Шатун и кривошип: КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ • Большая российская энциклопедия

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм

Изобретение относится к области машиностроения и к различным технологическим процессам, т.е. там, где используются стержневые механизмы, и может применяться во всех устройствах, предназначенных для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот от ведущего звена к ведомому и изменения величины и скорости их движения, например, в транспортной технике (в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания, в электромобилях с возвратно-поступательным движением ведущего звена электродвигателя), в кривошипно-коромысловых и импульсных механизмах, в молотах, прессах, штампах, прижимных устройствах и т.д.

Известен кривошипно-коромысловый механизм, изображенный на рисунке 255 на стр. 75 книги С.Н. Кожевникова и др. «Элементы механизмов» (изд. второе, исправленное и дополненное, Москва, 1956, Государственное издательство оборонной промышленности), который состоит из кривошипа, шатуна и ведомого звена коромысла, соединенных между собой посредством шарниров.

Данный механизм имеет ограниченные возможности, заключающиеся в том, что возвратно-поступательное движение шарнира шатун - ведомое звено коромысло зависит от скорости вращения кривошипа и не имеет возможности изменения скорости движения этого шарнира.

Известен кривошипно-шатунный механизм, изображенный на фиг. 419 (стр. 116) названной выше книги С.Н. Кожевникова, который содержит ведомое звено ползун, шарнирно соединенный с ним шатун и кривошип, образующий шарнирную пару со вторым шатуном, составляющим шарнирный трехзвенник с шатуном и коромыслом, имеющим опору.

В этом механизме имеется возможность изменения величины хода шарнира шатун-ведомое звено ползун за счет изменения положения опоры (на фиг. 419 - точки «А») в направлении движения ведомого звена-ползуна (в описании к фиг. 419 сказано, что «Изменением положения точки «А» можно менять ход (h=var) ползуна …», т.е., как было сказано выше, в направлении, параллельном направлению движения ползуна).

Но изменение величины хода шарнира шатун-ползун, а значит и скорости его перемещения, в этом механизме имеет незначительную величину.

Кроме того, в нем отсутствует возможность их изменения во времени.

Так, величина хода ведомого звена ползуна при перемещении точки «А» (на фиг. 419 представленной выше книги) или точки «О» (на фиг. 1 данного описания) на величину «Н» в направлении движения ползуна изменяется со значения S

1 до значения S2, и разница Δ1 этих значений в масштабе представленных рисунков составляет лишь 0,21 мм.

Кроме того, как показал анализ этого известного кривошипно-шатунного механизма существует зона, в которой известный механизм теряет работоспособность при нахождении в ней опоры коромысла.

Доказательство этого утверждения представлено ниже.

Задачей изобретения является расширение технических возможностей известного кривошипно-шатунного механизма, заключающееся в увеличении диапазона изменения величины перемещения шарнира шатун-ведомое звено и, как следствие, диапазона изменения скорости его движения, а также возможности изменения скорости перемещения шарнира шатун-ведомое звено во времени.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном кривошипно-шатунном механизме, принятом нами за прототип, содержащем ведомое звено ползун, шарнирно соединенный с ним шатун и кривошип, образующий шарнирную пару со вторым шатуном, составляющим шарнирный трехзвенник с шатуном и коромыслом (коромысло в этом механизме при подвижной опоре становится шатуном, поэтому в дальнейшем назовем это звено коромыслом-шатуном), имеющим шарнирную опору, которая имеет возможность перемещения по направляющей, траектория которой отличается от направления движения шарнира шатун-ведомое звено и находится в пределах зоны, определяемой окружностями, центры которых совпадают с осью вращения кривошипа, при этом радиус одной равен длине коромысла-шатуна за вычетом из нее разницы длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - длине коромысла-шатуна плюс разница длин второго шатуна и кривошипа.

Этот предлагаемый механизм в отличие от известного кривошипно-шатунного механизма, изображенного на фиг. 419, позволяет существенно увеличить диапазон варьирования величиной и скоростью хода шарнира шатун-ведомое звено, скоростью перемещения во времени и определяет зону, в которой кривошипно-шатунный механизм работоспособен.

Обоснование, подтверждающее увеличение диапазона варьирования величиной и скоростью хода шарнира шатун-ведомое звено на значительную величину, представлено ниже в виде графического сравнивания величин ходов шарниров ведомое звено-шатун известного и предлагаемого кривошипно-шатунных механизмов.

Выше было сказано, что при перемещении точки «А» (на фиг. 419) или точки «О» (на фиг. 1 данного описания) на величину «Н» в направлении движения ползуна величина изменения его хода Δ1 составляет лишь 0,21 мм.

При перемещении шарнира шатун-ведомое звено на ту же величину «Н», что и в известном кривошипно-шатунном механизме, представленном на фиг. 419, но в направлении, близком к перпендикулярному по отношению к направлению перемещения ползуна 2, величины хода ползуна S1 и S3 (см. фиг. 2) отличаются в большей степени (A2=S3-S1=6,97 мм), а именно значение Δ2 больше значения Δ11=0,21 мм) в 33 раза, т.е. налицо значительное увеличение хода шарнира шатун-ползун 2, а значит и скорости его движения.

Отсюда следует, что увеличение хода, а значит и скорости перемещения шарнира шатун-ведомое звено в предлагаемой передаче достигается в результате перемещения точки «А» на фиг. 419 (или шарнира «О» коромысло-шатун - опора на фиг. 2) в направлении, не совпадающем с траекторией движения шарнира шатун-ползун.

Изменение во времени величин хода и скорости шарнира шатун-ведомое звено обеспечивается перемещением опоры коромысла-шатуна по направляющей посредством какого-либо привода.

Зона, в пределах которой может находиться траектория перемещения подвижной опоры коромысла и которая определена выше, обеспечивает работоспособность предлагаемого механизма.

Так, при нахождении шарнира опора 7 - коромысло-шатун 5 внутри окружности радиусом R3, определяющей зону наиболее близкого положения шарнира, кривошип 1 поворачивается на угол α (см. фиг. 4) по направлению стрелки до момента совмещения шарнира кривошип 1 - второй шатун 4 с коромыслом-шатуном 5.

Дальнейшему вращению кривошипа 1 препятствует коромысло-шатун 5 (оно должно сжиматься), что приводит к заклиниванию механизма.

При нахождении шарнира опора 7 - коромысло-шатун 5 вне окружности радиусом R4, определяющей зону наиболее удаленного положения шарнира, кривошип 1 поворачивается на угол β (см. фиг. 3) по направлению стрелки до момента совмещения коромысла-шатуна 5 с линией, соединяющей ось шарнира коромысло-шатун 5 - опора 7 с осью вращения кривошипа 1.

Дальнейшему вращению кривошипа 1 также препятствует коромысло-шатун 5 (оно должно растягиваться), что также приводит к заклиниванию механизма.

Перемещение шарнира коромысло-шатун - опора внутри указанной выше зоны, кроме того, что это условие обеспечивает работоспособность предлагаемого кривошипно-шатунного механизма, оно позволяет иметь различные конечные положения шарнира шатун - ведомое звено в зависимости от положения шарнира коромысло-шатун - опора.

Предлагаемый кривошипно-шатунной механизм может быть применен и в кривошипно-коромысловых механизмах, в которых ведомым является шарнир шатун-коромысло, и в импульсных механизмах.

Предлагаемый кривошипно-шатунный механизм может иметь дополнительные варианты исполнения.

Так, кривошип в кривошипно-шатунном механизме, или ведомое звено (коромысло) в кривошипно-коромысловом механизме или оба одновременно могут быть выполнены изменяемыми по длине, что позволит дополнительно увеличивать диапазон регулирования величины и скорости хода шарнира шатун-ведомое звено, а в определенном сочетании положения подвижной опоры коромысла-шатуна и длин коромысла и кривошипа (которые находятся аналитически или графически) можно получить вращательное движение коромысла, т.е. кривошип и коромысло будут вращаться с одинаковой угловой скоростью.

Конструкция механизма изменения длины коромысла и кривошипа может быть выполнена, например, в виде актуатора, как изображено на фиг. 9, или посредством других подобных устройств. Электрическое напряжение к нему может быть подано посредством вращающегося контактного устройства.

Следующее усовершенствование предлагаемого кривошипно-шатунного механизма заключается в том, что траектория направляющей опоры коромысла-шатуна может быть выполнена по форме окружности, радиус которой равен длине коромысла-шатуна, при этом центр ее может находиться в зоне, определяемой окружностями, радиус одной из которых равен сумме длин второго шатуна и кривошипа, а радиус второй - их разнице, (на фиг. 10 центр окружности расположен близко к центру этой зоны), что позволяет также иметь зависимость крайних положений шарнира шатун-ведомое звено от положения шарнира коромысло-шатун - опора, т.е. оба крайних положения шарнира шатун-ведомое звено будут меняться при перемещении подвижной опоры по своей направляющей в том или ином направлении, и, значения (близкого к нулевому - см. фиг. 7) до максимального (см. фиг. 8) и наоборот.

Как показал анализ, максимальный ход возвратно-поступательного движения шарнира шатун - ведомое звено может превысить значение диаметра круга, описываемого кривошипом, равного величине 2r, где r - радиус кривошипа, более чем в 2 раза (согласно фиг. 8 отношение S9/2r=71,27/2⋅16,57=2,15).

При любой компоновке звеньев механизма максимальный ход ползуна обеспечивается при совпадении оси шарнира коромысло-шатун - опора с окружностью радиусом R3.

Этот вариант применения передачи с ведомым звеном-ползуном может быть применен, например, в прессах или штампах, где требуется настройка хода рабочего органа пресса или штампа (ведомого звена) при обработке деталей разной толщины.

В частном случае центр окружности, по форме которой выполнена направляющая, может находиться на окружности, радиус которой равен разнице длин второго шатуна и кривошипа (см. фиг. 6 и 8), что позволяет обеспечить при каждом цикле полного оборота кривошипа постоянство остановки шарнира ведомое звено в крайнем, дальнем от оси вращения кривошипа, положении вне зависимости от положения опоры коромысла-шатуна на направляющей.

Выполнение этого условия необходимо, например, в двигателях внутреннего сгорания, когда поршень двигателя должен находиться в одном постоянном положении в начале своего движения к оси вращения коленчатого вала для обеспечения впрыска топливной смеси.

Применение этого варианта кривошипно-шатунного механизма с ведомым звеном ползуном позволяет также регулировать во времени ход поршня двигателя внутреннего сгорания (поршни двигателя могут быть соединены с шатунами посредством крейцкопфов для осуществления возможности разделения камеры сгорания от пространства, в которой находятся шатуны и другие звенья механизма) и, как следствие, скорость вращения коленчатого вала, а значит и скорость движения транспортного средства.

Во втором частном случае центр окружности, по форме которой выполнена направляющая опоры коромысла-шатуна, может находиться на окружности, радиус которой равен сумме длин второго шатуна и кривошипа (см. фиг. 5), что позволяет обеспечить при каждом цикле полного оборота кривошипа постоянство остановки ведомого звена в крайнем, ближнем к оси вращения кривошипа, положении вне зависимости от положения опоры коромысла-шатуна на направляющей.

Этот вариант применения предлагаемого механизма с ведомым звеном-ползуном может быть применен, например, в прессах или штампах, где требуется постоянство ограничения движения рабочего органа пресса или штампа в крайнем верхнем положении при холостом ходе рабочего органа.

Предлагаемый кривошипно-шатунный механизм с ведущим звеном-ползуном и, соответственно, с ведомым кривошипом, может состоять из одного ведущего звена ползуна, двух кривошипов и двух шарнирных трехзвенников, у которых шарниры трехзвенников расположены по одну или по разные стороны относительно линии, обозначающей траекторию перемещения оси шарнира двухзвенника ползун-шатун, а шарниры коромысло-шатун - опора имеют возможность синхронного перемещения, что позволяет иметь два ведущих вала вместо одного для сообщения вращательного движения какому-либо механизму (механизмам), например для автономного привода правых и левых колес той или иной транспортной техники.

Предлагаемый кривошипно-шатунный механизм с ведущим звеном ползуном может состоять из одного ползуна, двух кривошипов и двух шарнирных трехзвенников, звенья которых расположены зеркально относительно линии, обозначающей траекторию перемещения оси шарнира двухзвенника шатун-ползун, а шарниры коромысло-шатун - опора имеют возможность синхронного перемещения, что позволяет иметь два ведущих вала вместо одного для сообщения вращательного движения какому-либо механизму (механизмам) и, кроме того, значительно уменьшить потери на трение и повысить КПД в результате появления второй силы, нейтрализующей это трение и воздействующей на ведомое звено в противоположном направлении по отношению к первой, создающей трение.

Предлагаемое решение поясняется чертежами .

На фиг. 1 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором опора коромысла механизма-прототипа перемещается в сторону ползуна на величину Η (известный механизм по рисунку 419 указанной выше книги).

На фиг. 2 изображен для сравнения кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном (с увеличенным ходом ползуна), в котором опора коромысла-шатуна перемещается в направлении, не совпадающем с траекторией движения ползуна, но на ту же величину Н, что и на фиг. 1.

На фиг. 3 и 4 изображены кривошипно-шатунные механизмы с ведомыми звеньями ползунами, в которых опора коромысла-шатуна находится вне зон, в которых кривошип имеет возможность совершать полный оборот.

На фиг. 5 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором центр окружности, форму которой имеет траектория направляющей опоры коромысла-шатуна, находится на окружности, радиус которой равен сумме длин второго шатуна и кривошипа.

На фиг. 6 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором центр окружности, форму которой имеет траектория направляющей опоры коромысла-шатуна находится на окружности, радиус которой равен разнице длин второго шатуна и кривошипа.

На фиг. 7 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором центр окружности, форму которой имеет траектория направляющей опоры коромысла-шатуна, находится на окружности, радиус которой равен разнице длин второго шатуна и кривошипа, а собственно опора находится в точке, в которой ход подвижного звена практически равен нулю.

На фиг. 8 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором центр окружности, форму которой имеет траектория направляющей опоры коромысла-шатуна, находится на окружности, радиус которой равен разнице длин второго шатуна и кривошипа, а собственно опора в одном случае находится в точке (звенья изображены контурными линиями), в которой ход ведомого звена ползуна имеет максимальное значение (более 4-х радиусов кривошипа), и в точке (во втором случае, для сравнения), совпадающей с линией, обозначающей траекторию движения шарнира шатун - ползун, и в которой звенья изображены тонкими сплошными линиями.

На фиг. 9 изображен кривошипно-шатунный механизм, в котором ведомым звеном является коромысло кривошипно-коромыслового механизма.

На фиг. 10 изображен кривошипно-шатунный механизм с ведомым звеном ползуном, в котором крайние положения ведомого звена ползуна не постоянны и находятся в зависимости от положения опоры 7 коромысла-шатуна 5.

На фиг. 11 изображен кривошипно-шатунный механизм с изменяемым по длине ведомым звеном - коромыслом, выполненным в виде актуатора, при этом положение опоры коромысла-шатуна и длина коромысла подобраны таким образом, что коромысло совершает непрерывное вращение.

На фиг. 12 изображен кривошипно-шатунный механизм, в котором ползун является связующим звеном для двух шарнирных трехзвенников и кривошипов, у которых шарниры трехзвенников первый шатун - коромысло -второй шатун расположены по разные стороны относительно линии, обозначающей траекторию перемещения оси шарнира двухзвенника ползун - первый шатун. Кривошипы показаны вращающимися в противоположных направлениях. Штрихпунктирными линиями изображены механизмы с кривошипами, вращающимися в одном направлении (по стрелкам, изображенным штрихпунктирными линиями).

На фиг. 13 изображен кривошипно-шатунный механизм, в котором ползун является связующим звеном для двух шарнирных трехзвенников и кривошипов, оси вращения кривошипов которых (как частный случай) совпадают с линией, обозначающей траекторию движения ползуна, а шарниры трехзвенников первый шатун-коромысло - второй шатун расположены по одну сторону относительно линии, обозначающей траекторию перемещения оси шарнира двухзвенника ползун - первый шатун. Кривошипы показаны вращающимися в одном направлении. Штрихпунктирными линиями изображены механизмы с противоположным вращением кривошипов.

На фиг. 14 изображен кривошипно-шатунный механизм, в котором ползун является связующим звеном для двух шарнирных трехзвенников и кривошипов, находящихся зеркально относительно линии, обозначающей траекторию перемещения оси шарнира двухзвенника ползун - первый шатун. Кривошипы показаны вращающимися в противоположных направлениях. Оси вращения кривошипов изображены (как частный случай) совпадающими с линией, обозначающей траекторию движения ползуна

Состоит предлагаемый кривошипно-шатунный механизм из кривошипа 1, шарнирно соединенного с ведомыми звеньями ползуном 2 или коромыслом 8 при помощи шатуна 3, и второго шатуна 4, образующих с коромыслом-шатуном 5 шарнирный трехзвенник.

Коромысло-шатун 5 имеет направляющую 6 для подвижной опоры 7.

Поз. 9 обозначен актуатор, в виде которого выполнено коромысло 8, поз. 10 - крейцкопф.

Значением R1 обозначен радиус окружности, величина которого равна сумме длин второго шатуна 4 и кривошипа 1, а значением R2 - радиус окружности, величина которого равна разнице длин второго шатуна 4 и кривошипа 1. Окружности радиусов R1 и R2 определяют зону, в которой совершает возвратно-поступательные движения шарнир трехзвенника шатун - второй шатун - коромысло-шатун.

Значением R3 обозначен радиус окружности, величина которого равна длине коромысла-шатуна 5 плюс разница длин второго шатуна 4 и кривошипа 1, а значением R4 обозначен радиус окружности, величина которого равна длине коромысла-шатуна 5 за вычетом из нее разницы длин второго шатуна 4 и кривошипа 1. Окружности радиусов R3 и R4 определяют зону, в которой может перемещаться опора коромысла-шатуна.

Значением r обозначен радиус кривошипа 1.

Значением R обозначен радиус окружности, по форме которой выполнена направляющая 6 для опоры 7 коромысла-шатуна 5.

Работает предлагаемый кривошипно-шатунный механизм следующим образом.

Рассмотрим два случая работы механизма на примере, представленном на фиг. 8, в котором ползун 2 совершает максимальный ход.

В первом случае рассмотрим работу механизма с ведущим звеном ползуном 2. Подобным образом может работать двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель с якорем поступательного движения.

Ползун 2, перемещаясь по направлению стрелки, толкает шатун 3, который вынуждает коромысло-шатун 5 совершать качательное движение вокруг опоры 7 из точки «А», первого крайнего положения, до точки «Б» (второго крайнего положения) (при этом опора 7 удерживается от перемещения своим приводом (не показан)), а второй шатун 4 вынуждает кривошип 1 совершать вращение на некоторый угол Θ. При движении ползуна 2 в обратном направлении коромысло-шатун 5 совершает качательное движение в обратном направлении, а кривошип 1, продолжая вращение, совершает полный оборот.

Поскольку центр окружности, по форме которой выполнена направляющая 6, находится в точке «Б», совпадающей с линией окружности радиусом R2, ползун 2 вернется в крайнее левое (по отношению к полю чертежа) исходное положение (и будет всегда находиться в нем при следующих циклах работы), а в крайнем правом положении будет останавливаться в зависимости от положения опоры 7 коромысла-шатуна 5 на направляющей 6 (см. положение опоры 7 в точке «В», в которой звенья изображены тонкими линиями).

При нахождении центра окружности, по форме которой выполнена направляющая 6 опоры 7 коромысла-шатуна 5, в точке, совпадающей с линией окружности радиусом R1 ползун 2 будет останавливаться в постоянном крайнем правом по отношению к полю чертежа положении, а в левом положении - в зависимости от положения опоры 7 коромысла-шатуна 5 на направляющей 6.

При перемещении опоры 7 из положения «В» в положение «Г» в любом направлении максимальная величина хода ползуна 2 становится близкой к нулю (шарнир коромысло-шатун 5 - второй шатун 4 качается вокруг опоры 7 от окружности радиусом R1 до окружности радиусом R2 и обратно).

При перемещении опоры 7 в промежуточное положение (между точками «В» (фиг. 8) и «Г» (фиг. 7)) ход ползуна 2 будет находиться между максимальным и нулевым значением и зависеть от конкретного положения опоры 7.

Кривошипно-шатунный механизм с ведущим звеном ползуном может применяться в редукторах и коробках передач с любым передаточным числом более единицы (в понижающих передачах) для изменения скорости вращения ведомого кривошипа в пределах этого числа.

Для использования этого механизма в повышающих передачах необходимо установить одноступенчатую понижающую передачу с передаточным числом, обеспечивающим необходимый диапазон передаточного числа передачи.

Рассмотрим второй случай, когда ведущим звеном является кривошип 1, а ведомым - ползун 2.

В этом случае при вращении кривошипа 1 по направлению стрелки на некоторый угол θ коромысло-шатун 5 будет совершать качательные движения вокруг опоры 7 из точки «А» в точку «Б», а ползун 2 будет совершать прямолинейное движение по направлению стрелки, совершая ход, равный S9. При совершении кривошипом 1 дальнейшего вращения ползун будет совершать прямолинейное движение в обратную сторону. При совершении полного оборота кривошипом 1 ползун 2 вернется в исходное положение. Далее работа механизма повторяется.

При нахождении центра окружности, по форме которой выполнена направляющая 6, в точке, совпадающей с линией окружности радиусом R1 ползун 2 будет останавливаться всегда в крайнем правом по отношению к полю чертежа положении, а в левом положении - в зависимости от положения опоры 7 коромысло-шатун 5 на направляющей 6.

При нахождении центра окружности, по форме которой выполнена направляющая 6, в точке, совпадающей с линией окружности радиусом R2 (как показано на фиг. 8), ползун 2 будет находиться в постоянном крайнем левом (по отношению к полю чертежа) исходном положении, а в крайнем правом положении будет останавливаться в зависимости от положения опоры 7 коромысло-шатун 5 на направляющей 6.

Кривошипно-шатунный механизм с ведомым шарниром шатун-коромысло, изображенный на фиг. 9, работает следующим образом.

При вращении кривошипа 1 по направлению стрелки на пол-оборота коромысло 8 совершает качательное движение в направлении стрелки.

При вращении кривошипа 1 еще на пол-оборота коромысло 8 совершает холостой ход в обратном направлении.

При продолжении вращения кривошипа 1 работа механизма повторяется.

Перемещение опоры 7 по направляющей 6 с помощью какого-либо привода в ту или иную сторону позволяет получить бесступенчатое, плавное изменение величины хода шарниров шатун - ведомое звено ползун или шатун - ведомое звено коромысло (и, как следствие, угла качания коромысла), а также скорости их движений во времени в диапазоне, необходимом для работы транспортной техники (автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, электромобилей с возвратно-поступательным движением ведущего звена электродвигателя), кривошипно-коромысловых и импульсных механизмов, молотов, прессов, штампов, прижимных устройств и т.д..

Кривошипно-шатунные механизмы с одним ведущим звеном ползуном и двумя трехзвенниками, изображенные на фиг. 12 и 14, работают следующим образом.

При перемещении ведущего ползуна по направлению стрелки кривошипы, изображенные контурными линиями будут вращаться в противоположных направлениях, а в одном направлении будут вращаться кривошипы, изображенные соответственно контурной и штрихпунктирной линиями.

Кривошипно-шатунный механизм с одним ведущим звеном ползуном и двумя трехзвенниками, изображенном на фиг. 13, работает следующим образом.

При перемещении ведущего ползуна по направлению стрелки кривошипы, изображенные контурными линиями, будут вращаться в одном направлении, а в противоположных направлениях будут вращаться кривошипы, изображенные соответственно контурной и штрихпунктирной линиями.









Фрагмент №4Г поршневой насос | Компания Элита

16 августа 2012

ПОРШНЕВОЙ НАСОС

Поршневой насос относится к группе возвратно-поступательных насосов объемных гидромашин (см. рис.2 фрагмента № 1Г), рабочий процесс которых основан на периодическом изменении объема рабочей камеры при соответствующем движении вытеснителя, в качестве которого используется поршень, плунжер или упругая диафрагма. Рабочая камера насоса попеременно соединяется с входом и выходом насоса при помощи автоматически работающего клапанного механизма, хотя не исключаются и принудительный привод клапанов. Возвратно-поступательное движение вытеснителя обеспечивается с помощью кривошипно-шатунного механизма (КШМ) (наиболее распространенная схема), а также кулачкового и эксцентрикового механизмов и привода системы «тандем», когда поршень через общий шток приводится от другого поршня, который перемещается под действием сжатого воздуха, пара или другой жидкости. В некоторых случаях для привода используется кулисный механизм, который при изменении соотношений между длинами своих элементов позволяет регулировать рабочий ход вытеснителя.

Схема однопоршневого насоса однократного действия с КШМ показана на рис.1

Рис. 1. Однопоршневой насос однократного действия с КШМ:

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – кривошип радиуса R; 4 – шатун длины L;

5 – всасывающий клапан; 6 – нагнетательный клапан; D – диаметр поршня; ω – угловая скорость кривошипа; φ – текущий угол поворота кривошипа; ВМТ и НМТ – верхняя и нижняя мертвые точки поршня насоса

При вращении кривошипа 3 поршень 2 совершает возвратно-поступательные движения. При движении поршня 2 вправо клапан 6 закрыт, а клапан 5 открыт. Идёт заполнение полости цилиндра 1 рабочей жидкостью. При ходе поршня влево клапан 5 закрыт, а клапан 6 открыт. Идет подача жидкости потребителю.

Характеристикой насоса называется графическая зависимость его основных технических показателей (подачи Q, мощности N и КПД η) от давления при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.

Примерная характеристика поршневого насоса показана на рис. 2, где Qи – идеальная подача насоса без учёта утечек и перетечек.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Для любителей точных формулировок приводим выдержку из ГОСТ 17398 – 72:

ПОРШНЕВОЙ НАСОС – возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде поршней.

Кривошипно-шатунные механизмы - Энциклопедия по машиностроению XXL

До СИХ пор рассматривались различные варианты поршневых двигателей с кривошипно-шатунным механизмом. На автомобилях некоторое распространение получили роторно-поршневые двигатели (РПД) благодаря лучшим значениям массогабаритных показателей. В РПД можно реализовать как обычный цикл Отто, так и дизельный, легко организовать расслоение заряда, отключение секций и так далее. Однако РПД имеют существенный недостаток, ограничивающий возможность выполнения современных требований по токсичности и топливной экономичности. Это прежде всего чрезмерно развитая поверхность камеры сгорания, приводящая к образованию застойных зон. В результате наблюдаются высокие выбросы углеводородов, неудовлетворительная топливная экономичность.  [c.48]
Нормальный или Редукторы, коробки нетяжелый редач автомобилей и тракторов, станки, кривошипно-шатунные механизмы, шпиндели станков  [c.259]

Компрессор (рис. 16-1) состоит из цилиндра 1 с пустотелыми стенками, в которых циркулирует охлаждающая вода, и поршня 2, связанного кривошипно-шатунным механизмом с электродвигателем или другим источником механической работы. В крышке цилиндра в специальных коробках помещаются два клапана всасывающий 3 и нагнетательный 4, которые открываются автоматически под действием изменения давления в цилиндре.  [c.245]

Прецизионные зубчатые передачи металлорежущие станки (кроме строгальных и долбежных) блоки электродвигатели малой н средней мощности легкие вентиляторы и воздуходувки рольганги мелкосортных прокатных станов. 1,5 Буксы рельсового подвижного состава . зубчатые передачи 7-й и 8-й степеней точности редукторы всех конструкций, краны электрические для среднего режима. 1,8 Центрифуги мощные электрические машины энергетическое оборудование. 2,5 Зубчатые передачи 9-й степени точности. Дробилки и копры кривошипно-шатунные механизмы валки прокатных станов, мощные вентиляторы и эксгаустеры 2,5...3,0 Тяжелые ковочные машины лесопильные рамы рабочие рольганги у крупносортных станов, блюмингов н слябингов  [c.356]

К циклически нагруженным относятся соединения, подвергающиеся действию пульсирующей или знакопеременной силы (давление рабочих тазов в цилиндрах поршневых двигателей и компрессоров, силы инерции движущихся масс в головках шатунов и подшипниках кривошипно-шатунных механизмов). I  [c.425]

TOB машин и механизмов коленчатых и торсионных валов, клапанных пружин, кривошипно-шатунных механизмов и др.  [c.223]

Рис. 1. Кривошипно-шатунный механизм двигатели
Направляющие ползунов (крейцкопфов) поршневых двигателей, для которых характерны нагрузки в одной плоскости (плоскости кривошипно-шатунного механизма), значительные скорости и в большинстве случаев повышенные температуры.  [c.465]
Построим в масштабе д =2,22 см/мм схему кривошипно-шатунного механизма в заданном положении (рис. 234).  [c.259]

Задача 6.6. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа ОА и шатуна АВ с одинаковой длиной г. Кривошип вращается вокруг неподвижного центра О. Угол О (рис. а) изменяется согласно  [c.381]

Задача 6.25. В кривошипно-шатунном механизме угол BOA равен в данный момент 0,5к. Угловая скорость и угловое ускорение кривошипа длиной ОА = г = 20 см известны = сек , e , = 0,2iz сек .  [c.428]

Задача 267. Машина для ковки металла (см. рис. а) приводится в действие посредством кривошипно-шатунного механизма ОАВ. Определить давление машины на фундамент при работе вхолостую, если вес станины с наковальней О равен Р , вес кривошипа ОА длины г равен Р , вес молота Р равен Р. Кривошип ОА считать однородным стержнем.  [c.149]

Рассмотрим кривошипно-шатунный механизм в момент времени t, когда кривошип ОА повернулся из нижнего вертикального положения на угол if = (ui. Координаты Vi, У2, j/j центров тяжестей Си С , Сз масс системы изображены на рис. б). Нетрудно видеть, что  [c.151]

Задача 337. Вычислить кинетическую энергию кривошипно-шатунного механизма, у которого вес и длина кривошипа О А соответственно равны весу и длине шатуна АВ. Кривошип О А веса Р и длины г вращается с угловой скоростью ( о. Вес ползуна В равен Q.  [c.289]

После подстановки выражений (2), (11) и (16) в формулу (1) получим искомую кинетическую энергию кривошипно-шатунного механизма  [c.293]

Кривошипно-шатунный механизм является системой с одной степенью свободы. В качестве обобщенной координаты выбираем угол поворота [c.462]

Задача 412. Кривошипно-шатунный механизм ОАВ, расположенный в вертикальной плоскости, приводится в движение посредством кривошипа О А, к которому приложена пара сил с моментом т. Найти закон изменения момента т, при котором осуществляется равномерное вращение кривошипа — вес кривошипа О А, г — длина  [c.487]

Кинетическая энергия кривошипно-шатунного механизма вычисляется по формуле (3) после подстановки в нее значений и 7 соответственно из (4), (14) и (16)  [c.490]

Задача 591. В кривошипно-шатунном механизме длина кривошипа г и длина шатуна I связаны соотношением / = г 3. Определить угловую скорость и угловое ускорение шатуна в тот момент, когда он составляет с кривошипом прямой угол, если угловая скорость кривошипа постоянна п равна (о .  [c.222]

Задача 595 (рис. 360). Со стойкой ОЕ кривошипно-шатунного механизма связано неподвижное колесо / радиусом Чг, по которому без скольжения катится колесо II радиусом г. С колесом II наглухо скреплен поводок BD длиной г, а шатун ВС связывает поводок с ползуном С. Определить ускорение ползуна С и угловое ускорение шатуна в момент, когда а = 30°, если известно, что в этот момент точки О, Л и В нахо-  [c.223]

Задача 607. Шатуны С А и СВ двух кривошипно-шатунных механизмов соединены между собой шарниром С. Кривошипы О А и 0 В длиной г каждый вращаются в одну сторону с равными постоянными угловыми скоростями Юц. Определить скорость и ускорение точки С в момент, когда кривошипы расположены на одной прямой, как показано на рис. 367, а, если в этот момент САО — = СВ0.2 — 45°. Расстояние 0 0., = 2г.  [c.229]

Задача 615 (рис. 375). В кривошипно-шатунном механизме с круговой направляющей кривошип ОА имеет в данный момент  [c.233]

Задача 1060. В кривошипно-шатунном механизме к кривошипу длиной г приложен постоянный вращающий момент М. Определить, какую угловую скорость приобретет кривошип после одного оборота, если в начальный момент система находилась в покое, а кривошип занимал горизонтальное положение. Кривошип и шатун  [c.369]

Задача 1169 (рис. 590). Кривошипно-шатунный механизм расположен в вертикальной плоскости. Определить, какой вращающий момент М передается на кривошип, когда он образует угол ф с вертикалью, если результирующее давление пара в цилиндре равно F. Кривошип и шатун считать однородными стержнями равной длины I и весом Р каждый. Трением и весом поршня пренебречь.  [c.412]

Задача 1380. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа и шатуна, принимаемых за однородные стержни с общей массой т. В момент, когда кривошип находится в покое в крайнем правом положении, на него действует ударный импульс, момент которого относительно оси вращения кривошипа равен М (S). Определить угловую скорость, которую приобретает кривошип сразу после удара, если его длина равна г. зм (s)  [c.503]


Задача 1381. В кривошипно-шатунном механизме кривошип и шатун представляют собой однородные стержни, длины I и массы т которых одинаковы масса ползуна равна М. В момент, когда угол, составленный кривошипом с направляющими ползуна, равен 30°, по ползуну производится удар, имеющий импульс S, направленный противоположно скорости ползуна. Найти угловую скорость кривошипа непосредственно после удара, если в момент удара она равна  [c.503]

Пример 2. Для точек М и Л/а кривошипно-шатунного механизма, изображенного на рис. 1.2, уравнения связей имеют вид  [c.11]

Для кривошипно-шатунного механизма подобный случай имеет место в момент, когда / САВ = 90 (рис. 107), но. в отличие от шарнирного параллелограмма, скорости всех точек звена ВС будут равны друг другу только е данный момент времени, т. е. здесь имеет место мгновенное поступательное распределение скоростей.  [c.112]

Кривошипно-шатунный механизм  [c.301]

На рис. 2.5.6 изображен кривошипно-шатунный механизм с качающимся цилиндром В, который может свободно поворачиваться в цапфах вокруг точки Оь  [c.312]

Зубчатые передачи 9-й степени точности дробилки и копры кривошипно-шатунные механизмы валки прокатных станов мощные вентиляторы и эксгаустеры  [c.397]

Пример. В кривошипно-шатунном механизме (рис. 136) даны длина кривошипа г, длина шатуна I и расстояние h от оси вращения кривошипа до направляющей ползуна В. Установить зависимость между угловой скоростью кривошипа ш и угловой скоростью шатуна со, при любом положении кривошипа.  [c.145]

Полученное соотношение и является зависимостью между величинами угловых скоростей кривошипа и шатуна. При h = О имеем обычный кривошипно-шатунный механизм. Если дополнительно / = г, то ф = ф н о) = oi. Знаки у угловых скоростей различны, так как при вращении кривошипа против движения часовой стрелки шатун вращается по движению часовой стрелки.  [c.145]

Деталь кривошипно-шатунного механизма, совершающая полный оборот вокруг неподвижной оси.  [c.36]

Для ц птрлльного кривошипно-шатунного механизма а = О, и уравнение (5.52) принимает вид  [c.121]

Нагрузки со значительными толчками и вибрациями кратковременные перегрузки до 200 % номинальной нагрузки 1,8...2,5 Зубчатые передачи. Дробилки и копры. Кривошипно-шатунные механизмы. Валки прокатных станов. Мощные веггтиляторы  [c.107]

Задача 6.4. Движение звеньев кривошипно-шатунного механизма определяется углом начальном положении угол = (рис. а).  [c.371]

Задача 6.13. Кривошипно-шатунный механизм (рис. а) состоит из кривошипа ОА=г, вращающегося вокруг неиодвиж1Юй точки О, шатуна АВ=1 и ползуна В, перемещающегося но горизонтальной прямой Ох. Угол поворота кривошипа = где /г — постоянный коэффициент.  [c.393]

Движение возможно, если подкоренное выражение положительно. Задача 354. На рис. а изображен узел автоматического устройства, состоящий из двух спаренных кривошипно-шатунных механизмов OiAiB и OiA Bi, имеюпгих общий ползун D веса Q, который движется в вертикальных направляющих. Кривошипы 0 Ai и и  [c.324]

Так, кривошипно-шатунный механизм является системой с одной степенью свободы. В качестве обобщенной координаты может быть взят угол поворота кривошипа, значением которого однозначно определяются люложения всех материальных точек системы.  [c.453]

Е1озвращаясь к составлению уравнения Лагранжа для рассматриваемого кривошипно-шатунного механизма, вычислим частную производную от кинетической энергии Т, определенной формулой (17),  [c.491]

Стержень шатуна кривошипно-шатунного механизма проверяют на устойчивость от осевой сжимающей силы, причем в плоскости движения шатуна концы его считают шарнирно опертыми, а в плоскости, нормальной к плоскости движения, - жестко заделанными. При каком соотношении между осевыми моментами инерции шатуна обеспечивается его равноустойчивость в указанных плоскостях  [c.203]

Полученное соотношение и является искомой яявисимостью между угловы мн скоростями кривошипа и шатуна. При h О имеем частный случай кривошипно-шатунного механизма. Если дополнительно I = г. то ф = ф и ш, = io, Направления вращений кривошипа и шатуна противоположны друг другу. При вращении кривошипа против движения часовой стрелки шагуы вращается но часовой стрелке,  [c.149]

Оиисанпым выше приемом удобно определять угловое ускорение шатунов в различных кривошипно-шатунных механизмах, когда у шатуна есть точка, движущаяся прямолинейно.  [c.158]

Деталь кривошипно-шатунного механизма, преобразующая поступательное движение ползуна во вращательное движение вала кривошипа.  [c.103]


Радиус кривошипа: определение и расчет: определение, как вычислить

Двигатель внутреннего сгорания и другие конструкции, в состав которых входит кривошип, характеризуются достаточно высокой сложностью. Рассматриваемый элемент конструкции характеризуется довольно большим количеством особенностей, среди которых отметим радиус. Для того чтобы понять принцип действия и многие другие параметры детали следует рассмотреть кривошип подробнее.

Устройство КШМ

Схема стандартного кривошипа представлена сочетанием различных элементов, которые и обеспечивают передачу с перенаправлением вращения. Они следующие:

  1. Шатун.
  2. Цилиндр-поршневая группа.
  3. Коленчатый вал.

Все эти детали расположены в двигателе в блоке цилиндров. Полезная КПД находится в обширном диапазоне, может быть достаточно большим. Рассматривая чертеж следует уделить внимание тому, что все элементы должны точно позиционироваться относительно друг друга.

Поршень

Важным элементом механизма зачастую становится поршень. Это связано с тем, что во время движения поршня создается требуемое давление. Особенностями назовем следующие моменты:

  1. Точность размеров повышенная. В противном случае ДВС потеряет мощность или заклинит при эксплуатации.
  2. При изготовлении применяются легкие сплавы, за счет чего повышается КПД.
  3. Материал должен выдерживать воздействие окружающей среды.
  4. Радиус соответствует блоку цилиндров.

Для обеспечения требуемой степени герметизации на этой детали делают несколько проточек, предназначение которых заключается в расположении герметизирующих колец.

Шатун

Еще одним важным элементом можно назвать шатун. Его предназначение заключается в связи поршня и коленвала. За счет этого обеспечивается передача механического действия. Ключевыми особенностями назовем следующее:

  1. Шатун выполнен в виде двутаврового изделия.
  2. Шатун характеризуется повышенной устойчивостью к изгибу.
  3. На концах, как правило, расположены головки для соединения с поршнем и коленчатом валом.
  4. Радиус варьирует в большом диапазоне.

В месте непосредственного контакта шатуна с коленчатым валом находится шатунная шейка. Нижняя часть выполнена в разъемном виде, за счет чего можно провести демонтаж.

Коленчатый вал

Устанавливается вал кривошипа в механизме для второго этапа преобразования энергии. За счет этого элемента есть возможность провести превращение поступательного движения поршня в возвратно-поступательное. Стоимость подобного изделия довольно высока, так как он обладает сложной геометрией. Радиус кривошипа также зависит от различных моментов. Особенности вала следующие:

  1. Есть два типа шеек: шатунные и коренные. Их предназначение существенно отличается, как и форма. Соединение проводится особым типом шеек.
  2. Фиксация проводится при помощи специальных крышек. Даже малейшее смещение может стать причиной серьезного износа.
  3. Для снижения степени трения устанавливаются подшипники. Выделяют довольно большое количество различны вариантов исполнения подшипников, выбор проводится в зависимости от эксплуатационных условий.
  4. Шатунные шейки предназначены для крепления шатуна. Они имеют относительно небольшие размеры, повторяют форму шатуна.
  5. Диаметр может варьировать в большом диапазоне.

При изготовлении этого элемента применяется сталь, которая характеризуется высокой устойчивостью к нагреву и механическому воздействию.

Маховик

У двигателя также есть маховик, который является важным конструктивным элементом. Сред особенностей отметим:

  1. Уделяется внимание правильности фиксации. Он не должен прокручиваться, так как это станет причиной повреждения вала.
  2. При изготовлении применяется сталь с повышенной устойчивостью к высокой температуре.
  3. Обладает значительным весом и габаритами, при раскручивании обеспечиваются наиболее благоприятные условия вращения коленвала.
  4. За счет большого веса возникают существенные проблемы при старте двигателя, так как для его раскручивания требуется высокое усилие.
  5. Увеличенный радиус также неблагоприятно отражается на массе изделия.

Маховик должен иметь точные размеры, так как даже незначительные отклонения могут привести к серьезным последствиям. Он устанавливается для выполнения различных функций.

Блок и головка блока цилиндров

Все детали расположены в герметичном корпусе, который называется блоком. Его размеры характеризуются высокой точностью, есть охлаждающий пояс. Для облегчения конструкции и эффективного отвода тепла применяется алюминий.

Головка блока цилиндров накрывает основную часть. Она позволяет проводить обслуживание при необходимости. При ее изготовлении также применяется металл с небольшим весом. В верхней части есть отверстия для подключения других узлов, а также отвода продуктов горения.

Какими параметрами определяется ход поршня

Выделяют достаточно большое количество различных признаков, по которым проводится определение хода поршня. Среди особенностей отметим:

  1. Радиус кривошипа.
  2. Частота вращения кривошипа.

Двигатель работает в несколько тактов, за счет чего обеспечивается сгорания топлива и отведение продуктов горения. Ход устройства также определяется двумя мертвыми точками.

Как определить радиус кривошипа

Приведенная выше информация указывает на то, что радиус кривошипа является важным параметром, который рассматривается при обслуживании и в других случаях. Определяется этот показатель расстоянием между осевой линией вращения коленчатого вала и осевой лини шатунной шейки.

Стоит учитывать, что с изменяемым радиусом кривошипа встречается относительно небольшое количество различных устройств. Этот параметр во многом определяет плавность хода, а также многие другие моменты.

В заключение отметим, что при изготовлении кривошипа применяется сталь, которая прошла дополнительную термическую обработку и другое улучшение. Самостоятельно изготовить его практически не возможно, что связано с высокой точностью размеров и сложностью обработки материала.

Швейная машина

Все швейные машины делятся на специальные и универсальные. Специальные машины выполняют только одну определенную технологическую операцию: выполнение петель, пришив пуговиц и т. д. На универсальных машинах можно выполнять швы различных видов, строчки разной длины и направления, используя специальные приспособления можно выполнять петли и т. д.

Рабочие органы швейной машины

Рабочими органами швейной машины являются: игла, двигатель ткани, лапка, нитепритягиватель, челнок.

Работу каждого рабочего органа швейной машины обеспечивает соответствующий механизм. Образование строчки обеспечивается слаженной работой всех механизмов. В их основе лежат механизмы преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Такими механизмами преобразования являются: кривошипно-шатунный, эксцентриковый, кулачковый.

Механизм иглы

Наиболее распространенным преобразователем вращательного движения махового колеса и главного вала в возвратно-поступательное движение иглы и наоборот является кривошипно-шатунный механизм, который используется в механизме иглы.


Общая схема кривошипно-шатунного механизма

1 — кривошип,
2 — главный вал,
3 — палец кривошипа,
4 — шатун,
5 — ползун,
6 — направляющие.


Если постепенно поворачивать вал 2 и кривошип 1 в направлении вращения часовой стрелки, то палец кривошипа 3 будет двигаться по окружности — из крайнего нижнего положения (I) он отходит влево и поднимается (II). Вместе с ним отклоняется влево шатун 4. Ползун 5 поднимается прямолинейно вверх, скользя по направляющим 6. При верхнем положении палец кривошипа, шатун и поводок будут находиться в крайнем верхнем положении (III). Затем палец опускается по правой части окружности. При этом шатун отклоняется вправо от средней линии и опускается, передавая ползуну движение вниз по направляющим (IV).


Кривошипно-шатунный механизм

а — механизм иглы,
б — кинематическая схема механизма:

  1. маховое колесо,
  2. главный вал,
  3. кривошип,
  4. палец кривошипа,
  5. шатун, 5-а — верхняя головка шатуна, 5-б — нижняя головка шатуна,
  6. поводок,
  7. игловодитель,
  8. прижимной винт,
  9. игла.

На рисунке выше показан механизм иглы, в котором применен кривошипно-шатунный механизм. Кривошипом 3 является цилиндрический диск, который жестко закрепляется на главном валу 2 и вращается вместе с ним. На палец кривошипа 4 надет шатун 5, который представляет собой стержень с двумя головками. Верхнюю головку шатуна 5 а надевают на палец кривошипа, а нижнюю головку шатуна 5 б соединяют с пальцем поводка 6, который играет роль ползуна. Игловодитель 7 вставлен в поводок и закреплен установочным винтом. Игла 9 крепится в игловодителе при помощи прижимного винта 8.

Основные звенья кривошипно-шатунного механизма: кривошип, шатун и ползун.

Кривошип жестко закреплен на валу, совершает вращательное движение и является ведущим звеном. Шатун является связующей деталью между кривошипом и ползуном, соединение с ними подвижно-шарнирное, он совершает колебательные движения и является передаточным звеном. Ползун совершает возвратно-поступательное движение, которое посредством жесткого разъемного соединения передается игловодителю с иглой, он является ведомым звеном.

«Обслуживающий труд», С.И.Столярова, Л.В.Домненкова

Рейка работает с прижимной лапкой, которая должна с определенной силой прижимать ткань к рейке по всей ее площади. В узле лапки для этого имеется регулируемая пружина, а также детали, с…

Условные обозначения деталей механизмов преобразования движения

Все машины, независимо от своего устройства, состоят из отдельных узлов и деталей. При ознакомлении с устройством, принципом действия механизмов швейной машины применяют кинематические схемы. Условные обозначения деталей швейной машины, передач…

Механизм двигателя ткани

Механизм двигателя ткани состоит из трех узлов: узла горизонтального перемещения, узла вертикального перемещения и узла лапки. Механизм двигателя ткани А — эксцентриковый механизм, Б — кулачковый механизм, а — механизм…

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

Кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя, состоящий из кривошипа 1, шатуна 2 и поршня 3, служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа.

Кривошип представляет собой одно колено коленчатого вала двигателя и состоит из коренных шеек 4, вращающихся в подшипниках, и шатунной, или кривошипной шейки 5, жестко соединенной с коренными шейками двумя щеками 6. Имеются конструкции двигателей, где между двумя коренными подшипниками расположены два кривошипа. На продолжении щек располагаются противовесы 7. Шатун нижней головкой шарнирно связан с шатунной шейкой кривошипа, а верхней через поршневой палец — с поршнем.

В зависимости от конструктивной схемы различают следующие кривошипно-шатунные механизмы:

1.Центральный или аксиальный, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала;

2.Дезаксиальный, у которого ось цилиндра не пересекается с осью коленчатого вала.

Ось цилиндра в двигателе с дезаксиальным кривошипно-шатун-ным механизмом обычно смещена относительно оси коленчатого вала в направлении его вращения на величину е (дезаксаж). Величина этого смещения не превышает 10% хода поршня. Для автомобильных двигателей относительный дезаксаж изменяется в пределах k= 0,04 -*- 0,1, где k=~B (R—■ радиус кривошипа).

Введением дезаксажа достигается: 1) уменьшение давления поршня на стенку цилиндра во время рабочего хода и увеличение этого давления вовремя хода сжатия,чтоспособствует более равномерному износу двигателя; 2) небольшое увеличение хода поршня, в результате чего может быть увеличен рабочий объем двигателя, а следовательно, и его мощность; 3) уменьшение скорости поршня около в. м. т., благодаря ему улучшается процесс сгорания при постоянном объеме; 4) увеличение расстояния между коленчатым и распределительным валами, что приводит к увеличению пространства, необходимого для беспрепятственного вращения нижней головки шатуна; 5) улучшение газораспределения и уменьшение деформаций картера двигателя (этот вопрос еще недостаточно изучен).

По мере увеличения числа оборотов двигателей некоторые из указанныхпреимуществ теряют свое значение,так какработа трения в значительной мере определяется величиной сил инерции, которые от дезаксажапочти не зависят.

Двигатели с кривошипно-шатунным механизмом, в котором поршневой палец смещен относительно оси поршня (при этом оси цилиндра и коленчатого вала располагаются в одной плоскости), обладают теми же преимуществами, что и двигатели с дезаксиаль-ным кривошипно-шатунным механизмом. Подобные двигатели получают все большее распространение. Дезаксаж у этих двигателейсоставляетпримерно0,02/?.

Вследствие малой величины дезаксажа поршня кинематический расчет дезаксиального кривошипно-шатунного механизма можно производить по формулам центрального кривошипно-шатунного механизма.

3. Кривошипно-шатунный механизм с прицепным шатуном , у которого два или несколько шатунов установлены на одной шейке коленчатого вала. В таком механизме шатун, шарнирно соединенный с шатунной шейкой, и соответствующий этому шатуну цилиндр, называются главными. Шатун другого цилиндра, шарнирно соединенный с главным шатуном при помощи специального пальца, расположенного в нижней головке шатуна, называется прицепным, а соответствующий ему цилиндр — боковым. Примером кривошипно-шатунных механизмов такого типа являются механизмы некоторых V-образных двигателей (Д — 12А1). При V-образном расположении цилиндров длина двигателя получаетсяменьшей, чемприоднорядном.

Основными геометрическими размерами центрального криво-шипно-шатунного механизма являются радиус Rкривошипа и длина Lнтатуна.j— угол между осью главного шатуна и плоскостью, проведенной через ось нижней головки главного шатуна и ось пальца прицепного шатуна (угол прицепа).

Ход поршня Sпри заданных для проектируемого двигателя мощности и числе оборотов коленчатого вала определяется следующими предварительно выбранными параметрами: 1) числом цилиндров двигателя i; 2)отношением хода поршня Sк диаметру цилиндра D: у.и 3) литровой мощностью двигателя.

В случае центрального кривошипно-шатунного механизма S= 2Rи по найденному значению Rопределяют длину Lшатуна, задаваясь величиной отношения А=у-; для современных автомобильных двигателей.

Обычно при рассмотрении кинематики кривошипно-шатунного механизма считают, что угловая скорость вращения коленчатого вала постоянна и, следовательно, угол его поворота пропорционален времени. В действительности угловая скорость вала переменна, что объясняется неравномерностью крутящего момента двигателя. При установившихся режимах работы двигателя угловая скорость коленчатого вала изменяется в весьма незначительных пределах. Только при рассмотрении специальных вопросов динамики, в частности крутильных колебаний системы коленчатого вала, учитываются изменения угловой скорости.

1 У большинства V-образных автомобильных двигателей шатуны располагаются на шатунных шейках рядом. При этом кривошипно-шатун-ный механизм будет центральным, а оси цилиндров одного ряда смещаются относительно осей цилиндров другого ряда на ширину кривошипной головки шатуна.

отзывы, фото и характеристики на Aredi.ru

Мы доставляем посылки в г. Калининград и отправляем по всей России

  • 1

    Товар доставляется от продавца до нашего склада в Польше. Трекинг-номер не предоставляется.

  • 2

    После того как товар пришел к нам на склад, мы организовываем доставку в г. Калининград.

  • 3

    Заказ отправляется курьерской службой EMS или Почтой России. Уведомление с трек-номером вы получите по смс и на электронный адрес.

!

Ориентировочную стоимость доставки по России менеджер выставит после оформления заказа.

Гарантии и возврат

Гарантии
Мы работаем по договору оферты, который является юридической гарантией того, что мы выполним свои обязательства.

Возврат товара
Если товар не подошел вам, или не соответсвует описанию, вы можете вернуть его, оплатив стоимость обратной пересылки.

  • У вас остаются все квитанции об оплате, которые являются подтверждением заключения сделки.
  • Мы выкупаем товар только с проверенных сайтов и у проверенных продавцов, которые полностью отвечают за доставку товара.
  • Мы даем реальные трекинг-номера пересылки товара по России и предоставляем все необходимые документы по запросу.
  • 5 лет успешной работы и тысячи довольных клиентов.
Объяснение скорости поршня

, угла штока и увеличенного рабочего объема.

Внимательный взгляд на ход коленчатого вала и его влияние на среднюю скорость поршня, инерцию и контроль огромных разрушительных сил, действующих внутри двигателя.

Производители двигателей уже давно рассчитывают среднюю скорость поршня своих двигателей, чтобы помочь определить возможные потери мощности и опасные ограничения числа оборотов. Это математическое упражнение было особенно важно при увеличении общего рабочего объема с помощью коленчатого вала с ходовым механизмом, потому что средняя скорость поршня увеличится по сравнению со стандартным ходом при тех же оборотах.

Но что, если бы существовала другая динамика двигателя, которая могла бы дать строителям лучшее представление о долговечности поршневого узла?

На видео выше показаны два двигателя, один с коротким ходом коленчатого вала, а другой со значительно более длинным ходом. Обратите внимание, что оба поршня достигают верхней мертвой точки и нижней мертвой точки одновременно, но поршень в двигателе с более длинным ходом (слева) должен двигаться значительно быстрее.

«Вместо того, чтобы сосредотачиваться на средней скорости поршня, обратите внимание на влияние силы инерции на поршень», - предлагает Дэйв Фасснер, руководитель отдела исследований и разработок K1 Technologies.

Давайте сначала рассмотрим определение средней скорости поршня, также называемой средней скоростью поршня. Это эффективное расстояние, на которое поршень проходит за заданную единицу времени, и для сравнения оно обычно выражается в футах в минуту (фут / мин). Стандартное математическое уравнение довольно простое:

Средняя скорость поршня (фут / мин) = (ход x 2 x об / мин) / 12

Есть более простая формула, но о математике позже. Скорость поршня постоянно изменяется, когда он перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и обратно в ВМТ за один оборот коленчатого вала.В ВМТ и НМТ скорость составляет 0 футов в минуту, и в какой-то момент во время хода вниз и вверх он будет ускоряться до максимальной скорости, а затем замедлится и вернется к 0 футов в минуту.

Когда поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, на короткое время он полностью останавливается. Это создает огромную нагрузку на булавки для запястий. Показанные штифты Trend предлагаются с различной толщиной стенки, чтобы выдерживать необходимую нагрузку.

Существуют формулы для расчета скорости поршня при каждом градусе вращения коленчатого вала, но обычно это гораздо больше информации, чем требуется большинству производителей двигателей.Традиционно они смотрят на среднюю или среднюю скорость поршня во время вращения кривошипа и, возможно, вычисляют максимальную скорость поршня.

Средняя скорость поршня - это общее расстояние, которое поршень проходит за один полный оборот коленчатого вала, умноженное на число оборотов двигателя. Очевидно, что скорость поршня увеличивается с увеличением числа оборотов в минуту, и скорость поршня также увеличивается с увеличением хода. Давайте посмотрим на небольшой пример.

Чтобы просмотреть все предложения K1 Technologies по коленчатому валу, щелкните ЗДЕСЬ

Большой блок Chevy с 4.Коленчатый вал с ходом поршня 000 дюймов, работающий при 6500 об / мин, имеет среднюю скорость поршня 4333 фут / мин. Давайте еще раз рассмотрим формулу, использованную для расчета этого результата. Умножьте ход на 2, а затем умножьте это число на число оборотов в минуту. Это даст вам общее количество дюймов, которое поршень прошел за одну минуту. В данном случае формула: 4 (ход) x 2 x 6 500 (об / мин), что равно 52 000 дюймов. Чтобы прочитать это в футах в минуту, разделите на 12. Вот полная формула:

(4 x 2 x 6500) / 12 = 4333 фут / мин

Вы можете упростить формулу с помощью небольшого математического трюка.Разделите числитель и знаменатель в этом уравнении на 2, и вы получите тот же ответ. Другими словами, умножьте ход на число оборотов в минуту, затем разделите на 6.

(4 x 6500) / 6 = 4333 фут / мин

С помощью этой более простой формулы мы вычислим среднюю скорость поршня при увеличении хода до 4 500 дюймов.

(4,5 x 6500) / 6 = 4875 футов в минуту

Как видите, средняя скорость поршня увеличилась почти на 13 процентов, хотя число оборотов в минуту не изменилось.

Снижение веса поршня играет огромную роль в создании вращающегося узла, способного выдерживать высокие обороты.Кажущийся незначительным граммовый вес поршня увеличивается экспоненциально с увеличением числа оборотов.

Опять же, это средняя скорость поршня за весь ход. Чтобы рассчитать максимальную скорость, которую поршень достигает во время хода, требуется немного больше расчетов, а также длина шатуна и угол наклона штока в зависимости от положения коленчатого вала. Существуют онлайн-калькуляторы, которые вычисляют точную скорость поршня при любом заданном вращении коленчатого вала, но вот основная формула, которую часто используют производители двигателей, не требующая длины штока:

Максимальная скорость поршня (фут / мин) = ((Ход x π) / 12) x об / мин

Рассчитаем максимальную скорость поршня для нашего строкера BBC:

((4.5 x 3,1416) / 12) x 6500 = 7658 футов в минуту

Преобразуя футы в минуту в мили в час (1 фут в минуту = 0,011364 мили в час), этот поршень разгоняется от 0 до 87 миль в час примерно за два дюйма, а затем и обратно до нуля в оставшемся пространстве цилиндра глубиной 4,5 дюйма. Теперь представьте, что поршень BBC весит около 1,3 фунта, и вы можете получить представление об огромных силах, приложенных к коленчатому валу, шатуну и пальцу запястья - вот почему Фасснер предлагает посмотреть на силу инерции.

«Инерция - это свойство материи, которое заставляет ее сопротивляться любому изменению в своем движении», - объясняет Фусснер.«Этот принцип физики особенно важен при разработке поршней для высокопроизводительных приложений».

Когда шатун удлиняется, он обеспечивает более мягкий переход при изменении направления поршня. Более длинный шатун также уменьшает высоту сжатия поршня и может помочь снять вес с вращающегося узла.

Сила инерции является функцией массы, умноженной на ускорение, и величина этих сил увеличивается как квадрат скорости двигателя.Другими словами, если вы удвоите частоту вращения двигателя с 3000 до 6000 об / мин, силы, действующие на поршень, не увеличатся - они увеличатся в четыре раза.

«Как только поршень поднимается вверх по цилиндру, он пытается продолжить движение», - напоминает Фусснер. «Его движение останавливается и немедленно прекращается только под действием шатуна и импульса коленчатого вала».

Из-за угловатости штока, на которую влияет длина шатуна и ход двигателя, поршень не достигает своей максимальной скорости вверх или вниз примерно до 76 градусов до и после ВМТ с точными положениями, зависящими от длины стержня до коэффициент хода », - говорит Фусснер.

Шатуны Stroker, такие как эта кованая деталь LS7 от K1 Technologies, являются отличным способом увеличения рабочего объема. Однако при увеличении хода поршень должен ускоряться на каждом обороте быстрее, чтобы покрыть большую площадь рабочей поверхности стенки цилиндра. Ищете коленчатый вал LS Stroker? Кликните сюда.

«Это означает, что поршень имеет угол поворота кривошипа примерно на 152 градуса для перехода от максимальной скорости к нулю и обратно к максимальной скорости в течение верхней половины хода. А затем примерно 208 градусов, чтобы проделать ту же последовательность во время нижней половины гребка.Следовательно, восходящая сила инерции больше, чем нисходящая сила инерции ».

Если не брать в расчет шатун, есть формула для расчета первичной силы инерции:

0,0000142 x вес поршня (фунты) x об / мин2 x ход (дюймы) = сила инерции

Вес поршня включает кольца, палец и фиксаторы. Давайте посмотрим на простой пример одноцилиндрового двигателя с ходом 3.000 дюймов (такой же, как у Small-Block 283ci и 302ci Chevy) и 1.Поршень в сборе на 000 фунтов (453,5 грамма) при 6000 об / мин:

0,0000142 x 1 x 6000 x 6000 x 3 = 1534 фунта

С помощью некоторых дополнительных вычислений, использующих длину и ход штока, можно получить поправочный коэффициент для повышения точности результатов силы инерции.

Радиус кривошипа ÷ Длина стержня

«Из-за воздействия шатуна сила, необходимая для остановки и повторного запуска поршня, максимальна в ВМТ», - говорит Фусснер. «Эффект шатуна заключается в увеличении первичной силы в ВМТ и уменьшении первичной силы в НМТ на этот коэффициент R / L.”

В этом примере радиус равен половине хода коленчатого вала (1,5 дюйма), деленной на длину штока 6,000 дюймов, что дает коэффициент 0,25 или 383 фунта (1,534 x 0,25 = 383). Этот коэффициент добавляется к исходной силе инерции для хода вверх и вычитается при движении вниз.

Оба кривошипа слева и справа находятся в одной и той же точке при каждом вращении. Однако поршень слева должен будет двигаться намного быстрее, чтобы достичь верхней мертвой точки одновременно с поршнем справа.

«Таким образом, действительная восходящая сила в ВМТ становится 1917 фунтов, а фактическая направленная вниз сила в НМТ - 1151 фунт», - говорит Фасснер. «Эти силы изменяются прямо пропорционально весу поршневого узла и длине хода штока, а также пропорционально квадрату частоты вращения двигателя. Следовательно, эти цифры можно рассматривать как базовые, чтобы легко оценить силы, создаваемые в двигателе любого другого размера ».

Между прочим, средняя скорость поршня для этого 1-цилиндрового двигателя при 6000 об / мин составляет 3000 футов в минуту, а максимальная скорость поршня (с использованием нашей предыдущей формулы) составляет 4712 футов в минуту.

Что произойдет, если вы увеличите ход с 3.000 дюймов до 3.250 дюймов? Во-первых, средняя скорость поршня увеличивается до 3250 футов в минуту, а максимальная скорость поршня увеличивается до 5 105 футов в минуту. Затем основная сила увеличивается с 1534 фунта до 1661 фунта. Также есть изменение при добавлении нового коэффициента R / L 0,27 (1,625 ÷ 6.000). Фактическая восходящая сила в ВМТ становится 2 109 фунтов, а фактическая сила, направленная вниз в НМТ, становится 1213 фунтов.

«Если мы увеличим частоту вращения двигателя на 3.Ход от 250 дюймов до 7000 об / мин, при прочих равных условиях первичное усилие увеличивается до 2261 фунта », - говорит Фусснер. «Затем примените коэффициент R / L 0,27, и фактическая сила, направленная вниз, станет 1,651 фунта. Фактическая восходящая сила в ВМТ становится 2 871 фунт. Это почти полторы тонны! "

Теперь рассмотрим эффекты более легкого поршня. При сохранении хода 3,20 дюйма и 7000 об / мин, но при использовании поршня, который весит 340 граммов (0,750 фунта), максимальное усилие снижается с 2871 фунта до 2154 фунта, или на 717 фунтов меньшего усилия.Такая же более легкая конфигурация поршня будет иметь усилие в 1238 фунтов, необходимое для остановки и перезапуска поршня при НМТ, что на 413 фунтов меньше.

«Таким образом, с каждым полным оборотом двигатель будет испытывать на 1130 фунтов меньше силы инерции с более легким поршневым узлом», - говорит Фусснер. «Это уменьшение силы инерции, конечно, будет применяться к каждому цилиндру в многоцилиндровом двигателе. Двигатель, работающий на 7000 об / мин, будет останавливаться и запускать каждый поршень 14000 раз в минуту ».

Когда поршень достигает верхней мертвой точки на такте выпуска, он не является амортизатором сжатия, чтобы замедлить его.Вместо этого шатун принимает на себя всю тяжесть силы, действующей на его балку, и пытается отделить его крышку. Качественные шатуны имеют первостепенное значение для высокомощного двигателя с высокими оборотами. Ищете кованые шатуны? Кликните сюда!

Средняя и максимальная частота вращения поршня по-прежнему являются ценными вычислениями для любого производителя двигателей, который вносит изменения в проверенную формулу. Превышение средней скорости поршня 5000 футов в минуту должно привлечь ваше внимание и побудить к переосмыслению выбора деталей. Чрезмерная скорость поршня может привести к непостоянной смазке стенки цилиндра, а в некоторых ситуациях поршень действительно будет ускоряться быстрее, чем фронт пламени во время сгорания.В то время как первое может вызвать поломку деталей, второе приводит к потере мощности.

Поршни также должны быть максимально легкими без ущерба для необходимой прочности и долговечности. Силы инерции будут растягивать шатуны и сопротивляться ускорению коленчатого вала, что опять же потенциально может привести к отказу деталей и снижению мощности.

«Мы знаем, что обычным показателем, который на протяжении многих лет используется для предположения, что зона опасности структурной целостности поршня в работающем двигателе - это средняя скорость поршня», - резюмирует Фусснер.«Как сказал своему ученику инструктор по прыжкам с парашютом, болит не скорость падения, а внезапная остановка. Так и с поршнями. Поэтому вместо того, чтобы сосредотачиваться только на средней скорости поршня, давайте решим также рассмотреть влияние силы инерции на поршень и то, что мы можем сделать, чтобы уменьшить эту силу. А если это невозможно, убедитесь, что компоненты достаточно прочны, чтобы выдержать поставленную нами задачу ».

«Хотя увеличение длины штока смягчит инерционную нагрузку за счет изменения вышеупомянутого отношения R / L, оно не приведет к снижению средней скорости поршня, потому что до тех пор, пока не будет изменен ход», - продолжает Фусснер.«Поршень должен пройти такое же расстояние за один оборот коленчатого вала, независимо от длины штока. Скорость - это расстояние, пройденное за единицу времени ».

Последнее замечание о скорости поршня - 2,500 футов в минуту считалось верхним пределом скорости поршня не так давно. Важно учитывать, что средняя скорость поршня также используется в качестве ориентира для рассмотрения других компонентов двигателя, таких как шатуны и коленчатые валы. На заре создания горячих родов у большинства двигателей были чугунные кривошипы и шатуны, а также литые алюминиевые поршни, которые не так прочны, как детали двигателей сегодня.

«Таким образом, увеличение прочности этих деталей позволило более чем вдвое увеличить безопасную среднюю скорость поршня до 5000 футов в минуту и ​​более», - говорит Фасснер. «Другой фактор - это использование. Будет ли двигатель работать в течение длительного времени с высокой скоростью поршня или для быстрого прохождения по тормозной полосе? Уменьшение времени выдержки при высоких скоростях поршня увеличивает надежность. Прочные и легкие компоненты смогут выдерживать более высокие скорости поршней, чем тяжелые компоненты с меньшей прочностью ».

Шатуны - Джим МакФарланд обсуждает технологию шатунов

Общеизвестно, что геометрия шатуна, особенно длина между центрами, может оказывать существенное влияние на различные состояния двигателя.К ним относятся конкретные отношения к фазе газораспределения (конструкция распределительного вала), история давления в цилиндре, требования к моменту зажигания искры и выходной крутящий момент, последнее по отношению к фактической форме кривых крутящего момента. Чуть позже мы коснемся наиболее важных из них.

В зависимости от конкретного применения шатуны, возможно, являются одними из наиболее нагруженных частей двигателя, особенно тех, которые предназначены для гонок. От высоких нагрузок, испытываемых в положении поршня в ВМТ и сразу за его пределами во время сгорания, до растягивающих и несимметричных нагрузок, вызванных смещением оси поршневого пальца, нагрузок, которые фактически противоположны нагрузкам давления сгорания и напряжениям, создаваемым боковой инерцией, шатуны становятся виртуальными "хлыстами" ", которые механически соединяют поршни с коленчатым валом.

Еще больше усложняют проблему вибрационные нагрузки, вызванные колебательными движениями коленчатого вала, вращающегося вокруг своей оси при вращении в нормальном направлении. Визуализируйте этот набор условий нагрузки в очень медленном движении. Каждый пусковой импульс, предназначенный для ускорения вращения коленчатого вала, применяется как сила, передаваемая за определенный промежуток времени. Из-за своей инерции коленчатый вал не может сразу увеличить свою скорость и, следовательно, на мгновение отклоняется в том же направлении, что и его вращение. Это отклонение является локальным для шейки кривошипа, к которой прикреплен шатун, передающий нагрузку.Затем, из-за своей эластичности, коленчатый вал (в этом положении штифта) будет пружинить обратно против направления вращения, продолжая это возвратно-поступательное колебательное движение до тех пор, пока следующий пусковой импульс не будет доставлен на этот конкретный палец кривошипа. Таким образом, шатун должен воспринимать ряд растягивающих и сжимающих нагрузок, вызванных колебаниями шатунной шейки во время первичного вращения коленчатого вала.

Имейте в виду, что мы только что предоставили очень упрощенное описание динамики нагрузки, испытываемой шатуном только для одного рабочего цилиндра.Сложность этой переменной нагрузки возрастает на порядки, когда вы добавляете еще семь цилиндров и увеличиваете обороты фитиля. Итак, когда вы думаете о шатунах как «амортизаторах», на ум приходят несколько вопросов.

Например, воспринимайте нагрузки от давления в цилиндре не как «удары молота» по поршню, а как очень быстрые подъемы давления, на которые влияют интенсивность пламени сгорания и развитие чистого давления сгорания. Мы также знаем, что эта «история» давления не является постоянной или равномерной, поскольку она применяется к поршню.Кроме того, любые вспомогательные силы, приложенные к поршню, также каким-то образом передаются на шатун. Шатуны могут быть слишком жесткими, что приводит к слишком агрессивной передаче давления сгорания на подшипники штока и подшипники скольжения кривошипа. Они также могут быть слишком гибкими, и ни одно из условий неприемлемо. Но в любом случае штоки должны поглощать скачки нагрузки и минимизировать потери при передаче давления, чтобы предотвратить потерю крутящего момента, который в конечном итоге создается кривошипом.

Возможно, одна из проблемных областей, где важна жесткость шатуна, связана с вибрационными нагрузками, создаваемыми жесткостью на кручение секции балки шатуна, поскольку вес поршня уменьшается.Как и следовало ожидать, уменьшение вращающейся и возвратно-поступательной массы в узле коленчатого вала двигателя может стать компромиссом для поглощения газа и механических нагрузок за счет одной только массы. Визуализируйте бросание набивного мяча в человека весом 150 фунтов, а затем в человека весом 250 фунтов, и вы сможете понять это более ясно.

Конечно, для минимизации сопротивления вращению коленчатого вала в сборе уменьшение веса поршней и шатунов - проверенный временем подход. Однако компромисс между весом и прочностью и долговечностью - вот точка опоры, вокруг которой вращается этот вопрос.Возможно, одним исключением из этого «правила» была ранняя конструкция композитных шатунов (так называемый «полидвигатель» прошлых лет), в которой стержни первой разработки были чрезмерно жесткими и вызывали выход из строя подшипников шатуна из-за отсутствия нагрузки. абсорбционная способность. С другой стороны, легкие материалы, обладающие прочностью и малой массой, могут быть слишком дорогими для продажи даже в среднем гоночном двигателе. Таким образом, хотя необходимо учитывать и другие соображения, основные цели должны включать прочность, малый вес и долговечность.

Говоря с ведущими производителями шатунов, вы часто слышите, что высокий процент отказов шатунов не происходит при высоком давлении сгорания. Скорее, именно во время такта выпуска шток «вырывается» из ВМТ. Это резкое движение поршня вызывает аномально высокие растягивающие нагрузки в балке штока и приводит к трещине в этой области, обычно где-то под концом поршневого пальца.

Кроме того, отказы могут происходить либо во время смещения клапана, либо в условиях превышения оборотов двигателя.Что происходит, так это то, что открытые клапаны (и потерянное давление сгорания) не обеспечивают какой-либо подушки для поршней, движущихся к ВМТ. Таким образом, когда они проходят через ВМТ, ничто не может помешать им «зацепиться» за головки цилиндров, что часто приводит к другой причине разрушения при растяжении в секции балки. Фактически, «эффективный» или динамический вес поршня, проходящего через ВМТ в этих условиях, может намного превышать его фактический статический вес. Фактически, несколько раз.

Еще одним распространенным местом выхода из строя стержня является участок, который иногда называют «точкой шарнира», который обычно находится там, где сечение балки шатуна изменяется по площади поперечного сечения (от широкого к узкому).Конструкторы шатунов часто работают в этой области, чтобы найти наилучший компромисс между прочностью штока и выбором материала. Конечно, вы всегда должны включать надлежащий боковой зазор штока, стараясь не создавать чрезмерных размеров, которые позволяют маслу создавать чрезмерное смазывание стенок цилиндров. Недостаточный боковой зазор также может привести к перегреву и выходу из строя стержневых подшипников.

Наконец, если мы предположим, что поршень представляет собой «дно» пространства сгорания двигателя, то скорость движения поршня и время, затрачиваемое на каждый угол поворота коленчатого вала, будут влиять на скорость изменения пространства сгорания (объема).Одна из причин, по которой это важно, заключается в том, что движение поршня может влиять на плотность смеси во время такта сжатия (и последующую интенсивность пламени и повышение давления сгорания). Это, в свою очередь, влияет на время зажигания искры и оптимизацию IMEP (минимизацию «отрицательного» крутящего момента). Во время цикла выпуска движение поршня также может повлиять на эффективность откачки воздуха из цилиндра и, следовательно, связано с правильной синхронизацией выпускных клапанов.

Просто рассмотрев эти две периферии движения поршня, мы сразу увидим, что любые изменения скорости движения поршня могут повлиять на чистое давление в цилиндре и мощность.Длина шатуна может влиять и влияет на давление в цилиндре. Возможно, неясным является тот факт, что, хотя более длинные шатуны создают больший угол между осью штока и ходом (ходом) кривошипа при одном и том же положении поршня и углу поворота коленчатого вала, именно движение поршня приближается и выходит из ВМТ и НМТ, что дает некоторые интересные исследования.

Вот пример. По мере увеличения длины шатуна движение поршня (как ускорение, так и скорость) от ВМТ уменьшается. Это приводит к более медленному падению давления на впускном тракте, что приводит к снижению скорости всасываемого потока (при прочих равных).Если не будет произведена компенсация этого изменения скорости поршня, может быть потеряна некоторая степень объемного КПД.

В отличие от этого влияния на объемный КПД (потенциальный крутящий момент), «время пребывания» поршня в ВМТ и вблизи ВМТ во время сгорания имеет тенденцию увеличивать скорость пламени, соответственно повышать давление в цилиндре в единицу времени и усиливать склонность к детонации. Уменьшение начальной (или полной) синхронизации зажигания, применяемое для уменьшения давления в цилиндре перед ВМТ, также увеличивает IMEP за счет уменьшения отрицательного крутящего момента.Или он может работать против поршня, когда он приближается к ВМТ во время сгорания.

Комбинации длинных штоков, как правило, такие как каналы впускного коллектора (фактически головки и коллектор), которые помогают повысить скорость потока, не обеспечиваемую более быстро опускающимися поршнями, связанными с более короткими штоками. Таким образом, в дополнение к регулировке фаз газораспределения и формы подъема для соответствия изменениям скорости поршня, необходимым для увеличения объемного КПД при увеличенной длине штока, можно использовать площади сечения портов и даже размер карбюратора, чтобы помочь восстановить сниженные скорости потока.

Также существует проблема с уменьшением боковой нагрузки поршня при использовании длинного штока. Это снижение силы трения в лошадиных силах объясняется увеличением мощности, особенно когда скорость поршня увеличивается примерно до 2500 футов в секунду. Некоторые производители двигателей также заявляли об увеличении срока службы колец с длинными стержнями.

Таким образом, хотя ни один из статей Enginology этого месяца не был предназначен для защиты использования коротких или длинных шатунов, он подчеркивает важность рассмотрения других функций двигателя, которые требовали рассмотрения при внесении существенных изменений в скорость хода поршня как прямую функцию коленчатого вала. угол.Вы обнаружите, что хорошо осведомленные производители деталей в отношении длины шатуна обычно имеют запас информации о том, как их компоненты могут повлиять на способность двигателя извлекать выгоду из изменений длины шатуна. Если они этого не делают, вы можете подумать о поиске производителей, которые делают это. Концепция интеграции функциональных частей небезосновательна.

Вращающийся узел 101: штоки, поршни и кривошип

Представьте себе ускорение от полной остановки до средней скорости, приближающейся к 5000 футов в минуту, и обратно до полной остановки 125 раз в секунду.А теперь представьте, что вы делаете это в среде, где температура дымовых газов превышает 1400 градусов по Фаренгейту. Звучит как ад, и это именно то, что должен выдержать каждый поршень в вашем двигателе, когда вы гудите на 8000 об / мин (с двигателем с ходом 95 мм). А теперь представьте преобразование поступательного движения поршней в цилиндрах во вращательное движение при воздействии крутящего момента 600, 700 или 800 фунт-фут. Это работа шатуна и коленчатого вала. Очевидно, что поршням, шатунам и коленчатому валу нужна сила, чтобы выдержать исследуемые уровни мощности.Однако минимизация веса вращающегося узла вместе с выбором соответствующих технологий проектирования может привести к дополнительной производительности и надежности.

Текст и фото Майкла Феррары

ДСПОРТ Выпуск # 105

Что не так со стандартными поршнями, шатунами и кривошипом

Заводская вращающаяся сборка сделана под лозунгом минимизации производственных затрат. В результате большинство поршней, используемых в современных двигателях, являются литыми, в то время как штоки, как правило, проектируются с небольшим запасом прочности, чтобы выдерживать суровые условия увеличения мощности не более чем на 30 процентов во многих случаях.Что касается коленчатого вала, большинство коленчатых валов японских двигателей изготовлены из высококачественной кованой стали и, как правило, могут работать практически с любым уровнем мощности при умеренных оборотах. Однако, когда для конкретного применения требуется больший рабочий объем, высококачественный коленчатый вал с «ходовым движением» может добавить к смеси несколько CC для увеличения выходного крутящего момента и отклика на низких скоростях.

Расчет характеристик поршня, штока и коленчатого вала до сборки двигателя поможет вам определить, как ваш двигатель будет работать после сборки.

Going Light is Right

В зависимости от частоты вращения двигателя (об / мин), хода двигателя и отношения длины штока к ходу кривошипа, ускорение поршня может приближаться к уровням, в 10000 раз превышающим силу тяжести или 10,000 Gs. Если вы когда-нибудь были на аттракционе, имитирующем свободное падение, представьте, что это ускорение, умноженное на 10 000. Это безумие. Поскольку сила равна массе, умноженной на ускорение, сила, которую поршень оказывает на палец, пропорциональна весу поршня и его колец.Сила, которую поршень, кольца и штифт оказывают на малый конец шатуна, пропорциональна совокупному весу поршня, поршневых колец и пальца. Если вы можете уменьшить вес поршня, колец и штифта на 10 или 20 процентов, вы уменьшите нагрузку на малый конец шатуна на ту же величину. Вес шатуна плюс вес поршня, колец и пальца будут влиять на нагрузки, воспринимаемые коленчатым валом. Вес самого коленчатого вала имеет наибольшее влияние на «инерцию» вращающегося узла.Более тяжелый коленчатый вал будет иметь те же характеристики, что и более тяжелый маховик. Без нагрузки двигатель будет вращаться более свободно.

Шесть способов увеличить мощность

Высокопроизводительный поршень для вторичного рынка может повысить производительность шестью различными способами. Во-первых, поршень с коваными характеристиками может изготавливаться с отверстиями различных размеров для увеличения рабочего объема двигателя. Как показывает практика, процентное увеличение рабочего объема обеспечивает равнопроцентное увеличение крутящего момента и мощности.Во-вторых, поршни с характеристиками вторичного рынка можно заказать с более высокой степенью сжатия, чем исходный поршень. Более высокая степень сжатия улучшает тепловой КПД двигателя. Это позволяет двигателю производить больше мощности при одновременном снижении температуры выхлопных газов. Для большинства применений увеличение полной степени сжатия обычно приводит к увеличению мощности и крутящего момента на четыре процента. В-третьих, кованые поршни на вторичном рынке в сочетании с качественным комплектом поршневых колец, как правило, обеспечивают улучшенное кольцевое уплотнение.Это улучшенное кольцевое уплотнение означает, что давление остается в цилиндре, а не уходит в картер. В результате двигатель снова выдает больше мощности и работает более эффективно. В-четвертых, хорошо продуманный поршень для вторичного рынка высвободит дополнительную мощность за счет уменьшения трения в цилиндре. Часто кованые поршни используют более тонкие наборы колец и имеют профиль юбки, который значительно снижает контакт цилиндра с поршнем. Некоторые производители идут еще дальше и наносят смазку с сухой пленкой на юбки поршня, чтобы еще больше минимизировать трение.В-пятых, более прочный сплав, используемый в кованых поршнях, может выдерживать большее давление наддува в асинхронных двигателях. Повышенное давление наддува в сочетании с правильным количеством топлива и опережения зажигания приведет к увеличению мощности. Наконец, поскольку материал и производственный процесс, используемые для изготовления кованого поршня, превосходят литые поршни, часто можно уменьшить вес поршня. Поршень также может быть сконструирован для использования более короткого поршневого пальца для дальнейшего снижения общего веса. Более легкий поршень позволяет двигателю более комфортно работать на более высоких оборотах, делая его более отзывчивым.

Шесть способов повысить надежность

Помимо предоставления по меньшей мере шести возможностей для повышения выходной мощности, кованый поршень для вторичного рынка также может предоставить шесть способов повышения прочности и надежности. Во-первых, кованые поршни доступны из материала 4032 (с низким содержанием кремния) или 2618 (без кремния). Оба этих материала обладают превосходными физическими характеристиками по сравнению с алюминиевым сплавом, используемым в большинстве литых поршней. Это означает, что вы начинаете с превосходного материала.Во-вторых, кованый поршень с характеристиками вторичного рынка может изменить положение канавок для колец, чтобы опустить пакет колец вдали от тепла или увеличить размер контакта с кольцом, который может быть поврежден от детонации. В-третьих, с помощью анализа методом конечных элементов и компьютерного моделирования; Производитель поршня может изменить конструкцию поршня, чтобы обеспечить максимальное соотношение прочности и веса. В-четвертых, в соответствии с этими же принципами производитель высокопроизводительных поршней может увеличить толщину материала в критических областях, таких как области днища и выступов штифта поршня.В-пятых, производитель поршня может установить тепловой барьер на головку поршня, чтобы ограничить теплопередачу через поршень. Наконец, разработчик поршня может использовать поршневые пальцы большего диаметра или с более толстыми стенками, чтобы выдерживать высокие нагрузки и нагрузки, связанные с повышенными требованиями к мощности.

Общие сведения о длине штока, высоте сжатия поршня и ходе коленчатого вала

Внутренняя часть двигателя представляет собой непостоянную экосистему, в которой каждый компонент напрямую влияет на другой. Длина штока, ход коленчатого вала и высота сжатия поршня - это три переменные, которые являются ключевыми для выбора идеального вращающегося узла.Вот их определение и эффекты.

Взаимосвязь между длиной шатуна, высотой сжатия поршня и степенью сжатия часто понимается неправильно, в основном из-за неправильного использования термина «сжатие». Честно говоря, это, вероятно, вообще не должно применяться к терминологии поршня, за исключением того, что касается объема поверхности днища поршня. Сжатие - это термин, связанный с объемом, который относится к степени сжатия. Он не имеет никакого отношения к механическому звену, создаваемому определенным ходом коленчатого вала и межцентровым расстоянием шатуна, или положением штифта, которое приводит головку поршня практически к верхнему краю отверстия. Если вы изучите прилагаемую диаграмму, вы заметите, что существует четыре основных размера, определяющих взаимосвязь кривошипа, штока и поршня.

Мы часто говорим, что двигатель имеет определенную степень сжатия, например, сжатие 10: 1. Но это не подходящее использование, когда речь идет о механическом взаимодействии хода кривошипа и длины штока. Высота штифта является предпочтительным термином, и вы можете увидеть соотношение на иллюстрации выше. При фиксированной длине хода изменение длины штока влияет на две вещи, ни одна из которых не является степенью сжатия.Он определяет требуемую высоту пальца для приведения головки поршня вровень с декой блока в ВМТ. Это также влияет на скорость приближения и отхода поршня относительно ВМТ и в некоторой степени на время пребывания поршня в ВМТ.

Основные размеры двигателя

  • Высота настила блока
  • Длина хода
  • Длина от центра до центра стержня
  • Высота пальца

Ход кривошипа, шатун и поршень должны входить в размер блока по высоте так, чтобы поршневая дека почти заподлицо с поверхностью деки в ВМТ.Поскольку ход кривошипа вращается вокруг своего центра в основном подшипнике, вы можете видеть, что только половина длины хода используется, когда поршень находится в ВМТ. Остальное расстояние занимает длина штока и высота пальца поршня. Итак, окончательный размер поршневого узла рассчитывается как:

Длина ½ хода + длина штока + высота пальца

Поскольку высота блока фиксируется в узком окне, доступном для фрезерования палубы, комбинация длины хода, длины штока и высоты штифта должна составлять ту же высоту с небольшим допуском для требуемой высоты платформы и зазора между поршнем и головкой блока цилиндров, который также включает толщина прокладки.Обычной практикой в ​​кругах перформанса является обнуление блока. Это означает, что комбинация половины длины хода плюс длины штанги и высоты штифта равняется фиксированной высоте деки блока. Плоская часть верхней части поршня находится в точном соответствии с поверхностью деки блока. Это вынуждает производителя выбирать соответствующую толщину сжатой прокладки для регулирования зазора между поршнем и головкой. Неудивительно, что большинство рабочих прокладок головки в сжатом состоянии имеют толщину от 0,039 до 0,042 дюйма. Общепринятый минимальный зазор между поршнем и головкой со стальными шатунами составляет.035 дюймов.

Более длинные штоки неизменно поднимают положение пальца выше в поршне, где он пересекает канавку масляного кольца. Производители поршней, такие как Diamond, предлагают простое решение с опорной планкой маслосъемного кольца. Опорные направляющие отлично справляются со своей задачей и позволяют использовать поршни очень малой высоты.

Длина хода почти всегда выбирается первой, поскольку она связана с сочетанием диаметра отверстия и хода для желаемого смещения. Длину штанги обычно указывают далее в зависимости от области применения.Теории по этому поводу широко обсуждаются и часто противоречат друг другу, но, как правило, обычно выбираются более короткие штоки, чтобы добиться более быстрого отклонения от ВМТ, когда поршень начинает движение по каналу. Это быстрее открывает большее пространство для наполнения цилиндра, так что высокоскоростная система впуска может быстрее начать заполнять цилиндр. Он часто используется для улучшения отклика дроссельной заслонки в приложениях, которые часто подвергаются дросселированию.

Поршни с более короткими штоками быстрее прибывают в ВМТ и не задерживаются надолго, прежде чем они быстро уйдут.Поршень быстрее достигает максимальной скорости и при меньшем угле поворота коленчатого вала, что снижает воздействие объема цилиндра в точке максимального перепада давления. Для обеспечения оптимальной эффективности в этих условиях требуется соответствующая синхронизация впускных клапанов. Поскольку поршень быстрее достигает максимальной скорости, впускной клапан можно открыть раньше, чтобы воспользоваться преимуществом разницы давлений в цилиндре. В этот момент открывается меньший общий объем цилиндра, но раннее начало потока будет вытеснять поршень по каналу, поскольку объемное воздействие быстро увеличивается.Это обычно называют более сильным натягиванием поршня на заряд из-за его повышенного ускорения.

Более длинные штоки могут улучшить коэффициент хода штока, уменьшая осевую нагрузку на поршень. Распространенное заблуждение состоит в том, что длина стержня влияет на смещение, а это не так. Только диаметр цилиндра и ход коленчатого вала изменяют рабочий объем двигателя.

Во многих гоночных двигателях используются более длинные шатуны, чтобы уменьшить вес поршня, что положительно сказывается на форме кривой крутящего момента, ее расположении и эффективности сгорания.Для более длинных штоков обычно требуются более короткие и легкие поршни. Это подталкивает кольцевой пакет к поршню выше. При использовании без наддува строители ценят это, потому что им нравится перемещать кольцевой пакет вверх, чтобы облегчить возвратно-поступательный узел, улучшить стабильность поршня и минимизировать несгоревшие газы в щели над верхним кольцом. Однако более длинные штоки в приложениях с наддувом могут быть проблематичными, потому что приложениям с наддувом необходимо перемещать кольцевой пакет вниз по поршню, чтобы перемещать его подальше от чрезмерного нагрева.Более длинные штоки затрудняют выполнение этого, поскольку отверстие под штифт пересекает канавку масляного кольца. Во многих случаях для применений с наддувом может быть указан более короткий стержень, поскольку давление наддува снижает потребность в критических отношениях настройки стержня / хода, необходимых для эффективной работы без наддува.

Фактически, шатуны обеспечивают дополнительный элемент настройки в двигателе для соревнований. Поскольку длина штока (от центра к центру) изменяется, она влияет на движение поршня, так что его можно использовать в качестве инструмента настройки.Влияя на ускорение и скорость поршня, он определяет скорость, с которой создается разница между атмосферным давлением (над карбюратором) и давлением в цилиндре во время такта впуска. Соответственно, это влияет на основные составляющие уравнения VE, то есть поперечные сечения впускного и выпускного трактов, синхронизацию клапана и оптимальную точку воспламенения.

Этот размер блока от центральной линии главного отверстия определяет окончательную длину пакета для кривошипа, штока и поршня в сборе.Это включает длину стержня, половину длины хода и высоту штифта. Длину стержня и высоту штифта можно изменять в зависимости от применения, но окончательный размер всегда определяется высотой блока.

Более быстрое воздействие атмосферного давления улучшает наполнение цилиндра, и, таким образом, VE обеспечила размеры впускного тракта и синхронизацию времени срабатывания клапана надлежащего размера. Важно понимать, что и ускорение, и скорость поршня равны нулю в ВМТ и НМТ.Во всех промежуточных точках ускорение и скорость определяются длиной штанги. Для любой заданной длины штока поршень достигает максимальной скорости в точной точке хода относительно угла поворота кривошипа, когда ось штока находится под углом 90 ° к ходу кривошипа (обычно около 70-75 ° угла поворота кривошипа). Эта точка представляет собой самую высокую степень воздействия падения давления в цилиндре и тесно связана с синхронизацией впускных клапанов для оптимального наполнения цилиндра.

После выбора длины стержня у вас есть две части уравнения.Поскольку длина и ход штока теперь фиксированы, оставшейся переменной является высота штифта. Чтобы найти необходимую высоту штифта, сложите длину штанги и половину хода и вычтите результат из высоты деки блока. Блоки, которые не были декорированы, обычно обеспечивают коэффициент фаджа около 0,020 дюйма. Это часто удаляется, когда блок равен нулю, чтобы соответствовать днищу поршня. На этом этапе производитель может оценить доступное пространство для пакета колец и определить, влияет ли более длинный стержень на расположение кольца.

Хотя эти поршни выглядят почти одинаково, поршень слева разработан для более длинного штока (или хода). Это очевидно из-за меньшей высоты сжатия, т.е. штифт запястья обрабатывается ближе к коронке.

Обратите внимание, что это не влияет на степень сжатия. Головка поршня все еще останавливается на поверхности деки блока, таким образом, пространство сгорания (объем) над ней остается неизменным, если вы не измените толщину прокладки головки. Степень сжатия можно изменить только путем увеличения или уменьшения объема пространства сгорания над поршнем в ВМТ.И поскольку отношения механически фиксированы, на степень динамического сжатия может влиять только синхронизация кулачка.

Вы можете использовать калькулятор на веб-сайте Diamond, чтобы перебрать все эти цифры и определить лучшую комбинацию для вашего приложения. Заказывая поршни, технический представитель также может помочь вам найти лучшую комбинацию. Техник также может помочь вам с размещением пакета колец, чтобы избежать проблем с предохранительными клапанами. Есть несколько способов упаковать эти компоненты в зависимости от требований вашего приложения, и технические специалисты будут держать вас в необходимых пределах, чтобы защитить ваши вложения.

Шатуны

Шатун - это звено, которое передает силы между поршнем и коленчатым валом. [Рисунок 1-10] Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться жесткими под нагрузкой, и в то же время быть достаточно легкими, чтобы уменьшить силы инерции, возникающие, когда шток и поршень останавливаются, меняют направление и снова запускаются в конце каждого хода.

Рисунок 1-10. Шатун между поршнем и коленчатым валом.

Существует четыре типа шатунных узлов [Рисунок 1-11]:

1.Обычный
2. Вилка и нож
3. Главный и шарнирно-сочлененный
4. Разъемный

Рисунок 1-11. Шатун в сборе.

Узел ведущей и шарнирно-сочлененной тяги

Узел ведущей и шарнирно-сочлененной штанг обычно используется в радиальных двигателях. В радиальном двигателе поршень одного цилиндра в каждом ряду соединен с коленчатым валом с помощью ведущего штока. Все остальные поршни в ряду соединены с ведущим штоком шарнирно-сочлененными шатунами. В 18-цилиндровом двигателе, имеющем два ряда цилиндров, есть две ведущие тяги и 16 шарнирных тяг.Шарнирно-сочлененные стержни изготовлены из кованого стального сплава в форме I или H, обозначающей форму поперечного сечения. Бронзовые втулки запрессовываются в отверстия на каждом конце шарнирного штока для обеспечения подшипников шарнирного пальца и поршневого пальца.

Главный стержень служит связующим звеном между поршневым пальцем и шатунной шейкой. Конец шатунной шейки или шатуна содержит подшипник шатунной шейки или ведущего штока. Фланцы вокруг шатуна предназначены для крепления шарнирных штанг.Шарнирные штанги прикреплены к ведущей штанге с помощью поворотных пальцев, которые во время сборки вдавливаются в отверстия во фланцах ведущей штанги. Подшипник скольжения, обычно называемый втулкой поршневого пальца, установлен на поршневом конце ведущего штока, чтобы принять поршневой палец.

Когда используется коленчатый вал с разъемным шлицем или разъемным зажимом, используется цельный ведущий стержень. Ведущий и шарнирный стержни собираются и затем устанавливаются на шатунную шейку; Затем секции коленчатого вала соединяются вместе.В двигателях, в которых используется цельный коленчатый вал, большой конец ведущей штанги разделен, как и подшипник ведущей штанги. Основная часть ведущей тяги установлена ​​на шатунной шейке; Затем крышка подшипника устанавливается на место и прикручивается к ведущей штанге. Центры шатунов не совпадают с центром шатунной шейки. Таким образом, в то время как центр шатунной шейки описывает истинную окружность для каждого оборота коленчатого вала, центры шарнирных пальцев описывают эллиптическую траекторию. [Рисунок 1-12] Эллиптические траектории симметричны относительно центральной линии, проходящей через цилиндр главной тяги.Видно, что основные диаметры эллипсов не совпадают. Таким образом, тяги имеют разные степени угловатости относительно центра хода кривошипа.

Рисунок 1-12. Эллиптическая траектория движения поворотных пальцев в шарнирно-сочлененной штанге.

Из-за разной угловатости соединительных тяг и эллиптического движения шарнирных пальцев не все поршни перемещаются на одинаковую величину в каждом цилиндре при заданном количестве градусов хода кривошипа. Это изменение положения поршня между цилиндрами может существенно повлиять на работу двигателя.Чтобы свести к минимуму влияние этих факторов на клапаны и момент зажигания, отверстия под шарнирные штифты во фланце ведущей штанги расположены не на одинаковом расстоянии от центра шатунной шейки, тем самым компенсируя до некоторой степени эффект угловатости стержня тяги.

Другой метод минимизации неблагоприятных воздействий на работу двигателя - использование компенсированного магнето. В этом магнето кулачок прерывателя имеет количество выступов, равное количеству цилиндров двигателя. Чтобы компенсировать изменение положения поршня из-за углового положения стержня тяги, выступы кулачка выключателя отшлифованы с неравномерным расстоянием между ними.Это позволяет контактам прерывателя размыкаться, когда поршень находится в правильном положении срабатывания зажигания.

Поворотные пальцы

Поворотные пальцы имеют прочную конструкцию, за исключением масляных каналов, просверленных в пальцах, которые смазывают втулки поворотных пальцев. Эти штифты могут быть установлены путем вдавливания в отверстия во фланцах ведущего стержня, чтобы предотвратить их проворачивание в ведущем стержне. Шарнирные пальцы также могут быть установлены со свободной посадкой, чтобы они могли проворачиваться в отверстиях фланца ведущей тяги, а также во втулках шарнирной тяги.Они называются полностью плавающими шарнирными пальцами. При любом типе установки стопорная пластина с каждой стороны удерживает штифт поворотного кулака и предотвращает боковое смещение.

Шатуны плоского типа

Шатуны плоского типа используются в рядных и оппозитных двигателях. Конец штока, прикрепленный к шатунной шейке, снабжен крышкой и двухсекционным подшипником. Крышка подшипника удерживается на конце штока болтами или шпильками. Для обеспечения надлежащей посадки и баланса шатуны всегда следует заменять в том же цилиндре и в том же относительном положении.

Узел стержня вилки и ножа

Узел стержня вилки и ножа используется в основном в V-образных двигателях. Вилочный стержень разделен на конце шатунной шейки, чтобы обеспечить место для стержня лопасти между зубцами. На конце шатуна коленчатого вала используется одинарный подшипник, состоящий из двух частей. В современных двигателях этот тип шатуна используется нечасто.

Бортовой механик рекомендует

Причин отказов шатуна

Карлос Мано

Изображение поршневого двигателя для авиации, сделанное Эндрю Бриденом из Fotolia.com

Шатун соединяет поршни с коленчатым валом. Он преобразует поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. При каждом ходе шатун растягивается и сжимается. Это давление, а также другие факторы могут привести к поломке шатуна. Сломанный стержень может полностью пройти через блок цилиндров, разрушив двигатель - состояние, известное как «бросание стержня».

Усталость

Усталость - основная причина поломки шатунов, особенно в старых двигателях.Постоянное сжатие во время рабочего такта и растяжение во время такта выпуска более тысячи раз в минуту в конечном итоге изнашивает металл, он становится хрупким и, наконец, ломается. Если в масле мало или оно загрязнено, это может ускорить этот процесс. Запуск горячего двигателя также может ускорить процесс. Иногда у довольно нового двигателя могут быть изношенные шатуны, если это восстановленный двигатель, и механик использовал дешевые детали или неправильные детали для двигателя.

Неисправность пальца

Штифт, соединяющий шатун с поршнем (называемый поршневым пальцем, поршневым пальцем или поршневым пальцем), сильно изнашивается.Если этот штифт защелкнулся, шатун больше не подключен к двигателю. Для некоторых двигателей это приводит к катастрофическому отказу двигателя - шатун проходит через блок двигателя или коленчатый вал изгибается, - но для некоторых двигателей это просто вызывает резкую потерю мощности. Если двигатель будет остановлен сразу после поломки пальца, можно будет спасти двигатель.

Превышение оборотов

Превышение оборотов - основная причина отказов шатуна в новых и высокопроизводительных двигателях.Если тахометр покажет красный цвет - даже на короткое время - шатуны могут сломаться. Это связано с тем, что силы, действующие на шатун, резко возрастают при высоких оборотах. Не имеет значения, горит ли тахометр на красный цвет, потому что автомобиль движется с высокой скоростью, слишком быстро едет на низкой передаче или просто идет слишком быстро, потому что педаль акселератора слишком сильно нажата, когда автомобиль находится на нейтрали. - напряжение просто слишком велико на очень высоких оборотах.

Hydrolock

Hydrolock - это деформация шатуна, вызванная попаданием воды в камеру поршня.Обычно это происходит после того, как автомобиль проехал по глубокой воде, например по затопленной улице. Если в цилиндр попадает лишь немного воды, автомобиль издает стук или стук, и его можно отремонтировать (слить воду и заменить прокладки), но если в цилиндр попадает достаточно воды, он занимает все доступное пространство во время искры шатун изогнется или сломается. Гидрозамок гораздо чаще встречается на лодках, чем в автомобилях, потому что лодки всегда работают вокруг воды.

Другие статьи

Влияние длины шатуна в двигателях Stroker

Мы все слышали поговорку «замене вытеснению нет.«Чем больше воздуха может вытеснить двигатель, тем больше топлива он может сжечь. Каждый раз, когда вы можете добавить больше топлива, вы обязательно получите больше мощности. Это причина того, что турбины и закись азота так популярны. Оба нагнетают больше кислорода в камеру сгорания, позволяя сжечь дополнительное топливо. То же самое верно и для смещения.

Есть три способа увеличить рабочий объем двигателя: увеличить количество цилиндров, увеличить диаметр цилиндров или увеличить ход коленчатого вала.Первый выбор требует совершенно другого блока цилиндров, поэтому в этой статье выбор сужается до диаметра и хода. Увеличить диаметр отверстия очень просто, и это наиболее распространенная практика. Однако увеличение диаметра отверстия обычно ограничивается менее чем одной сотой тысячных дюйма (0,100) из-за толщины стенок цилиндра на базовом блоке. Блоки послепродажного обслуживания или установка гильз цилиндров позволяют увеличить размер, но, опять же, это требует другого блока или серьезной механической работы.

В двигателях

Stroker могут использоваться шатуны разной длины, а некоторые имеют специальные зазоры. Рельсы масляного поддона и отверстия цилиндров также в большинстве случаев требуют очистки.

Ход двигателя, с другой стороны, обычно может быть увеличен на пятьсот тысячных (1/2 дюйма) или более в некоторых стандартных блоках. Результат - большое увеличение рабочего объема на кубический дюйм. Использование блока вторичного рынка может дать еще больший прирост, и, конечно же, всегда есть ограничения и другие вещи, которые следует учитывать.Производитель двигателя должен учитывать все факторы при проектировании двигателя для конкретного применения. Можно написать главы, охватывающие все эти факторы, но в этой статье основное внимание будет уделено физическим (размерным) и динамическим (эксплуатационным) свойствам, связанным с выбором длины шатуна для двигателя. Мы поговорили с Томом Либом из Scat Enterprises, Трипом Мэнли из Manley Performance и Кирком Питерсом из Lunati, чтобы узнать их мнение о влиянии характеристик двигателя на длину шатуна.Следует отметить, что эти концепции основаны на разной длине стержня при одном и том же ходе (сравнение 5,7-дюймового стержня с 6,0-дюймовым стержнем у Chevy 383 ci) не обязательно длины стержня в целом (сравнение длины стержня в 383 ci малого блока к длине стержня в большом блоке 632 ci), если не указано иное.

Высота поворотного узла

Когда вы увеличиваете ход коленчатого вала, каждая шейка будет вращаться на больший диаметр. Думайте о ходе коленчатого вала как о круге.Центры коренных шеек коленчатого вала представляют собой центр окружности. Центры шатунов представляют собой внешнюю сторону круга. При вращении коленчатого вала (круговое движение) шейка штока движется по окружности, диаметр которой равен ходу.

Когда данный цилиндр находится в верхней мертвой точке (ВМТ), шейка штока находится прямо над нулевым градусом вращения в центре окружности. В нижней мертвой точке (НМТ) она находится на 180 градусов непосредственно ниже центра.Хотя большой конец шатуна (соединенный с коленчатым валом) совершает круговое движение, меньший конец (соединенный с поршнем) движется возвратно-поступательным движением (вверх и вниз). Шатун преобразует вращение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня. Полное перемещение поршня из ВМТ в НМТ равно ходу.

Коленчатый вал, шатун и поршень составляют вращающийся узел. Высота сжатия поршня, длина шатуна и половина хода равны высоте деки в двигателе с нулевой декой.

Высота узла вращения равна половине хода плюс длина шатуна плюс высота сжатия поршня. Цель состоит в том, чтобы достичь высоты вращающегося узла, которая обеспечит требуемый объем или зазор деки для конкретного применения. Объем или зазор деки определяется путем нахождения разницы между высотой вращающегося узла и высотой деки. Высота деки измеряется от центра отверстий главного журнала до верха деки блока. Двигатель, у которого высота вращающегося узла и высота платформы равны, считается двигателем нулевого уровня.

Для конкретного тактового двигателя может быть несколько комбинаций длины шатуна и высоты сжатия поршня. Для длинного штока потребуется поршень с короткой высотой сжатия (расстояние от центра пальца кисти до верхней части днища поршня), а для короткого штока потребуется большая высота сжатия для достижения такой же высоты сборки. Прежде чем выбрать комбинацию штока и поршня, которую вы будете использовать, необходимо учесть несколько факторов.

Баланс двигателя

После определения желаемой монтажной высоты выбираются длина штока и высота сжатия поршня.Короткий шток потребует поршня большей высоты сжатия, чем длинный шток, и наоборот. Следует учитывать вес компонентов. Поршень с большей высотой сжатия также будет весить больше, чем поршень с меньшей высотой сжатия для того же применения. Более тяжелый поршень требует, чтобы коленчатый вал имел более тяжелые противовесы, чтобы компенсировать дополнительный возвратно-поступательный вес поршня. Это может даже потребовать добавления дополнительного веса снаружи к гармоническому балансиру и маховику.В этом случае двигатель считается внешне сбалансированным.

Любой дополнительный вес, возникающий при использовании более длинного шатуна, меньше влияет на противовес, поскольку шатун совершает возвратно-поступательное движение и вращается. Возвратно-поступательный груз требует для компенсации большего веса, чем вращающийся груз. Разница в весе шатуна делится на вращательный и возвратно-поступательный, тогда как разница в весе поршня применяется только к весу возвратно-поступательного движения. Использование более легкого поршня позволит использовать более легкие противовесы коленчатого вала и может не потребовать дополнительного внешнего веса.В этом случае вращающийся узел считается внутренне сбалансированным.

Lieb утверждает, что во многих случаях длина шатуна определяется тем, ищет ли производитель двигатель с внутренней или внешней балансировкой.

Вес вращающихся и совершающих возвратно-поступательное движение частей определяет, сколько потребуется противовеса.

Конструкция и устойчивость поршня

Говоря о высоте сжатия поршня, стоит отметить, что большая высота сжатия дает больше места между верхней частью днища поршня и пакетом колец.Мэнли заявляет: «Сегодня все производительные двигатели - это все, что связано с сумматорами мощности. Для толпы тюнеров это толчок, а для дрэг-рейсеров - большие блоки по закиси азота. При использовании короткого штока поршневой палец перемещается ниже на поршне, создавая лучший пакет колец для наддува ». Кроме того, большая высота сжатия может увеличить толщину материала на платформе поршня, что обеспечивает повышенную прочность для более высоких давлений в цилиндрах, создаваемых сумматорами мощности.

Слева: обратите внимание, что более высокая высота сжатия поршня справа позволяет смещать пакет колец дальше вниз от верхней части поршня.Справа: вид на юбку поршня, выступающую из нижней части отверстия возле НМТ.

Также следует учитывать стабильность поршня. Более длинный шатун будет удерживать поршень выше в отверстии цилиндра, когда он находится в НМТ для данного хода. Маленький конец штока, который соединен с поршневым пальцем, расположен дальше по отверстию цилиндра с длинным штоком по сравнению с коротким штоком. Следовательно, поршень также перемещается вверх по отношению к нижней части цилиндра, увеличивая расстояние от центра пальца до нижней части стенки цилиндра.

Это важно, если юбка поршня выходит из нижней части отверстия в точке НМТ. Чем дальше юбка поршня выдвигается из отверстия, тем больше становится проблемой поршень. Поршневой рок в конечном итоге приводит к потере кольцевого уплотнения. Юбка поршня, контактирующая со стенкой цилиндра, ограничивает качательное движение поршня. Увеличение расстояния от поршневого пальца до нижней части цилиндра улучшает стабильность поршня в двигателе, где юбка поршня выступает из цилиндра в НМТ.

Угол стержня

Когда коленчатый вал вращает большой конец шатуна, малый конец перемещается вверх и вниз.Это создает угол между стенкой цилиндра и шатуном. Сила угла определяется отношением длины штанги к ходу (коэффициент штанги). Соотношение штанги определяется делением длины штанги на ход.

Общие формулы для создания двигателей Stroker

Несколько формул, которые вам нужно знать при сборке строкера:

  • Рабочий объем в кубических дюймах = Диаметр цилиндра x Диаметр цилиндра x Ход поршня x Число цилиндров x 0,7854
  • Монтажная высота = (ход / 2) Длина штока Высота сжатия поршня
  • Передаточное число стержня = длина стержня / ход
  • Средняя скорость поршня (футов в секунду) = (2 x ход x об / мин / 60) / 12
Более короткий стержень уменьшит передаточное отношение штанги, а более длинный шток увеличит передаточное отношение для того же хода.По мере уменьшения отношения угловатость штока, или угол между шатуном и стенкой цилиндра, увеличивается. Максимально достигаемый угол всегда составляет 90 градусов до и после ВМТ. Увеличение угловатости штока (уменьшение передаточного числа штоков) увеличивает силу тяги, действующую на стенку цилиндра, что в некоторых случаях приводит к увеличению потерь на трение и износу юбки поршня и стенки цилиндра.

Все три производителя удилищ, с которыми мы консультировались, имели несколько иное мнение, когда дело касалось соотношения удилищ.

По словам Либа, «любой угол, не превышающий 20, 21, 22 градуса, не является событием. Если вы посмотрите на спринтерский двигатель Chevy 410 куб.

Передаточное отношение штанги малого блока 410 куб. Дюймов при использовании 6-дюймовой штанги будет в диапазоне передаточного отношения от 1,5 до 1,6, в зависимости от комбинации отверстия и хода, используемой для достижения 410 кубических дюймов. Максимальный угол наклона удилищ при соотношении удилищ 1,5 составляет чуть менее 19,5 градусов, и это относится к категории непригодных для соревнований по Либу.Он добавляет: «Когда вы занимаетесь большими блоками с ходом 4,750 дюйма, вы сталкиваетесь с некоторыми проблемами».

Мэнли указал на большой диапазон передаточных чисел от 1,87 в двигателе Nissan GTR до менее 1,5 у некоторых двигателей с большим блоком. «Передаточное число не так важно, как другие факторы», - заявил Мэнли, имея в виду перемещение кольца вниз с помощью короткого стержня для двигателей с наддувом.

Петерс предлагает использовать «как можно большее передаточное число», ссылаясь на меньшую угловатость штока, меньший возвратно-поступательный вес из-за более короткого поршня по высоте сжатия (помните, что, хотя длинный шток будет весить больше, разница не столь значительна, потому что он разделен. между вращающейся и совершающей возвратно-поступательное движение массой), а в качестве преимуществ - уменьшенное количество камней в поршне.

Длина и передаточное число стержня также влияют на один из наиболее важных аспектов работы двигателя, работающего на ходу, - скорость поршня.

Скорость поршня

Часто встречаются формулы и калькуляторы, которые определяют среднюю скорость поршня. Это просто средняя скорость поршня для данного хода при заданных оборотах в минуту. Средняя скорость поршня всегда будет одинаковой для данного хода, независимо от длины шатуна. С другой стороны, пиковая скорость поршня зависит от длины штока.

[Изменение производительности] не имеет ничего общего с длиной штока, по сути, это связано с соотношением поршня, когда клапаны открываются или закрываются. - Том Либ, Scat Enterprises, Inc.

Скорость поршня равна нулю в ВМТ и увеличивается по мере ускорения в направлении НМТ. Скорость достигает пика на определенном уровне после ВМТ (ATDC), а затем замедляется обратно до нуля в BDC. Поршень ускоряется на обратном пути к ВМТ, достигая максимальной скорости с той же определенной степенью перед ВМТ (ВМТ).Пиковая скорость поршня (при заданных оборотах в минуту) определяется фактической длиной и ходом штока, а степень вращения, при которой это происходит, определяется соотношением штока.

Распространенная ошибка, относящаяся к пиковой скорости поршня, заключается в предположении, что она возникает при повороте на 90 градусов, что неверно. Пиковая скорость на самом деле возникает где-то около 70-75 градусов до ВМТ и ВМТ (в зависимости от соотношения штоков) из-за угла штанги, влияющего на скорость и положение поршня. Пиковая скорость поршня выше с коротким штоком по сравнению с длинным штоком (ход такой же), потому что более короткий шток создает больший угол.

Как упоминалось ранее, передаточное число штоков определяет, в какой степени происходит пиковая скорость вращения. По мере уменьшения передаточного числа стержня (более короткий стержень) количество градусов до и после ВМТ, при которых происходит пиковая скорость, также уменьшается (другими словами, пиковая скорость возникает ближе к ВМТ). Это также означает, что поршень начинает быстрее замедляться при вращении с более коротким штоком. Следовательно, скорость поршня меньше с коротким штоком в нижней половине хода (через НМТ), чем (см. График, предоставленный Prestige Motorsports).

Лепестки распределительного вала были нанесены с помощью шкалы градуса и циферблатного индикатора. Этот график от Prestige Motorsports показывает скорость поршня в зависимости от состояния распределительного вала. Обратите внимание, что крутизна скорости поршня (скорость ускорения) до и после ВМТ более крутая, чем НМТ. Пики также расположены ближе друг к другу по обе стороны от ВМТ. Короткая штанга увеличит пиковую скорость, а меньшее передаточное отношение штанги приведет к приближению пика к ВМТ. Скорость поршня выше в ВМТ и ниже в НМТ с коротким штоком по сравнению с длинным штоком, используемым с тем же ходом.

Значимость влияния длины штока на скорость поршня в конечном итоге зависит от скорости поршня по отношению к событиям клапана. «Длина штока и ход коленчатого вала определяют скорость поршня», - говорит Либ. «[Изменение в характеристиках] не имеет ничего общего с длиной штока, по сути, это связано с положением поршня, когда клапаны открываются или закрываются».

В современном двигателестроении можно использовать более короткий стержень, когда производитель двигателя хочет улучшить эффект продувки при более низких оборотах.- Кирк Петерс, Лунати

Это относится как к положению поршня, так и к скорости. Наибольшая разница в положении поршня будет возникать при наибольшем угле штока, или 90 градусов до и после ВМТ. Короткий шток в этом месте будет опускать верхнюю часть поршня дальше по отверстию по сравнению с длинным штоком при том же ходе (из-за того, что угол короткого штока больше). Разница в положении оказывает наибольшее влияние на открытие выпускного клапана и закрытие впускного клапана. Открытие впускного отверстия и закрытие выпускного отверстия происходит около ВМТ, где положение поршня отличается всего на несколько тысячных дюйма или меньше (поскольку разница в угле штанги между коротким и длинным штоком в этой точке вращения минимальна. ).

«В современном двигателестроении можно использовать более короткий стержень, если производитель двигателя хочет улучшить эффект продувки при более низких оборотах», - заявил Петерс.

Это верно, потому что скорость поршня имеет большее влияние, чем положение поршня во время перекрытия. Скорость поршня близка к максимальной, когда перекрытие начинается до ВМТ. Короткая штанга будет переносить большую скорость от пика обратно к ВМТ и снова к пику (другими словами, между пиками меньше градусов вращения). Следовательно, длина штока может существенно повлиять на эффект продувки из-за ее влияния на скорость поршня.Короткий шток увеличивает скорость поршня во время перекрытия, позволяя получить выгоду от продувки при более низких оборотах, чем длинный шток.

График открытия впускных лепестков распредвала также следует вправо вместе с ускорением поршня. Короткий шток обеспечивает большую скорость поршня со стороны открытия, но меньшую скорость со стороны закрытия. Выходной патрубок, с другой стороны, открывается и закрывается на стороне вращения НМТ, где короткий шток обеспечивает более низкие скорости поршня. Следовательно, длинный шток увеличит скорость поршня во время выхлопа.

Заключение

Двигатели

Stroker обеспечивают значительное увеличение рабочего объема. Хотя увеличение рабочего объема само по себе обеспечит дополнительную мощность, существует множество факторов, которые необходимо учитывать, чтобы получить максимальную отдачу от увеличенного хода. Длина шатуна - это один из аспектов, который следует учитывать при проектировании поршневого двигателя.

Длина штанги изменяет как физические, так и динамические свойства двигателя. Такие факторы, как высота сборки, балансировка двигателя, расположение поршневого кольца и длина цилиндра, являются физическими характеристиками, которые необходимо учитывать, в то время как угол штока и скорость поршня являются динамическими характеристиками, на которые влияет длина штока.Динамические характеристики изменят характеристики двигателя в зависимости от их отношения к изменениям положения распределительного вала.

Как производитель двигателей, важно принимать во внимание все аспекты и понимать, как один компонент повлияет на общую комбинацию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *