-CP-1979-10), «Шум и вибрации двигателей и трансмиссий», Бери-Сент-Эдмундс, 1979, стр. 99-109.Представлено на конференции, Технологический институт Крэнфилда, Англия, 10-12 июля 1979 г.
    • Корпоративных авторов:

      Институт инженеров-механиков

      1 Birdcage Walk
      London SW1H 9JJ, Англия

      Общество автомобильных инженеров (SAE)

      400 Commonwealth Drive
      Warrendale, PA Соединенные Штаты 15096
    • Авторов:
      • Эндрюс, S A
      • Андертон, D
      • Бейкер, Дж М
    • Дата публикации: 1979

    Информация для СМИ

    Предмет / указатель

    Информация для подачи

    • Регистрационный номер: 00386105
    • Тип записи: Публикация
    • Агентство-источник: Национальное управление безопасности дорожного движения
    • Номер отчета / статьи : HS-029 149, SAE-MEP-109
    • Файлы: HSL, USDOT
    • Дата создания: 28 июня 1984 г., 00:00

    Кривошип (механизм) | История Вики

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

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

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

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

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

    Римская железная рукоятка кривошипа была обнаружена при раскопках в Августе Рорика, Швейцария. Изделие длиной 82,5 см с ручкой длиной 15 см имеет еще неизвестное назначение и датируется не позднее, чем ок. 250 г. н.э. [7] Свидетельства о наличии кривошипа появляются на лесопилке в позднем Иераполе (Малая Азия) 3 века, а две каменные лесопилки 6 века также были найдены в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания. [8] В Китае в 5 веке появились кривошипно-шатунные механизмы, а в 6-м веке - кривошипно-шатунные механизмы со штоком поршня. [3]

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

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

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

    Файл: Преобразование вращательного движения в линейное. Crank.jpg

    Кривошип

    Файл: CrankPencilShapener.jpg

    Ручной кривошип на точилке для карандашей

    К знакомым примерам относятся:

    Используя руку [править | править источник]

    Использование ног [править | править источник]

    Двигатели [править | править источник]

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

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

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

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

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

    1. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 159
    2. ↑ Лукас 2005, стр. 5, сл. 9
    3. 3,0 3,1 Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технологии», Философия и социальные действия II (1-2): 1-33 [ 4], http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.122.293&rep=rep1&type=pdf#page=12, получено 13 марта 2010 г.
    4. ↑ Needham 1986, стр.118–119.
    5. ↑ Темпл, Роберт. (1986). Гений Китая: 3000 лет науки, открытий и изобретений , стр. 46. ​​С нападающим Джозефом Нидхэмом. Нью-Йорк: Simon and Schuster, Inc. ISBN 0671620282.
    6. Н. Сивин (август 1968), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае, , Джозеф Нидхэм», Журнал азиатских исследований (Ассоциация азиатских исследований) 27 (4): 859-864 [862 ], http://www.jstor.org/stable/2051584
    7. ↑ Лаур-Беларт 1988, с.51–52, 56, рис. 42
    8. ↑ Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161
    9. 9.0 9.1 Needham 1986, p. 112.
    10. ↑ Нидхэм 1986, стр. 112–113.
    11. А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы , Cambridge University Press, стр. 266, ISBN 0521327636
    12. Banu Musa, Donald Routledge Hill (1979), Книга гениальных устройств (Kitāb al-iyal) , Springer, стр.23-4, ISBN 08339
    13. ↑ Ахмад И Хасан. Система кривошипно-шатун в непрерывно вращающейся машине.
    14. Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , Издательская группа Розена, стр. 41, ISBN 1435850661
    15. Лотфи Ромдхан и Саид Зеглул (2010), «Аль-Джазари (1136–1206)», История механизмов и машиноведения (Springer) 7 : 1-21, DOI: 10.1007 / 978-90- 481-2346-9, ISBN 978-90-481-2346-9, ISSN 1875-3442
    16. 16.0 16,1 Needham 1986, p. 113.

    Библиография [править | править источник]

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

    Кривошип (механизм) - 3D Анимация

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

    Термин часто относится к кривошипу, приводимому в действие человеком, который используется для ручного поворота оси, как в шатуне велосипеда или в сверле со скобами и сверлами. В этом случае рука или нога человека служит шатуном, прикладывая возвратно-поступательное усилие к кривошипу.Обычно есть штанга, перпендикулярная другому концу руки, часто со свободно вращающейся рукояткой или прикрепленной педалью.

    Примеры

    Знакомые примеры:

    Шатуны с ручным приводом

    Двигатели

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

    Механика

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

    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 значительной в высокоскоростных двигателях, которым могут потребоваться балансирные валы для уменьшения вибрации из-за этого «вторичного дисбаланса».

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

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

    , где τ {\ displaystyle \ tau \,} - крутящий момент, а F сила на шатуне. Но на самом деле крутящий момент максимален при угле поворота коленчатого вала менее α = 90 ° от ВМТ для данной силы, действующей на поршень.{2} \ alpha}}}}

    Например, для длины штока 6 дюймов и радиуса кривошипа 2 дюйма численное решение приведенного выше уравнения определяет, что минимумы скорости (максимальная скорость движения вниз) находятся при угле поворота кривошипа 73,17615 ° после ВМТ. . Затем, используя закон треугольного синуса, можно определить, что угол между кривошипом и шатуном составляет 88,21738 °, а угол шатуна составляет 18,60647 ° от вертикали (см. Уравнение 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 этих точках цикла кривошипа сила на шатуне не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и оказывается в одной из этих двух точек, он не может начать движение с помощью шатуна. По этой причине в паровозах, колеса которых приводятся в движение кривошипами, шатуны прикреплены к колесам в точках, разделенных некоторым углом, так что независимо от положения колес при запуске двигателя по крайней мере один шатун будет иметь возможность приложить крутящий момент для запуска поезда.

    История

    Эксцентрично установленная ручка вращающейся ручной мельницы, которая появилась в кельтиберийской Испании V века до нашей эры и в конечном итоге распространилась по всей Римской империи, представляет собой кривошип. [3] [1] [2]

    Хань Китай

    Первые рукоятки с ручным приводом появились в Китае во времена династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.), как изображают модели глазурованных глиняных гробниц эпохи Хань, и впоследствии использовались в Китае для наматывания шелка и прядения конопли в сельском хозяйстве. веялки, в водяном просеивателе муки, для металлургических сильфонов с гидравлическим приводом и в лебедке колодца. [4] Однако потенциал кривошипа по преобразованию кругового движения в возвратно-поступательное движение, кажется, никогда не был полностью реализован в Китае, и кривошип, как правило, отсутствовал в таких машинах до начала 20-го века. [5]

    Римская империя

    Римская железная рукоятка неизвестного назначения, датируемая II веком нашей эры, была раскопана в Августе Рорика, Швейцария. Кусок длиной 82,5 см на одном конце имеет бронзовую ручку длиной 15 см, другая ручка утеряна. [6] [7]

    A ок. В Ашхайме, недалеко от Мюнхена, были раскопаны настоящие железные кривошипы длиной 40 см вместе с парой раздробленных жерновов диаметром 50-65 см и различными железными изделиями. Римская мельница с кривошипным механизмом датируется концом 2 века. [8] Часто цитируемая современная реконструкция насоса с ковшовой цепью, приводимого в движение маховиком с ручным приводом с кораблей Nemi, была отклонена как «археологическая фантастика». [9]

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

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

    С кривошипно-шатунной системой, все элементы для создания парового двигателя (изобретен в 1712 году) - эолипил Героя (генерирующий паровую энергию), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) , зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) - были известны еще во времена Римской империи. [15]

    Средневековый Ближний Восток

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

    Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах. [19] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал, [20] включая коленчатый и валовой механизмы. [21]

    Средневековая Европа

    Кривошип стал обычным явлением в Европе к началу 15 века, что можно было увидеть в работах таких людей, как военный инженер Конрад Кизер (1366 - после 1405). [22] Вращающийся точильный камень - самое раннее его изображение - [23] , который приводится в действие кривошипной рукояткой, показан в рукописи Каролингов Утрехтская Псалтырь ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. [24] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни (ок.878−942) описывает струнный инструмент, который звучал с помощью смолистого колеса, вращаемого рукояткой; позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века. [23] Есть также два изображения Фортуны, вращающей колесо судьбы, из этого и следующего столетия. [23]

    Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании 1887 года «Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines », выпущенном в 1887 году и принадлежащем испанскому мусульманскому хирургу Абу аль-Касим аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено исходным освещением, и поэтому его следует не учитывать. [25] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок. 1070–1125) описал кривошипные ручки, «используемые при токарной обработке литейных стержней». [26]

    Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для гребного катера и боевых экипажей, которые приводились в движение вручную вращающимися составными кривошипами и зубчатыми колесами (в центре рисунка). изображение). [27] Псалтырь Латтрелла, датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с редуктором, работающая как с одной, так и с двумя рукоятками, появилась позже, в 15 веке; [28]

    Средневековые краны иногда приводились в движение кривошипами, хотя чаще - лебедками. [29]

    Европа эпохи Возрождения

    Гребная лодка 15 века, лопасти которой вращаются одноходовыми коленчатыми валами (Аноним Гуситских войн)

    К началу 15 века кривошип стал обычным явлением в Европе, и его часто можно было увидеть в работах таких авторов, как немецкий военный инженер Конрад Кезер. [28] Устройства, изображенные в Bellifortis Кизера, включают в себя изогнутые лебедки (вместо колес со спицами) для захвата осадных арбалетов, кривую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов. [28] Kyeser также оснастил винты Archimedes для подъема воды кривошипной рукояткой, нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой с помощью протектора. [30] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника кривошипами найдено на миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . [31]

    Первые изображения составного кривошипа в скобе плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы. [32] Быстрое внедрение составной кривошипа можно проследить в работах неизвестного немецкого инженера Анонима времен гуситских войн о состоянии военной техники своего времени: во-первых, шатун, примененный Что касается кривошипов, то снова появились шатуны, во-вторых, шатуны с двойным составом также стали оснащаться шатунами, и в-третьих, для этих шатунов использовался маховик, чтобы вывести их из «мертвой точки».

    На одном из рисунков Анонима гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемой людьми, управляющими составными кривошипами (см. Выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея также подхвачена его соотечественником Франческо ди Джорджио. . [33]

    В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства использования составной кривошипа и шатуна можно найти в альбомах для рисования Такколы, но это устройство до сих пор не понимают механически. [34] Тщательное улавливание этого движения кривошипа демонстрирует немного позднее Пизанелло, который нарисовал поршневой насос с приводом от него. от водяного колеса и приводится в действие двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [34]

    В 15 веке также были введены изогнутые реечные устройства, называемые кранами, которые устанавливались на приклад арбалета как средство приложения еще большей силы при захвате ракетного оружия (см. Справа) . [35] В текстильной промышленности были внедрены изогнутые катушки для наматывания мотков пряжи. [28]

    Примерно в 1480 году роторный точильный камень раннего средневековья был усовершенствован с помощью педали и кривошипно-шатунного механизма. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года. [36]

    Начиная с XVI века и далее, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины 1588 года» содержит восемнадцать примеров. Число, которое увеличивается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Беклера 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 были оснащены часовыми двигателями с заводными рукоятками.В поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением используются кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение. Двигатели внутреннего сгорания в автомобилях начала 20-го века обычно запускались ручными кривошипами (известные в Великобритании как стартовые ручки , ) до того, как электрические стартеры вошли в широкое распространение.

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

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

    Коленчатый вал

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

    См. Также

    Патент США на кривошипно-шатунный механизм двигателя Патент (Патент №10,947,847, выданный 16 марта 2021 г.)

    Это приложение является частичным продолжением U.Заявка на патент S. Сер. No. 16/531113, поданной 4 августа 2019 г., которая является продолжением заявки на патент США сер. No. 16/010440, поданной 16 июня 2018 г., теперь пат. US 10370970, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Вышеупомянутые документы не считаются предшествующим уровнем техники по отношению к настоящему изобретению путем их упоминания в данном документе.

    УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Область изобретения

    Настоящее изобретение в целом относится к двигателям внутреннего сгорания и, в частности, к кривошипным и шатунным механизмам двигателя внутреннего сгорания.

    Уровень техники

    Двигатель внутреннего сгорания возник примерно в 1680 году, когда голландский физик Кристиан Гюйгенс экспериментировал с двигателем внутреннего сгорания. Позже первый бензиновый двигатель непрерывного действия был построен и эксплуатировался примерно в 1859 году, когда французский инженер Ж. Ж. Этьен Ленуар построил двигатель двойного действия с искровым зажиганием. С тех пор были предприняты попытки улучшить выходную мощность и эффективность, но улучшения производительности все еще необходимы.

    Джеймс Аткинсон разработал вариант четырехтактного цикла Отто в 1882 году, названный циклом Аткинсона, первая реализация которого была сконструирована как оппозитный поршневой двигатель, дифференциальный двигатель Аткинсона.

    Oechelhäuser сконструировал двухтактный оппозитный поршневой двигатель мощностью 600 лошадиных сил, который был установлен на металлургическом заводе Hoerde около 1898 года и производился немецким производителем Deutsche Kraftgas Gesellschaft, William Beardmore & Sons Ltd из Великобритании и другими компаниями с 1899 года.

    Меньшие версии оппозитного поршневого двигателя были разработаны французской компанией Gobron-Brillié примерно в 1900 году, а в 1904 году автомобиль, управляемый Луи Риголли и оснащенный оппозитным поршневым двигателем, стал первым автомобилем, преодолевшим расстояние более ста миль. в час.

    Двигатели с оппозитными поршнями имеют преимущества по сравнению с двигателями других типов и обеспечивают значительные преимущества в топливной, весовой и объемной эффективности. Такие двигатели использовались в автомобилях, кораблях, самолетах и ​​другом оборудовании с начала 1900-х годов.

    Большинство двигателей внутреннего сгорания работают на относительно низких уровнях мощности при медленном ускорении, низкой скорости и / или небольшой нагрузке. Обычные бензиновые двигатели и современные двигатели с оппозитными поршнями, как правило, работают при фиксированных степенях сжатия, которые устанавливаются достаточно низкими, чтобы предотвратить преждевременное воспламенение топлива и так называемый «стук» на высоких уровнях мощности, который обычно происходит при быстром ускорении, высокой скорости и / или тяжелая нагрузка.

    Двигатели с оппозитными поршнями развивались за последнее столетие до наших дней, и по сей день, хотя двигатели с оппозитными поршнями обычно предлагают большую мощность на литр рабочего объема двигателя, чем другие двигатели внутреннего сгорания, улучшения производительности, выходной мощности и эффективности все еще остаются обязательный.

    Большинство современных двигателей внутреннего сгорания, включая двигатели с оппозитными поршнями, используемые в автомобилях, обычно представляют собой четырехтактные двигатели, которые имеют поршни, каждый из которых имеет такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска, которые используется для поворота коленчатого вала двигателя.

      • Такт впуска обычно начинается в верхней мертвой точке (T.D.C.) и заканчивается в нижней мертвой точке (B.D.C.). Впускной клапан обычно находится в открытом положении, в то время как поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре за счет его движения вниз.
      • Такт сжатия обычно начинается в нижней мертвой точке (B.D.C) или сразу в конце такта впуска и заканчивается в верхней мертвой точке (T.D.C). Поршень сжимает топливовоздушную смесь для подготовки к воспламенению во время рабочего такта. На этом этапе и впускной, и выпускной клапаны закрыты.
      • Когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) (обычно в конце такта сжатия), сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) или от тепла, выделяемого при сильном сжатии ( в дизельном двигателе), принудительно возвращая поршень в нижнюю мертвую точку (B.ОКРУГ КОЛУМБИЯ). Рабочий ход вызывает механическую работу двигателя по проворачиванию коленчатого вала. Рабочий ход обычно начинается в начале второго оборота четырехтактного цикла, причем коленчатый вал обычно совершает первый оборот в этот момент.
      • Во время такта выпуска поршень снова возвращается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), в то время как выпускной клапан открыт, и выталкивает отработавшую воздушно-топливную смесь через выпускной клапан в конце при этом четырехтактный цикл завершает второй оборот, а коленчатый вал обычно совершает второй оборот.

    Коленчатый вал, шатуны и поршни двигателя, а также их геометрия играют важную роль в производительности и эффективности двигателя.

      • Расстояние, на которое поршень перемещается от одного конца до другого конца своего цилиндра, и есть ход (S) поршня. Отношение штока к ходу (R / S) - это расстояние от центра к центру (R) шатуна, разделенное на ход (S). Отношение штока к ходу (R / S) и положение шатунной шейки определяют характеристики движения поршня и, таким образом, производительность и эффективность двигателя.

    Необходимо улучшить характеристики, мощность и эффективность двигателя внутреннего сгорания. Такие улучшения могут быть достигнуты путем улучшения характеристик движения поршней в таких двигателях, включая характеристики обычных двигателей и двигателей с оппозитными поршнями.

    Улучшения геометрии коленчатого вала двигателя, шатунов и поршней играют важную роль в характеристиках движения поршней в таких двигателях и могут привести к значительному улучшению характеристик, мощности и эффективности двигателя.

    Хотя улучшения характеристик, мощности и эффективности двигателя внутреннего сгорания могут быть достигнуты за счет улучшения коленчатого вала двигателя, шатунов и поршней и, следовательно, характеристик движения поршней в таких двигателях, улучшения все же требуются.

    До сих пор были известны различные двигатели внутреннего сгорания, включая двигатели с оппозитными поршнями. Однако ни один из двигателей, в которых были модифицированы коленчатый вал, шатун и поршень, не удовлетворяет этим требованиям.

      • Патент США. В US 7021270 (Stanczyk) описан узел шатуна и коленчатого вала для двигателя, имеющий коленчатый вал, смещенный от средней линии расточенного вала поршня, скользящего возвратно-поступательно. Изогнутый шатун или шатун угловой формы шарнирно соединен с поршнем на одном конце и с коленчатым валом на противоположном конце. Положение коленчатого вала и форма шатуна максимизируют ход шатуна на ход поршня по отношению к общему размеру шатуна.Конструкция позволяет достичь максимального сжатия после верхней мертвой точки коленчатого вала для дальнейшего повышения эффективности двигателя.
      • Патент США. В US 5146884 (Merkel) описан двигатель со смещенным коленчатым валом. Когда коленчатый вал вращается по часовой стрелке, расстояние, которое проходит поршень от верхней точки хода (поршень при максимальном ходе) до нижней части хода (поршень в нижней части своего хода), больше диаметра коленчатого вала. вращение. Угол, на который перемещается коленчатый вал во время хода вниз, больше 180 градусов.Таким образом, двигатель имеет более продолжительный рабочий ход по сравнению с тактом выпуска. Цикл впуска длиннее по времени, чем цикл выпуска, что улучшает всасывание двигателя. Эта концепция может быть применена к двигателям с циклом Отто, дизельным двигателям, двухтактным двигателям и может быть применена к компрессорам. При использовании в компрессорах ход впуска увеличивается, что улучшает всасывание.
      • Патент США. В US 6460505 (Quaglino, мл.) Раскрыт смещенный шатун для использования с двигателями внутреннего сгорания, в котором шток с центральной продольной осью соединяет каждый из поршней на первом конце штока с коленчатым валом на втором конце. каждый стержень; точка соединения между вторым концом каждого из шатунов и коленчатым валом смещена относительно продольной оси в достаточной степени, чтобы увеличить крутящий момент двигателя и мощность в лошадиных силах, поскольку каждый из поршней перемещается внутри своих соответствующих цилиндров, но не влияет на ход двигателя.
      • Патент США. US 78 (О'Лири) раскрывает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий шатун переменной длины, две кривошипные шестерни и две ведущие шестерни; первый конец шатуна соединен с поршнем; второй конец шатуна соединен с узлом ярма, содержащим два рычага, первый соединительный вал и два вторых соединительных вала; первый соединительный вал соединяет второй конец шатуна с каждым из рычагов вилки; второй конец шатуна и рычаги вилки свободно вращаются вокруг первого соединительного вала; каждая кривошипная шестерня имеет смещенное от центра отверстие; вторые соединительные валы соединяют рычаги вилки со смещенным от центра отверстием каждой кривошипно-шатунной передачи; рычаги вилки и кривошипно свободно вращаются вокруг второго соединительного вала; и каждая кривошипная шестерня приводится в движение ведущей шестерней.
      • Патент США. US 4876992 (Sobotowski) раскрывает двигатель с переменной степенью сжатия, который имеет пару коленчатых валов, соединенных механизмом регулировки фазы, действующим для изменения угла сдвига фаз между коленчатыми валами, чтобы изменять степень сжатия двигателя. Механизм фазовращателя включает две пары косозубых синхронизирующих шестерен. Каждая из этих пар состоит из шестерни, жестко установленной на коленчатом валу, и, оперативно зацепленной с ней, более широкой шестерни, неподвижно установленной на подвижном в осевом направлении регулирующем элементе.Коленчатые валы могут располагаться на одной линии или параллельно друг другу. Каждая из синхронизирующих шестерен, которая жестко соединена с подвижным в осевом направлении регулирующим элементом, ограничена соответствующей воображаемой цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью и чьи точки равноудалены от оси вращения регулирующего элемента, а диаметр равен наружный диаметр этой фазорегулирующей шестерни и который проходит по длине блока цилиндров, не пересекая огибающую, охватываемую каждым коленчатым валом, и шатунные средства, связанные с этим коленчатым валом, посредством чего фазирующие шестерни механизма фазорегулятора работают по всей длине блока цилиндров, чтобы минимизировать длину каждого из коленчатых валов и, в конечном итоге, внешние продольные размеры двигателя.
      • Патент США. В US 7,185,557 (Venettozzi) описан эпитрохоидальный механизм коленчатого вала и способ повышения производительности как двухтактных, так и четырехтактных поршневых двигателей внутреннего сгорания, поршневых поршневых насосов и компрессоров путем создания эпитрохоидального пути перемещения для нижнего конца соединительного элемента. стержень. Поршень, прикрепленный к верхнему концу шатуна, находится в нижней части хода, увеличивая мощность двигателя, насоса или компрессора за счет лучшего использования доступного давления в цилиндре.
      • Патент США. В US 8,967,097 (Perez, et al.) Раскрыт механизм переменного хода для изменения длины хода двигателя внутреннего сгорания во время каждого рабочего цикла, который включает в себя зубчатую передачу с первой шестерней, установленной без возможности вращения на блоке двигателя, и вторая шестерня, имеющая зубцы, сформированные на ее внутренней поверхности, входящие в зацепление с первой шестерней для достижения однородного механического плеча кривошипа и регулируемого плеча кулачка для создания переменной длины возвратно-поступательного движения поршня в течение всего рабочего цикла двигателя.Ориентация плеча кривошипа и плеча кулачка относительно оси возвратно-поступательного движения поршня выбирается для того, чтобы рычаг кривошипа и рычаг кулачка совместно создавали положительный крутящий момент на коленчатом валу в положении верхней мертвой точки поршня. Зубчатая передача также выборочно конфигурируется и имеет размеры для достижения заданного отношения длины плеча кулачка к длине плеча кривошипа.

    Патент США. В US 5,816,201 (Garvin) раскрыт механизм смещения коленчатого вала для двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает большую эффективность и увеличенный крутящий момент.Изобретение включает в себя блок цилиндров, картер двигателя, один или несколько поршневых цилиндров, каждый из которых имеет поршень, возвратно-поступательно расположенный в нем, вращающийся коленчатый вал, расположенный продольно внутри картера и смещенный на заданное расстояние от вертикальной оси поршневого цилиндра, и один или дополнительные шатуны, соединяющие поршни с коленчатым валом. Смещенный коленчатый вал расположен так, что в точке во время рабочего хода коленчатый вал перпендикулярен вертикальной оси поршневого цилиндра, а шатун по существу коллинеарен вертикальной оси поршневого цилиндра.Коленчатый вал должен располагаться достаточно далеко под поршневыми цилиндрами, чтобы предотвратить столкновение между шатунами и поршневыми цилиндрами. Длинные шатуны используются для повышения эффективности двигателя за счет увеличения давления в камере сгорания в верхней мертвой точке и уменьшения угла обратного хода, что снижает трение между поршнями и поршневыми цилиндрами.

      • Патент США. В US 5215051 (Smith) раскрыт модифицированный атмосферный двигатель внутреннего сгорания, в котором коленчатый вал эксцентрично установлен на подшипниках блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания для обеспечения улучшенного объемного КПД.В каждом месте опоры коленчатого вала предусмотрена модифицированная шейка коленчатого вала и опорная конструкция блока цилиндров, так что шатунные подшипники вращаются вокруг эксцентричной средней линии. Эксцентриситет достигается за счет смещения шейки коленчатого вала на заданное расстояние над исходной истинной центральной линией коленчатого вала, предпочтительно примерно от четверти до половины дюйма. Верхняя мертвая точка (ВМТ) каждого поршня остается такой же по отношению к его цилиндру, но нижняя мертвая точка (ВМТ) каждого поршня относительно его цилиндра уменьшается на величину смещения, потому что подшипники блока цилиндров занижена относительно истинной средней линии коленчатого вала на величину смещения шейки коленчатого вала.
      • Патент США. В US 7 438041 (Renato) описана эксцентриковая система шатуна, в которой поршневой палец имеет форму цилиндра и имеет два выреза, расположенные перпендикулярно оси поршневого пальца, которые образуют три сектора. Два внешних сектора соответствуют соединению с кривошипом, а внутренний сектор соединен с шатуном.
      • Патент США. В US 6,505,582 (Moteki, et al.) Раскрыт механизм переменной степени сжатия поршневого двигателя, который включает, по меньшей мере, верхнее звено, соединенное одним концом с поршневым пальцем, и нижнее звено, соединяющее другой конец верхнего звена с шатунной шейкой. .В верхней мертвой точке, когда гипотетические точки соединения между верхними и нижними звеньями можно предположить по обе стороны отрезка линии, соединяющего центр поршневого пальца и центр шатунной шейки, а первая из точек соединения имеет меньший наклон. угол, измеряемый в том же направлении, что и направление вращения коленчатого вала, от осевой линии возвратно-поступательного движения центра поршневого пальца и до отрезка линии, соединяющего центр поршневого пальца и первую точку соединения; по сравнению со второй точкой подключения первая точка подключения выбирается как фактическая точка подключения.

    По вышеуказанным причинам существует потребность в улучшенных двигателях внутреннего сгорания, включая двигатели с оппозитными поршнями, с улучшенными характеристиками, мощностью и эффективностью при различных нагрузках, скоростях и условиях окружающей среды. В таких двигателях должна быть улучшена геометрия коленчатого вала, шатунов и поршней двигателей, что приведет к улучшению характеристик движения поршней в таких двигателях и, как следствие, к улучшению рабочих характеристик, мощности и эффективности двигателя в условиях разнообразие нагрузки, скорости и условий окружающей среды.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Настоящее изобретение направлено на улучшение рабочих характеристик, мощности и эффективности двигателя, которые могут быть достигнуты путем изменения характеристик движения и хода шатунов двигателя внутреннего сгорания.

    Шатуны в обычных двигателях внутреннего сгорания имеют сложное движение, то есть маленькие концы шатунов совершают возвратно-поступательное движение, а большие концы шатунов вращаются. Маленькие концы шатунов соединены с поршнями с помощью плавающих цилиндрических штифтов, называемых пальцами запястья.Большие концы шатунов, которые противостоят малым концам шатунов, обычно соединяются с коленчатым валом типичного обычного двигателя внутреннего сгорания шатунной шейкой.

    Улучшения в характеристиках движения и хода шатунов используются для изменения и улучшения характеристик движения и хода поршней, что приводит к улучшенным характеристикам, мощности и эффективности двигателя, с использованием кривошипно-шатунных механизмов по настоящему изобретению.

    Кривошипно-шатунный механизм, имеющий признаки настоящего изобретения для использования в двигателе с оппозитными поршнями, содержит: противоположные поршни, которые совершают возвратно-поступательное движение внутри противоположных цилиндров, каждый из которых имеет отверстие цилиндра, содержащее: противоположные шатуны, каждый шатун противоположные шатуны, имеющие: первую ножку и вторую ножку, расположенные под углом друг к другу, причем первая ножка имеет конец поршня, каждый поршень противоположных поршней шарнирно соединен с концом поршня, вторая ножка имеет конец кривошипа; противоположные пары наборов зубчатых колес, каждая пара наборов зубчатых колес из противоположных пар наборов зубчатых колес включает первый набор зубчатых колес и второй набор зубчатых колес, которые являются зеркальным отображением друг друга, причем каждый набор зубчатых колес каждой пары наборов зубчатых колес содержит: шатунная шейка; кривошипный конец второй стойки шарнирно соединен с шатунной шейкой; шатунный шатун, проходящий между кривошипом первого набора шестерен и кривошипом второго набора шестерен; кривошипную шестерню, вал кривошипа, кривошипную шестерню, установленную с возможностью вращения на валу кривошипной шестерни, шатунную шейку, расположенную между центральной линией вала кривошипной шестерни и радиусом делительной окружности кривошипной шестерни; первая неподвижная шестерня, кривошипная шестерня находится в зацеплении с первой неподвижной шестерней, кривошипный конец шатуна приводит в движение шатун, который приводит в движение кривошипно-шатунную шестерню и вал кривошипа вокруг первой неподвижной шестерни, шатун кривошипа и конец кривошипа вращаются около первой неподвижной шестерни и следуя по траектории рулетки центрированного трохоиды вокруг первой неподвижной шестерни; ведомую шестерню коленчатого вала, ведомую шестерню коленчатого вала, установленную с возможностью вращения на валу коленчатого вала, кривошипную шестерню и ведомую шестерню коленчатого вала, установленные на противоположных концах вала коленчатой ​​шестерни; вторую неподвижную шестерню, расположенную напротив первой неподвижной шестерни, при этом ведомая шестерня коленчатого вала находится в зацеплении со второй неподвижной шестерней; ведущий вал, причем ведущий вал установлен с возможностью вращения на первой неподвижной шестерне; приводной вал, установленный с возможностью вращения на второй неподвижной шестерне; уравновешенный радиальный рычаг, уравновешенный радиальный рычаг, имеющий точку поворота и внешний радиальный подшипник рычага, уравновешенный радиальный рычаг между кривошипной шестерней и ведомой шестерней коленчатого вала и между первой неподвижной шестерней и вторичной стационарной шестерней, уравновешенный радиальный рычаг прикреплен к ведущему валу в точке поворота, уравновешенный радиальный рычаг, установленный с возможностью вращения на валу кривошипа на внешнем радиальном подшипнике рычага, привод вала кривошипа на внешнем подшипнике радиального рычага, уравновешенный радиальный рычаг вокруг точки поворота, ведомая шестерня коленчатого вала, вращающаяся вокруг второй неподвижной шестерни, по существу, синхронно с кривошипной шестерней, вращающейся вокруг первой неподвижной шестерни; уравновешенный радиальный рычаг, вращающий приводной вал вокруг точки поворота; шестерня ведущего вала, шестерня ведущего вала прикреплена к ведущему валу; ведущий вал приводит в движение шестерню ведущего вала; выходная шестерня, шестерня ведущего вала приводит в движение ведомую шестерню; выходной вал, выходной вал прикреплен к выходной шестерне каждого набора шестерен каждой пары шестерен, выходная шестерня прикреплена к выходному валу.

    Альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма, имеющего признаки настоящего изобретения для использования в двигателе внутреннего сгорания, содержит: множество поршней, которые совершают возвратно-поступательное движение внутри множества цилиндров, каждый из которых имеет отверстие цилиндра, включая: множество шатунов, причем каждый шатун из множества шатунов имеет конец поршня и конец кривошипа: каждый поршень из множества поршней шарнирно соединен с концом поршня; множество противоположных пар наборов зубчатых колес, каждая пара наборов зубчатых колес из противоположных пар наборов зубчатых колес содержит первый набор зубчатых колес и второй набор зубчатых колес, которые являются зеркальным отображением друг друга, причем каждый набор зубчатых колес каждой пары наборов зубчатых колес содержащий: шатунную шейку; кривошипный конец шатуна шарнирно соединен с шатунной шейкой; шатунный шатун, проходящий между кривошипом первого набора шестерен и кривошипом второго набора шестерен; кривошипную шестерню, вал кривошипа, кривошипную шестерню, установленную с возможностью вращения на валу кривошипной шестерни, шатунную шейку, расположенную между центральной линией вала кривошипной шестерни и радиусом делительной окружности кривошипной шестерни; первая неподвижная шестерня, кривошипная шестерня находится в зацеплении с первой неподвижной шестерней, кривошипный конец шатуна приводит в движение шатун, который приводит в движение кривошипно-шатунную шестерню и вал кривошипа вокруг первой неподвижной шестерни, шатун кривошипа и конец кривошипа вращаются около первой неподвижной шестерни и следуя по траектории рулетки центрированного трохоиды вокруг первой неподвижной шестерни; ведомую шестерню коленчатого вала, ведомую шестерню коленчатого вала, установленную с возможностью вращения на валу коленчатого вала, кривошипную шестерню и ведомую шестерню коленчатого вала, установленные на противоположных концах вала коленчатой ​​шестерни; вторую неподвижную шестерню, расположенную напротив первой неподвижной шестерни, при этом ведомая шестерня коленчатого вала находится в зацеплении со второй неподвижной шестерней; ведущий вал, причем ведущий вал установлен с возможностью вращения на первой неподвижной шестерне; приводной вал, установленный с возможностью вращения на второй неподвижной шестерне; уравновешенный радиальный рычаг, уравновешенный радиальный рычаг, имеющий точку поворота и внешний радиальный подшипник рычага, уравновешенный радиальный рычаг, прикрепленный к приводному валу в точке поворота, уравновешенный радиальный рычаг, установленный с возможностью вращения на вал коленчатого вала на внешнем радиальном рычаге подшипник, приводной вал коленчатого вала, на внешнем радиальном подшипнике рычага, уравновешенный радиальный рычаг вокруг точки поворота, ведомая шестерня коленчатого вала вращается вокруг второй неподвижной шестерни, по существу, в унисон с кривошипной шестерней, вращающейся вокруг первой неподвижной шестерни; уравновешенный радиальный рычаг, вращающий приводной вал вокруг точки поворота; шестерня ведущего вала, шестерня ведущего вала прикреплена к ведущему валу; ведущий вал приводит в движение шестерню ведущего вала; выходная шестерня, шестерня ведущего вала приводит в движение ведомую шестерню; выходной вал, выходной вал прикреплен к выходной шестерне каждого набора шестерен каждой пары шестерен, выходная шестерня прикреплена к выходному валу.

    Другой альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма, имеющего признаки настоящего изобретения, для использования в двигателе внутреннего сгорания, содержит: по меньшей мере, один поршень, который совершает возвратно-поступательное движение по меньшей мере в одном цилиндре, причем каждый по меньшей мере один цилиндр имеет цилиндр. канал, содержащий: по меньшей мере, один шатун, каждый из которых имеет по меньшей мере один шатун, имеющий: конец поршня и конец кривошипа, причем каждый поршень по меньшей мере одного поршня шарнирно соединен с концом поршня; по меньшей мере одна противоположная пара наборов зубчатых колес, каждая из которых представляет собой по меньшей мере одну противоположную пару наборов зубчатых колес, состоящую из первого набора зубчатых колес и второго набора зубчатых колес, которые являются зеркальным отображением друг друга, причем каждый набор зубчатых колес по меньшей мере из одной пары наборов зубчатых колес содержащий: шатунную шейку; кривошипный конец по меньшей мере одного шатуна, шарнирно соединенный с шатунной шейкой; шатунный шатун, проходящий между кривошипом первого набора шестерен и кривошипом второго набора шестерен; кривошипную шестерню, вал кривошипа, кривошипную шестерню, установленную с возможностью вращения на валу кривошипной шестерни, шатунную шейку, расположенную между центральной линией вала кривошипной шестерни и радиусом делительной окружности кривошипной шестерни; первая неподвижная шестерня, кривошипная шестерня находится в зацеплении с первой неподвижной шестерней, кривошипный конец по меньшей мере одного шатуна приводит в движение шатун, который приводит в движение кривошипно-шатунную шестерню и вал кривошипной шестерни вокруг первой неподвижной шестерни, кривошипного пальца и конец кривошипа вращается вокруг первой неподвижной шестерни и следует по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг первой неподвижной шестерни; ведомую шестерню коленчатого вала, ведомую шестерню коленчатого вала, установленную с возможностью вращения на валу коленчатого вала, кривошипную шестерню и ведомую шестерню коленчатого вала, установленные на противоположных концах вала коленчатой ​​шестерни; вторую неподвижную шестерню, расположенную напротив первой неподвижной шестерни, при этом ведомая шестерня коленчатого вала находится в зацеплении со второй неподвижной шестерней; ведущий вал, причем ведущий вал установлен с возможностью вращения на первой неподвижной шестерне; приводной вал, установленный с возможностью вращения на второй неподвижной шестерне; уравновешенный радиальный рычаг, уравновешенный радиальный рычаг, имеющий точку поворота и внешний радиальный подшипник рычага, уравновешенный радиальный рычаг между кривошипной шестерней и ведомой шестерней коленчатого вала и между первой неподвижной шестерней и вторичной стационарной шестерней, уравновешенный радиальный рычаг прикреплен к ведущему валу в точке поворота, уравновешенный радиальный рычаг, установленный с возможностью вращения на валу кривошипа на внешнем радиальном подшипнике рычага, привод вала кривошипа на внешнем подшипнике радиального рычага, уравновешенный радиальный рычаг вокруг точки поворота, ведомая шестерня коленчатого вала, вращающаяся вокруг второй неподвижной шестерни, по существу, синхронно с кривошипной шестерней, вращающейся вокруг первой неподвижной шестерни; уравновешенный радиальный рычаг, вращающий приводной вал вокруг точки поворота; шестерня ведущего вала, шестерня ведущего вала прикреплена к ведущему валу; ведущий вал приводит в движение шестерню ведущего вала; выходная шестерня, шестерня ведущего вала приводит в движение ведомую шестерню; выходной вал, выходной вал прикреплен к выходной шестерне каждого набора шестерен каждой пары шестерен, выходная шестерня прикреплена к выходному валу.

    Другой альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма, имеющего признаки настоящего изобретения, для использования в двигателе внутреннего сгорания, содержит: по меньшей мере, один поршень, который совершает возвратно-поступательное движение по меньшей мере в одном цилиндре, содержащий: по меньшей мере, один шатун, каждый по меньшей мере одного шатуна, содержащего: первую ножку и вторую ножку, расположенные под углом друг к другу, причем первая ножка имеет конец поршня, шарнирно соединенный с каждым из, по меньшей мере, одного поршня, а вторая ножка имеет конец кривошипа; по меньшей мере одну зубчатую передачу, причем каждая из по меньшей мере одной зубчатой ​​передачи содержит: кривошипную шейку, причем кривошипный конец второй стойки шарнирно соединен с кривошипной шейкой; кривошипно-шатунный механизм; вал коленчатой ​​шестерни, кривошипная шестерня, установленная с возможностью вращения на валу кривошипной шестерни, шатунная шейка, расположенная между центральной линией вала кривошипной шестерни и радиусом делительной окружности кривошипной шестерни; неподвижная шестерня, кривошипная шестерня находится в зацеплении с неподвижной шестерней, кривошипный конец каждого из по меньшей мере одного шатуна приводит в движение кривошипную шейку, которая приводит в движение кривошипную шестерню и вал кривошипной шестерни вокруг неподвижной шестерни; кривошипный штифт и конец кривошипа вращаются вокруг неподвижной шестерни и следуют по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг неподвижной шестерни.

    Другой альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма, имеющий признаки настоящего изобретения, содержит: по меньшей мере, один поршень, который совершает возвратно-поступательное движение по меньшей мере в одном цилиндре, содержащий: по меньшей мере, один шатун, содержащий: конец поршня, шарнирно соединенный с хотя бы один поршень, конец кривошипа; по меньшей мере, одну зубчатую передачу, содержащую шатунную шейку, причем конец кривошипа шарнирно соединен с шатунной шейкой; кривошипно-шатунный механизм; вал коленчатой ​​шестерни, кривошипная шестерня, установленная с возможностью вращения на валу кривошипной шестерни, шатунная шейка, расположенная между центральной линией вала кривошипной шестерни и радиусом делительной окружности кривошипной шестерни; неподвижная шестерня, кривошипная шестерня находится в зацеплении с неподвижной шестерней, конец кривошипа приводит в движение шатун, который приводит в движение кривошипно-шатунную шестерню и вал кривошипа вокруг неподвижной шестерни; кривошипный штифт и конец кривошипа вращаются вокруг неподвижной шестерни и следуют по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг неподвижной шестерни.

    ЧЕРТЕЖИ

    Эти и другие особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными с учетом следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопроводительных чертежей, на которых:

    Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе внутренней части двигателя с противоположным расположением поршней, показывающий механизмы кривошипа и шатуна с противоположным расположением в соответствии с настоящим изобретением, сконструированные в соответствии с настоящим изобретением;

    РИС. 2 - вид сверху внутренней части двигателя с оппозитными поршнями, показанного на фиг.1, показывающий противолежащие кривошипно-шатунный и шатунный механизмы настоящего изобретения;

    РИС. 3 - увеличенная часть вида сверху фиг. 2, показывающий смежные из противоположных кривошипно-шатунных механизмов;

    РИС. 4 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей одного из противолежащих механизмов кривошипа и шатуна, показанных на фиг. 1;

    РИС. 5 - вид в перспективе одного из противолежащих механизмов кривошипа и шатуна, показанных на фиг. 1;

    РИС. 6 - вид сбоку кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг.5;

    РИС. 7 - вид сбоку кривошипно-шатунного механизма и первой ведомой шестерни кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 5;

    РИС. 8 - вид сбоку шатуна, кривошипной шестерни и первой ведомой шестерни кривошипно-шатунного механизма по фиг. 5, показывающий кривошипно-шатунную шестерню и первую ведомую шестерню в разных положениях фантомом;

    РИС. 9 - частичный вид сбоку кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 5, показывающий шатун и кривошипную шестерню в первом положении;

    РИС.10 - частичный вид сбоку кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 5, показывающий шатун и кривошипную шестерню во втором положении;

    РИС. 11 - частичный вид сбоку кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 5, показывающий шатун и кривошипную шестерню в третьем положении;

    РИС. 12 - частичный вид сбоку кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 5, показывающий шатун и кривошип в четвертом положении;

    РИС. 13 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей альтернативного варианта кривошипно-шатунного механизма согласно настоящему изобретению;

    РИС.14 - вид в перспективе внутренней части двигателя, показывающий альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма согласно настоящему изобретению;

    РИС. 15 - вид в перспективе внутренней части двигателя, показывающий альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма согласно настоящему изобретению;

    РИС. 16 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей альтернативного варианта кривошипно-шатунного механизма, показанного на фиг. 15;

    РИС. 17 - вид в перспективе внутренней части двигателя, показывающий альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма по фиг.15, дополнительно содержащий поворотный клапан;

    РИС. 18 - вид с торца внутренней части двигателя, показанного на фиг. 17, показывающий альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма по фиг. 15, дополнительно содержащий поворотный клапан;

    РИС. 19 - вид спереди внутренней части двигателя по фиг. 17, показывающий альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма по фиг. 15, дополнительно содержащий поворотный клапан;

    РИС. 20 - увеличенный вид торцевого сечения поворотного клапана, показанного на фиг.17;

    РИС. 21 - увеличенный вид спереди в поперечном разрезе поворотного клапана по фиг. 17;

    РИС. 22A - вид в разрезе поворотного клапана по фиг. 17 в первом пошаговом приращении вращения;

    РИС. 22B - вид в разрезе поворотного клапана по фиг. 17 во втором пошаговом приращении вращения;

    РИС. 22C - вид в разрезе поворотного клапана по фиг. 17 в третьем пошаговом приращении вращения;

    РИС. 23 - увеличенный вид конца поперечного сечения альтернативного варианта поворотного клапана для использования с кривошипно-шатунным механизмом, показанным на фиг.15;

    РИС. 24 - вид в перспективе с пространственным разделением деталей альтернативного варианта кривошипно-шатунного механизма согласно настоящему изобретению;

    РИС. 25 - вид в перспективе двигателя, использующего множество кривошипно-шатунных механизмов согласно настоящему изобретению;

    РИС. 26 - вид в перспективе другого двигателя, использующего множество кривошипно-шатунных механизмов согласно настоящему изобретению; и

    фиг. 27 - вид в перспективе двигателя с оппозитными поршнями, в котором используется множество кривошипно-шатунных механизмов согласно настоящему изобретению.

    ОПИСАНИЕ

    Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на фиг. 1-27 рисунков. Идентичные элементы на различных фигурах обозначены одинаковыми ссылочными номерами.

    Улучшения характеристик, мощности и эффективности двигателя можно достичь путем изменения характеристик движения и хода шатунов двигателя внутреннего сгорания.

    Шатуны в обычных двигателях внутреннего сгорания имеют составное движение, т.е.е., маленькие концы шатунов совершают возвратно-поступательное движение, а большие концы шатунов вращаются. Маленькие концы шатунов соединены с поршнями с помощью плавающих цилиндрических штифтов, называемых пальцами запястья. Большие концы шатунов, которые противостоят малым концам шатунов, обычно соединяются с коленчатым валом типичного обычного двигателя внутреннего сгорания шатунной шейкой.

    Характеристики движения поршней в обычном двигателе внутреннего сгорания определяются движением, которое шатуны и узел коленчатого вала сообщают поршням.Движение шатунов и коленчатого вала в сборе, таким образом, определяет характеристики движения поршней.

    Движение поршней в пределах девяноста градусов до и после «верхней мертвой точки» отличается от движения в пределах девяноста градусов до и после «нижней мертвой точки» в большинстве обычных двигателей. Поршень перемещается существенно больше, чем половина значения хода, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки, и поршень перемещается существенно меньше, чем половина значения хода, когда поршень находится в пределах девяноста градусов от нижней мертвой точки.

    Асимметрия движения возникает из-за бокового движения шатунной шейки, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки, и по существу коллинеарного движения шатунной шейки по отношению к центральной линии цилиндра, когда поршень находится практически в нижней мертвой точке. Центр, и зависит от отношения длины шатуна к ходу.

    Опять же, отношение штока к ходу (R / S) и положение шатунной шейки определяют характеристики движения поршня и, таким образом, производительность и эффективность двигателя.

    Степень сжатия обычного двигателя внутреннего сгорания - это отношение объема наибольшего объема цилиндра к его наименьшему объему. Более подробно, поршень проходит через объем, который называется объемом вытеснения, и минимальный объем достигается, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Таким образом, максимальный объем - это сумма рабочего объема плюс минимальный объем. Отношение максимального объема к зазору называется степенью сжатия, которая влияет на характеристики двигателя, мощность и эффективность.

    Производительность, мощность и эффективность двигателя можно улучшить, изменив характеристики движения и хода поршней двигателя внутреннего сгорания.

    Производительность, мощность и эффективность двигателя могут быть улучшены путем модификации и / или изменения зазора, рабочего объема или как зазора, так и рабочего объема поршней в цилиндрах и, в частности, путем изменения соединительного геометрия шатуна, движение шатунной шейки и / или изменение движения шатуна.Эти и другие факторы настоящего изобретения будут рассмотрены более подробно.

    РИС. 1-12 показан вариант осуществления настоящего изобретения, двигатель 10 с оппозитными поршнями, который имеет множество кривошипно-шатунных механизмов 12 , сконструированных в соответствии с настоящим изобретением, которые придают асимметричное движение противоположным поршням 14 внутри цилиндров 16 . Противоположные поршни 14 , которые совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах 16 , а также кривошипно-шатунный механизм , 12 , размещены внутри блока цилиндров 17 .Цилиндры 16 имеют отверстия 18 цилиндров, каждое из которых имеет центральную линию 19 отверстия цилиндра.

    Каждый из кривошипно-шатунных механизмов , 12, имеет шатун 20 и пару зубчатых колес 22 , состоящую из первой зубчатой ​​передачи 24 и второй зубчатой ​​передачи 26 , которые являются зеркальными. изображения друг друга.

    Пара зубчатых колес 22 обеспечивает асимметричное вращательное движение на конце кривошипа 28 шатуна 20 на шатунной шейке 30 и возвратно-поступательное движение противоположных поршней 14 .Конец кривошипа 28 шатуна 20 имеет сквозное отверстие 31 кривошипа.

    Первая зубчатая передача 24 и вторая зубчатая передача 26 имеют кривошипную шестерню 32 , каждая из которых прикреплена к шатунной шейке 30 на противоположных концах кривошипной шейки 30 .

    Концевой подшипник кривошипа 33 установлен в торцевом отверстии кривошипа 31 шатуна 20 для приема через него шатунной шейки 30 , таким образом, позволяя шатунной шейке 30 вращаться вокруг кривошипной шестерни 32 как шатун 20 совершает возвратно-поступательное движение.

    Шатун 30 проходит от и между кривошипными шестернями 32 первой зубчатой ​​передачи 24 и второй зубчатой ​​передачи 26 через концевой подшипник кривошипа 33 , установленный в торцевом отверстии кривошипа 31 на конце кривошипа 28 шатуна 20 , что облегчает передачу движения от шатуна 20 к кривошипным шестерням 32 и наоборот.

    Первая зубчатая передача 24 и вторая зубчатая передача 26 каждая имеют первую неподвижную шестерню 34 .Кривошипные шестерни 32 первой шестерни 24 и второй шестерни 26 зацеплены и вращаются вокруг первых неподвижных шестерен 34 первой шестерни 24 и второй шестерни 26 .

    Шатун 30 вращается вокруг первых неподвижных шестерен 34 и следует по траектории рулетки центрированного трохоиды вокруг первых неподвижных шестерен 34 . Следовательно, конец кривошипа 28 шатуна 20 на шатунной шейке 30 вращается вокруг первых неподвижных шестерен 34 и следует по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг первых неподвижных шестерен 34 .

    Шестерни кривошипа 32 имеют отверстия под шатун 36 для приема через них шатуна 30 и крепления к нему шатуна 30 , а на конце кривошипа 28 шатуна 20 есть отверстие под шатун 31 , в котором установлен подшипник 33 на конце кривошипа для приема через него шатунной шейки 30 . Шатун 20 приводит в движение кривошипную шестерню 32 на шейке кривошипа 30 .

    Шатун 20 , который приводится в действие взрывной силой, передаваемой поршню 14 внутри цилиндра 16 , соединен с поршнем 14 на пальце запястья 40 , который обеспечивает подшипник 41 , чтобы шатун 20 поворачивался во время движения поршня 14 . Шатун 20 имеет первую ножку 42 , имеющую длину первой ножки 43 , и вторую ножку 44 , имеющую длину второй ножки 45 , которая расположена под углом от первой ножки 42 на угол Ø ( 46 ).

    Первая зубчатая передача 24 и вторая зубчатая передача 26 имеют уравновешенный радиальный рычаг 47 и ведущий вал 50 . Каждый из уравновешенных радиальных рычагов 47 содержит радиальный рычаг 48 и противовес 49 , который минимизирует вибрацию. Уравновешенные радиальные рычаги 47 прикреплены к соответствующим приводным валам 50 и установлены на них. Уравновешенные радиальные рычаги 47 приводят в движение приводные валы 50 , в то время как уравновешенные радиальные рычаги 47 вращаются.

    Каждый из радиальных рычагов 48 имеет внешнее радиальное отверстие для рычага 52 , в котором установлен внешний радиальный подшипник 53 рычага для приема через него вала 54 коленчатого вала. Каждая из кривошипных шестерен , 32, прикреплена к соответствующему одному из валов , 54, кривошипа.

    Наружные радиальные подшипники рычага 53 позволяют кривошипным шестерням 32 вращаться вокруг первых неподвижных шестерен 34 и приводят в движение радиальные рычаги 48 вокруг приводных валов 50 при вращении кривошипных шестерен 32 .

    Каждый из радиальных рычагов 48 имеет отверстие под вал 55 шарнира. Каждый из радиальных рычагов , 48, прикреплен к соответствующему одному из приводных валов , 50, в соответствующем одном из отверстий 55 ведущего вала точки поворота.

    Шатун 20 приводит в движение шейки кривошипа 30 , которые приводят в движение кривошипные шестерни 32 и валы кривошипных шестерен 54 относительно первых неподвижных шестерен 34 .Кривые , 30, каждый следуют по траектории рулетки центрированного трохоида, поскольку кривошипные шестерни , 32, вращаются вокруг первых неподвижных шестерен , 34, . Следовательно, конец кривошипа 28 шатуна 20 на шатунной шейке 30 вращается вокруг первых неподвижных шестерен 34 и следует по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг первых неподвижных шестерен 34 .

    Коленчатые валы 54 приводят в движение радиальные рычаги 48 , так как кривошипные шестерни 32 вращаются вокруг первых неподвижных шестерен 34 .Радиальные рычаги 48 , которые приводятся в движение кривошипными валами 54 , приводят в движение ведущие валы 50 , когда кривошипные шестерни 32 вращаются вокруг первых неподвижных шестерен 34 .

    Первая зубчатая передача 24 и вторая зубчатая передача 26 каждая имеют ведомую шестерню 56 коленчатого вала и вторую неподвижную шестерню 57 . Кривошипные шестерни , 32, и ведомые шестерни , 56, коленчатого вала прикреплены к соответствующим валам коленчатого вала , 54 на противоположных концах валов коленчатого вала , 54 .

    Первая неподвижная шестерня 34 и вторая неподвижная шестерня 57 первой шестерни 24 и второй шестерни 26 расположены напротив друг друга, и каждая из них имеет первый неподвижный подшипник шестерни 58 и подшипник 59 второй неподвижной шестерни, соответственно, для приема с возможностью вращения через них приводных валов 50 . Каждый из радиальных рычагов , 48, прикреплен к соответствующему одному из приводных валов 50 между первой неподвижной шестерней , 34, и второй неподвижной шестерней , 57, .Каждый приводной вал 50 имеет фланцы или выступы на противоположных концах приводных валов 50 для предотвращения бокового перемещения приводных валов 50 и предотвращения бокового перемещения первых неподвижных шестерен 34 или отделения от привода. валы 50 .

    Кривошипные шестерни 32 приводят в движение ведомые шестерни коленчатого вала 56 через коленчатые валы 54 . Кривошипные шестерни 32 вращаются вокруг первых неподвижных шестерен 34 , а ведомые шестерни 54 коленчатого вала вращаются вокруг вторых неподвижных шестерен 57 , причем кривошипные штифты 30 следуют по существу по тому же пути рулетки центрированная трохоида.Следовательно, конец кривошипа 28 шатуна 20 на шатунной шейке 30 вращается вокруг первых неподвижных шестерен 34 и следует по траектории рулетки центрированной трохоиды вокруг первых неподвижных шестерен 34 .

    Наружный радиальный подшипник рычага 53 позволяет кривошипным шестерням 32 и ведомым шестерням коленчатого вала 56 вращаться вокруг валов коленчатого вала 54 , а также кривошипным шестерням 32 и ведомым шестерням коленчатого вала 56 вращаются вокруг первой неподвижной шестерни 34 и второй неподвижной шестерни 57 .

    Кривошипные шестерни 32 приводят в движение ведомые шестерни 56 коленчатого вала через валы коленчатого вала 54 по существу синхронно.

    Кривошипные шестерни 32 и ведомые шестерни коленчатого вала 56 приводят в движение уравновешенные радиальные рычаги 47 , которые приводят в движение ведущие валы 50 , при вращении уравновешенных радиальных рычагов 47 .

    Радиальные рычаги 48 уравновешенных радиальных рычагов 47 , которые закреплены и установлены на приводных валах 50 , приводятся в движение за счет движения кривошипных шестерен 32 вокруг первых неподвижных шестерен 34 и вторые неподвижные шестерни 55 и приводные валы 50 .

    Кривошипные шестерни 32 и ведомые шестерни 56 коленчатого вала имеют по существу одинаковое трохоидальное движение относительно первых неподвижных шестерен 34 и вторых неподвижных шестерен 57 соответственно. Производительность двигателя с оппозитными поршнями 10 может контролироваться путем управления центрированным трохоидальным движением шатунов 30 и, следовательно, центрированным трохоидальным движением конца кривошипа 28 шатуна 20 посредством:

      • регулировка расстояния кривошипа 30 от центров кривошипных шестерен 32 относительно радиусов кривошипных шестерен , 32, и / или;
      • регулировка диаметров кривошипных шестерен 32 относительно диаметров первых неподвижных шестерен 34 ;
        , каждый из которых регулирует трохоидальное движение конца кривошипа 28 шатуна 20 и асимметричное движение шатуна 20 , а также производительность кривошипно-шатунного механизма 12 и производительность противоположных поршневой двигатель 10 .

    Следует отметить, что диаметр делительной окружности используется для определения диаметра зубчатого колеса, которое за счет чистого качения будет производить такое же движение, что и зубчатое зубчатое колесо. Промежуточная окружность - это воображаемая окружность шестерни, по которой она может катиться без проскальзывания с делительной окружностью другой шестерни. Точка соприкосновения двух делительных окружностей становится делительной точкой.

    Шатун 20 предпочтительно имеет угловую форму, хотя может использоваться обычная форма шатуна.Угол Ø ( 46 ) обычно находится в пределах от девяноста градусов до ста восьмидесяти градусов, но может быть любым другим подходящим углом. Когда угол Ø ( 46 ) между первой опорой 42 и второй опорой 44 шатуна 20 составляет сто восемьдесят градусов, шатун 20 приближается к углу обычного соединительного стержень. Производительность двигателя с оппозитными поршнями 10 можно регулировать дополнительно, регулируя угол Ø ( 46 ) между первой опорой 42 и второй опорой 44 шатуна 20 и / или контролируя длину первой ножки 42 относительно длины второй ножки 44 шатуна 20 .

    Таким образом, производительность оппозитного поршневого двигателя 10 может контролироваться:

      • регулировкой расстояния шатунной шейки 30 от центров кривошипных шестерен 32 относительно радиусов кривошипных шестерен. 32 и / или;
      • регулировка диаметров кривошипных шестерен 32 относительно диаметров первых неподвижных шестерен 34 ; и / или
      • , контролирующий угол Ø ( 46 ) между первой опорой 42 и второй опорой 44 шатуна 20 ; и / или
      • , управляющий длиной первой ножки 42 относительно длины второй ножки 44 шатуна 20 .

    Вторые неподвижные шестерни 57 прикреплены к опорным элементам 60 или другим подходящим опорам с помощью крепежных элементов 61 и поддерживаются ими.

    Первая зубчатая передача 24 и вторая зубчатая передача 26 каждая имеют шестерню ведущего вала 62 , установленную на соответствующем одном из приводных валов 50 , каждая из шестерен ведущего вала 62 ведомая посредством соответствующего одного из приводных валов 50 и ведомой шестерни 63 , при этом каждая из ведомых шестерен 63 приводится в движение соответствующей одной из шестерен 62 ведущего вала.

    Двигатель 10 с оппозитными поршнями имеет выходной вал 64 , а опорные элементы 60 имеют отверстия 65 для приема через них выходного вала 64 . Выходные шестерни 63 , которые приводятся в движение шестернями ведущего вала 62 , приводят в движение выходной вал 64 .

    Блок двигателя 17 имеет подшипники 66 для приема через них приводных валов 50 и подшипники 67 для приема через них выходного вала 64 , таким образом, позволяя приводным валам 50 и выходному валу 64 вращаться, так как шатун 20 совершает возвратно-поступательное движение.Приводные валы 50 и выходной вал 64 каждый имеют фланцы или выступы на противоположных концах приводных валов 50 и на противоположных концах выходного вала 64 , чтобы предотвратить приводные валы 50 и выходной вал 64 от бокового или случайного перемещения из блока цилиндров 17 .

    Двигатель с оппозитными поршнями 10 имеет улучшенные характеристики, мощность и эффективность, основанные на улучшении характеристик движения, сообщаемых поршням 14 кривошипно-шатунным механизмом 12 двигателя с оппозитным поршнем 10 .

    РИС. 13 показан альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма , 70, для использования в двигателе, содержащего по меньшей мере один поршень, совершающий возвратно-поступательное движение по меньшей мере в одном цилиндре, и имеющий по меньшей мере один кривошипно-шатунный механизм , 70, .

    Кривошипно-шатунный механизм 70 содержит:

      • шатун 72 , содержащий:
        • первую ногу 74 и вторую ногу 76 , расположенные под углом друг к другу,
          • первая ножка 74 , имеющая конец поршня 78 , шарнирно соединенная с поршнем 80 ,
          • , вторая ножка 76 , имеющая конец кривошипа 82 ;
        • зубчатая передача 84 , содержащая:
          • шатун 86 ,
            • конец кривошипа 82 второй стойки 76 , шарнирно соединенный с шатунной шейкой 86 ;
          • кривошипно-шатунный 88 ;
          • вал коленчатой ​​шестерни 90 ,
            • кривошипная шестерня 88 , установленная с возможностью вращения на валу коленчатой ​​шестерни 90 ,
            • шатун 86 , расположенный между центральной линией вала коленчатой ​​шестерни 90 и радиус делительной окружности кривошипа 88 ;
          • неподвижная шестерня 98 ,
            • кривошипная шестерня 88 , находящаяся в зацеплении с неподвижной шестерней 98 ,
            • шатун 82 шатуна 72 ведущий шатун 86 , который приводит в движение кривошипную шестерню 88 и вал кривошипной шестерни 90 относительно неподвижной шестерни 98 ;
        • шатун 86 и конец кривошипа 82 вращаются вокруг неподвижной шестерни 98 и следуют по траектории рулетки центрированного трохоида 102 вокруг неподвижной шестерни 98 .

    Зубчатая передача 84 имеет уравновешенный радиальный рычаг 104 и выходной вал 106 . Уравновешенный радиальный рычаг , 104, содержит радиальный рычаг 107 и противовес 108 , который минимизирует вибрацию. Уравновешенный радиальный рычаг 104 прикреплен к выходному валу 106 и установлен на нем. Уравновешенный радиальный рычаг 104 приводит в движение выходной вал 106 , в то время как уравновешенный радиальный рычаг 104 вращается.

    Радиальный рычаг 107 имеет внешнее радиальное отверстие 109 рычага, в котором установлен внешний радиальный подшипник 110 рычага для приема через него вала 90 коленчатого вала. Кривошипная шестерня 88 прикреплена к валу коленчатой ​​шестерни 90 .

    Внешний радиальный подшипник рычага 110 позволяет кривошипной шестерне 88 вращаться вокруг неподвижной шестерни 98 и приводит в движение радиальный рычаг 107 вокруг выходного вала 106 при вращении кривошипной шестерни 88 .

    Радиальный рычаг 107 имеет отверстие под вал привода шарнира 112 . Радиальный рычаг 107 прикреплен к выходному валу 106 в отверстии для вала привода шарнира 112 . Стационарная шестерня , 98, имеет неподвижный зубчатый подшипник , 114, для приема с возможностью вращения через него выходного вала , 106, .

    Шатун 72 приводит в движение шейку кривошипа 86 , которая приводит в движение кривошипную шестерню 88 и вал кривошипной шестерни 90 относительно неподвижной шестерни 98 .Шатун 86 следует по траектории рулетки центрированной трохоиды 102 , так как кривошипная шестерня 88 вращается вокруг неподвижной шестерни 98 . Следовательно, конец кривошипа 82 шатуна 72 на шатунной шейке 86 вращается вокруг неподвижной шестерни 98 и следует по траектории рулетки центрированной трохоиды 102 вокруг неподвижной шестерни 98 .

    Вал кривошипной шестерни 90 приводит в движение радиальный рычаг 107 , так как кривошипная шестерня 88 вращается вокруг неподвижной шестерни 98 .Радиальный рычаг 107 , который приводится в движение коленчатым валом 90 , приводит в движение выходной вал 106 , когда кривошипная шестерня 88 вращается вокруг неподвижной шестерни 98 .

    Зубчатая передача 84 может быть такой же, как показано на фиг. 13, или зубчатая передача , 84, может опционально быть ее зеркальным отображением, в зависимости от требуемой конфигурации.

    Шатун 72 предпочтительно имеет угловую форму, хотя может использоваться обычная форма шатуна.Угол между первой опорой 74 и второй опорой 76 обычно находится в пределах от девяноста градусов до ста восьмидесяти градусов, но может быть любым другим подходящим углом. Когда угол между первой опорой 72 и второй опорой 74 шатуна 72 составляет сто восемьдесят градусов, шатун 72 приближается к углу обычного шатуна. Производительность двигателя можно регулировать дополнительно, контролируя угол между первой опорой 74 и второй опорой 76 шатуна 20 и / или контролируя длину первой опоры 74 относительно длины второй ноги 76 шатуна 72 .

    РИС. 14 показан альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма , 120, , который по существу аналогичен кривошипно-шатунному механизму 70 , за исключением того, что кривошипно-шатунный механизм , 120, имеет шестерню 122 внешнего ведущего вала. и уравновешенный радиальный рычаг 124 каждый установлен и закреплен на внешнем приводном валу 126 . Уравновешенный радиальный рычаг 124 приводит в движение внешний ведущий вал 126 , а внешний ведущий вал 126 приводит в движение шестерню внешнего ведущего вала 122 .

    Внутренний вал 130 , который находится внутри внешнего приводного вала 126 , удерживает неподвижную шестерню 132 в неподвижном положении. Внутренний вал 130 прикреплен к неподвижной шестерне 132 на первой пластине 134 и к стенке 136 двигателя 138 на второй пластине 140 , которая противостоит первой пластине 134 .

    Выходная шестерня 142 установлена ​​на выходном валу 144 , который с возможностью вращения установлен на опорном элементе 146 , и закреплен на нем.Шестерня 122 внешнего ведущего вала приводит в движение ведомую шестерню 142 , которая приводит в движение выходной вал 144 .

    ФИГ. 15 и 16 показан альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма , 150, , который по существу аналогичен кривошипно-шатунному механизму , 12, , за исключением того, что кривошипно-шатунный механизм , 150, имеет одну зубчатую передачу . 152 , приводящий в движение шатун 154 .

    ФИГ.17-22C показан альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма , 160, , который по существу аналогичен кривошипно-шатунному механизму , 150, , за исключением того, что кривошипно-шатунный механизм , 160 имеет поворотный клапан . 162 . Поворотный клапан 162 имеет корпус поворотного клапана 164 , который поворачивается ступенчато от 166 A до 166 F в отверстии поворотного клапана 167 .

    Корпус поворотного клапана 164 имеет впускной канал 168 и выпускной канал 170 , каждый из которых сообщается с горловиной 172 цилиндра. Впускной канал 168 способствует подаче топливовоздушной смеси из впускного коллектора 174 в зону горловины 172 цилиндра для сгорания в цилиндре 176 . Выпускной канал , 170, способствует отводу отработавших газов из цилиндра 176 через горловину цилиндра 172 в выпускной коллектор 178 .

    Корпус поворотного клапана 164 имеет шесть ступенчатых приращений вращения, то есть ступенчатых приращений вращения от 166 A до 166 F. Каждое ступенчатое приращение вращения от 166 A до 166 F инициируется подпружиненным впуском. толкатель 182 или подпружиненный толкатель выхлопа 184 , которые проталкивают ступени 186 ступенчатых выемок 188 по окружности 190 корпуса поворотного клапана 164 и инициируют вращение корпуса поворотного клапана 164 .Поворотный клапан 162 имеет упоры 192 , имеющие подпружиненные шариковые подшипники 194 , которые прижимаются к упорам в форме углублений 196 на поверхности 198 корпуса поворотного клапана 164 и останавливают корпус поворотного клапана 164 от вращения после любого ступенчатого приращения вращения от 166 A до 166 F, таким образом, контролируя каждое ступенчатое приращение вращения от 166 A до 166 F.Вторичные подпружиненные шариковые подшипники 199 используются для поддержания корпуса поворотного клапана 164 , по существу, соосного с отверстием поворотного клапана 167 .

    Такт выпуска происходит, когда корпус поворотного клапана 164 имеет ступенчатое приращение вращения 166 A. Такт впуска происходит, когда корпус поворотного клапана 164 имеет ступенчатое приращение вращения 166 B. Такт сжатия, событие воспламенения (сгорания) и рабочий ход происходят, когда корпус поворотного клапана 164 находится на ступенчатом приращении вращения 166 C.Процесс повторяется во время ступенчатого приращения вращения с 166 D по 166 F. Таким образом, полный оборот корпуса поворотного клапана 164 внутри отверстия поворотного клапана 167 от ступенчатого приращения вращения 166 A до ступенчатого вращения приращение 166 F дает два полных цикла за четыре хода.

    Более подробно, когда поршень 201 перемещается от нижней части отверстия цилиндра 203 к верхней части отверстия цилиндра 203 , корпус поворотного клапана 164 имеет ступенчатое приращение вращения 166 A в пределах отверстие поворотного клапана 167 .Корпус поворотного клапана 164 , повернутый в положение выпуска с ступенчатым приращением вращения 166 A внутри отверстия 167 поворотного клапана, выпускной канал 170 поворотного клапана 162 находится рядом с горловиной цилиндра 172 , отработанные газы из цилиндра , 176, выводятся через зону горловины цилиндра 172 и через корпус поворотного клапана 164 в выпускной коллектор 178 .

    Когда поршень 201 перемещается от верха отверстия цилиндра 203 к низу отверстия цилиндра 203 , корпус поворотного клапана 164 имеет ступенчатое приращение вращения 166 B внутри поворотного клапана отверстие 167 . Корпус поворотного клапана 164 , повернутый в положение впуска с пошаговым приращением вращения 166 B внутри отверстия 167 поворотного клапана, впускной канал 168 поворотного клапана 162 находится рядом с горловиной цилиндра 172 , а топливовоздушная смесь втягивается в канал цилиндра 203 .

    Когда поршень 201 находится в нижней части отверстия цилиндра 203 , после того, как топливовоздушная смесь была втянута в канал цилиндра 203 , корпус поворотного клапана 164 находится на ступенчатом приращении вращения 166 C в отверстии поворотного клапана 167 . Корпус поворотного клапана 164 , повернутый в закрытое положение с пошаговым приращением вращения 166 C внутри отверстия поворотного клапана 167 , впускного канала 168 и выпускного канала 170 поворотного клапана 162 заблокированы от сообщения с горловиной цилиндра 172 .Во время такта сжатия поршень 201 перемещается в верхнюю часть отверстия цилиндра 203 ; топливовоздушная смесь воспламеняется, когда поршень 201 находится в верхней части отверстия цилиндра 203 ; во время рабочего хода поршень 201 перемещается к дну отверстия цилиндра 203 , что завершает один четырехтактный цикл, после чего повторяется еще один четырехтактный цикл, и корпус поворотного клапана 164 совершает полный оборот в пределах отверстие поворотного клапана 167 .

    Подпружиненный впускной толкатель 168 и подпружиненный выпускной толкатель 170 , каждый, управляются кулачками 200 на распределительном вале 202 , когда распредвал 202 вращается. Подпружиненный впускной толкатель , 168, и подпружиненный выпускной толкатель , 170, могут альтернативно управляться электронным способом или другими подходящими средствами.

    Корпус поворотного клапана 164 является по существу цилиндрическим, за исключением ступенчатых выемок 188 по окружности 190 корпуса поворотного клапана 164 и упоров в форме углублений 196 на поверхности 198 корпуса поворотного клапана 164 .

    Отверстие 167 поворотного клапана расположено внутри блока цилиндров 204 и коллектора 206 над горловиной цилиндра 172 и рядом с ней.

    РИС. 23 показан альтернативный вариант поворотного клапана , 210, , который по существу аналогичен поворотному клапану , 162 , за исключением того, что поворотный клапан , 210, имеет дугообразный подшипник 212 , который используется для поддержания корпуса поворотного клапана. 214 по существу концентрично с отверстием поворотного клапана 216 .

    РИС. 24 показан альтернативный вариант кривошипно-шатунного механизма , 220, , который по существу аналогичен кривошипно-шатунному механизму , 70, , за исключением того, что кривошипно-шатунный механизм , 220, имеет пару зубчатых передач . 222 , содержащий первую зубчатую передачу , 224 и вторую группу зубчатых колес , 226 , которые расположены напротив друг друга и являются зеркальным отображением друг друга и которые приводят в движение шатун 228 .

    РИС. 25 показан вариант двигателя , 230, , использующий несколько кривошипно-шатунных механизмов , 150, .

    РИС. 26 показан альтернативный вариант двигателя , 240, , использующий несколько кривошипно-шатунных механизмов , 150, .

    РИС. 27 показан вариант осуществления двигателя , 250, с оппозитными поршнями, в котором используется множество кривошипно-шатунных механизмов , 150, .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *