Устройство и назначение кривошипно шатунного механизма
Видео: Кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Основы
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:
- неподвижные — картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока и поддон. Обычно блок цилиндров отливают вместе с верхней половиной картера, поэтому иногда его называют блок-картером.
- подвижные детали КШМ — поршни, поршневые кольца и пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.
Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники.
Блок-картер
Блок-картер — основной элемент остова двигателя. Он подвергается значительным силовым и тепловым воздействиям и должен обладать высокой прочностью и жесткостью. В блок-картере устанавливают цилиндры, опоры коленчатого вала, некоторые устройства механизма газораспределения, различные узлы смазочной системы с ее сложной сетью каналов и другое вспомогательное оборудование. Блок-картер изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава литьем.
Цилиндр
Цилиндры представляют собой направляющие элементы ⭐ кривошипно-шатунного механизма. Внутри их перемещаются поршни. Длина образующей цилиндра определяется ходом поршня и его размерами. Цилиндры работают в условиях резко изменяющегося давления в надпоршневой полости. Их стенки соприкасаются с пламенем и горячими газами, имеющими температуру до 1500… 2 500 °С.
Цилиндры должны быть прочными, жесткими, термо- и износостойкими при ограниченном количестве смазки. Кроме того, материал цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках. Обычно цилиндры изготавливают из специального легированного чугуна, но могут применяться также алюминиевые сплавы и сталь. Внутреннюю рабочую поверхность цилиндра, называемую его зеркалом, тщательно обрабатывают и покрывают хромом для уменьшения трения, повышения износостойкости и долговечности.
В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры могут быть отлиты вместе с блоком цилиндров или в виде отдельных гильз, устанавливаемых в отверстиях блока. Между наружными стенками цилиндров и блоком имеются полости, называемые рубашкой охлаждения. Последняя заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель. Если гильза цилиндра своей наружной поверхностью непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют мокрой. В противном случае она называется сухой. Применение сменных мокрых гильз облегчает ремонт двигателя. При установке в блок мокрые гильзы надежно уплотняются.
Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально. Для улучшения теплоотвода их наружные поверхности снабжают кольцевыми ребрами. У большинства двигателей воздушного охлаждения цилиндры вместе с их головками крепят общими болтами или шпильками к верхней части картера.
В V-образном двигателе цилиндры одного ряда могут быть несколько смещены относительно цилиндров другого ряда. Это связано с тем, что на каждом кривошипе коленчатого вала крепятся два шатуна, один из которых предназначен для поршня правой, а другой — для поршня левой половины блока.
Блок цилиндров
На тщательно обработанную верхнюю плоскость блока цилиндров устанавливают головку блока, которая закрывает цилиндры сверху. В головке над цилиндрами выполнены углубления, образующие камеры сгорания. У двигателей жидкостного охлаждения в теле головки блока предусмотрена рубашка охлаждения, сообщающаяся с рубашкой охлаждения блока цилиндров. При верхнем расположении клапанов в головке имеются гнезда для них, впускные и выпускные каналы, отверстия с резьбой для установки свечей зажигания (у бензиновых двигателей) или форсунок (у дизелей), магистрали смазочной системы, крепежные и другие вспомогательные отверстия. Материалом для головки блока обычно служит алюминиевый сплав или чугун.
Плотное соединение блока цилиндров и головки блока обеспечивается с помощью болтов или шпилек с гайками. Для герметизации стыка с целью предотвращения утечки газов из цилиндров и охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока устанавливается прокладка. Она обычно изготавливается из асбестового картона и облицовывается тонким стальным или медным листом. Иногда прокладку с обеих сторон натирают графитом для защиты от пригорания.
Нижняя часть картера, предохраняющая детали кривошипно-шатунного и других механизмов двигателя от загрязнения, обычно называется поддоном. В двигателях сравнительно малой мощности поддон служит также резервуаром для моторного масла. Поддон чаще всего выполняется литым или изготавливается из стального листа штамповкой. Для устранения подтекания масла между блок-картером и поддоном устанавливается прокладка (на двигателях небольшой мощности для уплотнения этого стыка часто используется герметик — «жидкая прокладка»).
Остов двигателя
Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций.
Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.
Поршень
Поршень представляет собой металлический стакан сложной формы, устанавливаемый в цилиндре днищем вверх. Он состоит из двух основных частей. Верхняя утолщенная часть называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Головка поршня содержит днище 4 (рис. а) и стенки 2. В стенках проточены канавки 5 для компрессионных колец. Нижние канавки имеют дренажные отверстия 6 для отвода масла. Для увеличения прочности и жесткости головки ее стенки снабжены массивными ребрами 3, связывающими стенки и днище с бобышками, в которых устанавливается поршневой палец. Иногда оребряют также внутреннюю поверхность днища.
Юбка имеет более тонкие стенки, чем у головки. В ее средней части расположены бобышки с отверстиями.
Рис. Конструкции поршней с различной формой днища (а—з) и их элементов:
1 — бобышка; 2 — стенка поршня; 3 — ребро; 4 — днище поршня; 5 — канавки для компрессионных колец; 6 — дренажное отверстие для отвода масла
Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).
При работе двигателя поршни нагреваются сильнее, чем цилиндры, охлаждаемые жидкостью или воздухом, поэтому расширение поршней (особенно алюминиевых) больше. Несмотря на наличие зазора между цилиндром и поршнем, может произойти заклинивание последнего. Для предотвращения заклинивания юбке придают овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца), увеличивают диаметр юбки по сравнению с диаметром головки, разрезают юбку (чаще всего выполняют Т- или П-образный разрез), заливают в поршень компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна, или принудительно охлаждают внутренние поверхности поршня струями моторного масла под давлением.
Поршень, подвергающийся воздействию значительных силовых и тепловых нагрузок, должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью и износостойкостью. В целях уменьшения инерционных сил и моментов у него должна быть малая масса. Это учитывается при выборе конструкции и материала для поршня. Чаще всего материалом служит алюминиевый сплав или чугун. Иногда применяют сталь и магниевые сплавы. Перспективными материалами для поршней или их отдельных частей являются керамика и спеченные материалы, обладающие достаточной прочностью, высокой износостойкостью, низкой теплопроводностью, малой плотностью и небольшим коэффициентом теплового расширения.
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают плотное подвижное соединение поршня с цилиндром. Они предотвращают прорыв газов из надпоршневой полости в картер и попадание масла в камеру сгорания. Различают компрессионные и маслосъемные кольца.
Компрессионные кольца (два или три) устанавливают в верхние канавки поршня. Они имеют разрез, называемый замком, и поэтому могут пружинить. В свободном состоянии диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра цилиндра. При введении в цилиндр такого кольца в сжатом состоянии оно создает плотное соединение. Для того чтобы обеспечить возможность расширения установленного в цилиндре кольца при нагревании, в замке должен быть зазор 0,2…0,4 мм. С целью обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам часто применяют кольца с конусной наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца с фаской на кромке с внутренней или наружной стороны. Благодаря наличию фаски такие кольца при установке в цилиндр перекашиваются в сечении, плотно прилегая к стенкам канавок на поршне.
Маслосъемные кольца (одно или два) удаляют масло со стенок цилиндра, не позволяя ему попадать в камеру сгорания. Они располагаются на поршне под компрессионными кольцами. Обычно маслосъемные кольца имеют кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности и радиальные сквозные прорези для отвода масла, которое по ним проходит к дренажным отверстиям в поршне (см. рис. а). Кроме маслосъемных колец с прорезями для отвода масла используются составные кольца с осевыми и радиальными расширителями.
Для предотвращения утечки газов из камеры сгорания в картер через замки поршневых колец необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец не располагались на одной прямой.
Поршневые кольца работают в сложных условиях. Они подвергаются воздействию высоких температур, а смазывание их наружных поверхностей, перемещающихся с большой скоростью по зеркалу цилиндра, недостаточно. Поэтому к материалу для поршневых колец предъявляются высокие требования. Чаще всего для их изготовления применяют высокосортный легированный чугун. Верхние компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают с наружной стороны пористым хромом. Составные маслосъемные кольца изготавливают из легированной стали.
Поршневой палец
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он представляет собой трубку, проходящую через верхнюю головку шатуна и установленную концами в бобышки поршня. Крепление поршневого пальца в бобышках осуществляется двумя стопорными пружинными кольцами, расположенными в специальных канавках бобышек. Такое крепление позволяет пальцу (в этом случае он называется плавающим) проворачиваться. Вся его поверхность становится рабочей, и он меньше изнашивается. Ось пальца в бобышках поршня может быть смещена относительно оси цилиндра на 1,5…2,0 мм в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.
Поршневые пальцы изготавливают из высококачественной стали. Для обеспечения высокой износоустойчивости их наружную цилиндрическую поверхность подвергают закалке или цементации, а затем шлифуют и полируют.
Поршневая группа состоит из довольно большого числа деталей (поршень, кольца, палец), масса которых по технологическим причинам может колебаться; в некоторых пределах. Если различие в массе поршневых групп в разных цилиндрах будет значительным, то при работе двигателя возникнут дополнительные инерционные нагрузки. Поэтому поршневые группы для одного двигателя подбирают так, чтобы они несущественно отличались по массе (для тяжелых двигателей не более чем на 10 г).
Шатунная группа кривошипно-шатунного механизма состоит из:
- шатуна
- верхней и нижней головок шатуна
- подшипников
- шатунных болтов с гайками и элементами их фиксации
Шатун
Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и, преобразуя возвратно-поступательное движение поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала, совершает сложное движение, подвергаясь при этом действию знакопеременных ударных нагрузок. Шатун состоит из трех конструктивных элементов: стержня 2, верхней (поршневой) головки 1 и нижней (кривошипной) головки 3. Стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. В верхнюю головку для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку 6 с отверстием для подвода масла к трущимся поверхностям. Нижнюю головку шатуна для обеспечения возможности сборки с коленчатым валом выполняют разъемной. У бензиновых двигателей разъем головки обычно расположен под углом 90° к оси шатуна. У дизелей нижняя головка шатуна 7, как правило, имеет косой разъем. Крышка 4 нижней головки крепится к шатуну двумя шатунными болтами, точно подогнанными к отверстиям в шатуне и крышке для обеспечения высокой точности сборки. Чтобы крепление не ослабло, гайки болтов стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Отверстие в нижней головке растачивают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемыми.
Рис. Детали шатунной группы:
1 — верхняя головка шатуна; 2 — стержень; 3 — нижняя головка шатуна; 4 — крышка нижней головки; 5 — вкладыши; 6 — втулка; 7 — шатун дизеля; S — основной шатун сочлененного шатунного узла
Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом и облегчения ремонта двигателя в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, который выполнен в виде двух тонкостенных стальных вкладышей 5, залитых антифрикционным сплавом. Внутренняя поверхность вкладышей точно подогнана к шейкам коленчатого вала. Для фиксации вкладышей относительно головки они имеют отогнутые усики, входящие в соответствующие пазы головки. Подвод масла к трущимся поверхностям обеспечивают кольцевые проточки и отверстия во вкладышах.
Для обеспечения хорошей уравновешенности деталей кривошипно-шатунного механизма шатунные группы одного двигателя (как и поршневые) должны иметь одинаковую массу с соответствующим ее распределением между верхней и нижней головками шатуна.
В V-образных двигателях иногда используются сочлененные шатунные узлы, состоящие из спаренных шатунов. Основной шатун 8, имеющий обычную конструкцию, соединен с поршнем одного ряда. Вспомогательный прицепной шатун, соединенный верхней головкой с поршнем другого ряда, нижней головкой шарнирно крепится с помощью пальца к нижней головке основного шатуна.
Коленчатый вал
Коленчатый вал, соединенный с поршнем посредством шатуна, воспринимает действующие на поршень силы. На нем возникает вращающий момент, который затем передается на трансмиссию, а также используется для приведения в действие других механизмов и агрегатов. Под влиянием резко изменяющихся по величине и направлению сил инерции и давления газов коленчатый вал вращается неравномерно, испытывая крутильные колебания, подвергаясь скручиванию, изгибу, сжатию и растяжению, а также воспринимая тепловые нагрузки. Поэтому он должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.
Конструкции коленчатых валов отличаются сложностью. Их форма определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы двигателя и числом коренных опор. Основными частями коленчатого вала являются коренные шейки 3, шатунные шейки 2, щеки 4, противовесы 5, передний конец (носок 1) и задний конец (хвостовик 6) с фланцем.
К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя. Соединяются коренные и шатунные шейки при помощи щек. Плавный переход от шеек к щекам, называемый галтелью, позволяет избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Противовесы предназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах вала во время его вращения. Их, как правило, изготавливают как единое целое со щеками.
Для обеспечения нормальной работы двигателя к рабочим поверхностям коренных и шатунных шеек необходимо подавать моторное масло под давлением. Масло поступает из отверстий в картере к коренным подшипникам. Затем оно через специальные каналы в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Для дополнительной центробежной очистки масла в шатунных шейках имеются грязеуловительные полости, закрытые заглушками.
Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литья из среднеуглеродистых и легированных сталей (может применяться также чугун высококачественных марок). После механической и термической обработки коренные и шатунные шейки подвергают поверхностной закалке (для повышения износостойкости), а затем шлифуют и полируют. После обработки вал балансируют, т. е. добиваются такого распределения его массы относительно оси вращения, при котором вал находится в состоянии безразличного равновесия.
В коренных подшипниках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для восприятия осевых нагрузок и предотвращения осевого смещения коленчатого вала один из его коренных подшипников (обычно передний) делают упорным.
Маховик
Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала. Он представляет собой тщательно сбалансированный чугунный диск определенной массы. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя и кратковременных перегрузок, например, при трогании ТС с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Поверхность маховика, которая соприкасается с ведомым диском сцепления, шлифуют и полируют.
Рис. Коленчатый вал:
1 — носок; 2 — шатунная шейка; 3 — коренная шейка; 4 — щека; 5 — противовес; 6 — хвостовик с фланцем
Видео-уроки о КШМ
Назначение и устройство, обслуживание и ремонт
Двигатель - пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Он производит крутящий момент для движения автомобиля. В основе конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит кривошипно-шатунный механизм. Цель и устройство будет обсуждаться в нашей сегодняшней статье.
Дизайн
Итак, что это за элемент в двигателе?
Этот механизм получает энергию расширяющихся газов и преобразует ее в механическую работу. Кривошип двигателя внутреннего сгорания объединяет несколько компонентов, а именно:
- Поршень;
- Прут;
- Коленвал с ушком;
- Кольцо и рукав.
Вместе они составляют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипного механизма выполняет свою работу. Элементы взаимосвязаны. Каждая деталь имеет свою структуру и назначение. Кривошипно-шатунный механизм должен выдерживать высокие ударные и тепловые нагрузки. Это обуславливает надежность энергоблока в целом. Далее мы подробно опишем каждый из вышеперечисленных компонентов.
Поршень
Эта деталь кривошипно-шатунного механизма измеряет давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере.Поршень изготовлен из алюминиевого сплава и совершает возвратно-поступательные движения в узле муфты. Конструкция поршня включает в себя головку и юбку. Первый может иметь различную форму: вогнутый, плоский или выпуклый.
На 16-клапанных двигателях ВАЗ часто используются поршни с углублениями. Они используются для предотвращения столкновения головки поршня с клапаном в случае поломки ремня ГРМ.
Кольца
Также в дизайне есть кольцо:
- Масло;
- Компрессия (две части).
Последние предотвращают утечку газов в картер. И первое - удалить излишки масла, которые остаются на стенках цилиндров при выполнении упражнения. Внизу поршень соединен с шатуном (об этом мы поговорим ниже), в его конструкции также предусмотрен патрон.
Рекомендовано
Как работает задняя втулка переднего рычага и сколько она обслуживает?
Задняя втулка переднего рычага - один из составных элементов шасси автомобиля.Он относится к направляющим элементам подвески вместе с рычагами, выдерживает колоссальные нагрузки с колес. Тем не менее, с этим этот пункт, есть много ...
Расход масла в двигателе. Шесть причин
Вряд ли можно найти автомобилиста, который бы не беспокоился о повышенном расходе масла. Это особенно раздражает, когда это происходит с другим новым мотором. Вот наиболее распространенные причины, которые приводят к расходу масла в двигателе.
Как работает выхлопная система?
Система выпуска предназначена для удаления продуктов сгорания из двигателя и вывода их в окружающую среду.Также должно быть обеспечено снижение шумового загрязнения до приемлемых пределов. Как и любые другие сложные устройства, эта система состоит из нескольких ...
Шатун
Шестерня без этого элемента не комплектуется. Шатун передает усилие тяги от поршня на коленчатый вал. Эти части машин и механизмов имеют вертлюг. Обычно шатуны изготавливаются ковкой или штамповкой. Но в спортивных двигателях использовались титановые отливки. Они более устойчивы к стрессу и не деформируются в случае сильного удара.Какова структура и назначение кривошипного механизма? Конструктивно шатун состоит из трех частей:
,- ,
- , верхняя головка;
- бар;
- Нижняя головка.
Вверху этот элемент соединен с поршнем пальцем. Вращение компонента осуществляется в боссах. Этот тип большого пальца называется плавающим. Стержень шатуна имеет I-образный профиль. Нижняя часть разборная. Это необходимо для того, чтобы произвести его снятие с коленвала в случае неисправностей.Нижняя головка соединена с шейкой коленчатого вала. Последнее устройство мы обсудим прямо сейчас.
Коленчатый вал
Этот элемент является основным компонентом в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Его назначение на следующий. Коленчатый вал получает нагрузку от шатуна. Кроме того, он преобразует крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Это заключительная часть в дизайне двигателя. Может быть одно- и двухмассовое.На конце зубчатого венца. Это необходимо для зацепления с помощью шестерни стартера в случае запуска двигателя. Что касается вала, то он выполнен из высокопрочных сталей и чугуна. Элемент состоит из шатуна и главных шеек, которые соединяют «щеки». Последние вращаются в подшипниках (подшипниках) и могут быть разделены. Внутри щек и шеек есть отверстия для потока масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 бар, в зависимости от нагрузки двигателя внутреннего сгорания.
Во время работы двигателя может возникнуть дисбаланс вала.Чтобы предотвратить это, в конструкции предусмотрен виброгаситель. Это два металлических кольца, которые соединяются через упругую среду (моторное масло). На наружном кольце демпфера установлен шкив.
Типы Chu
На данный момент существует несколько разновидностей цилиндро-поршневой группы. Самый популярный однорядный дизайн. Используется на всех 4-цилиндровых двигателях. Есть также встроенные «шесть» и даже «восемь». Эта конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Встроенные двигатели имеют высокий баланс и небольшую вибрацию.
Существует также V-образная конструкция, которая досталась американцам. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.
Как видите, цилиндры расположены в двух плоскостях. Обычно они находятся под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции можно значительно сэкономить место в моторном отсеке. Примером могут служить 6-цилиндровые двигатели от «Опель» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем расположен под капотом поперечно.Если вы возьмете ряд «шестерка» с передним приводом «Вольво», то будет заметно скрыть место под капотом.
Но за компактность нам придется платить меньшую вибрацию. Еще одна компоновка цилиндров - боксер. Практикуют японские автомобили » "Subaru". Ось цилиндра также размещена в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они находятся под углом 180 градусов. Основные достоинства - более низкий центр тяжести и отличный баланс. Но эти двигатели очень дорогая в изготовлении.
Ремонт и техническое обслуживание кривошипного механизма
Обслуживание любого ИБП требует только регулярной замены масла в двигателе.В случае ремонта основное внимание уделяется следующим элементам:
- Поршневые кольца . Появление они меняют на новое.
- Подшипники коленвала . Если происходит значительное развитие или поворот подшипника - ndash; заменен на новый.
- Поршневые пальцы . У них тоже есть производство.
- поршнями . При детонации возможно выгорания головки, что приводит к снижению компрессии, внесению жор масла и другим неполадкам с двигателем.
Часто такие сбои возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании малооктанового бензина. Ремонт кривошипа может понадобиться при постоянных нагрузках и большом пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но есть случаи, когда на ухо уже пройдено 120 тысяч километров, сгорели клапаны и поршни. Все это является результатом отложенного технического обслуживания энергоблока.
Итак, мы обнаружили, что это кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.
Скользящий кривошипно-шатунный механизм , расположение механических частей, предназначенных для преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, как в поршневом двигателе, или для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, как в поршневом поршневом насосе. Базовая природа механизма и относительное движение деталей могут быть лучше всего описаны с помощью прилагаемой фигуры, на которой движущиеся части слегка заштрихованы.Темно затененная часть 1, неподвижная рама или блок насоса или двигателя, содержит цилиндр, изображенный в поперечном сечении его стенками DE и FG, , в котором поршень, часть 4, скользит взад и вперед. Небольшая окружность на A представляет основной подшипник коленчатого вала, который также находится в части 1. Коленчатый вал, часть 2, показан как прямой элемент, проходящий от основного подшипника на A до подшипника коленчатого вала на B, который соединяет его с шатуном, часть 3.Шатун показан как прямой элемент, простирающийся от подшипника коленчатого вала на B до подшипника на запястье при C, , который соединяет его с поршнем, часть 4, которая показана в виде прямоугольника. Три подшипника, показанные в виде кружков на A, B, и C , позволяют соединенным элементам свободно вращаться относительно друг друга. Путь B является окружностью радиуса AB; , когда B находится в точке ч , поршень будет в положении H, , а когда B находится в точке j , поршень будет в положении J. На бензиновом двигателе верхний конец цилиндра (где происходит взрыв топливно-воздушной смеси) находится при EG; давление, создаваемое взрывом, будет толкать поршень из положения H в положение J; Обратное движение от J до H потребует энергии вращения маховика, прикрепленного к коленчатому валу и вращающегося вокруг подшипника, коллинеарного с подшипником A . На поршневом насосе с возвратно-поступательным движением коленчатый вал приводится в движение двигателем.
Скользящий кривошипно-шатунный механизм Encyclopædia Britannica, Inc. .Глава 5. Планарные связи
И Чжанс
Сьюзен Фингер
Стефани Беренс
Оглавление
5.1 Введение
5.1.1 Что такое механизмы сцепления?
Задумывались ли вы, какой механизм вызывает ветровое стекло дворник на передней вдове авто качается (рисунок 5-1A)? Механизм, показанный на рисунке 5-1b, преобразует вращательное движение двигателя в колебательное движение стеклоочистителя.
Рисунок 5-1 Стеклоочиститель
Давайте сделаем простой механизм с похожим поведением.Возьми немного картон и сделать четыре полоски, как показано на рисунке 5-2a.
Возьмите 4 штифта и соберите их, как показано на рисунке 5-2b.
Теперь держите 6in. раздеться, чтобы он не мог двигаться и повернуть 3in. раздеться. Вы увидите, что 4in. полоска колеблется.
Рисунок 5-2 Четырехбалочный механизм Do-It-Yourself
Связь с четырьмя стержнями - самый простой и часто самый полезный механизм. Как мы упоминали ранее, механизм состоит из твердых тел и нижние пары называется связующим звеном (Охота 78).В планарных механизмах есть только два вида нижние пары --- вращающиеся пары и призматические пары.
Самая простая замкнутая связь - это четырехполюсная связь, которая имеет четыре члена, три движущихся ссылки, одна фиксированная ссылка и четыре булавки суставы. Связь, которая имеет хотя бы одну фиксированную ссылку, является механизмом. Следующий пример связи с четырьмя столбцами был создан в SimDesign в simdesign / fourbar.sim
Рисунок 5-3 Четырехбалочная связь в SimDesign
Этот механизм имеет три движущихся звена.Две ссылки прикреплены к кадр, который не показан на этой картинке. В SimDesign ссылки могут быть прибитым к фону, тем самым превращая их в кадр.
Сколько степеней свободы у этого механизма? Если мы хотим, чтобы он был только один, мы можем наложить одно ограничение на связь, и это будет иметь определенное движение. Четыре бара связи это самый простой и самый полезный механизм.
Напоминание: механизм состоит из твердых тел и нижних пар называемые связи (Охота 78).В В планарных механизмах есть только два вида нижних пар: поворотные пары и призматические пар.
5.1.2 Функции связей
Функция связующего механизма заключается в создании вращающегося, колеблющегося, или возвратно-поступательное движение от поворота кривошипа или тисков Версия (Ham и др. 58). Говоря более конкретно, связи можно использовать для преобразования:
- Непрерывное вращение в непрерывное вращение с постоянным или переменное отношение угловой скорости.
- Непрерывное вращение в колебание или возвратно-поступательное движение (или обратный), с постоянным или переменным отношением скорости.
- Колебание в колебание, или возвратно-поступательное движение в возвратно-поступательное движение, с коэффициентом постоянной или переменной скорости.
Связи имеют много различных функций, которые можно классифицировать в соответствии с основной целью механизма:
- Функция генерации : относительное движение между звеньями подключен к раме,
- Путь генерации : путь точки трассировки, или
- Генерация движения : движение соединительного звена.
5.2 Четырехцепные механизмы
Одним из простейших примеров ограниченной связи является четырехзвенный механизм . Разнообразные полезные механизмы могут быть сформирован из механизма с четырьмя связями через небольшие изменения, такие как как изменение характера пар, пропорций ссылок, и т. Д. . Кроме того, многие сложные механизмы связи являются комбинациями двух или более таких механизмов. Большинство четырехзвенных механизмов подпадают под один из следующих двух классов:
- четырехзвенный механизм сцепления, и
- Слайдер-кривошипно-шатунный механизм.
5.2.1 Примеры
Механизм параллелограмма
В параллелограмме четырехблочного рычага ориентация муфты не меняется во время движения. На рисунке показан загрузчик. Obvioulsy поведение поддержания параллелизма важно в погрузчик. Ковш не должен вращаться при поднятии и опускании. Соответствующий файл SimDesign - simdesign / loader.sim.
Рисунок 5-4 Механизм фронтального погрузчика
Слайдер-кривошипный механизм
Механизм с четырьмя стержнями имеет некоторые специальные конфигурации, созданные сделать одну или несколько ссылок бесконечной длины.Слайдер-кривошип (или кривошипно-ползунковый) механизм, показанный ниже, представляет собой ползунок, заменяющий бесконечно длинную выходную ссылку. Соответствующий Файл SimDesign - это simdesign / slider.crank.sim.
Рис. 5-5 Механизм кривошипа и ползуна
Эта конфигурация переводит вращательное движение в поступательное один. Большинство механизмов приводятся в движение двигателями, а ползунки часто используется для преобразования вращательного движения в линейное движение.
Рукоятка и поршень
Вы также можете использовать ползунок в качестве входной ссылки и рукоятку в качестве выходная ссылка.В этом случае механизм переноса поступательный движение во вращательное движение. Поршни и кривошип во внутреннем Двигатель внутреннего сгорания является примером такого типа механизма. соответствующий файл SimDesign - simdesign / burn.sim.
Рисунок 5-6 Рукоятка и поршень
Вы можете удивиться, почему есть еще один слайдер и ссылка слева. Этот механизм имеет две мертвые точки. Слайдер и ссылка слева помочь механизму преодолеть эти мертвые точки.
Блок питания
Одним интересным применением ползуна является блок подачи. Файл SimDesign можно найти в simdesign / block-feeder.sim
Рисунок 5-7 Блок подачи
5.2.2 Определения
В диапазоне плоских механизмов самая простая группа нижней пары Механизмы - четыре бара связи. A четыре стержня связи состоит из четырех стержневых звеньев и четырех поворотных пар, как показано на рисунке 5-8.
Рисунок 5-8 Четырехбалочная связь
Ссылка напротив фрейма называется соединительное звено и звенья, прикрепленные к раме называются , боковые ссылки .Ссылка, которая может свободно вращаться через 360 градусов относительно второй ссылки будет сказано оборотов относительно второй ссылки (не обязательно Рамка). Если возможно, чтобы все четыре бара стали одновременно выровненное, такое состояние называется точкой изменения .
Некоторые важные понятия в механизмах связи:
- Рукоятка : боковое звено, которое вращается относительно рамы, называется кривошипом .
- Rocker : Любая ссылка, которая не вращается, называется Rocker .
- Поворотно-откидной механизм : в четырехполюсном соединении, если более короткая боковая связь вращается, а другая качается (, то есть , колеблется), это называется кривошипно-кулисным механизмом .
- Двойной кривошипно-шатунный механизм : в четырехполюсном соединении, если оба боковые звенья вращаются, это называется двухкривошипный механизм .
- Двойной кулисный механизм : в четырехполюсном соединении, если оба боковые звенья рок, он называется двойной механизм рокер .
5.2.3 Классификация
Перед классификацией четырехблочных связей нам необходимо представить Основная номенклатура.
В связи с четырьмя барами мы ссылаемся на отрезок линии между шарниры по данной ссылке, как бар , где:
- с = длина самого короткого стержня
- л = длина самого длинного стержня
- p, q = длины промежуточного стержня
Теорема Грасгофа гласит, что четырехзвенный механизм имеет при хотя бы одна револьверная ссылка, если
с + л(5-1)
и все три мобильных ссылки будут качаться, если
s + l> p + q(5-2)
Неравенство 5-1 составляет , критерий Грасгофа - .
Все четыре стержневых механизма попадают в одну из четырех категорий, перечисленных в Таблица 5-1:
| Чехол | л + с вер. p + q | Самый короткий бар | Тип |
|---|---|---|---|
| 1 | Рамка | Двойной кривошип | |
| 2 | Side | Рокер | |
| 3 | Соединитель | Двойной рокер | |
| 4 | = | Любой | Изменить точку |
| 5 | > | Любой | Двойной рокер |
Из таблицы 5-1 видно, что для механизма с кривошипом сумма длины его самых коротких и самых длинных ссылок должна быть меньше чем или равна сумме длины двух других ссылок.Тем не мение, это условие необходимо, но не достаточно. Механизмы удовлетворения это условие подразделяется на следующие три категории:
- Если самое короткое звено является боковым звеном, механизм является кривошипно-шатунным механизмом. Кратчайший звено является кривошипом в механизме.
- Когда самая короткая ссылка - это кадр механизм, механизм представляет собой механизм с двойным кривошипом.
- Когда самая короткая ссылка является соединительным звеном, механизм представляет собой механизм с двумя кулисами.
5.2.4 Угол передачи
На рисунке 5-11, если AB является входной ссылкой, сила, приложенная к выходному звену, CD , передается через соединительную ссылку до н.э. . (То есть нажатием на ссылку CD накладывает усилие на канал AB , который передается через ссылку до н.э. .) для достаточно медленных движений (незначительные силы инерции), сила в связи муфты является чистой растяжение или сжатие (незначительное изгибающее действие) и направлено по г. до н.э.Для данной силы в соединительном звене крутящий момент передается на выходной стержень (около точки D ) максимум при угол между ответвительный стержень BC и выходной стержень CD is / 2. Следовательно, угол BCD равен называется угол передачи .
(5-3)
Рисунок 5-11 Угол передачи
Когда угол передачи значительно отклоняется от / 2, крутящий момент на выходной планке уменьшается и может быть недостаточным для преодоления трения в система.По этой причине угол отклонения = | / 2- | не должно быть слишком велико. В На практике нет определенного верхнего предела, потому что существование силы инерции могут устранить нежелательные отношения силы это присутствует в статических условиях. Тем не менее, следующее критерию можно следовать.5.2.5 Мертвая точка
Когда боковое звено, такое как AB на рис. 5-10, выравнивается с соединительным звеном BC , оно может быть сжато только или продлен муфтой.В этой конфигурации крутящий момент применяется к ссылка на другой стороне, CD , не может вызвать вращение в ссылке AB . Поэтому говорят, что эта ссылка находится в мертвой точке (иногда называется точкой переключения ).
Рисунок 5-10 Мертвая точка
На рисунке 5-11, если AB является кривошипом, он может выровняться с BC в полное расширение по линии AB 1 C 1 или в сгибание с AB 2 в сложенном состоянии B 2 C 2 .Обозначим угол АЦП через и угол DAB по. Мы используем индекс 1 для обозначают расширенное состояние и 2 обозначают согнутые состояния ссылок AB и BC . В расширенном состоянии ссылка CD не может вращаться по часовой стрелке без растяжения или сжатия теоретически жесткая линия AC 1 . Поэтому ссылка CD не может перейти в запрещенную зону на ниже C 1 D и должен быть на одном из двух экстремальные позиции; другими словами, ссылка CD находится в экстремальном состоянии. Второй экстремум ссылки CD встречается с = 1 .
Обратите внимание, что крайние положения боковой тяги происходят одновременно с мертвыми точками противоположной ссылки.
В некоторых случаях мертвая точка может быть полезна для таких задач, как работа фиксация (рисунок 5-11).
Рисунок 5-11 Рабочее крепление
В других случаях мертвая точка должна быть и может быть преодолена с помощью момент инерции звеньев или с асимметричным развертыванием механизм (рисунок 5-12).
Рисунок 5-12. Преодоление мертвой точки асимметричным Развертывание (двигатель V)
5.2.6 Механизм с ползунковым рычагом
Механизм ползунка, который имеет известное применение в двигатели, это частный случай кривошипно-шатунного механизм. Обратите внимание, что если рокер 3 на рисунке 5-13а очень длинный, его можно заменить блоком, скользящим в изогнутой прорези или направляющей, как показано на рисунке. Если длина рокер бесконечен, гид и блок больше не изогнуты. Скорее, они, по-видимому, прямые, как показано на рисунке 5-13b, и связь принимает форму обычный кривошипно-шатунный механизм .
Рис. 5-13. Механизм ползунковый 5.2.7 Обращение ползункового механизма
Инверсия - это термин, используемый в кинематике для обращения или обмен формой или функцией применительно к кинематическим цепям и механизмам. Для Например, принимая другую ссылку в качестве фиксированной ссылки, ползунок механизм, показанный на рисунке 5-14а, может быть в механизмы, показанные на рисунке 5-14b, с и г. Разные примеры можно найти в применении этих механизмов.Для Например, механизм насосного устройства на рисунке 5-15 такой же, как на рисунке 5-14b.
Рисунок 5-14 Инверсия кривошипно-шатунного механизма
Рисунок 5-15 A Насосное устройство
Имейте в виду, что инверсия механизма не меняет движения его ссылок относительно друг друга, но не меняет ли их абсолютные движения.
Оглавление
- Полное содержание
- 1 Физические основы
- 2 механизма и простые машины
- 3 Еще о машинах и механизмах
- 4 Базовая кинематика связанных жестких тел
- 5 планарных связей
- 5.1. Введение
- 5.1.1 Что такое механизмы сцепления?
- 5.1.2 Функции связей
- 5.2 Четыре механизма связи
- 5.2.1 Примеры
- 5.2.2 Определения
- 5.2.3 Классификация
- 5.2.4 Угол передачи
- 5.2.5 Мертвая точка
- 5.2.6 Механизм ползунковый
- 5.2.7 Обращение ползункового механизма
- 5.2.2 Определения
- 5.1.1 Что такое механизмы сцепления?
- 6 кулачков
- 7 передач
- 8 Другие механизмы
- указатель
- Ссылки
- 1 Физические основы
sfinger @ ri.cmu.edu
,
