Схема кривошипно шатунный механизм: Схема кривошипно-шатунного механизма | Схемы автомобильные

Содержание

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

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

Первые КШМ

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

Схема водяного древнеримского распиловочного станка с КШМ

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

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

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

КШМ в паровых машинах

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

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

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

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

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

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

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

Паровоз

КШМ в двигателях внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

Двигатель внутреннего сгорания Огнеслава Костовича

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

Рудольф Дизель и его двигатель внутреннего сгорания

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

Давайте посмотрим на схему устройства современного двигателя внутреннего сгорания.

Схема кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания

Общие определения:

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

Шатун – деталь, связывающая кривошип и поршень.

Кривошип – условная деталь, которая связывает шатун с коленвалом.

Противовес снижает вибрации при вращении коленвала.  

Блок цилиндров – корпус, в котором находятся цилиндры двигателя.

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

Коленвал (коленчатый вал) – ось вращения ступенчатой формы.

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

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

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

Блок цилиндров, поршень с шатуном и коленвал

Видео:

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

Литература:

  1. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА КРИВОШИПНОШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 

Маятник Капицы

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

Петр Леонидович Капица

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

Владимир Игоревич Арнольд

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

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

Демонстрация динамической стабилизации перевернутого маятника с помощью электробритвы

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

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

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

Видео:

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

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ): устройство и предназначение

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

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

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

Строение КШМ

Поршень

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

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

Шатун

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

Коленчатый вал

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

Маховик

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

Блок и головка цилиндров

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

Кривошипно-шатунный механизм


Категория:

   Крановщикам и стропальщикам


Публикация:

   Кривошипно-шатунный механизм


Читать далее:

Кривошипно-шатунный механизм

Для чего служит кривошипно-шатунный механизм?

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

Из скольких звеньев состоит кривошипно-шатунный механизм?

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4. Крепление двигателей 3M3-53-1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


Рекламные предложения:

Читать далее: Газораспределительный механизм

Категория: —
Крановщикам и стропальщикам

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Кривошипно-шатунный механизм / Руководства по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Двигатели КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300, 740.30-260, 740.50-360, 740.51-320, 740.50-3901001 КД / Техсправочник / Кама-Автодеталь

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

Коленчатый вал (рис. Коленчатый вал) изготовлен из высококачественной стали и имеет пять коренных и четыре шатунные шейки, закаленных ТВЧ, которые связаны между собой щеками и сопрягаются с ними переходными галтелями. Для равномерного чередования рабочих ходов расположение шатунных шеек коленчатого вала выполнено под углом 90°.

К каждой шатунной шейке присоединяются два шатуна: один для правого и один для левого рядов цилиндров (рис. Шатун).

1 — противовес коленчатого вала передний; 2 — противовес коленчатого вала задний; 3 — шестерня привода масляного насоса; 4 — шестерня привода газораспределительного механизма; 5,6- шпонка; 7 -штифт; 8- жиклер; 9 — облегчающие отверстия; 10 — отверстия подвода масла в коренных шейках 11-отверстия подвода масла к шатунным шейкам.

Подвод масла к шатунным шейкам производится от отверстий в коренных шейках 10 прямыми отверстиями 11.

Для уравновешивания сил инерции и уменьшения вибраций коленчатый вал имеет шесть противовесов, отштампованных заодно со щеками коленчатого вала. Кроме основныхпротивовесов, имеются два дополнительных съемных противовеса 1 и 2, напрессованных на вал, при этом их угловое расположение относительно коленчатого вала определяется шпонками 5 и 6 (рис.Коленчатый вал).

В расточку хвостовика коленчатого вала запрессован шариковый подшипник 5 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала).

Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала: 1 — полукольцо упорного подшипника коленчатого вала верхнее: 2- полукольцо упорного подшипника коленчатого вала нижнее 3- вкладыш подшипника коленчатого вала верхний; 4- вкладыш подшипника коленчатого вала нижний; 5- блок цилиндров 6 — крышка подшипника коленчатого вала задняя 7 — коленчатый вал.

В полость переднего носка коленчатого вала ввернут жиклер 8,через калиброваное отверстие которого осуществляется смазка шлицево валика отбора мощности на привод гидромуфты.

От осевых перемещений коленчатый вал зафиксирован двумя верхними полукольцами 1 и двумя нижними полукольцами 2 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала), установленными в проточках задней коренной опоры блока цилиндров,так,что сторона с канавками прилегает к упорным торцам вала. На переднем и заднем носках коленчатого вала (рис. Коленчатый вал) установлены шестерня 3 привода масляного насоса и ведущая шестерня 4 привода распределительного вала. Задний торец коленчатого вала имеет восемь резьбовых отверстий для болтов крепления маховика, передний носок коленчатого вала имеет восемь отверстий для крепления гасителя крутильных колебаний.

Уплотнение коленчатого вала осуществляется резиновой манжетой 8 (рис. Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала), с дополнительным уплотняющим элементом — пыльником 9. Манжета размещена в картере маховика 4. Манжета изготовлена из фторкаучука по технологии формования рабочей уплотняющей кромки непосредственно в прессформе.

Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала: 1 — маховик; 2- блок цилиндров; 3- коленчатый вал; 4 — картер маховика; 5- подшипник первичного вала коробки передач; 6- шайба; 7- болт крепления маховика; 8- манжета уплотнения коленчатого вала; 9- пыльник манжеты; 10 — штифт установочный маховика

Диаметры шеек коленчатого ваш: коренных 95+0.011 мм, шатунных 80±0,0095 мм.

Для восстановления двигателя предусмотрены восемь ремонтных размеров вкладышей. Обозначение вкладышей подшипников коленчатого вала, диаметр коренной шейки коленчатого вала, диаметр отверстия в блоке цилиндров под эти вкладыши указаны в приложении 1.

Обозначение вкладышей нижней головки шатуна, диаметр шатунной шейки коленчатого вала, диаметр отверстия в нижней головке шатуна под эти вкладыши указаны в приложении 2.

Вкладыши 7405.1005170 Р0, 7405.1005171 Р0, 7405.1005058 Р0 применяются при восстановлении двигателя без шлифовки коленчатого вала. При необходимости шейки коленчатого вала заполировываются. Допуски на диаметры шеек коленчатого вала, отверстий в блоке цилиндров и отверстий в нижней головке шатуна при проведении ремонта двигателя должны быть такими же, как у номинальных размеров новых двигателей.

Коренные и шатунные подшипники изготовлены из стальной ленты, покрытой слоем свинцовистой бронзы толщиной 0.3 мм, слоем свинцовооловянистого сплава толщиной 0.022 мм и слоем олова толщиной 0.003 мм. Верхние 3 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышеи подшипников коленчатого вала) и нижние 4 вкладыши коренных подшипников не взаимозаменяемы. В верхнем вкладыше имеется отверстие для подвода масла и канавка для его распределения. Оба вкладыша 4 нижней головки шатуна взаимозаменямы. От проворачивания и бокового смещения вкладыши фиксируются выступами (усами), входящими в пазы, предусмотренные в постелях блока, крышках подшипников и в постелях шатуна.Вкладыши имеют конструктивные отличия, направленные на повышение их работоспособности при форсировке двигателя турбонаддувом, при этом изменена маркировка вкладышей на 7405.1004058 (шатунные), 7405.1005170 и 7405.1005171 (коренные). Поэтому при проведении ремонтного обслуживания не рекомендуется замена вкладышей на серийные с маркировкой 740.100.., так как при этом произойдет существенное сокращение ресурса двигателя.

Крышки коренных подшипников (рис.Установка крышек подшипников коленчатого вала) изготовлены из высокопрочного чугуна марки ВЧ50. Крепление крышек осуществляется с помощью вертикальных и горизонтальных стяжных болтов 3, 4, 5, которые затягиваются по определенной схеме регламентированным моментом (см. приложение 8).

Шатун (рис.Шатун) стальной, кованый, стержень 1 имеет двутавровое сечение. Верхняя головка шатуна неразъемная, нижняя выполнена с прямым и плоским разъемом. Шатун окончательно обрабатывают в сборе с крышкой 2, поэтому крышки шатунов невзаимозаменяемы. В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка 3, а в нижнюю установлены сменные вкладыши 4. Крышка нижней головки шатуна крепится с помощью гаек 6, навернутых на болты 5, предварительно запрессованные в стержень шатуна. Затяжка шатунных болтов осуществляется по схеме, определенной в приложении 8. На крышке и стержне шатуна нанесены метки спаренности — трехзначные порядковые номера. Кроме того на крышке шатуна выбит порядковый номер цилиндра.

Маховик1 (рис.Маховик) закреплен восемью болтами 7 (рис.Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала), изготовленными из легированной стали с двенадцатигранной головкой, на заднем торце коленчатого вала и точно зафиксирован двумя штифтами 10 и установочной втулкой 3 (рис.Маховик).

С целью исключения повреждения поверхности маховика под головки болтов устанавливается шайба 6 (рис.Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала). Величина моментов затяжки болтов крепления маховика указана в приложении 8. На обработанную цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец 2, с которым входит в зацепление шестерня стартера при пуске двигателя (рис.Маховик ).

При выполнении регулировочных работ по установке угла опережения впрыска топлива и величин тепловых зазоров в клапанах маховик фиксируется при помощи фиксатора (рис.Положения ручки фиксатора маховика).

Положения ручки фиксаторамаховика: а)- при эксплуатации, б) — при регулировке,в зацеплении с маховиком

При этом конструкция имеет следующие основные отличия от серийной:

-изменен угол расположения паза под фиксатор на наружной поверхности маховика;

-увеличен диаметр расточки для размещения шайбы под болты крепления маховика.

Рассматриваемые двигатели могут комплектоваться различными типами сцеплений. На рис. Маховик показан маховик для диафрагменного сцепления.

Установка гасителя крутильных колебаний коленчатого вала: 1 — гаситель; 2 — болт крепления гасителя; 3 — полумуфта отбора мощности; 4 — болт крепления полумуфты; 5 — шайба; 6 — коленчатый вал; 7 — блок цилиндров.

Гаситель крутильных колебании закреплен восемью болтами 2 (рис.Установка гасителя крутильных колебании коленчатого вала) на переднем носке коленчатого вала. С целью исключения повреждения поверхности корпуса гасителя под болты устанавливается шайба 5. Гаситель состоит из корпуса (см. рисунок) в который установлен с зазором маховик. Снаружи корпус гасителя закрыт крышкой. Герметичность обеспечивается закаткой (сваркой) по стыку корпуса гасителя и крышки. Между корпусом гасителя и маховиком находится высоковязкостная силиконовая жидкость, дозированно заправленная перед заваркой крышки. Центровка гасителя осуществляется шайбой, приваренной к корпусу(рис. Гаситель крутильных колебаний коленчатого вала). Гашение крутильных колебаний коленчатого вала происходит путем торможения корпуса гасителя, закрепленного на носке коленчатого вала, относительно маховика в среде силиконовой жидкости. При этом энергия торможения выделяется в виде теплоты. При проведении ремонтных работ категорически запрещается деформировать корпус и крышку гасителя. Гаситель с деформированным корпусом или крышкой к дальнейшей эксплуатации не пригоден.

Поршень 1 (рис.Поршень с кольцами в сборе с шатуном) отлит из алюминиевого сплава со вставкой из износостойкого чугуна под верхнее компрессионное кольцо.

В головке поршня выполнена тороидальная камера сгорания с вытеснителем в центральной части, она смещена относительно оси поршня в сторону от выточек под клапаны на 5 мм.

Боковая поверхность представляет собой сложную овально-бочкообразную форму с занижением в зоне отверстий под поршневой палец. На юбку нанесено графитовое покрытие.

Поршень с шатуном и кольцами в сборе: 1 — поршень; 2 — маслосъемное кольцо; 3 — поршневой палец; 4, 5 — компрессионные кольца; 6 — стопорное кольцо.

В нижней ее части выполнен паз, исключающий при правильной сборке контакт поршня с форсункой охлаждения при нахождении в НМТ.

Поршень комплектуется тремя кольцами, двумя компрессионными и одним маслосъемным. Отличительной его особенностью является уменьшенное расстояние от днища до нижнего торца верхней канавки, которое составляет 17 мм. На двигателях, с целью обеспечения топливной экономичности и экологических показателей, применен селективный подбор поршней для каждого цилиндра по расстоянию от оси поршневого пальца до днища. По указанному параметру поршни разбиты на четыре группы 10, 20, 30 и 40. Каждая последующая группа от предыдущей отличается на 0,11 мм. В запасные части поставляются поршни наибольшей высоты, поэтому во избежание возможного контакта между ними и головками цилиндров в случае замены необходимо контролировать надпоршневой зазор. Если зазор между поршнем и головкой цилиндра после затяжки болтов ее крепления будет менее 0,87 мм необходимо подрезать днище поршня на недостающую до этого значения величину. Поршни двигателей 740.11, 740.13 и 740.14 отличаются друг от друга формой канавок под верхнее компрессионное и маслосъемное кольца, (см. разделы компрессионное и маслосъемное кольца). Установка поршней с двигателей КАМАЗ 740.10 и 7403.10 недопустима. Допускается установка поршней с поршневыми кольцами двигателей 740.13 и 740.14 на двигатель 740.11.

Компрессионные кольца (рис. Поршень с кольцами в сборе с шатуном) изготавливаются из высокопрочного, а маслосъемное из серого чугунов. На двигателе 740.11 форма поперечного сечения компрессионных колец односторонняя трапеция, при монтаже наклонный торец с отметкой «верх» должен располагаться со стороны днища поршня. На двигателях 740.13 и 740.14 верхнее компрессионное кольцо имеет форму сечения двухсторонней трапеции с выборкой на верхнем торце, который должен располагаться со стороны днища поршня.

Рабочая поверхность верхнего компрессионного кольца 4 покрыта молибденом и имеет бочкообразную форму. На рабочую поверхность второго компрессионного 5 и маслосъемного колец 2 нанесен хром. Ее форма на втором кольце представляет собой конус с уклоном к нижнему торцу, по этому характерному признаку кольцо получило название «минутное». Минутные кольца применены для снижения расхода масла на угар, их установка в верхнюю канавку не допустима.

Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пружинным расширителем, имеющим переменный шаг витков и шлифованную наружную поверхность. Средняя часть расширителя с меньшим шагом витков при установке на поршень должна располагаться в замке кольца. На двигателе модели 740.11 высота кольца — 5 мм, а на двигателях 740.13 и 740.14 высота кольца — 4 мм.

Установка поршневых колец с других моделей двигателей КАМАЗ может привести к увеличению расхода масла на угар.

Для исключения возможности применения не взаимозаменяемых деталей цилиндро-поршневой группы при проведении ремонтных работ рекомендуется использовать ремонтные комплекты:

-7405.1000128-42 — для двигателя 740.11-240;

-740.13.1000128 и 740.30-1000128 — для двигателей 740.13-260 и 740.14-300.

В ремонтный комплект входят:

-поршень;

-поршневые кольца;

-поршневой палец;

-стопорные кольца поршневого пальца;

-гильза цилиндра;

-уплотнительные кольца гильзы цилиндра.

Форсунки охлаждения (рис. Установка гильзы и форсунка охлаждения поршня) устанавливаются в картерной части блока цилиндров и обеспечивают подачу масла из главной масляной магистрали при достижении в ней давления 0,8 — 1,2 кг/см2 (на такое давление отрегулирован клапан, расположенный в каждой из форсунок) во внутреннюю полость поршней.

При сборке двигателя необходимо контролировать правильность положения трубки форсунки относительно гильзы цилиндра и поршня. Контакт с поршнем недопустим.

Поршень с шатуном (рис. Поршень с кольцами в сборе с шатуном) соединены пальцем 3 плавающего типа, его осевое перемещение ограничено стопорными кольцами 6. Палец изготовлен из хромоникелевой стали, диаметр отверстия 22 мм. Применение пальцев с отверстием 25 мм недопустимо, так как это нарушает балансировку двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм

Силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма.

Сила Р1 (рис. 1), приложенная к поршневому пальцу, при такте сгорание—расширение слагается из двух сил: силы Р давления газов на поршень и силы инерции РИ1. Суммарную силу Pi можно разложить на силу S, направленную вдоль оси шатуна, и силу N, прижимающую поршень к стенкам цилиндра.

Силу S перенесем в центр шатунной шейки, а к центру коленчатого вала приложим две равные силе S и параллельные ей силы S1 и S2. Тогда совместное действие сил S1 и S создаст (на плече R) крутящий момент, приводящий во вращение коленчатый вал, а сила S2 нагрузит коренные подшипники и через них будет передаваться на картер двигателя.

Рис 1. Схема сил, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма.

Разложим силу S2 на две перпендикулярно направленные силы N1 и P2. Сила N1 численно равна силе N, но направлена в противоположную сторону; совместное действие сил N и N1 образует момент Nl, который стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Сила Р2, численно равная силе Р1 действует вниз, а сила P давления газов действует на головку цилиндра вверх, т. е. в противоположную сторону. Разность между силами P и Р1 представляет собой силу инерции поступательно движущихся масс PИ. Наибольшей величины эта сила достигнет в момент изменения направления движения поршня.

Вращающиеся массы шатунной шейки, щек кривошипа и нижней части шатуна создают центробежную силу PЦ, направленную по радиусу кривошипа в сторону от центра вращения.

Таким образом, в кривошипно-шатунном механизме одноцилиндрового двигателя, кроме крутящего момента, возникающего на коленчатом валу, действует ряд неуравновешенных моментов и сил:

  1. реактивный, или опрокидывающий, момент Nl, воспринимаемый опорами двигателя через картер;
  2. сила инерции поступательно движущихся масс РИ, направленная по оси цилиндра;
  3. центробежная сила вращающихся масс РЦ, направленная по кривошипу вала.

Боковая сила N достигает наибольшей величины при расширении газов, когда поршень прижимается к левой (см.рис.1) стенке цилиндра, чем и объясняется ее обычно больший износ.

Блок цилиндров.

Для автомобильных двигателей применяют блоки, состоящие из 4, 6 и 8 цилиндров, реже — из 12 (БелАЗ-540). Расположение цилиндров может быть однорядным или двухрядным. При двухрядном V-образном расположении цилиндров двигатели получаются легче и короче, с лучшей формой камеры сгорания и более рациональным газораспределением; повышается также жесткость коленчатого вала. Угол между двумя рядами цилиндров (угол развала) 90 или 75° (ЯМЗ-240).

На рис. 2 и 3 показаны детали 6-цилиндрового V-образного двигателя ЯМЗ с расположением цилиндров под углом 90°. Правый и левый шатуны (см. рис. 3) каждого цилиндра установлены рядом на одну шейку коленчатого вала, поэтому один ряд цилиндров соответственно сдвинут относительно другого вдоль оси вала.

Рис 2. Блок и головки цилиндров двигателя ЯМЗ-236

1 — крышка распределительных шестерен; 2 — сталеасбестовая прокладка; 3 — головка правого ряда цилиндров; 4 — площадка для установки топливного насоса высокого давления; 5 — головка левого ряда цилиндров; 6 — отверстие для форсунки; 7 — картер маховика; 8 — блок цилиндров; 9 — крышки коренных подшипников; 10 — гильза цилиндров; 11 — резиновое уплотнительное кольцо гильзы; 12 — вкладыши коренных подшипников

Двигатели современных автомобилей выполняют короткоходными, т. е. у них S/D — отношение хода поршня к диаметру цилиндра — меньше единицы (0,87—0,95). Такая конструкция позволяет получить при высоких числах оборотов коленчатого вала двигателя умеренную скорость поршня, уменьшает отдачу теплоты в охлаждающую жидкость, разгружает подшипники от инерционных сил, улучшает износостойкость поршней и цилиндров, уменьшает механические потери в двигателе.

Блок цилиндров отливают вместе с верхней частью картера двигателя из чугуна (ЗИЛ-131), легированного чугуна (ЯМЗ) или из алюминиевого сплава (ЗМЗ-66). Плоскость разъема картера двигателей обычно располагают ниже оси коленчатого вала, что повышает жесткость картера.

Для лучшей приспособленности двигателя ЗИЛ-131 к работе при значительных продольных и поперечных наклонах автомобиля, а также к преодолению глубоких бродов его нижний картер по сравнению с ЗИЛ-130 изменен. Он имеет колодец, в который постоянно погружен неподвижный маслоприемник.

Для повышения износостойкости стенок цилиндров и упрощения ремонта и сборки двигателя в блоки цилиндров запрессовывают вставные сменные гильзы из кислотостойкого чугуна. Уменьшение износа верхней части гильзы достигается установкой в нее короткой износостойкой вставки (у двигателей ЗМЗ длина вставки 50 мм).

Рис 3. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя ЯМЗ-236

1 — толкающая штанга; 2 и 13 — шайбы; 3 — ось коромысла; 4 и 5 — клапанные пружины; 6 — клапан; 7 — опорная шайба пружин; 8 — сухари; 2 — направляющая втулка; 10 — коромысло; 11 — контргайка; 12 — регулировочный винт; 14 и 23 — стопорные кольца; 15 — толкатель; 16 — распорная втулка; 17 — чугунные втулки; 18 — ось толкателей; 19 — распределительный вал; 20 — компрессионные кольца; 21 и 24 — маслосъемные кольца; 22 — поршневой палец; 25 — поршень; 26 — шатун; 27 — вкладыши; 28 — крышка шатуна; 29 — замочная шайба; 30 — шатунный болт; 31 — шестерня коленчатого вала: 32 — шестерня распределительного вала

Головки цилиндров делают съемными и отливают из алюминиевого сплава, который, помимо уменьшения веса, улучшает отвод теплоты и позволяет повысить степень сжатия примерно на 0,2—0,3 единицы.

Дизельные двигатели ЯМЗ имеют чугунные головки цилиндров, по одной на каждый ряд цилиндров. В головку цилиндров запрессованы металлокерамические направляющие втулки клапанов и чугунные седла выпускных клапанов. Сталеасбестовая прокладка головки цилиндров (толщиной 1,4 мм) имеет окантовку из стального листа для отверстий цилиндров и медную окантовку отверстий для прохода воды. Между головкой цилиндров и крышкой коромысел устанавливают профилированную резиновую прокладку.

Существенное влияние на протекание рабочего процесса, на детонацию и экономичность двигателя оказывает форма камеры сгорания. При нижних клапанах распространенной формой является Г-образная вихревая камера с расположением свечи зажигания над клапанами, при верхних клапанах — клиновидная с односторонним расположением клапанов или полусферическая с двусторонним расположением клапанов. Камера сгорания двигателей ЯМЗ выполнена в виде выемки в поршне (см. рис. 3).

Шатунно-поршневая группа.

Поршни двигателей отливают из алюминиевых сплавов, так как их теплопроводность в 3—4 раза выше, чем чугуна, что понижает температуру поршня, повышает наполнение и позволяет увеличить степень сжатия (без появления детонации) примерно на 0,5 единицы. Кроме того, поршни из алюминиевых сплавов легче чугунных.

В связи с более сильным нагревом и большим расширением днища и головки поршня его диаметр в верхней части должен быть меньше, чем в нижней. При сборке двигателей поршни подбирают по цилиндрам так, чтобы зазор между юбкой поршня и цилиндром (гильзой) для разных двигателей составлял 0,012—0,08 мм.

Поршни, изготовленные из алюминиевого сплава, обычно имеют прорези, которые предупреждают заедание поршня при нагреве и позволяют уменьшить зазор между стенкой цилиндра и юбкой поршня.

При нагреве поршень расширяется сильнее в направлении оси поршневого пальца, где в бобышках сосредоточена наибольшая масса металла. Чтобы поршень при нагреве получил цилиндрическую форму, его диаметр в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают больше, чем в осевом направлении. Покрытие юбки поршня тонким слоем олова (0,004—0,006 мм) улучшает приработку поршней к цилиндрам и предохраняет их от задиров.

Для уменьшения силы ударов поршня о стенки гильзы при переходе его через в. м. т. в процессе сгорания—расширения ось отверстия под поршневой палец смещают от оси поршня в наиболее нагруженную сторону (на рисунке 1 влево) на 1,5 мм (ЗМЗ-66).

В головку поршня двигателя ЗИЛ-131 залито упрочняющее чугунное кольцо 4 (см. рис. 4, в), в котором прорезана канавка для верхнего компрессионного кольца 1.

Для облегчения поршня и свободного хода противовесов коленчатого вала при нижних положениях поршней нерабочая часть юбки вырезается.

Поршень двигателей ЯМЗ отлит из высококремнистого алюминиевого сплава. Головка поршня имеет форму овала. Разность диаметров головки и юбки поршня составляет 0,43 мм.

Поршневые кольца отливают из серого чугуна или чугуна, легированного хромом и вольфрамом (ЯМЗ). Для повышения износостойкости поверхность верхнего компрессионного кольца подвергают пористому хромированию, остальные кольца для ускорения приработки покрывают слоем олова (0,003—0,006 мм).

Зазоры между кольцами и канавками поршня по высоте не должны превышать 0,08 мм, зазор в стыке кольца — 0,2—0,5 мм; стык (замок) у колец чаще прямой.

Для ускорения приработки колец на их наружной и внутренней поверхностях выполняют фаски или канавки (рис. 4), способствующие скручиванию кольца в такте сгорание—расширение. В результате скручивания кольцо прижимается к цилиндру только нижней кромкой, следовательно, быстрее прирабатывается. У двигателей ЯМЗ для тех же целей на наружной поверхности второго и третьего компрессионных колец выполнены канавки (рис. 4, б) глубиной 0,3 мм, поверхность которых покрыта слоем олова (0,05—0,10 мм).

Маслосъемные кольца устанавливают ниже компрессионных; количество их одно-два. Маслосъемное кольцо двигателя ЗИЛ-131 (рис. 4, г) состоит из двух стальных кольцевых дисков 5, осевого 6 и радиального 7 расширителей. Вследствие быстрой прирабатываемости и эластичности стальные кольца хорошо прилегают к стенкам цилиндра.

Рис 4. Поршневые кольца: а — 3M3-66; б — ЯМЗ; в и г — ЗИЛ-131

1 — верхние компрессионные кольца; 2 — средние компрессионные кольца; 3 — маслосъемные кольца; 4 — упрочняющее чугунное кольцо; 5 — кольцевые диски маслосъемного кольца; 6 — осевой расширитель; 7 — радиальный расширитель

Поршневой палец изготовляют полым из легированной цементованной или углеродистой стали, закаленной нагревом токами высокой частоты. Наиболее распространены плавающие пальцы, свободно поворачивающиеся в верхней головке шатуна и в бобышках поршня. От осевого смещения плавающий палец предохраняется пружинными кольцами, расположенными в выточках бобышек поршня.

Шатуны изготовляют из легированной или углеродистой стали. В верхнюю головку шатуна запрессовывают втулку из специальной или оловянистой бронзы. Нижняя головка — разъемная, с тонкостенными стальными вкладышами, залитыми слоем баббита (толщиной 0,3—0,4 мм) или свинцовистого сплава СОС-6-6.

Двигатели автомобилей ЗИЛ-131 имеют триметаллические вкладыши — на стальную ленту нанесен медноникелевый подслой, залитый сплавом СОС-6-6. Вкладыши шатунных подшипников V-образных двигателей Заволжского моторного завода выполнены из сталеалюминиевой ленты, антифрикционный слой которой состоит из 20% олова и 0,5% меди на алюминиевой основе. В двигателях ЯМЗ применены трехслойные вкладыши коренных и шатунных подшипников: стальное основание, рабочий слой из свинцовистой бронзы и тонкий слой специального свинцовооловянистого сплава, уменьшающий износ шеек и повышающий долговечность коленчатого вала.

Шатун двигателей ЯМЗ имеет масляный канал, в который запрессована втулка, дозирующая поступление масла для смазки поршневого пальца. Плоскость разъема крышки нижней головки шатуна расположена под углом 55° к оси стержня шатуна. Такая конструкция позволяет монтировать шатун через цилиндр. Для надежной фиксации крышки на плоскости разъема сделаны треугольные шлицы.

Коленчатый вал.

Форма коленчатого вала зависит от тактности двигателя, числа, расположения (рядности) и порядка работы цилиндров. Формы валов, количество опор и наиболее распространенные порядки работы цилиндров четырехтактных двигателей указаны в таблице 1.

Число цилиндров Формы коленчатых валов Количество опор Наиболее распространенные порядки работы цилиндров
4 2, 3, 4 и 5 1-3-4-2
1-2-4-3
6 3, 4 и 7 1-5-3-6-2-4
1-4-2-6-3-5
V6 4 1-4-2-5-3-6
V8 5 1-5-4-2-6-3-7-8

Таблица 1. Формы коленчатых валов и порядок работы цилиндров четырехтактных двигателей с рядным и V-образным расположением цилиндров.

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из магниевого чугуна (ЗМЗ-66). Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные; для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверливают наклонные каналы. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала выполняют полыми; полости шатунных шеек представляют собой грязеуловители, которые при ремонте можно очищать, отвертывая пробки. Эти пробки для предотвращения самоотвертывания раскернивают.

Для уравновешивания центробежных сил и ослабления вибрации двигателя применяют противовесы, которые выполняют как одно целое с валом или крепят к щекам вала винтами (ЯМЗ). Двигатели ЯМЗ имеют, кроме того, выносные противовесы на носке коленчатого вала и на маховике. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала закалены нагревом токами высокой частоты.

В коренных подшипниках коленчатых валов применяют тонкостенные вкладыши той же конструкции, что и в шатунных. Вкладыши коренных подшипников двигателей Заволжского моторного завода изготовляют из триметаллической ленты: стальная лента, металлокерамический подслой (60% меди и 40% никеля) и антифрикционный сплав СОС-6-6.

Рис 5. Передний конец коленчатого вала и привод распределительного вала (ЗМЗ-66): 1 — шкив коленчатого вала; 2 — датчик ограничителя оборотов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 4 — балансир; 5 — упорный фланец; 6 — шестерня распределительного вала; 7 — штифт; 8 и 9 — стальные шайбы; 10 — упорная шайба; 11 — шестерня коленчатого вала.

Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве двигателей воспринимаются упорной стальной шайбой 10 (рис. 5) и стальными, залитыми с одной стороны баббитом шайбами 8 и 3, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Передняя шайба 9 стороной, залитой баббитом, обращена к упорной шайбе 10. Задняя шайба 8 стороной, залитой баббитом, обращена к торцу щеки коленчатого вала. В двигателях ЗИЛ упорные шайбы имеют медноникелевый подслой, покрытый сплавом СОС-6-6. В двигателях ЯМЗ осевые нагрузки воспринимаются бронзовыми полукольцами, расположенными в заднем подшипнике.

Осевой зазор коленчатого вала в двигателях ЗМЗ составляет 0,075—0,175 мм, в двигателях ЯМЗ — 0,121—0,265 мм.

Коленчатый вал балансируют динамически в сборе с маховиком и сцеплением путем удаления излишнего металла со щек и противовесов вала или обода маховика или при помощи балансировочных грузиков, устанавливаемых на фланце ведомого диска сцепления.

Крутильные колебания коленчатого вала. Если носок вала закрепить неподвижно, а к маховику приложить силу, коленчатый вал будет скручен на некоторый угол. Если прекратить действие скручивающей силы, то вал под влиянием сил упругости и сил инерции маховика будет раскручиваться и начнет колебаться с частотой, зависящей от его длины, поперечного сечения и материала. Такие колебания называют свободными, упругими колебаниями кручения, а их частоту — собственной частотой. При работе двигателя переменные силы S (см. рис. 1) в течение цикла создают второй вид колебаний вала — вынужденные колебания, частота которых зависит от числа оборотов вала, числа цилиндров и тактности двигателя.

Рис 6. Гаситель крутильных колебаний коленчатого вала двигателя

При некотором (критическом) числе оборотов частота свободных колебаний кручения и частота вынужденных колебаний вала совпадают или становятся кратными, наступает явление резонанса. При резонансе колебаний в материале вала возникают высокие внутренние напряжения, амплитуда колебаний вала при этом возрастает до пределов, при которых возможно его разрушение.

Для ослабления крутильных колебаний применяют особые гасители — демпферы; принцип их действия основан на приложении к валу противодействующих сил, вызывающих затухание колебаний. Гасители устанавливают на ступице шкива привода вентилятора, т. е. там, где амплитуда колебаний достигает наибольшей величины и где гаситель лучше охлаждается.

Гаситель (рис. 6) состоит из двух маховичков — большого 3 и малого 2, привулканизованных слоями резины к фланцам 1 и 4, укрепленным на шкиве 5. Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колебательное движение маховичков 2 и 3 относительно переднего конца вала, поэтому в слоях резины возникает внутреннее (молекулярное) трение, уменьшающее амплитуду колебаний вала. Описанный гаситель крутильных колебаний устанавливают в двигателях ЯМЗ-М206А.

1 Сила инерции переменна по величине и по направлению. Направление этой силы на рис. 1 соответствует началу такта сгорание—расширение.

В.М. Кленников, Н.М. Ильин

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Глава «Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя»:

Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram

Общие сведения и схемы кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей


Кривошипно-шатунный механизм составляет основу конструк­ции большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания. Назначение кривошипно-шатунного механизма состоит в том, чтобы воспринимать давление газов, возникающее в цилиндре, и преобра­зовывать прямолинейное возвратно-поступательное движение порш­ня во вращательное движение коленчатого вала. Эти две функции, выполняемые механизмом, и обеспечивают решение сложной проб­лемы, связанной с преобразованием тепловой энергии топлива в ме­ханическую работу при сжигании топлива в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.


В существующих поршневых двигателях применяются два типа кривошипно-шатунных механизмов: тронковые и крейцкопфные.


В тронковых механизмах шатун шарнирно соединен непосред­ственно с нижней направляющей (тронковой) частью поршня, тогда как в крейцкопфных механизмах поршень соединяется с ша­туном через шток и крейцкопф, которые служат для поршня направ­ляющей частью. Крейцкопфные механизмы более сложны и гро­моздки. Они увеличивают габариты двигателя по высоте и утяже­ляют его конструкцию.


В быстроходных поршневых двигателях автомобильного и трак­торного типов применяются более простые и компактные тронко­вые кривошипно-шатунные механизмы. Благодаря этим преиму­ществам тронковые механизмы в настоящее время широко приме­няются и в двигателях стационарного типа. Однако для двигателей двойного действия крейцкопфные механизмы остаются единственно возможными. Такие двигатели обычно строят двухтактными, позволяющими более чем в 3 раза увеличивать мощ­ность силовых установок по сравнению с аналогичными установ­ками, снабженными четырехтактными двигателями простого дей­ствия


Кривошипно-шатунный механизм тронковых двигателей состоит из неподвижных и подвижных деталей. К неподвижным относятся: цилиндр, крышка (головка) цилиндра и картер, обра­зующие остов двигателя; подвижную группу составляют: поршне­вой комплект (поршень с поршневым пальцем и уплотняющими кольцами), шатун, коленчатый вал и маховик.


Иногда к кривошипно-шатунному механизму относят только группу перечисленных подвижных деталей, что нельзя признать правильным, тем более по отношению к двигателям внутреннего сгорания. Во-первых, это не согласуется с самим определением механизма, немыслимого без наличия направляющего звена — стойки. Во-вторых, кроме того что стенки цилиндра служат направ­ляющими для поршня, цилиндр и его головка образуют замкнутую надпоршневую полость, без которой в двигателях внутреннего сгорания нельзя создать нужного давления газов над поршнем, которое он воспринимает и передает на коленчатый вал. Следова­тельно, отдельно от надпоршневой полости кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя не выполнял бы одну из основных своих функций.


Наиболее распространенные схемы компоновки кривошипно-шатупного механизма автомобильных двигателей приведены ниже.


 


 


Двигатели, построенные по схемам А, Б и В, называются одно­рядными. Чаще всего из них применяется схема А с вертикальным расположением цилиндров. В двигателях, предназначенных для автобусов, с успехом применяется схема В с горизонтальным рас­положением цилиндров. Такие двигатели удобно размещаются под полом кузова автобуса.


Сравнительно новой является схема Б с наклонным расположе­нием цилиндров (под углом от 20 до 45° к вертикальной оси). Дви­гатели с такой компоновкой используют для ряда современных лег­ковых автомобилей. При этом имеется возможность более рацио­нально размещать вспомогательное оборудование и впускные трубо­проводы.


Двигатели, построенные по схемам Г и Д, называются двухряд­ными. В настоящее время особенно широко применяется схема Г с V-образным расположением цилиндров. Четырех- и восьмицилинд­ровые V-образные двигатели по условиям их уравновешенности строят с углом между осями цилиндров равным 90°. Они выгодно отличаются по габаритам и весу от соответствующих однорядных и одинаково успешно используются на легковых автомобилях и на средних и тяжелых грузовиках, нуждающихся в силовых агрегатах повышенной мощности. Двигатели с кривошипным механизмом, выполненным по схеме Д, с углом между осями цилиндров 180° называются оппозитными. Такие двигатели с противолежащим расположением цилиндров применяются довольно редко, так как размещение их и обслуживание на автомобиле менее удобно, чем, например V-образных или однорядных горизон­тальных.


Автомобильные двигатели, как правило, строят многоцилин­дровыми. Они обычно имеют 2; 3; 4; 6; 8 и редко 12 или 16 цилин­дров. Одноцилиндровые двигатели на автомобилях не применяются и вообще для этой цели не пригодны, так как не могут удовлетвори­тельно работать в качестве автомобильных силовых агрегатов без утяжеленного маховика и сложного уравновешивающего устройства.


В самом деле, в одноцилиндровом, например, четырехтактном двигателе из двух оборотов вала только пол-оборота приходится на активный рабочий ход поршня. В течение остальных полутора оборотов скорость вращения коленчатого вала непрерывно замед­ляется, поскольку движение его в это время осуществляется за счет запаса кинетической энергии маховика, накапливаемой им в мо­мент ускоренного движения при рабочем ходе поршня, когда послед­ний «взрывом» газов отбрасывается к н.м.т. Следовательно, за вре­мя одного рабочего цикла коленчатый вал вращается с разной угло­вой скоростью, что крайне нежелательно.


Выравнивание угловой скорости вращения коленчатого вала в одноцилиндровом двигателе возможно только путем повышения уровня аккумулирования кинетической энергии маховика на участ­ке ускоренного движения, т.е. за счет увеличения его инерции. Естественно, при неизменных установившихся оборотах коленчато­го вала этого нельзя достигнуть без увеличения массы маховика. Маховик с большей массой будет вращаться равномернее, следова­тельно, уменьшится и колебание угловой скорости вращения вала. Однако такой путь полностью не избавит вал двигателя от неравно­мерности вращения. К тому же большая масса маховика требует и больше времени на его разгон до заданной скорости. Вследствие этого ухудшается приемистость двигателя и снижается динамика автомобиля, т.е. уменьшается быстрота раскрутки вала двигателя и разгона автомобиля.


Если предположить, что коленчатый вал вращается равномерно, то и в этом идеальном случае поршень в конце каждого хода меняет направление своего движения. В мертвых точках его скорость равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего в автомо­бильных двигателях 15—25 м/сек при номинальном числе оборотов, и снова уменьшается до нуля в смежной мертвой точке.


Такое неравномерное движение поршня и связанного с ним комплекта деталей порождает переменные по величине и направле­нию силы инерции Pj возвратно-движущихся масс, действующие вдоль оси его движения, т. е. по оси цилиндра, как показано на рисунке.


Силы инерции Pj, периодически меняя величину и направле­ние своего действия, если остаются неуравновешенными, вызывают раскачивание двигателя вне зависимости от принятой схемы кри­вошипно-шатунного механизма (см. рисунок). Возникающая при этом вибрация двигателя передается на его крепления и на раму автомобиля, разрушая его узлы и увеличивая интенсивность их износа. Вследствие вибрации повышаются уровень шума и утомляе­мость водителя, что увеличивает опасность движения.


Устранить вибрацию, вызываемую силами инерции масс криво­шипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступа­тельное движение, можно только в случае, если удается создать силы, равные по величине и противоположно направленные силам, вызывающим вибрацию. Для этого, как установлено, двигатель должен иметь несколько цилиндров с общим коленчатым валом, допускающим организацию необходимого разнонаправленного дви­жения поршней в отдельных цилиндрах. Это позволяет в известной мере уравновешивать двигатель, т.е. уменьшить воздействие на его остов сил, порождающих вибрацию.


Однако внешне уравновешенные силы инерции нагружают дета­ли двигателя, вызывая изгиб вала, увеличивая нагрузку коренных опор, т. е. создают внутреннюю неуравновешенность двигателя.


В многоцилиндровых двигателях интервал между рабочими ходами, выраженный в градусах угла поворота вала, определяется числом цилиндров i. Для четырехтактных и двухтактных двигателей эти интервалы при равномерном чередовании рабочих ходов соответ­ственно равны 720°/i и 360°/i.


Чем больше число цилиндров, тем меньше интервал между рабо­чими ходами и вал двигателя вращается равномернее.


Сравнительно хорошую степень уравновешенности и равномер­ность вращения вала имеет однорядный 6-цилиндровый двигатель. Ею считают полностью уравновешенным. При двухрядном V-образном расположении цилиндров с осями под углом 90° хорошую урав­новешенность имеют 8-цилиндровые двигатели. 8-цилиндровые одно­рядные двигатели считаются уравновешенными, но в настоящее время они утратили практическое значение, так как линейное расположение цилиндров приводит к излишнему удлинению колен­чатого вала и снижает его жесткость.


Силы давления газов в надпоршневой полости одинаково действуют как на поршень, так и на головку цилиндра, поэтому, имея всегда равную себе величину и противоположное направление (см. рисунок), эти силы взаимно уравновешиваются внутри системы и не оказывают влияния на вибрацию двигателя, но нагружают коленчатый вал и коренные подшипники. Равнодействующие газо­вых сил направлены по оси цилиндра, а величина их определяется из соотношения


Рг = pгFп,


где рг— избыточное удельное давление газов, взятое по индика­торной диаграмме, кГ/см2 (Мн/м2)\ Fп — площадь поршня, см22).


Силы давления газов Рги инерционные силы Pj, действующие по оси цилиндра, суммируясь, дают силу Р, которая, будучи приложена к поршневому пальцу, раскладывается на боковую силу Nб давления на стенку цилиндра и на силу Рш, действующую по оси шатуна (см. рисунок Е).


Если силу Рш, руководствуясь правилами механики, перенести по линии ее действия в центр шатунной шейки и разложить на состав­ляющие, то получим силу Т, перпендикулярную к оси кривошипа, и силу Z, направленную по оси кривошипа (см. рисунок). Сила Т называется тангенциальной. Произведение силы Т на радиус кри­вошипа г называется крутящим моментом, который определяется по формуле, кГ·м (Мн·м),


Тr = Мкр,


где Мкр определяется путем непосредственного измерения с по­мощью динамометрического устройства испытательных тормозных установок. Крутящий момент измеряют для ряда чисел оборотов вала двигателя, а затем пересчетом определяют его мощность, развиваемую при этих оборотах вала. Полученная таким образом закономерность изменения мощности двигателя по числу оборотов вала называется скоростной характеристикой.


 


 


Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.


Newer news items:

Older news items:


Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания служит для преобразования прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. С помощью газораспределительного механизма или электронных актуаторов заменяемый его цилиндр заполняется горючей смесью и освобождается от отработанных газов.

Крайнее положение поршня при движении его в цилиндре называется мертвыми точками. Положение, при котором поршень максимально удален от оси коленчатого вала, называется верхней мертвой точкой, а положение, при котором он минимально удален от оси коленчатого вала, — нижней мертвой точкой. Ход поршня — это расстояние между верхней и и нижней мертвыми точками.

Составные части и схема кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно шатунный механизм двигателя состоит из таких составных частей: цилиндра, поршня с кольцами и поршневым пальцем, шатуна с подшипниками, коленчатого вала с подшипниками, маховика, картера.

Схема 1 кривошипно-шатунного механизма.

  1. Головка цилиндра
  2. Декомпрессор
  3. Свеча
  4. Камера сгорания
  5. Жаропрочная прокладка головки цилиндра
  6. Ребра для охлаждения
  7. Карбюратор
  8. Воздухоочиститель
  9. Механизм ауска двигателя
  10. Коленчатый вал
  11. Картер
  12. Подпипник шатуна
  13. Шатун
  14. Поршень
  15. Поршневой палец
  16. Цилиндр
  17. Поршневое кольцо

Цилиндр в схеме кривошипно-шатунного механизма

В цилиндре 16 (схема 1) происходит сгорание рабочей смеси. Внутренняя поверхность цилиндра является направляющей для движения поршня. Цилиндры изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава. Внутреннюю поверхность цилиндра, по которой двигается поршень 14 (схема 1), полируют до блеска (ее называют зеркалом). Снаружи на цилиндре есть ребра 6 (схема 1), которые увеличивают поверхность контакта с окружающим воздухом. Головку цилиндра 1 (схема 1) отливают из алюминиевого сплава. Снаружи на ней также имеются ребра. Внутри головки расположена камера сгорания 4 (схема 1).


Видео полного процесса изготовления блока цилиндров

В головке есть отверстие: одно для свечи зажигания 3 (схема 1), а другое для декомпрессора 2 (схема 1). Между головкой и цилиндром установлена жаропрочная прокладка 5 (схема 1) для уплотнения их соединения. Соединяется головка с цилиндром с помощью винтов.

Из чего состоит поршень и его роль

Поршень 14 (схема 1) принимает давление газов и передает его через палец 15 (схема 1) и шатун 13 (схема 1)на коленчатый вал. Под влиянием пламени и горячих газов поршень нагревается до высокой температуры и расширяется. Для предупреждения заклинивания его во время работы работы между поршнем и цилиндром имеется зазор. А чтобы через этот зазор не проникали газы из камеры сгорания, поршень уплотняют в цилиндре разрезными поршневыми кольцами 17 (схема 1).

Для поршневых колец 7 (рис. 2) в верхней части вытачивают кольцевые канавки 1 (рис. 2). Поршневые кольца имеют разрез и пружинят при сжатии. Установленные в канавках поршня, они благодаря своей упругости плотно прижимаются к зеркалу цилиндра. Поршневые кольца бывают компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца предупреждают проникновение газов через зазор между цилиндрами и поршнем, а также отводят часть тепла, которое передается на дно поршня при сгорании рабочей смеси.

Маслосъемное кольцо имеет на наружной поверхности канавку и сквозные отверстия. Выступами наружной поверхности оно снимает с зеркала цилиндра масло и через канавку и отверстия пропускает его в картер. Как правило, на поршнях двухтактных двигателей мотоциклов маслосъемные кольца не устанавливают.

В средней части поршня имеется радиальное отверстие, куда вставляется поршневой палец 2 (рис. 2), с помощью которого поршень шарнирно соединяется с верхней головкой 6 (рис. 2) шатуна.

В нижней части поршня двухтактного двигателя делают вырезы 4 (рис. 2) для пропускания горючей смеси и отработанных газов.


Видео полного цикла изготовления поршней

Поршень отливают из алюминиевого сплава, поршневые кольца — из чугуна или стали. Стальной поршневой палец укрепляют упругими кольцами 3 (рис. 2) или алюминиевыми заглушками.

Из чего состоит шатун

В шатуне 13 (схема 1) различают среднюю часть 3 (рис. 3), или так называемый стержень, верхнюю 2 (рис. 3) и нижнюю 5 (рис. 3) головки. В верхней головке запрессована бронзовая втулка 1 (или игольчатый подшипник) для шарнирного соединения с поршневым пальцем. В нижней головке, которую надевают на шейку пальца 6 (рис. 3)коленчатого вала, монтируют роликовый подшипник 4 (рис. 3). В головках шатуна есть отверстия для смазывания подшипников.

Коленчатый вал и его кривошипы

Коленчатый вал имеет столько кривошипов, сколько цилиндров в двигателе. Кривошип состоит из шатунной шейки 6 (рис. 3) двух щек 8 (рис. 3) и двух коренных шеек 7. (рис. 3).

Щеки коленчатого вала 8 делают массивными, и они выполняют роль маховика в двигателе.

Картер двигателя внутреннего сгорания

Нижняя часть двигателя называется картером. Картер 13 (схема 1) изготавливают из алюминиевого сплава. С помощью картера двигатель прикрепляется к раме. Во внутренней части полости картера расположен кривошип коленчатого вала.

Картеры двигателей легких и средних мотоциклов изготавливают обычно в одном блоке с картерами муфты сцепления и коробки передач. Картеры в этих мотоциклов состоят из двух половин и крышек, соединенных между собой болтами. Картеры двухтактных двигателей герметичны.

Кинематика кривошипно-шатунного механизма — диаграммы скорости и ускорения

В первом руководстве этой серии, посвященном кривошипным механизмам.
мы сначала нашли из геометрии выражение для смещения x
ползунок как функция угла поворота коленчатого вала θ и отношения n (= L / R), а затем
дифференцированные по времени, чтобы получить выражения для
скорость и линейное ускорение также как функции θ и n.

Этот анализ дал необходимую информацию для слайдера, но не
скорость и ускорение шатуна, движение
который представляет собой комбинацию поступательного и вращательного движения.Этот
информацию можно получить из диаграмм скорости и ускорения. Мы рассмотрим эти методы в этом руководстве.

В качестве введения мы рассмотрим некоторые общие принципы
и техники.

Диаграммы скорости и ускорения

Диаграммы скорости и ускорения построены в масштабе с использованием известных
количества и неизвестные значения, затем измеренные
прямо с готовых схем. Также возможно
получаем неизвестные значения из геометрии диаграмм, и мы принимаем это
подход ниже.(В третьем уроке серии мы получаем эквивалентную информацию из векторных уравнений).

Ключевым моментом при построении диаграмм скорости и ускорения является
различие между абсолютным и
относительных
шт. Рассмотреть возможность
диаграммы скоростей ниже, которые представляют, скажем, два шарнирных соединения в
механизм, обозначенный как a и b .
Стрелки v a и v b обозначают направление и
величина абсолютных скоростей точек а и
b
соответственно относительно o , которые
обозначает «точку заземления» в общей системе координат.

Для создания диаграмм скоростей v a и v b
соединены в их общей контрольной точке o и
диаграмма закрыта третьей стрелкой. В (i) стрелка
направление представляет собой относительную скорость v b / a
означает скорость точки b относительно точки
а . В (ii) стрелка v a / b
представляет скорость точки a относительно
точка б .

Построение диаграммы скоростей аналогично, но не совсем так.
то же, что и обычные векторные диаграммы, показанные ниже. В обоих
случаях величина и направление результирующих скоростей равны
идентичный.

В векторе (i) v a вычитается из
вектор v b дающий результирующий вектор
в б / у
что представляет собой скорость точки b относительно
скорость точки a
(ii) вектор v b вычитается из
вектор v a дающий
результирующий вектор v a / b
что представляет собой скорость точки относительно
до скорости точки b .

Диаграммы ускорения построены аналогично
диаграммы скоростей с учетом того, что направления скорости и
ускорение для точки не обязательно одинаково.
Диаграммы ускорения также должны учитывать, что вращательные
движение любой точки всегда имеет радиальную составляющую ускорения, направленную в сторону
центр вращения и тангенциальный компонент ускорения, когда точка
подвержены угловому ускорению. На диаграмме ниже показан
диаграмма ускорения шатунной цапфы вращающегося шатуна.

На этой диаграмме точка A вращается вокруг точки O с угловым
ускорение α. a Ar — радиальный (центростремительный)
ускорение точки A относительно точки O в направлении от A
в сторону О.a На тангенциальное ускорение
точка A относительно точки O в результате углового ускорения α.
a A — результирующее ускорение точки A относительно
точка О. Обратите внимание, что диаграмма представляет собой снимок для
удельный угол поворота коленчатого вала и угловая скорость ω, которая постоянно
изменяется за счет углового ускорения α.

В этом примере диаграмма ускорения такая же, как вектор
диаграмма, поскольку все ускорения относятся к одной точке O.В виде
ниже мы увидим, что это не так для всего кривошипа.
механизм.

Плоское движение твердого тела

Когда мы исследуем движение кривошипа и шатуна в
кривошипно-шатунный механизм, с которым мы имеем дело, кинематика твердого тела
движется в двухмерной плоскости. Подходы классической теории
это как комбинация продольного поступательного движения и вращения
представлен в
пример ниже.

Диаграмма представляет собой моментальный снимок векторов скорости в один момент времени в несколько
точки вдоль продольной оси жесткого стержня, движущегося в двух
размерная плоскость.В
продольная составляющая скорости во всех точках вдоль этого
ось должна иметь одинаковую величину, иначе тело будет
расширение или сокращение. Если абсолютные скорости при двух
точки на оси известны (в этом примере конечные точки A и B),
соответствующие поперечные скорости, перпендикулярные линии на
точки A и B определяют чистое вращательное движение с центром
вращение по продольной оси в точке C *. Этот принцип применим к любому произвольному
линия на твердом плоском теле.Выбираем продольную ось
здесь просто для удобства.

* Точку C, определенную здесь, нельзя путать
с мгновенным центром
вращения
или полюс скорости описан ниже, хотя как
мы увидим, что эти две точки связаны. Я принимаю
описание «центр вращения на продольной оси» на
основание, что для любого практического примера эта ось явно
определенный.

Отметим также, что величина скорости вращения для
центр вращения на продольной оси, полученный из этой конструкции, такой же
какую бы произвольную линию ни выбрали за продольную ось твердого тела.

Мгновенный центр вращения (полюс скорости)

Это следует из принципа совмещенного поступательного и
вращательное движение твердого тела, что будет точка в
плоскость движения, где тангенциальная скорость, возникающая при вращении
равна и противоположна продольной скорости. Эта точка
нулевой скорости должен быть центром вращения для этого
момент, когда каждая точка тела находится в чистом вращении вокруг этого
точка.Точка называется мгновенным центром вращения
или полюс скорости и показан на диаграмме ниже. Примечание
что полюс скорости не обязательно лежит на самом теле.

Полюс скорости можно найти двумя способами.

  1. Ось проходит перпендикулярно продольной оси на
    тело через центр вращения С. Продольный
    скорость (синий вектор) постоянна во всех положениях на этом
    перпендикулярная ось.Касательная скорость, возникающая из
    вращение тела (красный вектор) также перпендикулярно этому
    оси, но в противоположном направлении и различается по величине. Дело в
    эта перпендикулярная ось, на которой продольная и тангенциальная скорости равны
    равной величины и, таким образом, сокращение — это полюс скорости.
  2. Если направления абсолютных скоростей двух точек на
    тела известны, линии, перпендикулярные этим направлениям, могут
    быть нарисованы из соответствующих точек.Точка пересечения
    этих перпендикулярных линий является
    полюс скорости. Это простой и полезный
    строительство, как мы вскоре увидим. Схема выше
    ясно показывает, как абсолютная скорость каждой точки на
    тело (зеленый вектор) касается линии, идущей от скорости
    полюс, указывая на чистое вращение вокруг полюса скорости при этом
    мгновенное.

Диаграмма скоростей кривошипно-шатунного механизма

Построим диаграмму скоростей кривошипно-шатунного механизма.
ниже, исходя из угла поворота кривошипа θ = 50 °.Угол между
соединительный стержень и горизонтальная ось обозначены φ, который мы
использовать в последующих расчетах. Смещения в метрах.

Диаграмма скорости состоит из трех компонентов:

  • скорость точки A относительно O (земли) обозначена v A / O
  • скорость точки B относительно точки A обозначена v B / A
  • скорость точки B относительно обозначенной точки O (земли).
    v B / O

Нам известно следующее:

  • Линия действия v A / O перпендикулярна
    к шатуну с величиной ω x (OA) = (2 π) x (1) = 2
    π.РС. В
    шатун вращается против часовой стрелки, что
    определяет направление v A / O
  • Предполагая, что шатун жесткий, движение точки B
    относительно точки A должен быть чисто вращательным. Таким образом
    линия действия v B / A перпендикулярна AB.
  • Движение ползунка B ограничено по горизонтали.
    плоскость, определяющая линию действия v B / O

На диаграмме ниже показаны линии действия этих скоростей.

Теперь построим диаграмму скоростей. Сначала рассчитаем
величина v A / O и нарисуйте стрелку для масштабирования вдоль
линия действий. Острие стрелки представляет точку A
относительно точки O на хвосте. Теперь нарисуйте линию действия
v B / A через точку A и линию действия v B / O
через точку О. Точка пересечения этих двух прямых
определяет величину и направление v B / A
и v B / O

Завершенная диаграмма скоростей показана ниже.Обратите внимание, что
направления v B / A и v B / O разрешаются
эта конструкция, острие стрелки, представляющей скорость
в этой точке относительно точки на хвосте.

Значения, рассчитанные по хорошо составленным скоростным диаграммам, достаточно
точен для практических целей. В качестве альтернативы скорости могут
рассчитываться непосредственно по диаграмме.

Сначала вычисляем угол φ, упомянутый ранее:

Показать угол φ на диаграмме скоростей с горизонтальной осью
и ось шатуна продолжена до пересечения в точке P
.

Теперь довольно просто найти стороны AB и BO
треугольник ABO, если мы знаем, что AO = v A / O = 2π м / с и
угол φ = 14,79 °

Из треугольника AOP угол PAO = 180 ° — (140 ° + 14,79 °) =
25,21 °

Таким образом, в треугольнике ABO угол BAO = (90 ° — 25,21 °) = 64,79 °

и угол ABO = 180 ° — (40 ° + 64,79 °) = 75,21 °

дает BO = v B / O = 5,88 м / с

Это идентичное значение скорости ползунка.
для угла поворота кривошипа θ = 50 °, полученного в предыдущем уроке путем дифференцирования по времени, а именно.

Соответственно вычисляем v A / B следующим образом:

дает AB = v B / A = 4,18 м / с

Воспользуемся этим результатом, чтобы найти скорость вращения ω AB
шатуна длиной 3 м в момент, когда
угол поворота коленвала 50 °.

Полюс скорости шатуна

На схеме ниже показано построение мгновенного
полюс скорости шатуна в нашем примере механизма, где
угол поворота коленчатого вала = 50 °.

Построение диаграммы полюсов скорости очень
простой. Сначала стержень AB нарисован в масштабе на
правильное угловое положение. В этом случае мы знаем направление
скоростей v A / O и v B / O , таким образом, скорость
полюс P — это пересечение прямых, перпендикулярных этим направлениям
продлен из точек А и Б.

Принимая во внимание, что полюс скорости представляет центр
чистое вращательное движение стержня скорость вращения стержня
ω AB находится путем масштабирования длины AP, которая является
радиус поворота точки А.Сверху мы знаем, что v A / O
= 6,28 м / с. Таким образом, ω AB = 6,28 / AP и соответственно
путем масштабирования длины BP из графика скорости v B / O = ω AB
х БП.

Радиусы от полюса скорости до точек A и B могут быть
легко вычисляется, учитывая, что мы уже знаем угол φ на
диаграмма и AB = 3 м ..

Использование идентификатора триггера:

, подтверждающее значение ω AB , полученное из
диаграмма скоростей в предыдущем разделе.

, подтверждающий значение v B / O , полученное из
диаграмма скоростей в предыдущем
раздел.

Центр вращения по продольной оси

Находим центр вращения на продольной оси
шатун прямо из диаграммы полюса скорости. Одинокий
нижние индексы указывают абсолютные скорости в точках стержня.

Линия PD, перпендикулярная AB в точке D, проходит через
полюс скорости P — радиус вращения точки D на
продольная ось стержня.Таким образом, направление вектора скорости v D
должен точно совпадать с продольной осью. Точка D — это
мгновенный центр вращения на этой оси и является единственной точкой
на оси, не имеющей поперечной составляющей скорости.

Рассчитываем v D со ссылкой на диаграмму как
следует.

Из предыдущей диаграммы полюсов скорости: AP = 4,51 м

5,68 м / с — продольная составляющая скорости в каждой точке
на оси стержня.Мы можем проверить это в точке B
где мы знаем v B = 5,88 м / с по горизонтальной оси.

Диаграмма ускорения кривошипно-шатунного механизма

Диаграмма ускорения для примера механизма имеет компоненты
перечислено ниже. Показаны линии действия этих ускорений.
на диаграмме выше.

  • Точка A имеет центростремительное ускорение, обозначенное как rA / O , действующее радиально вдоль
    ось кривошипа по направлению к его центру вращения, точка O,
    который также является основанием опорной точкой для диаграммы.Поскольку
    шатун вращается с постоянной угловой скоростью ω нет
    тангенциальная составляющая ускорения в точке А. В нашем
    Например, a rA / O = ω 2 (AO) = (2π) 2 (1)
    = 39,44 м / с 2
  • Точка B имеет центростремительное ускорение относительно точки A
    обозначен как rB / A , действующий радиально вдоль оси
    шатун в направлении точки A, которая является центром вращения
    в таком случае. В нашем примере механизм
    a rB / A = ω 2 AB .(AB) = (1,39) 2 (3) = 5,80
    м / с 2
  • Мы знаем скорость вращения шатуна
    ω AB непостоянна и поэтому имеет угловой
    ускорение α AB Следовательно, точка B имеет
    тангенциальное ускорение относительно точки A обозначено как tB / A
    с линией действия, перпендикулярной стержню. Величина и
    направление на линию действий неизвестно.
  • Точка B имеет ускорение относительно точки O
    обозначен как B / O , действующий горизонтально.Величина
    и направление действия неизвестны.

Построим диаграмму ускорения, начиная с
известные количества.

Сначала нарисуйте A / O от точки O до точки.
обозначенный A на своей линии действия с направлением от точки A
в точку O, показанную на физической схеме механизма, при θ =
50 ° (см. Выше). Важно отметить, что относительный
положения A и O на диаграмме ускорения противоположны
позиции на физической схеме.

Затем нарисуйте rB / A на его линии действия из точки A.
в точку, обозначенную B /, с указанием направления этого центростремительного ускорения к его
центр вращения, который в данном случае находится от точки B до точки A на
физическая диаграмма. Зная, что тангенциальное ускорение в точке
B относительно точки A также существует, мы обозначим точку как B /, которая может быть
считается промежуточной точкой между точками A и B.

Теперь проведите линию действия tB / A через точку B /.
и линия действия B / O через точку O.В
пересечение этих линий определяет точку B. a tB / A
нарисован из точки B / в точку B, а B / O
нарисовано из точки O в точку B. Завершенное ускорение
диаграмма показана ниже.

Значения B / O и tB / A из масштабированной диаграммы являются удовлетворительными для практических целей.
Тем не мение. как мы это сделали для диаграммы скоростей. мы можем рассчитать
значение B / O из диаграммы и сравните со значением
полученный ранее из выражения, полученного при дифференцировании
относительно времени в предыдущем
руководство.

Расчет немного сложнее, чем для скорости
диаграмма. Мы знаем все углы в треугольниках PBO и PB / A
и нам известны длины OA и AB /. Затем мы находим сторону
AP в треугольнике PB / A, ​​что дает сторону OP = OA + AP
в треугольнике PBO, из которого находим сторону OB. Расчет
дает B / O = 23,4 м / с 2 , что соответствует
полученное ранее значение.

Из этих треугольников мы также вычисляем tB / A = 29.72
м / с 2 . По этой величине определяем
угловое ускорение шатуна α BA от
отношение a tB / A = AB x α BA
где AB = 3 м, что дает α BA = 9,91 рад / с 2

Жду отзывов по адресу:

[email protected]

Кривошипно-ползунковый механизм

Кривошипно-ползунковый механизм

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

КОЛЕНЧАТЫЙ И СЛАЙДЕРНЫЙ МЕХАНИЗМ

В.Райан
2002 — 2020

ФАЙЛ PDF
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕГО ЛИСТА

Этот механизм состоит из трех важных частей:

Кривошип, который является
вращающийся диск, ползунок который скользит
внутри трубки и шатуна
который соединяет части вместе.

При движении ползуна вправо шатун
толкает колесо по кругу на первые 180 градусов вращения колеса. Когда
ползунок начинает двигаться обратно в трубку, шатун тянет
колесо вращается, чтобы завершить вращение.

Альтернативная компоновка кривошипа и ползуна

Найдите еще два примера кривошипа и ползуна
механизмы, нарисуйте схемы и используйте примечания, чтобы объяснить, как они работают.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УКАЗАТЬ МЕХАНИЗМЫ
СТР.

Принципиальная схема кривошипно-шатунного механизма с указанием сил…

Контекст 1

… r — радиус кривошипа, λ = стержень r / L с стержнем L — длина шатуна (см. Также рисунок 1), а θ — угол поворота кривошипа. Дифференцируя вышеупомянутое уравнение относительно времени, мы получаем мгновенную скорость поршня …

Контекст 2

… более точное вычисление крутящего момента двигателя (инерции), настоящая исследовательская группа разработала подробный модель шатуна на основе динамики твердого тела (Rakopoulos et al., 2007). Здесь мы анализируем сложное эллиптическое движение центра тяжести стержня (CG), которое создается его возвратно-поступательным и вращательным движением, обеспечивая систему алгебраических уравнений 3 на 3, которую можно решить для неизвестных сил F thr, F 3 и F 4 (рисунок 1). Сила F th — это инерционная составляющая силы тяги, действующей со стороны поршня на боковую стенку цилиндра. …

Контекст 3

… в результате этой медленной реакции относительное воздушно-топливное соотношение во время ранних циклов переходного процесса принимает очень низкие значения (даже ниже стехиометрических), что ухудшает сгорание и что приводит к медленной реакции двигателя (крутящий момент и скорость), длительному периоду восстановления и выбросу твердых частиц, газов и шума (Rakopoulos and Giakoumis, 2009).На рисунке 10 показано развитие максимальной и средней деформации за каждый цикл двигателя для нагрузки на маховик и для положения между кривошипами 2 и 3 цилиндров для типичного переходного процесса увеличения нагрузки на 10-80%, начиная с частоты вращения двигателя. 1180 об. / мин. Первоначально деформация незначительна из-за малой нагрузки двигателя. …

Контекст 4

… деформация незначительна из-за низкой нагрузки двигателя. По мере того как регулятор реагирует на падение частоты вращения двигателя, вызванное резким увеличением нагрузки, заправка также увеличивается (правая часть диаграммы на Рисунке 10), что приводит к более высоким давлениям газа pg (θ) и крутящим моментам на протяжении всего цикла в соответствии с уравнением ( 8).Это приводит к увеличению максимальных и средних деформаций за цикл двигателя (см. Рисунок 6). …

Контекст 5

… оценить важность схемы дифференциального уравнения из 9 частей (уравнение (6)) по сравнению с упрощенным членом из двух частей (уравнение (5)), приведен рисунок 11 . Неудивительно, что аналитическая процедура деформации дает дифференцированные мгновенные и средние значения из-за гораздо более подробной формулировки крутильного поведения коленчатого вала….

Контекст 6

… факт оправдывает решение изучить это динамическое явление на детальной основе ºCA, чтобы иметь возможность в конечном итоге оценить «истинное» максимальное напряжение, которое испытывает каждая часть двигателя во время переходное событие увеличения нагрузки. Результаты переходных процессов расширены на Рисунке 12, показывая «волну» нарастания деформации (кривошипного) вала в течение нескольких циклов одного и того же переходного процесса. Более внимательное рассмотрение кривых на Рисунке 12 показывает, что увеличение нагрузки / заправки в конечном итоге приводит также к большим внутрицикловым колебаниям деформации….

Контекст 7

… результаты переходных процессов расширены на Рисунке 12, показывая «волну» нарастания деформации (кривошипного) вала для нескольких циклов одного и того же переходного события. Более внимательное рассмотрение кривых на Рисунке 12 показывает, что увеличение нагрузки / заправки в конечном итоге приводит также к большим внутрицикловым колебаниям деформации. Довольно медленное развитие переходного процесса из-за большого момента инерции массы нагрузки двигателя отражается на медленном нарастании деформации во время первых циклов 1-5….

Контекст 8

… предыдущий анализ показал, что, в принципе, основными параметрами, влияющими на профиль и величины крутильных деформаций (коленчатого) вала, являются приложенная нагрузка двигателя и жесткость вала. Влияние нагрузки во время переходных процессов дополнительно демонстрируется на верхней поддиаграмме рисунка 13. Чем выше приложенная нагрузка, тем выше дефицит крутящего момента во время ранних циклов переходного процесса. …

Контекст 9

… Вышеупомянутое явление усиливается, чем жестче сопротивление, подключенное к двигателю (меньшие значения показателя степени в уравнении (10)). Два других интересных параметра исследуются на рисунке 13, а именно график изменения нагрузки переходного процесса ∆t load и изоляция стенок цилиндра. Как обсуждалось ранее (примечания к рисунку 10), профиль крутильной деформации точно соответствует своему топливному аналогу (не показан) и, по-видимому, существенно зависит от графика нагрузки-времени (нижняя поддиаграмма рисунка 13)….

Контекст 10

… другие интересные параметры исследуются на рисунке 13, а именно график изменения нагрузки переходного события ∆t load и изоляция стенок цилиндра. Как обсуждалось ранее (примечания к рисунку 10), профиль крутильной деформации точно соответствует своему топливному аналогу (не показан) и, по-видимому, существенно зависит от графика нагрузки-времени (нижняя поддиаграмма рисунка 13). Согласно инженерной интуиции, условия конечного равновесия практически одинаковы для всех рассмотренных случаев….

Контекст 11

… другие интересные параметры исследуются на рисунке 13, а именно график изменения нагрузки переходного события ∆t load и изоляция стенок цилиндра. Как обсуждалось ранее (примечания к рисунку 10), профиль крутильной деформации точно соответствует своему топливному аналогу (не показан) и, по-видимому, существенно зависит от графика нагрузки-времени (нижняя поддиаграмма рисунка 13). Согласно инженерной интуиции, условия конечного равновесия практически одинаковы для всех рассмотренных случаев….

Контекст 12

… очень интересный случай с изолированными стенками цилиндра, напоминающий двигатель с низким тепловыделением (LHR), также исследуется на верхней под-диаграмме рисунка 13 для случая, когда цилиндр Стена покрыта 1 мм циркониевым покрытием Plasma Spray Zirconia (PSZ). Целью двигателя LHR является минимизация потерь тепла на стенки цилиндра, устраняя, таким образом, необходимость в системе охлаждения. …

Контекст 13

… Сообщается, что влияние изоляции на переходную характеристику двигателя и турбокомпрессора довольно ограничено, за исключением выбросов NO (Borman and Nishiwaki, 1987; Rakopoulos et al., 2008). Поскольку на крутильную деформацию в основном влияет давление газа, а не температура, двигатель с изолированной стенкой цилиндра PSZ на Рисунке 13 демонстрирует в целом лишь немного более высокие крутильные деформации по сравнению с неизолированной работой. …

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol- 8 Выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 4, апрель 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма с неисправностью зазора

2.1. Динамическая модель, основанная на состоянии непрерывного контакта

Предположим, что имеется чрезмерный зазор в поворотном шарнире B между коленчатым валом и шатуном в кривошипно-ползунном механизме, показанном на рис.1. Учитывая, что зазор в поворотном шарнире B очень мал, время столкновения и время контакта движущихся боковых элементов очень короткое, поэтому предполагается, что движущиеся шарниры всегда находятся в состоянии контакта, а столкновение и разделение завершены. мгновенно. За счет упрощения и игнорирования упругой деформации и демпфирования контактной поверхности подвижных соединений зазор эквивалентен виртуальному жесткому стержню того же размера. Когда в механизме происходит резкое изменение определенного азимута при работе, считается, что подвижные соединения находятся в разъединенном состоянии.После эквивалента модели зазора механизм превращается в систему с несколькими стержнями и несколькими степенями свободы, и уравнение Лагранжа может использоваться для установления динамического уравнения системы. Второй тип уравнения Лагранжа выражается следующим образом:

(1)

ddt∂E∂q˙i-∂E∂qi + ∂U∂qi = Fi,

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

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

(2)

ddt∂E∂θ˙i-∂E∂θ + ∂U∂θ = 0,

где θ — введенная обобщенная координата. Нетрудно найти, что выражение суммы кинетической энергии коленчатого вала, шатуна и ползуна выглядит следующим образом:

(3)

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

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

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

(4)

U = 12m1gl1sin⁡θ1 + 12m2gl2sin⁡θ2.

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

(5)

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

Рис. 1.
Принципиальная схема кривошипно-шатунного механизма при разрыве зазора

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

(6)

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

где:

x¨3 = -l1θ¨1sinθ1 + θ˙12cosθ1 + rθ¨sinθ + θ˙2cosθ + l2θ¨2sinθ2 + θ˙22cosθ2, ∂x3∂θ = -rsinθ-l2sinθ2∂θ2∂θ, ∂θ2∂θ = rcosθl2cosθ2, sinθ2 = l1sinθ1 + rsinθl2, cosθ2 = 1-l1sinθ1 + rsinθl22, θ¨2 = sinθ2l22cos3θ2 (l1θ˙1cosθ1 + rθ˙cosθ) 2 + 1l2cosθ2l1θ¨1cosθ1-θ˙12cosθ1 + θ

2.2. Трехступенчатая динамическая модель

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

(7)

УДАР x, x, ˙x1, k, e, cmax, d,

, где x используется для вычисления расстояния между точками двух геометрических объектов, которые будут соприкасаться. x˙ ̇ — это производная по времени от x, которая представляет собой скорость столкновения или отрыва.x1 — свободная длина x, то есть, когда x

В этой статье УДАР можно определить следующим выражением:

(8)

УДАР = Max0, kx1-xe-STEPx, x1, -d, cmax, x1,0x˙: x , где STEP — это ступенчатая функция, которая использует приближение кубического полинома для вычисления коэффициента вязкого демпфирования, что позволяет избежать случая, когда коэффициент вязкого демпфирования не равен нулю, когда проникновение равно нулю, как показано на рис.2:

(9)

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

где, когда δmax положительно, определение Cmax является максимальным, а разумный параметр составляет 0,0l мм.

Рис. 2.
Функция ШАГ

Microsoft Word — final mmse (1)

% PDF-1.4
%
1 0 obj
>
эндобдж
6 0 obj

/Заголовок
/Предмет
/ Автор
/Режиссер
/ CreationDate (D: 20210410181815-00’00 ‘)
/ ModDate (D: 20150

1635 + 03’00 ‘)
>>
эндобдж
2 0 obj
>
эндобдж
3 0 obj
>
эндобдж
4 0 объект
>
эндобдж
5 0 obj
>
поток
PScript5.dll Версия 5.2.22015-09-09T16: 16: 35 + 03: 002015-09-09T16: 16: 35 + 03: 00application / pdf

  • Microsoft Word — final mmse (1)
  • ил
  • Acrobat Elements 9.0.0 (Windows) uuid: c84b8937-b0ec-47fe-a877-920638bb04b5uuid: 14c25d1d-c4f5-4661-89e6-6b54c8624424

    конечный поток
    эндобдж
    7 0 объект
    >
    эндобдж
    8 0 объект
    >
    эндобдж
    9 0 объект
    >
    эндобдж
    10 0 obj
    >
    эндобдж
    11 0 объект
    >
    эндобдж
    12 0 объект
    >
    эндобдж
    13 0 объект
    >
    эндобдж
    14 0 объект
    >
    эндобдж
    15 0 объект
    >
    эндобдж
    16 0 объект
    >
    эндобдж
    17 0 объект
    >
    / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI]
    >>
    эндобдж
    18 0 объект
    >
    поток
    x ڝ XɎ # 7 + H -%! ȂoA.] u9%] Zga> Kn, Cp7 + z | g: ˯ˏ / XX] h./67 [V} i $ _hk ‘») NPO / nbK] 5h4NEHl $ u: aA`A # 4 / G6 و (! ny8 .WHH
    nze «(a4 ~ HY> \ 2kHx9z qXJgfEbO, CqP | V

    Кривошипно-ползунковый рычажный механизм — 3D-анимация

    Кривошипно-ползунковый рычажный механизм представляет собой четырехзвенный механизм с тремя поворотными шарнирами и одним призматическим или скользящим шарниром [1] Вращение кривошипа приводит в движение линейное движение ползуна, или расширение газов против скользящего поршня в цилиндре может управлять вращением кривошипа.

    Есть два типа кривошипов: рядный и офсетный.

    1. Рядный: у рядного кривошипа ползуна ползун расположен так, что линия движения шарнирного соединения ползуна проходит через базовое соединение кривошипа. Это создает симметричное движение ползунка вперед и назад при вращении кривошипа.
    2. Смещение: Если линия хода шарнирного соединения ползуна не проходит через базовый шарнир кривошипа, движение ползуна не симметрично. Он движется в одном направлении быстрее, чем в другом. Это называется механизмом быстрого возврата .

    Существует также два метода проектирования каждого типа: графический и аналитический.

    Кинематика рядного кривошипа

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

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

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

    Пока шатун намного длиннее кривошипа l >> r {\ displaystyle l >> r}, разница незначительна. Эта разница становится значительной в высокоскоростных двигателях, которым могут потребоваться балансирные валы для уменьшения вибрации из-за этого «вторичного дисбаланса».

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

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

    , где τ {\ displaystyle \ tau \,} — крутящий момент, а F сила на шатуне.{2} \ alpha}}}) {\ frac {d \ alpha} {dt}}}

    Например, для длины стержня 6 дюймов и радиуса кривошипа 2 дюйма численное решение приведенного выше уравнения позволяет найти минимумы скорости (максимум скорость движения вниз), чтобы угол поворота коленвала после ВМТ составлял 73,17615 °. Затем, используя закон треугольного синуса, можно определить, что угол поворота кривошипа относительно шатуна составляет 88,21738 °, а угол шатуна составляет 18,60647 ° от вертикали (см. Уравнение движения поршня # Пример).

    Когда кривошип приводится в движение шатуном, проблема возникает, когда кривошип находится в верхней мертвой точке (0 °) или нижней мертвой точке (180 °).В этих точках цикла кривошипа сила на шатуне не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и оказывается в одной из этих двух точек, он не может быть запущен с помощью шатуна. По этой причине в паровозах, колеса которых приводятся в движение кривошипами, шатуны прикреплены к колесам в точках, разделенных некоторым углом, так что независимо от положения колес при запуске двигателя по крайней мере один шатун будет иметь возможность приложить крутящий момент для запуска поезда.

    Проект

    Линейный ползун кривошипа ориентирован таким образом, чтобы точка поворота кривошипа совпадала с осью линейного перемещения. Следящий рычаг, который является звеном, соединяющим кривошип с ползуном, соединяется со штифтом в центре скользящего объекта. Считается, что этот штифт находится на оси линейного перемещения. Следовательно, чтобы считаться ползуном кривошипа на линии , точка поворота рычага кривошипа должна быть на на линии с этой точкой штифта.Ход ((ΔR 4 ) max ) линейного ползуна кривошипа определяется как максимальное линейное расстояние, которое ползун может пройти между двумя крайними точками своего движения. В случае линейного ползуна кривошипа движение кривошипа и ведомых звеньев симметрично относительно оси скольжения. Это означает, что угол поворота кривошипа, необходимый для выполнения прямого хода, эквивалентен углу, необходимому для выполнения обратного хода. По этой причине рядный кривошипно-ползунковый механизм обеспечивает сбалансированное движение. Это сбалансированное движение предполагает и другие идеи. Если предположить, что шатун приводится в движение с постоянной скоростью, время, необходимое для выполнения прямого хода, равно времени, необходимому для выполнения обратного хода.

    Графический подход

    Графический метод проектирования рядного кривошипно-ползункового механизма включает использование нарисованных от руки или компьютеризированных диаграмм. Эти диаграммы нарисованы в масштабе для облегчения оценки и успешного проектирования. Базовая тригонометрия, практика анализа взаимосвязи между элементами треугольника с целью определения любых неизвестных значений, может использоваться с графическим компасом и транспортиром вместе с этими диаграммами для определения требуемой длины хода или длины звеньев.

    Когда необходимо рассчитать ход механизма, сначала определите уровень земли для указанного кривошипно-ползункового механизма. Этот уровень земли является осью, на которой расположены шарнир шатуна и штифт ползуна. Нарисуйте точку поворота шатуна в любом месте на этом уровне земли. После того, как положения штифтов установлены правильно, установите графический компас на заданную длину звена шатуна. Поместив точку компаса в точку поворота кривошипа, поверните циркуль, чтобы образовать круг с радиусом, равным длине кривошипа.Этот недавно нарисованный круг представляет потенциальное движение шатуна. Далее нарисуйте две модели механизма. Эти модели будут ориентированы таким образом, чтобы отображались оба крайних положения ползунка. После того, как нарисованы обе диаграммы, линейное расстояние между втянутым ползунком и выдвинутым ползунком можно легко измерить, чтобы определить ход ползуна-кривошипа.

    Втянутое положение ползуна определяется дальнейшей графической оценкой. Теперь, когда путь кривошипа найден, переместите рычаг ползуна кривошипа в положение, которое помещает его как можно дальше от ползуна.После рисования шатун должен совпадать с первоначально нарисованной осью уровня земли. Затем из свободной точки на шатуне нарисуйте ведомое звено, используя его измеренную или заданную длину. Нарисуйте эту длину, совпадающую с осью уровня земли, но в направлении к ползунку. Несвязанный конец толкателя теперь будет в полностью втянутом положении ползуна. Далее необходимо определить выдвинутое положение ползунка. От точки поворота шатуна нарисуйте новый шатун, совпадающий с осью уровня земли, но в положении, наиболее близком к ползуну.В этом положении новый шатун должен располагаться под углом 180 градусов от втянутого шатуна. Затем нарисуйте ссылку читателя заданной длины таким же образом, как упоминалось ранее. Отцепленная точка нового ведомого теперь будет в полностью выдвинутом положении ползунка.

    Теперь должны быть известны как задвинутое, так и выдвинутое положение ползуна. С помощью измерительной линейки измерьте расстояние между этими двумя точками. Это расстояние будет ходом механизма, (ΔR 4 ) max .

    Аналитический подход

    Для аналитического проектирования кривошипа линейного ползуна и достижения желаемого хода необходимо определить соответствующие длины двух звеньев, кривошипа и ведомого элемента. В этом случае плечо кривошипа будет обозначаться как L 2 , а ведомое звено будет обозначаться как L 3 . У всех линейных кривошипно-ползунковых механизмов ход в два раза превышает длину плеча кривошипа. Следовательно, по ходу можно определить длину плеча кривошипа.Эти отношения представлены как:

    L 2 = (ΔR 4 ) max ÷ 2

    Как только L 2 найден, можно определить длину ведомого ( L 3 ). Однако, поскольку ход механизма зависит только от длины плеча кривошипа, длина толкателя незначительна. Как правило, длина ведомого звена должна быть как минимум в 3 раза больше длины плеча кривошипа. Это связано с часто нежелательным повышенным ускорением или выходной мощностью соединительного рычага.

    Коленчато-кривошипная, офсетная

    Аналитический подход

    Аналитический метод проектирования кривошипно-кривошипно-смещенного механизма скольжения — это процесс, с помощью которого оценивается треугольная геометрия для определения обобщенных соотношений между определенными длинами, расстояниями и углами. Эти обобщенные зависимости отображаются в виде 3 уравнений и могут использоваться для определения неизвестных значений практически для любого смещения ползунка-кривошипа. Эти уравнения выражают длины звеньев, L 1 , L 2 и L 3 , как функцию хода, (ΔR 4 ) max , угол дисбаланса, β , а угол произвольной линии M , θ M .Произвольная линия M — это уникальная дизайнерская линия, которая проходит через точку поворота кривошипа и крайнее убранное положение ползуна. Эти 3 уравнения выглядят следующим образом:

    L 1 = (ΔR 4 ) max × [ (sin (θ M ) sin (θ M — β)) / sin (β) ]
    L 2 = (ΔR 4 ) max × [ (sin (θ M ) — sin (θ M — β)) / 2sin (β) ]
    L 3 = (ΔR 4 ) max × [ (sin (θ M ) + sin (θ M — β)) / 2sin (β) ]

    С этими соотношениями можно рассчитать 3 длины канала и определить любые связанные неизвестные значения.

    Инверсия кривошипа

    Инверсия цепи ползунок-кривошип возникает, когда шатун или муфта рычажного механизма ползунка-кривошип становится заземляющим звеном, поэтому ползунок соединяется непосредственно с кривошипом. Этот перевернутый ползунок-кривошип представляет собой форму рычажного механизма ползунка-кривошип, который часто используется для приведения в действие шарнирного соединения в строительном оборудовании, таком как кран или обратная лопата, а также для открытия и закрытия распашных ворот или дверей. [2] [3] [4]

    Кривошип-ползун — это рычажный механизм с четырьмя стержнями, который имеет кривошип, который вращается, соединенный с ползуном, который перемещается по прямой линии.Этот механизм состоит из трех важных частей: кривошипа, который представляет собой вращающийся диск, ползуна, который скользит внутри трубки, и шатуна, который соединяет части вместе. Когда ползунок перемещается вправо, шатун толкает колесо по кругу на первые 180 градусов вращения колеса. Когда ползун начинает двигаться обратно в трубку, шатун тянет колесо, чтобы завершить вращение.

    Различный механизм, фиксирующий разные звенья кривошипной цепи ползуна:

    Первая инверсия

    Эта инверсия получается, когда линия 1 (наземный корпус) зафиксирована.Применение — поршневой двигатель, поршневой компрессор и т. Д.

    Вторая инверсия

    Эта инверсия получается, когда перемычка 2 (кривошип) зафиксирована.
    Применение — механизм быстрого возврата Whitworth, роторный двигатель и т. Д.

    Третья инверсия

    Эта инверсия получается, когда звено 3 (шатун) зафиксировано.
    Применение — кривошипно-шатунный механизм, качающийся двигатель и т. Д.,

    Четвертая инверсия

    Эта инверсия получается, когда связь 4 (ползунок) зафиксирована.Применение — ручной насос, маятниковый насос или двигатель Bull и т. Д.

    Галерея

    • Генератор качающейся функции Log (u) для 1

    • Генератор функции «ползунок» и «качелька» функции Tan (u) для 0

    • Кривошипно-шатунный механизм перевернутый.

    • Пространственный кривошипно-шатунный механизм

    См. Также

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *