Что такое кривошипно шатунный механизм: Общее устройство кривошипно-шатунного механизма (КШМ) — Официальная продажа грузовиков MAN и Mercedes, а также полуприцепов Wielton и Shmitz по России

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм: устройство, детали, принцип работы

Практически в любом поршневом двигателе, установленном в автомобиле, тракторе, мотоблоке, используется кривошипно- шатунный механизм. Стоят они и компрессорах для производства сжатого воздуха. Энергию расширяющихся газов, продуктов сгорания очередной порции рабочей смеси, кривошипный механизм преобразует во вращение рабочего вала, передаваемое на колеса, гусеницы или привод мотокосы. В компрессоре происходит обратное явление: энергия вращения приводного вала преобразуется в потенциальную энергию сжимаемого в рабочей камере воздуха или другого газа.

Устройство механизма

Первые кривошипные устройства были изобретены в античном мире. На древнеримских лесопилках вращательное движение водяного колеса, вращаемого речным течением, преобразовывалось в возвратно-поступательной движение полотна пилы. В античности большого распространения такие устройства не получили по следующим причинам:

деревянные части быстро изнашивались и требовали частого ремонта или замены;
рабский труд обходился дешевле высоких для того времени технологий.

В упрощенном виде кривошипно-шатунный механизм использовался с XVI века в деревенских прялках. Движение педали преобразовывалось во вращение прядильного колеса и других частей приспособления.

Разработанные в XVIII веке паровые машины тоже использовали кривошипный механизм. Он располагался на ведущем колесе паровоза. Давление пара на поршневое дно преобразовывалось в возвратно- поступательное движение штока, соединенного с шатуном, шарнирно закрепленном на ведущем колесе. Шатун придавал колесу вращение. Такое устройство кривошипно-шатунного механизма было основой механического транспорта до первой трети XX века.

Паровозная схема была улучшена в крейцкопфных моторах. Поршень в них жестко прикреплен к крейцкопфу- штоку, скользящему в направляющих взад и вперед. На конце штока закреплен шарнир, к нему присоединен шатун. Такая схема увеличивает размах рабочих движений, позволяет даже сделать вторую камеру с другой стороны от поршня. Таким образом каждое движение штока сопровождается рабочим тактом. Такая кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма позволяет при тех же габаритах удвоить мощность. Крейцкопфы применяются в крупных стационарных и корабельных дизельных установках.

Элементы, составляющие кривошипно-шатунный механизм, разбивают на следующие типы:

Подвижные.
Неподвижные.

К первым относятся:

поршень;
кольца;
пальцы;
шатун;
маховик;
коленвал;
подшипники скольжения коленчатого вала.

К неподвижным деталям кривошипно-шатунного механизма относят:

блок цилиндров;
гильза;
головка блока;
кронштейны;
картер;
другие второстепенные элементы.

Поршни, пальцы и кольца объединяют в поршневую группу.

Каждый элемент, равно как и подробная кинематическая схема и принцип работы заслуживают более подробного рассмотрения

Блок цилиндров

Это одна из самых сложных по конфигурации деталь двигателя. На схематическом объемном чертеже видно, что внутри он пронизан двумя непересекающимися системами каналов для подачи масла к точкам смазки и циркуляции охлаждающей жидкости. Он отливается из чугуна или сплавов легких металлов, содержит в себе места для запрессовки гильз цилиндра, кронштейны для подшипников коленвала, пространство для маховика, систем смазки и охлаждения. К блоку подходят патрубки системы подачи топливной смеси и удаления отработанных газов.

Снизу к блоку через герметичную прокладку крепится масляный картер- резервуар для смазки. В этом картере и происходит основная работа кривошипно- шатунного механизма, сокращенно КШМ.

Гильза должна выдерживать высокое давление в цилиндре. Его создают газы, образовавшиеся после сгорания топливной смеси. Поэтому и то место блока, куда гильзы запрессованы, должно выдерживать большие механические и термические нагрузки.

Гильзы обычно изготавливают из прочных сортов стали, реже — из чугуна. В ходе работы двигателя они изнашиваются при капитальном ремонте двигателя могут быть заменены. Различают две основных схемы их размещения:

сухая, внешняя сторона гильзы отдает тепло материалу блока цилиндров;
влажная, гильза омывается снаружи охлаждающей жидкостью.

Второй вариант позволяет развивать большую мощность и переносить пиковые нагрузки.

Поршни

Деталь представляет из себя стальную или алюминиевую отливку в виде перевернутого стакана. Скользя по стенкам цилиндра, он принимает на себя давление сгоревшей топливной смеси и превращает его в линейное движение. Далее через кривошипный узел она превращается во вращение коленчатого вала, а затем передается на сцепление и коробку передач и через кардан к колесам. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, приводят транспортное средство или стационарный механизм в движение.

Деталь выполняет следующие функции:

на такте впуска, двигаясь вниз (или в направлении от коленчатого вала, если цилиндр расположен не вертикально) на, он увеличивает объем рабочей камеры и создает в ней разрежение, затягивающее и равномерно распределяющее по объему очередную порцию рабочей смеси;
на такте сжатия поршневая группа движется вверх, сжимая рабочую смесь до необходимой степени;
далее идет рабочий такт, деталь под давлением идет вниз, передавая импульс вращения коленчатому валу;
на такте выпуска он снова идет вверх, вытесняя отработанные газы в выхлопную систему.

На всех тактах, кроме рабочего, поршневая группа движется за счет коленчатого вала, забирая часть энергии его вращения. На одноцилиндровых двигателях для аккумуляции такой энергии служим массивный маховик, на многоцилиндровые такты цилиндров сдвинуты во времени.

Конструктивно изделие подразделяется на такие части, как:

днище, воспринимающее давление газов;
уплотнение с канавками для поршневых колец;
юбка, в которой закреплен палец.

Палец служит осью, на которой закреплено верхнее плечо шатуна.

Поршневые кольца

Назначение и устройство поршневых колец обуславливается их ролью в работе кривошипных- устройств. Кольца выполняются плоскими, они имеют разрез шириной в несколько десятых частей миллиметра. Их вставляют в проточенные для них кольцевые углубления на уплотнении.

Кольца выполняют следующие функции:

Уплотняют зазор между гильзой и стенками поршня.
Обеспечивают направление движения поршня.
Охлаждают. Касаясь гильзы, компрессионные кольца отводят избыточное тепло от поршня, оберегая его от перегрева.
Изолируют рабочую камеру от смазочных материалов в картере. С одной стороны, кольца задерживают капельки масла, разбрызгиваемые в картере ударами противовесов щек коленвала, с другой, пропускают небольшое его количество для смазки стенок цилиндра. За это отвечает нижнее, маслосъемное кольцо.

Смазывать необходимо и соединение поршня с шатуном.

Отсутствие смазки в течение нескольких минут приводит детали цилиндра в негодность. Трущиеся части перегреваются и начинают разрушаться либо заклиниваются. Ремонт в этом случае предстоит сложный и дорогостоящий.

Поршневые пальцы

Осуществляют кинематическую связь поршня и шатуна. Изделие закреплено в поршневой юбке и служит осью подшипника скольжения. Детали выдерживают высокие динамические нагрузки во время рабочего хода, а также смены такта и обращения направления движения. Вытачивают их из высоколегированных термостойких сплавов.

Различают следующие типы конструкции пальцев:

Фиксированные. Неподвижно крепятся в юбке, вращается только обойма верхней части шатуна.
Плавающие. Могут проворачиваться в своих креплениях.

Плавающая конструкция применяется в современных моторах, она снижает удельные нагрузки на компоненты кривошипно- шатунной группы и увеличивает их ресурс.

Шатун

Эта ответственный элемент кривошипно-шатунного механизма двигателя выполнен разборным, для того, чтобы можно было менять вкладыши подшипников в его обоймах. Подшипники скольжения используются на низкооборотных двигателях, на высокооборотных устанавливают более дорогие подшипники качения.

Внешним видом шатун напоминает накидной ключ. Для повышения прочности и снижения массы поперечное сечение сделано в виде двутавровой балки.

При работе деталь испытывает попеременно нагрузки продольного сжатия и растяжения. Для изготовления используют отливки из легированной или высокоуглеродистой стали.

Коленчатый вал

Преобразование осуществляет с помощь.

Из деталей кривошипно-шатунной группы коленчатый вал имеет наиболее сложную пространственную форму. Несколько коленчатых сочленений выносят оси вращения его сегментов в сторону от основной продольной оси. К этим вынесенным осям крепятся нижние обоймы шатунов. Физический смысл конструкции точно такой же, как и при закреплении оси шатуна на краю маховика. В коленвала «лишняя», неиспользуемая часть маховика изымается и заменяется противовесом. Это позволяет существенно сократить массу и габариты изделия, повысить максимально доступные обороты.

Основные части, из которых состоит коленвал, следующие:

Шейки. Служат для крепления вала в кронштейнах картера и шатунов на валу. Первые называют коренными, вторые — шатунными.
Щеки. Образуют колена, давшие узлу свое название. Вращаясь вокруг продольной оси и толкаемые шатунами, преобразуют энергию продольного движения поршневой группы во вращательную энергию коленвала.
Фронтальная выходная часть. На ней размещен шкив, от которого цепным или ременным приводом крутятся валы вспомогательных систем мотора- охлаждения, смазки, распределительного механизма, генератора.
Основная выходная часть. Передает энергию трансмиссии и далее — колесам.

Тыльная часть щек, выступающая за ось вращения коленвала, служит противовесом для основной их части и шатунных шеек. Это позволяет динамически уравновесит вращающуюся с большой скоростью конструкцию, избежав разрушительных вибраций во время работы.

Для изготовления коленвалов используются отливки из легких высокопрочных чугунов либо горячие штамповки (поковки) из упрочненных сортов стали.

Картер двигателя

Служит конструктивной основой всего двигателя, к нему крепятся все остальные детали. От него отходят внешние кронштейны, на них весь агрегат прикреплен к кузову. К картеру крепится трансмиссия, передающая от двигателя к колесам крутящий момент. В современных конструкциях картер исполняется единой деталью с блоком цилиндров. В его пространственных рамках и происходит основная работа узлов, механизмов и деталей мотора. Снизу к картеру крепится поддон для хранения масла для смазки подвижных частей.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Принцип работы кривошипно — шатунного механизма не изменился за последние три столетия.

Во время рабочего такта воспламенившаяся в конце такта сжатия рабочая смесь быстро сгорает, продукты сгорания расширяются и толкают поршень вниз. Он толкает шатун, тот упирается в нижнюю ось, разнесенную в пространстве с основной продольной осью. В результате под действием приложенных по касательной сил коленвал проворачивается на четверть оборота в четырехтактных двигателях и на пол-оборота в двухтактных. таким образом продольное движение поршня преобразуется во вращение вала.

Расчет кривошипно-шатунного механизма требует отличных знаний прикладной механики, кинематики, сопротивления материалов. Его поручают самым опытным инженерам.

Неисправности, возникающие при работе КШМ и их причины

Сбои в работе могут случиться в разных элементах кривошипно-шатунной группы. Сложность конструкции и сочетания параметров шатунных механизмов двигателей заставляет особенно внимательно относить к их расчету, изготовлению и эксплуатации.

Наиболее часто к неполадкам приводит несоблюдение режимов работы и технического обслуживания мотора. Некачественная смазка, засорение каналов подачи масла, несвоевременная замена или пополнение запаса масла в картере до установленного уровня- все эти причины приводят к повышенному трению, перегреву деталей, появлению на их рабочих поверхностях задиров, потертостей и царапин. При каждой замене масла обязательно следует менять масляный фильтр. В соответствии с регламентом обслуживания также нужно менять топливные и воздушные фильтры.

Нарушение работы системы охлаждения также вызывает термические деформации деталей вплоть до их заклинивания или разрушения. Особенно чувствительны к качеству смазки дизельные моторы.

Неполадки в системе зажигания также могут привести к появлению нагара на поршне и п\его кольцах Закоксовывание колец вызывает снижение компрессии и повреждение стенок цилиндра.

Бывает также, что причиной поломки становятся некачественные либо поддельные детали или материалы, примененные при техническом обслуживании. Лучше приобретать их у официальных дилеров или в проверенных магазинах, заботящихся о своей репутации.

Перечень неисправностей КШМ

Наиболее распространенными поломками механизма являются:

износ и разрушение шатунных и коренных шеек коленвала;
стачивание, выкрашивание или плавление вкладышей подшипников скольжения;
загрязнение нагаром сгорания поршневых колец;
перегрев и поломка колец;
скопление нагара на поршневом днище приводит к его перегреву и возможному разрушению;
длительная эксплуатация двигателя с детонационными эффектами вызывает прогорание днища поршня.

Сочетание этих неисправностей со сбоем в системе смазки может вызвать перекос поршней в цилиндрах и заклинивание двигателя. Устранение всех этих поломок связано демонтажом двигателя и его частичной или полной разборкой.

Ремонт занимает много времени и обходится недешево, поэтому лучше выявлять сбои в работе на ранних стадиях и своевременно устранять неполадки.

Признаки наличия неисправностей в работе КШМ

Для своевременного выявления сбоев и начинающих развиваться негативных процессов в кривошипно- шатунной группе полезно знать из внешних признаков:

Стуки в двигателе, непривычные звуки при разгоне. Звенящие звуки часто бывают вызваны детонационными явлениями. Неполное сгорание топлива во время рабочего такта и взрывообразное его сгорание на такте выпуска приводят к скоплению нагара на кольцах и днище поршня, к ухудшению условий их охлаждения и разрушению. Необходимо залить качественное топливо и проверит параметры работы системы зажигания на стенде.
Глухие стуки говорят об износе шеек коленвала. В этом случае следует прекратить эксплуатацию, отшлифовать шейки и заменить вкладыши на более толстые из ремонтного комплекта.
«Поющий» на высокой звонко ноте звук указывает на возможное начало плавления вкладышей или на нехватку масла при повышении оборотов. Также нужно срочно ехать в сервис.
Сизые клубы дыма из выхлопного патрубка свидетельствуют о избытке масла в рабочей камере. Следует проверить состояние колец и при необходимости заменить их.
Падение мощности также может вызываться закоксовыванием колец и снижением компрессии.

При обнаружении этих тревожных симптомов не стоит откладывать визит в сервисный центр. Заклиненный двигатель обойдется намного дороже, и по деньгам, и по затратам времени.

Обслуживание КШМ

Чтобы не повредить детали КШМ, нужно соблюдать все требования изготовителя по периодическому обслуживанию и регулярному осмотру автомобиля.

Уровень масла, особенно на не новом автомобиле, следует проверять ежедневно перед выездом. Занимает это меньше минуты, а может сэкономить месяцы ожидания при серьезной поломке.

Топливо нужно заливать только с проверенных АЗС известных брендов, не прельщаясь двухрублевой разницей в цене.

При обнаружении перечисленных выше тревожных симптомов нужно незамедлительно ехать на СТО.

Не стоит самостоятельно, по роликам из Сети, пытаться растачивать цилиндры, снимать нагар с колец и выполнять другие сложные ремонтные работы. Если у вас нет многолетнего опыта такой работы- лучше обратиться к профессионалам. Самостоятельная установка шатунного механизма после ремонта- весьма сложная операция.

Применять различные патентованные средства «для преобразования нагара на стенках цилиндров», «для раскоксовывания» разумно лишь тогда, когда вы точно уверены и в диагнозе, и в лекарстве.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Что такое кривошипно-шатунный механизм? Он превращает прямолинейное перемещение во вращательное движение, и наоборот. Основные части кривошип, шатун, ползун и стойка присутствуют во всех видах и типах этих механизмов.

Схематический пример кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Некоторые люди затрудняются сразу запомнить части устройства. Начинать надо с шатуна. Он шатается. Кривошип вращается. Ползун ползает туда-сюда. Стойка – ось вокруг которой вращается кривошип. Ползун образует со стойкой возвратно-поступательную кинематическую пару.

Ведущими частями могут быть как кривошип, так и ползун. Если электродвигатель вращает кривошип, то ползун — ведомая часть, что-то толкает, или тянет туда-сюда. И наоборот, если ползун какая-то сила толкает взад-вперед, то кривошип является ведомым.

Основные части КШМ

Разберем КШМ у которого ведущим является ползун.

Здесь прямолинейное циклическое(вперед-назад) перемещение поршня трансформируется во вращение коленчатого вала. Наиболее распространенный механизм данного типа – двигатель, работающий на бензине или солярке. Проще говоря мотор автомобиля, теплохода, генератора, мотоцикла.

Кривошипно-шатунный механизм мотора

Составные части КШМ разделяются на движущиеся и не движущиеся.

Движущиеся детали КШМ

Поршень с пальцами крепления к шатуну, шатун, коленвал(кривошип) с подшипниками, маховик.

Движущиеся части КШМ

Поршень(ползун) движется под напором газов, горящей смеси бензина и воздуха в карбюраторных двигателях или воспламенении солярки в дизельных. Это движение через поршневой палец и шатун переходит на коленвал. Делают его из алюминиевого сплава. Поршни дизельного двигателя конструктивно отличаются от поршней карбюраторного.

В основном различается форма днища.

Поршневые кольца уменьшают зазор между цилиндром и поршнем. Кольца эти свободно находятся в пазах поршня. Их толщина меньше ширины паза. Они сделаны из чугуна и разрезаны в одном месте. Упругие, их диаметр чуть больше диаметра поршня. Под действием пружинящей силы, кольца, находясь в пазах поршня, прижимаются к цилиндру, тем самым уменьшая зазор пары.

Устройство поршня

Маслосъемные поршневые кольца убирают излишки машинного масла с поверхности цилиндра. Поэтому оно не проникает в камеру воспламенения.

Поршневой палец совмещает поршень и шатун. С небольшим технологическим зазором он проходит в отверстие шатуна и в бобышки поршня. В бобышках палец фиксируется специальными стопорными колечками, которые вставляют в технологические бороздки.

Шатун промежуточное звено между поршнем и коленвалом. Один его конец движется туда-сюда прямолинейно, а другой вращается. В целом шатун движется по сложной траектории, с большими переменными ускорениями. Поэтому на него попадает большая знакопеременная нагрузка. Эту ответственную деталь КШМ делают из легированной стали.

Составные части шатуна

Коленчатый вал (кривошип) делают из стали или чугуна. Он цикличное (туда-сюда) прямолинейное движение поршня трансформирует во вращение вала. Преобразует энергию горящего топлива в цилиндре во вращающее усилие на валу коробки передач автомобиля. Далее через ряд элементов трансмиссии механическая энергия передается на ведущие колеса машины.

Поверхности шеек обработаны высокочастотными токами и отшлифованы. Их количество и расположение соответствуют количеству и расположению цилиндров. Правая часть вала изготовлена в виде фланца к которому крепится маховик. На левую часть ставится ременной шкив и звездочка распределительного вала.

Маховик чугунный диск большой массы. Благодаря этому двигатель пускается и работает равномерно, без рывков. Маховик присоединяется к коленвалу асимметрично расположенными болтами. Этим достигается балансировка системы: коленчатый вал – маховик. На обод маховика устанавливается зубчатое колесо для зацепления с бендиксом стартера.

Газораспределительный механизм

Распределительный вал должен быть синхронизирован с коленчатым валом. Чтобы совпадали фазы сгорания топлива и движение клапанов. Для этого эти валы соединены между собой зубчатым ремнем. Такой ремень не проскальзывает, поэтому сохраняет жесткую связь с маховиком, а значит и с коленчатым валом. Тем самым сохраняется синхронизация двух валов: коленчатого и распределительного, что является основой нормальной функционирования мотора.

Газораспределительный механизм

Не движущиеся части КШМ

Не движущиеся части КШМ: блок цилиндров, головка блока цилиндров и прокладки между блоками.

Не движущиеся части КШМ

Блок цилиндров — базовая деталь КШМ поршневого ДВС. В нем находятся посадочные отверстия для установки коленчатого вала. Он является остовом двигателя, в котором различными способами монтируются остальные его агрегаты и узлы.

Блок цилиндров подвергается большим температурным нагрузкам до 2000 °С. Различные места блока нагреваются по-разному. В результате по-разному деформируются. Что приводит к большим температурным усилиям, которые вкупе с большим давлением (до 11 МПа) создают большие разрывающие усилия. Поэтому изготавливают блоки цилиндров из высокопрочного чугуна и из алюминиевых сплавов.

Наиболее используемым металлом для производства блока цилиндров является чугун, так как он обладает оптимальным соотношением цена-качество. Высокая прочность и низкая стоимость.

Алюминий обладает большим коэффициентом теплового расширения, что создает проблемы. Кроме того, относительно низкие механические качества тоже ограничивают применение его в производстве блока цилиндров.

Внутри блока имеются каналы для подвода масла к трущимся частям. Также делают каналы для жидкости, которая охлаждает блок.

Головка цилиндров является не менее важной деталью. Она также трудится в условиях большого жара — до 2500 ° С. Причем нагрев различных частей неравномерный. С одной стороны, деталь омывается охлаждающей жидкостью, с другой нагревается, что вызывает большие деформации.

Главное требование к головке цилиндров — прочность, достаточная для сопротивления разрывающим силам, противостоящая деформации от механических воздействий и изгибающих температурных напряжений.

Головки цилиндров делают из высокопрочного чугуна, а также из алюминиевого сплава. Выбор металла зависит от типа мотора. Карбюраторные нуждаются в быстром отводе тепла, так как в них сжимается горючая смесь. Поэтому для них головки цилиндров производят их алюминиевого сплава. Дизеля сжимают воздух. Для них головки цилиндров делают из чугуна.

Видео: принцип работы КШМ

|Принцип работы КШМ|

Видео: устройство работы кривошипно-шатунного механизма

|Устройство работы кривошипно-шатунного механизма|

Видео: анимация работы кривошипно-шатунного механизма

|Анимация работы кривошипно-шатунного механизма|

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 7 чел.
Средний рейтинг: 3.9 из 5.

Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма ДВС

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
Шатун.
Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

ЦПГ

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

Шатун

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

Коленчатый вал

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
шатун;
и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Особенности работы двигателя. Такты

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

Основные неисправности и обслуживание КШМ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:

залегание и разрушение колец;
прогорание поршня;
трещины стенок гильзы цилиндра;
изгиб шатуна;
разрыв коленчатого вала;
«наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:

Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
Использовать только качественное топливо.
Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Кривошипно-шатунный механизм — Энциклопедия журнала «За рулем»

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе на каждые два оборота коленчатого вала приходится четыре хода поршня, только один из которых — рабочий. Это приводит к неравномерной работе двигателя. Для небольших двигателей, таких? Как легкие лодочные моторы, двигатели мопедов, легких мотоциклов и т. д., такая неравномерность не представляет большой проблемы. Для более тяжелых автомобилей требуется большая мощность двигателя, а, следовательно, и больший рабочий объем цилиндра. В этом случае неравномерность работы двигателя становится более заметной. Вот почему на современных автомобилях применяются многоцилиндровые ДВС. Применение нескольких цилиндров, в которых рабочий ход происходит в разные моменты времени, дает возможность сгладить пульсации крутящего момента на вале двигателя. Большинство легковых автомобилей малого класса имеют четырехцилиндровые двигатели, хотя иногда используются двухцилиндровые и трехцилиндровые. На более тяжелых автомобилях, требующих большой мощности, наряду с четырехцилиндровыми, могут применяться пятицилиндровые и шестицилиндровые двигатели. Легковые автомобили высшего класса оборудуются восьмицилиндровыми и двенадцатицилиндровыми двигателями, хотя встречаются двигатели с десятью цилиндрами. Большинство грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности имеют двигатели с шестью и восемью цилиндрами.

Неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя состоит из подвижных и неподвижных деталей.
К подвижным деталям КШМ относятся: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, вкладыш подшипника и маховик. Неподвижными деталями КШМ являются: блок цилиндров, головка блока цилиндров и прокладка головки блока.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, и преобразует это давление в механическую работу по вращению коленчатого вала.

Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:
а — рядный четырехцилиндровый;
б — V-образный шестицилиндровый;
в — оппозитный четырехцилиндровый;
г — VR-двигатель шестицилиндровый;
д и е — W-образные 12-цилиндровые двигатели;
α — угол развала

Расположение цилиндров в блоке определяет компоновочную схему двигателя. Если оси цилиндров расположены в одной плоскости, то такие двигатели называют рядными.
Рядные двигатели устанавливаются на автомобиле или вертикально, или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты, занимаемой двигателем, а в некоторых случаях — горизонтально, например при размещении под полом автобуса. В V-образных двигателях оси цилиндров находятся в двух плоскостях, расположенных под углом друг к другу. Угол между осями цилиндров может быть различным. Разновидностью такого двигателя можно считать двигатель с так называемыми оппозитными (противолежащими) цилиндрами (в некоторых странах такую компоновку называют «boxer»), у которого этот угол составляет 180°. Сравнительно недавно появился двигатель W12, разработанный группой компаний Volkswagen, схема которого представляет собой как бы два V-образных двигателя с разными углами между осями цилиндров, имеющими общий коленчатый вал.

Двигатель W12, устанавливаемый на AudiA8 с 2001г., практически состоит из двух двигателей V6 с различными углами развала цилиндров, использующих общий коленчатый вал

Базовые понятия КШМ ДВС — это диаметр цилиндра и ход поршня. Диаметр цилиндра — это диаметр отверстия, под поршень, выполненного в блоке цилиндров .. Ход поршня — расстояние между ВМТ и НМТ. Диаметр цилиндра и ход поршня принято измерять в миллиметрах, а объем двигателя – в литрах. Понятно, что два двигателя одинакового объема могут иметь различное число цилиндров и различную компоновку.

Если диаметр цилиндра больше хода поршня, то такой двигатель называют короткоходным. Данные двигатели развивают более высокие максимальные обороты коленчатого вала, и в них упрощается размещение впускных и выпускных клапанов, что дает возможность получения высокой мощности. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, то двигатель считается длинноходным. Такие двигатели, как правило, более экономичны и характеризуются большими значениями крутящего момента. Длинноходные двигатели имеют большую высоту, но короче по длине.
При разработке конструкции двигателя приходится решать вопрос о выборе величины объема отдельного цилиндра. Если объем цилиндра сделать очень маленьким, то он будет плохо заполняться топливно-воздушной смесью, и мощность такого двигателя будет низкой. В то же время нельзя безгранично увеличивать объем цилиндра, потому что при этом фронт распространения пламени может не успеть дойти до стенок цилиндра за то короткое время, которое отводится на рабочий ход, а это приведет к уменьшению давления в цилиндре и скажется на уменьшении мощностных показателей двигателя.
В современных автомобильных двигателях объем отдельного цилиндра редко превышает 0,8л, а в большинстве двигателей составляет около 0,5л.
Чем большее число цилиндров имеет двигатель, тем равномернее он работает. Пульсации, возникающие при работе ДВС, могут быть уменьшены применением массивного маховика, устанавливаемого на конце коленчатого вала. Чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем большей массой должен обладать маховик. В то же время массивный маховик из-за своей инерционности ухудшает способность двигателя быстро набирать обороты. Поэтому конструкторам двигателей приходится принимать компромиссные решения.

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Основной задачей двигателей внутреннего сгорания, использующиеся на всевозможной технике, является преобразование энергии, которая выделяется при сжигании определенных веществ, в случае с ДВС – это топливо на основе нефтепродуктов или спиртов и воздуха, необходимого для горения.

Преобразование энергии производится в механическое действие – вращение вала. Далее уже это вращение передается дальше, для выполнения полезного действия.

Однако реализация всего этого процесса не такая уж и простая. Нужно организовать правильно преобразование выделяемой энергии, обеспечить подачу топлива в камеры, где производиться сжигание топливной смеси для выделения энергии, отвод продуктов горения. И это не считая того, что тепло, выделяемое при сгорании нужно куда-то отводить, нужно убрать трение между подвижными элементами. В общем, процесс преобразования энергии сложен.

Поэтому ДВС – устройство довольно сложное, состоящее из значительного количества механизмов, выполняющих определенные функции. Что же касается преобразования энергии, то выполняет его механизм, называющийся кривошипно-шатунным. В целом, все остальные составные части силовой установки лишь обеспечивают условия для преобразования и обеспечивают максимально возможный выход КПД.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Основная же задача лежит на этом механизме, ведь он преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала, того вала, от движения которого и производится полезное действие.

Устройство КШМ

Чтобы было более понятно, в двигателе есть цилиндро-поршневая группа, состоящая из гильз и поршней. Сверху гильза закрыта головкой, а внутри ее помещен поршень. Закрытая полость гильзы и является пространством, где производится сгорание топливной смеси.

При сгорании объем горючей смеси значительно возрастает, а поскольку стенки гильзы и головка являются неподвижными, то увеличение объема воздействует на единственный подвижный элемент этой схемы – поршень. То есть поршень воспринимает на себя давление газов, выделенных при сгорании, и от этого смещается вниз. Это и является первой ступенью преобразования – сгорание привело к движению поршня, то есть химический процесс перешел в механический.

И вот далее уже в действие вступает кривошипно-шатунный механизм. Поршень связан с кривошипом вала посредством шатуна. Данное соединение является жестким, но подвижным. Сам поршень закреплен на шатуне посредством пальца, что позволяет легко шатуну менять положение относительно поршня.

Шатун же своей нижней частью охватывает шейку кривошипа, которая имеет цилиндрическую форму. Это позволяет менять угол между поршнем и шатуном, а также шатуном и кривошипом вала, но при этом смещаться шатун вбок не может. Относительно поршня он только меняет угол, а на шейке кривошипа он вращается.

Поскольку соединение жесткое, то расстояние между шейкой кривошипа и самим поршнем не изменяется. Но кривошип имеет П-образную форму, поэтому относительно оси коленвала, на которой размещен этот кривошип, расстояние между поршнем и самим валом меняется.

За счет применения кривошипов и удалось организовать преобразование перемещения поршня во вращение вала.

Но это схема взаимодействия только цилиндро-поршневой группы с кривошипно-шатунным механизмом.

На деле же все значительно сложнее, ведь имеются взаимодействия между элементами этих составляющих, причем механические, а это значит, что в местах контакта этих элементов будет возникать трение, которое нужно по максимуму снизить. Также следует учитывать, что один кривошип неспособен взаимодействовать с большим количеством шатунов, а ведь двигатели создаются и с большим количеством цилиндров – до 16. При этом нужно же и обеспечить передачу вращательного движения дальше. Поэтому рассмотрим, из чего состоит цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Начнем с ЦПГ. Основными в ней являются гильзы и поршни. Сюда же входят и кольца с пальцами.

Гильза

Съёмная гильза

Гильзы существуют двух типов – сделанные непосредственно в блоке и являющиеся их частью, и съемные. Что касается выполненных в блоке, то представляют они собой цилиндрические углубления в нем нужной высоты и диаметра.

Съемные же имеют тоже цилиндрическую форму, но с торцов они открыты. Зачастую для надежной посадки в свое посадочное место в блоке, в верхней части ее имеется небольшой отлив, обеспечивающий это. В нижней же части для плотности используются резиновые кольца, установленные в проточные канавки на гильзе.

Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом, потому что она имеет высокую степень обработки, чтобы обеспечить минимально возможное трение между поршнем и зеркалом.

В двухтактных двигателях в гильзе проделываются на определенном уровне несколько отверстий, которые называются окнами. В классической схеме ДВС используется три окна – для впуска, выпуска и перепуска топливной смеси и отработанных продуктов. В оппозитных же установках типа ОРОС, которые тоже являются двухтактными, надобности в перепускном окне нет.

Поршень

Поршень принимает на себя энергию, выделяемую при сгорании, и за счет своего перемещения преобразовывает ее в механическое действие. Состоит он из днища, юбки и бобышек для установки пальца.

Устройство поршня

Именно днищем поршень и воспринимает энергию. Поверхность днища в бензиновых моторах изначально была ровной, позже на ней стали делать углубления для клапанов, предотвращающих столкновение последних с поршнями.

В дизельных же моторах, где смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре, и составляющие смеси туда подаются по отдельности, в днищах поршня выполнена камера сгорания – углубления особой формы, обеспечивающие более лучшее смешивание компонентов смеси.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

В инжекторных бензиновых двигателях тоже стали применять камеры сгорания, поскольку в них тоже составные части смеси подаются по отдельности.

Юбка является лишь его направляющей в гильзе. При этом нижняя часть ее имеет особую форму, чтобы исключить возможность соприкосновения юбки с шатуном.

Чтобы исключить просачивание продуктов горения в подпоршневое пространство используются поршневые кольца. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные.

В задачу компрессионных входит исключение появления зазора между поршнем и зеркалом, тем самым сохраняется давление в надпоршневом пространстве, которое тоже участвует в процессе.

Если бы компрессионных колец не было, трение между разными металлами, из которых изготавливаются поршень и гильза было бы очень высоким, при этом износ поршня происходил бы очень быстро.

В двухтактных двигателях маслосъемные кольца не применяются, поскольку смазка зеркала производиться маслом, которое добавляется в топливо.

В четырехтактных смазка производится отдельной системой, поэтому чтобы исключить перерасход масла используются маслосъемные кольца, снимающие излишки его с зеркала, и сбрасывая в поддон. Все кольца размещаются в канавках, проделанных в поршне.

Бобышки – отверстия в поршне, куда вставляется палец. Имеют отливы с внутренней части поршня для увеличения жесткости конструкции.

Палец представляет собой трубку значительной толщины с высокоточной обработкой внешней поверхности. Часто, чтобы палец не вышел за пределы поршня во время работы и не повредил зеркало гильзы, он стопориться кольцами, размещающимися в канавках, проделанных в бобышках.

Это конструкция ЦПГ. Теперь рассмотрим устройство кривошипно-шатунного механизма.

Шатун

Итак, состоит он из шатуна, коленчатого вала, посадочных мест этого вала в блоке и крышек крепления, вкладышей, втулки, полуколец.

Шатун – это стержень с отверстием в верхней части под поршневой палец. Нижняя часть его сделана в виде полукольца, которым он садится на шейку кривошипа, вокруг шейки он фиксируется крышкой, внутренняя поверхность ее тоже выполнена в виде полукольца, вместе с шатуном они и формируют жесткое, но подвижное соединение с шейкой – шатун может вращаться вокруг ее. Соединяется шатун со своей крышкой посредством болтовых соединений.

Чтобы снизить трение между пальцем и отверстием шатуна применяется медная или латунная втулка.

По всей длине внутри шатун имеет отверстие, через которое масло подается для смазки соединения шатуна и пальца.

Коленчатый вал

Перейдем к коленчатому валу. Он имеет достаточно сложную форму. Осью его выступают коренные шейки, посредством которых он соединен с блоком цилиндров. Для обеспечения жесткого соединения, но опять же подвижного, в блоке посадочные места вала выполнены в виде полуколец, второй частью этих полуколец выступают крышки, которыми вал поджимается к блоку. Крышки к с блоком соединены болтами.

Коленвал 4-х цилиндрового двигателя

Коренные шейки вала соединены с щеками, которые являются одной из составных частей кривошипа. В верхней части этих щек располагается шатунная шейка.

Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров, а также их компоновки. В рядных и V-образных двигателях на вал передаются очень большие нагрузки, поэтому должно быть обеспечено крепление вала к блоку, способное правильно распределять эту нагрузку.

Для этого на один кривошип вала должно приходиться две коренные шейки. Но поскольку кривошип размещен между двух шеек, то одна из них будет играть роль опорной и для другого кривошипа. Из этого следует, что у рядного 4-цилиндрового двигателя на валу имеется 4 кривошипа и 5 коренных шеек.

У V-образных двигателей ситуация несколько иная. В них цилиндры расположены в два ряда под определенным углом. Поэтому один кривошип взаимодействует с двумя шатунами. Поэтому у 8-цилиндрового двигателя используется только 4 кривошипа, и опять же 5 коренных шеек.

Уменьшение трения между шатунами и шейками, а также блоком с коренными шейками достигается благодаря использованию вкладышей – подшипников трения, которые помещаются между шейкой и шатуном или блоком с крышкой.

Смазка шеек вала производится под давлением. Для подачи масла применяются каналы, проделанные в шатунных и коренных шейках, их крышках, а также вкладышах.

В процессе работы возникают силы, которые пытаются сместить коленчатый вал в продольном направлении. Чтобы исключить это используются опорные полукольца.

В дизельных двигателях для компенсации нагрузок используются противовесы, которые прикрепляются к щекам кривошипов.

Маховик

С одной из сторон вала сделан фланец, к которому прикрепляется маховик, выполняющий несколько функций одновременно. Именно от маховика передается вращение. Он имеет значительный вес и габариты, что облегчает вращение коленчатому валу после того, как маховик раскрутится. Чтобы запустить двигатель нужно создать значительное усилие, поэтому по окружности на маховик нанесены зубья, которые называются венцом маховика. Посредством этого венца стартер раскручивает коленчатый вал при запуске силовой установки. Именно к маховику присоединяются механизмы, которые и используют вращение вала на выполнение полезного действия. У автомобиля это трансмиссия, обеспечивающая передачу вращения на колёса.

Чтобы исключить осевые биения, коленчатый вал и маховик должны быть хорошо отбалансированы.

Другой конец коленчатого вала, противоположный фланцу маховика используется зачастую для привода остальных механизмом и систем мотора: к примеру, там может размещаться шестерня привода масляного насоса, посадочное место для приводного шкива.

Это основная схема коленчатого вала. Особо нового пока ничего не придумано. Все новые разработки направлены пока только на снижение потерь мощности в результате трения между элементами ЦПГ и КШМ.

Также стараются снизить нагрузку на коленчатый вал путем изменения углов положения кривошипов относительно друг друга, но особо значительных результатов пока нет.

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

Автор Aleks На чтение 7 мин. Просмотров 12 Опубликовано 14 октября Обновлено 14 октября

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:

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

Литература:

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:

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

Назначение и устройство, обслуживание и ремонт

Двигатель — пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Он производит крутящий момент для движения машины. В основе конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит кривошипно-шатунный механизм. О назначении и устройстве его и пойдет речь в нашей сегодняшней статье.

Конструкция

Итак, что это за элемент в двигателе?

Этот механизм получает энергию расширяющихся газов и преобразует ее в механическую работу. Кривошип двигателя внутреннего сгорания объединяет несколько узлов, а именно: поршень

;
Штанга;
Коленвал с ушком;
Кольцо и втулка.

Вместе они составляют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипно-шатунного механизма выполняет свою работу. Элементы взаимосвязаны. Каждая деталь имеет свое устройство и свое предназначение. Кривошипный механизм должен выдерживать высокие ударные и термические нагрузки. Это обуславливает надежность силового агрегата в целом. Далее мы подробно опишем каждый из вышеперечисленных компонентов.

Поршень

Эта деталь кривошипно-шатунного механизма воспринимает давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере.Поршень изготовлен из алюминиевого сплава и совершает возвратно-поступательное движение в гильзе. В конструкцию поршня входят головка и юбка. Первый может иметь различную форму: вогнутую, плоскую или выпуклую.

На 16-клапанных двигателях ВАЗ часто используются поршни с выемками. Они используются для предотвращения столкновения головки поршня с клапаном в случае обрыва ремня ГРМ.

Кольца

Также в дизайне есть кольца:

Масло;
Компрессионный (две штуки).

Последний предотвращает утечку газов в картер. И первое — это удалить излишки масла, которые остаются на стенках цилиндров в ходе упражнения. Ниже поршень соединен с шатуном (о нем мы поговорим ниже), в его конструкции также предусмотрена бобышка.

Шатун

Кривошипная передача не обходится без этого элемента. Шатун передает силу тяги от поршня к коленчатому валу. Эти части машин и механизмов имеют вертлюг. Обычно кривошипы изготавливают ковкой или штамповкой. А вот в спортивных двигателях использовалось титановое литье. Они более устойчивы к нагрузкам и не деформируются при сильном ударе.Какова конструкция и назначение кривошипа? Конструктивно шатун состоит из трех частей:

Головка верхняя;
Бар;
Нижняя головка.

Вверху этот элемент соединен с поршнем пальцем. Вращение компонента осуществляется в бобышках. Этот тип большого пальца называется плавающим. Шток шатун двутавровый. Нижняя часть разборная. Это необходимо для того, чтобы произвести его снятие с коленчатого вала в случае неисправности.Нижняя головка соединена с шейкой коленчатого вала. Последнее устройство мы обсудим прямо сейчас.

Коленчатый вал

Этот элемент является основным компонентом в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Его назначение на следующий. Коленчатый вал принимает нагрузку от шатуна. Он дополнительно преобразует крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Это заключительная часть в конструкции двигателя. Может быть одно- и двухмассовым.На конце зубчатого венца. Это необходимо для зацепления с шестерней стартера при запуске двигателя. Что касается вала, то он изготовлен из высокопрочных сталей и чугуна. Элемент состоит из шатуна и коренной шейки, соединяющей «щеки». Последние вращаются в подшипниках (подшипниках) и могут разъединяться. С внутренней стороны щек и шеи есть отверстия для потока масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 бар, в зависимости от нагрузки двигателя внутреннего сгорания.

При работе двигателя может возникнуть дисбаланс вала.Для предотвращения этого в конструкции предусмотрен гаситель колебаний. Это два металлических кольца, которые соединяются эластичной средой (моторным маслом). На внешнем кольце демпфера установлен шкив.

Типы Чу

На данный момент существует несколько разновидностей цилиндро-поршневой группы. Самая популярная однорядная конструкция. Применяется на всех 4-цилиндровых двигателях. Также есть рядная «шестерка» и даже «восьмерка». Такая конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Рядные двигатели обладают высокой балансировкой и небольшой вибрацией.

Есть еще V-образная конструкция, которая пошла от американцев. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.

Как видите, цилиндры расположены в двух плоскостях. Обычно они располагаются под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции можно значительно сэкономить место в моторном отсеке. Примером могут служить 6-цилиндровые двигатели от «Опеля» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем размещается под капотом поперечно.Если взять рядную «шестерку» переднеприводного «Вольво», то будет заметно скрытие места под капотом.

Но за компактность приходится платить более низкой вибрацией. Другая компоновка цилиндров — боксерская. Отработанные японские автомобили » Subaru ». Ось цилиндра также размещена в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они расположены под углом 180 градусов. Основные преимущества — более низкий центр тяжести и отличная балансировка. Но эти двигатели очень хороши. дорого в производстве

Ремонт и обслуживание кривошипно-шатунного механизма

Обслуживание любого ИБП требует лишь регулярной замены масла в двигателе.В случае ремонта делается упор на следующие элементы:

Кольца поршневые . Возникновение они меняют на новое.
Подшипники коленвала . При значительном развитии или повороте подшипника & ndash; заменен на новый.
Пальцы поршневые . У них тоже есть производство.
По поршням . При детонации возможно выгорание головки, что приводит к снижению компрессии, внесению, жор масла и другим неполадкам в работе двигателя.

Часто такие поломки возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании низкооктанового бензина. Ремонт кривошипа может потребоваться при постоянных нагрузках и большом пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но бывают случаи, когда за ухом уже проехали 120 тысяч км, сгорели клапаны и поршни. Все это результат отложенного обслуживания энергоблока.

Итак, мы выяснили, что такое кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.

Кривошипно-шатунный механизм | механика | Britannica

Кривошипно-скользящий механизм , расположение механических частей, предназначенных для преобразования прямолинейного движения во вращательное, как в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением, или для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, как в поршневом насосе с возвратно-поступательным движением. Основную природу механизма и относительное движение частей лучше всего можно описать с помощью прилагаемого рисунка, на котором движущиеся части слегка затемнены.Темно заштрихованная часть 1, неподвижная рама или блок насоса или двигателя, содержит цилиндр, изображенный в поперечном сечении его стенками DE и FG, , в котором поршень, часть 4, скользит вперед и назад. Маленький кружок в позиции A представляет главный подшипник коленчатого вала, который также находится в части 1. Коленчатый вал, часть 2, показан как прямой элемент, идущий от коренного подшипника в позиции A, до подшипника шатунной шейки в позиции B, . который соединяет его с шатуном, часть 3.Шатун показан как прямой элемент, проходящий от подшипника шатунной шейки на B до подшипника пальца на C, , который соединяет его с поршнем, часть 4, который показан в виде прямоугольника. Три подшипника, обозначенные кружками под номерами A, B, и C , позволяют соединенным элементам свободно вращаться относительно друг друга. Путь B представляет собой окружность радиуса AB; , когда B находится в точке h , поршень будет в положении H, , а когда B находится в точке j , поршень будет в положении J. На бензиновом двигателе головная часть цилиндра (где происходит взрыв бензиновоздушной смеси) находится на EG; : давление, создаваемое взрывом, толкает поршень из положения H в положение J; Для обратного движения от J к H потребуется энергия вращения маховика, прикрепленного к коленчатому валу и вращающегося вокруг подшипника, коллинеарного подшипнику A . В поршневом насосе с возвратно-поступательным движением коленчатый вал приводится в движение двигателем.

Кривошипно-шатунный механизм

Encyclopædia Britannica, Inc.

Определение кривошипно-шатунного механизма и синонимы кривошипно-шатунного механизма (английский)

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

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

Примеры

Кривошип

Ручка на точилке для карандашей

Знакомые примеры:

Ручные рукоятки

Двигатели

Почти все поршневые двигатели используют кривошипы для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение.Кривошипы встроены в коленчатый вал.

Механика

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

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

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

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

История

Западный мир

Классическая античность

Эксцентрично установленная рукоятка вращающейся ручной мельницы, которая появилась в кельтиберийской Испании V века до нашей эры и в конечном итоге распространилась по всей Римской империи, представляет собой кривошип. ^[2] ^[3] ^[4] Римский железный коленчатый вал неизвестного назначения, датируемый II веком нашей эры, был обнаружен при раскопках в Августе Рорика, Швейцария. Кусок длиной 82,5 см с одного конца снабжен бронзовой ручкой длиной 15 см, другая ручка утрачена.^[5] ^[1]

A ок. В Ашхайме, недалеко от Мюнхена, были раскопаны настоящие железные кривошипы длиной 40 см, а также пара раздробленных жерновов диаметром 50-65 см и различные железные изделия. Римская мельница с кривошипным механизмом датируется концом 2 века нашей эры. ^[6] Часто цитируемая современная реконструкция насоса с ковшовой цепью, приводимого в движение маховиком с ручным приводом с кораблей Nemi, была отклонена как «археологическая фантастика». ^[7]

Лесопилка римского Иераполиса III века нашей эры, самая ранняя из известных машин, сочетающая кривошип с шатуном.^[8]

Самые ранние свидетельства в мире соединения кривошипа и шатуна в машине появляются на лесопилке в позднем Риме в Иераполе, построенной в III веке нашей эры, и на двух римских каменных лесопилках в Герасе, Римская Сирия, и Эфесе, Малая Азия ( оба 6 века нашей эры). ^[8] На фронтоне мельницы Хиераполиса показано водяное колесо, питаемое дорожкой мельницы, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы, которые режут прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, при необходимости, кривошипов. .Сопроводительная надпись на греческом языке. ^[9]

Кривошипно-шатунный механизм двух других лесопилок, подтвержденных археологическими исследованиями, работал без зубчатой передачи. ^[10] ^[11] В древней литературе мы находим упоминание о работе водных пил по мрамору недалеко от Трира, ныне Германия, автором поэта Авзония конца 4-го века; ^[8] Примерно в то же время эти типы мельниц, похоже, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрирующим разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи ^[12] Три находит дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие назад; ^[8] Впервые все основные компоненты гораздо более позднего парового двигателя были собраны одной технологической культурой:

С кривошипно-шатунной системой все элементы для создания паровой машины (изобретен в 1712 году) — эолипил Героя (генерирующий паровую энергию), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах), зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) — были известны еще в римские времена.^[13]

Средневековье

Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — ^[14], который приводится в действие кривошипной рукояткой, показан в каролингской рукописи Утрехтская Псалтырь ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. ^[15] Музыкальный трактат, приписываемый аббату Одо из Клюни (ок. 878–942), описывает струнный инструмент, на котором звучит смолистое колесо, вращаемое рукояткой; позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века.^[14] Есть также две фотографии Фортуны, вращающей колесо судьбы, из этого и следующего столетия. ^[14]

Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в издании 1887 года «Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines », выпущенном в 1887 году и принадлежащем испанскому мусульманскому хирургу Абу аль-Касим аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено исходным освещением и, следовательно, не подлежит рассмотрению. ^[16] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок.1070-1125) описаны кривошипные рукоятки, «используемые при точении литых стержней». ^[17]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349), планировавший новый крестовый поход, сделал иллюстрации для гребной лодки и боевых экипажей, которые приводились в движение вручную вращающимися составными кривошипами и зубчатыми колесами (в центре изображения). ^[18] Псалтырь Латтрелла , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с редуктором, работающая с одним или двумя кривошипами, появилась позже, в 15 веке; ^[19]

Средневековые краны иногда приводились в движение кривошипами, хотя чаще — лебедками.^[20]

Ренессанс

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

Шатуны стали обычным явлением в Европе к началу 15 века, его часто можно было увидеть в работах таких авторов, как немецкий военный инженер Конрад Кезер. ^[19] Устройства, изображенные в Bellifortis Кизера, включают изогнутые лебедки (вместо колес со спицами) для крепления осадных арбалетов, кривую цепь ведер для подъема воды и рукоятки, прикрепленные к колесу колоколов.^[19] Kyeser также оснастил винты Archimedes для подъема воды кривошипной рукояткой, нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой с помощью протектора. ^[21] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника с кривошипами найдено в миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . ^[22]

Немецкий арбалетчик, взводящий свое оружие с помощью коленчатого реечного механизма (ок. 1493 г.)

Первые изображения составного кривошипа в скобе плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы.^[23] Быстрое внедрение составной кривошипа можно проследить в работах неизвестного немецкого инженера Анонима гуситских войн о состоянии военной техники своего времени: во-первых, шатун, примененный Что касается кривошипов, то снова появились шатуны, во-вторых, шатуны с двойным составом также стали оснащаться шатунами, и в-третьих, для этих шатунов использовался маховик, чтобы вывести их из мертвой зоны.

На одном из рисунков Анонима из гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемой людьми, управляющими составными кривошипами (см. Выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея также подхвачена его соотечественником Франческо ди Джорджио. . ^[24]

В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства использования составной кривошипа и шатуна можно найти в альбомах для рисования Такколы, но это устройство до сих пор не понимают механически. ^[25] Четкое уловление движения кривошипа демонстрирует немного позже Пизанелло, который нарисовал поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и приводимый в действие двумя простыми кривошипами и двумя шатунами.^[25]

В 15 веке также были введены изогнутые реечные устройства, называемые кранкинами, которые устанавливались на приклад арбалета как средство приложения еще большей силы при захвате ракетного оружия (см. Справа). ^[26] В текстильной промышленности были внедрены изогнутые катушки для наматывания мотков пряжи. ^[19]

Приблизительно в 1480 году роторный точильный камень раннего средневековья был усовершенствован педалью и кривошипно-шатунным механизмом. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года.^[27]

Начиная с XVI века, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: в одной только книге Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины 1588 года» представлено восемнадцать примеров, число которых возрастает до . Theatrum Machinarum Novum от Георга Андреаса Бёклера на 45 различных машин, что составляет треть от общего числа. ^[28]

Дальний Восток

Тибетец, управляющий кверном (1938).Перпендикулярная ручка таких ручных фрез работает как кривошип. ^[3] ^[4]

Самая ранняя настоящая кривошипная рукоятка в ханьском Китае встречается, как изображают модели глазурованных гробниц эпохи Хань, в сельскохозяйственном веялке, ^[29], датированной не позднее 200 г. н.э. ^[30] Кривошип впоследствии использовался в Китае для наматывания шелка и прядения конопли, в водяном просеивателе муки, в металлургических сильфонах с гидравлическим приводом и в лебедке колодца. ^[31] Однако потенциал кривошипа по преобразованию кругового движения в возвратно-поступательное движение, похоже, никогда не был полностью реализован в Китае, и кривошип, как правило, отсутствовал в таких машинах до начала 20-го века.^[32]

Ближний Восток

В то время как американо-американский историк технологий Линн Уайт не смогла найти «убедительных доказательств даже простейшего применения кривошипа до книги аль-Джазари 1206 г. н.э.», ^[19] кривошип появляется, согласно Бистону, в середине IX век в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их книге «Книга изобретательных устройств ». ^[33] Эти устройства, однако, совершали только частичные вращения и не могли передавать большую мощность, ^[34], хотя потребовалась бы лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать их в коленчатый вал.^[35]

Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах. ^[36] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал, ^[37], но устройство было излишне сложным, что свидетельствовало о том, что он все еще не полностью понимал концепцию преобразования энергии. ^[38] После аль-Джазари чудаки в исламских технологиях не прослеживаются до копии начала 15 века «Механики » древнегреческого инженера Героя Александрийского в начале 15 века.^[16]

20 век

Шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20 века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие заводными двигателями с кривошипами. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания обычно запускались кривошипами (известные в Великобритании как стартовые ручки , ) до того, как электрические стартеры стали широко использоваться.

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

Первое: убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
Секунда: Педаль сцепления отпущена, и сцепление включено. Педаль тормоза выдвинута вперед, насколько это возможно, притормаживая заднее колесо.
Третий: Посмотрите на этот рычаг управления искрой, который представляет собой короткий рычаг, расположенный на верхней части рулевого колеса с правой стороны. находится как можно дальше назад к водителю, а длинный рычаг в верхней части рулевой колонки, управляющий карбюратором, сдвинут вперед примерно на один дюйм от своего запаздывающего положения.
Четвертый: поверните ключ зажигания в точку, отмеченную «B» или «M».
Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в точку с надписью «START.«Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажав на небольшой штифт, выступающий из передней части бачка, пока карбюратор не затопит. Если он не залит, это показывает, что топливо не поступает в карбюратор должным образом. и двигатель не запустится. См. инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака.
Шестое: Убедившись, что в карбюратор поступает топливо, возьмитесь за ручку пускового кривошипа, нажмите в конце, чтобы защелкнуть храповик со штифтом коленчатого вала, и поверните двигатель, быстро потянув вверх.^a ^b ^c ^d Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161:
Из-за открытий в Эфесе и Герасе изобретение кривошипа и шатуна пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний писал свою Мозеллу. Уайт, мл. 1962, стр. 104:
Тем не менее, изучающий китайскую технологию начала двадцатого века отмечает, что даже поколение назад китайцы «не достигли той стадии, когда непрерывное вращательное движение заменяется возвратно-поступательным движением в технических приспособлениях, таких как дрель, токарный станок, пила и т. Д. Чтобы сделать этот шаг, необходимо знакомство с кривошипом. Кривошип в его простой рудиментарной форме мы находим в [современном] китайском лебедке, использование которого, однако, по-видимому, не дало импульса для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое движение в других приспособлениях ». Уайт, мл. 1962, стр. 170:
Однако то, что аль-Джазари не совсем понял значение рукоятки для соединения возвратно-поступательного движения с вращательным движением, показано его чрезвычайно сложным насосом, приводимым в действие через зубчатое колесо, установленное эксцентрично на его оси.

Библиография

Франкель, Рафаэль (2003), «Мельница Олинтуса, ее происхождение и распространение: типология и распространение», Американский журнал археологии 107 (1): 1–21
Холл, Берт С.(1979), Технологические иллюстрации так называемых «анонимных гуситских войн». Codex Latinus Monacensis 197, часть 1 , Висбаден: д-р Людвиг Райхерт Верлаг, ISBN 3-920153-93-6
Хэгерманн, Дитер; Schneider, Helmuth (1997), Propyläen Technikgeschichte. Landbau und Handwerk, 750 v. Chr. до 1000 п. Chr. (2-е изд.), Берлин, ISBN 3-549-05632-X
al-Hassan, Ahmad Y .; Хилл, Дональд Р. (1992), Исламская технология. Иллюстрированная история , Cambridge University Press, ISBN 0-521-42239-6
Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное фрезерование в древнем и средневековом мире.Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе », Technology and Culture 46 (1): 1–30, DOI: 10.1353 / tech.2005.0026
Laur-Belart, Rudolf (1988), Führer durch Augusta Raurica (5-е изд.), Augst
Mangartz, Fritz (2006), «Zur Rekonstruktion der wassergetriebenen byzantinischen Steinsägemaschine von Ephesos, Türkei. Vorbericht», Archäologisches Korrespondenzblatt 36 (1): 573–590
Needham, Joseph (1991), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение , Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1.
Олесон, Джон Питер (1984), Греческие и римские механические водоподъемные устройства: история технологии , University of Toronto Press, ISBN 90-277-1693-5
Volpert, Hans-Peter (1997), «Eine römische Kurbelmühle aus Aschheim, Lkr. München», Bericht der bayerischen Bodendenkmalpflege 38 : 193–199, ISBN 3-7749-2903-3
White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change , Oxford: At the Clarendon Press
Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Journal of Roman Archeology 20 : 138–163
Schiöler, Thorkild (2009), «Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle», Helvetia Archaeologica 40 (159/160): 113–124

Внешние ссылки

Кривошипно-шатунный механизм Wikipedia

Простая машина, передающая движение на вращающийся вал или от него на расстоянии от осевой линии

Кривошип представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к вращающемуся валу, посредством которого круговое движение передается валу или принимается от него. В сочетании с шатуном его можно использовать для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное движение или наоборот. Плечо может быть изогнутой частью вала или отдельным кронштейном или прикрепленным к нему диском. К концу кривошипа с помощью стержня прикреплен стержень, обычно называемый шатун (шатун).

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

Примеры []

Знакомые примеры:

Ручные рукоятки []

Механическая точилка для карандашей
Катушка рыболовная и прочие катушки для кабеля, проволоки, канатов и т. Д.
Стартовая ручка для старых автомобилей
Окно автомобиля с ручным управлением
Столярная скоба — это составной кривошип .
Кривошипный механизм, который управляет ручным циклом через ручки.
Лебедки ручные

[]

Двигатели []

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

История []

Западный мир []

Классическая античность []

Рукоятка вращающейся ручной мельницы, которая появилась в 5 веке до нашей эры в кельтиберийской Испании и в конечном итоге попала в Грецию к I веку до нашей эры. ^[2] ^[3] ^[4] ^[5] Римский железный коленчатый вал неизвестного назначения, датируемый II веком нашей эры, был обнаружен при раскопках в Августе Рорика, Швейцария. Кусок длиной 82,5 см с одного конца снабжен бронзовой ручкой длиной 15 см, другая ручка утрачена.^[6] ^[1]

A ок. В Ашхайме, недалеко от Мюнхена, были раскопаны настоящие железные кривошипы длиной 40 см, а также пара раздробленных жерновов диаметром 50-65 см и различные железные изделия. Римская мельница с кривошипным механизмом датируется концом 2 века нашей эры. ^[7] Часто цитируемая современная реконструкция насоса с ковшовой цепью, приводимого в движение маховиком с ручным приводом с кораблей Nemi, была отклонена как «археологическая фантастика». ^[8]

^[9]

Самые ранние свидетельства соединения кривошипа и шатуна в машине появляются на лесопилке римского Иераполиса в Малой Азии 3 века нашей эры и двух римских каменных лесопилках в Герасе, Римская Сирия, и Эфесе, Малая Азия (оба 6 века нашей эры. ). ^[9] На фронтоне мельницы в Хиераполисе показано водяное колесо, приводимое в движение дорожкой мельницы, приводящее в действие через зубчатую передачу две рамные пилы, которые режут прямоугольные блоки с помощью каких-то шатунов и, при необходимости, кривошипов. .Сопроводительная надпись на греческом языке. ^[10]

Кривошипно-шатунные механизмы двух других лесопилок, подтвержденных археологами, работали без зубчатой передачи. ^[11] ^[12] В древней литературе есть упоминание о работе водяных пил по мрамору недалеко от Трира, ныне Германия, поэт Авзоний в конце 4-го века; ^[9] Примерно в то же время эти типы мельниц, кажется, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрирующим разнообразное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи ^[13] Три находит дату изобретения кривошипа и шатуна на целое тысячелетие: ^[9]

С кривошипно-шатунной системой, все элементы для создания паровой машины (изобретен в 1712 году) — эолипил Героя (генерирующий паровую энергию), цилиндр и поршень (в металлических силовых насосах), обратные клапаны (в водяных насосах) ), зубчатые передачи (в водяных мельницах и часах) — были известны еще во времена Римской империи.^[14]

Средневековье []

Вращающийся точильный камень — самое раннее его изображение — ^[15], который приводится в действие рукояткой, показан в каролингской рукописи Утрехтская Псалтырь ; рисунок пером около 830 года восходит к позднему античному оригиналу. ^[16] В музыкальном трактате, приписываемом аббату Одо из Клюни (ок. 878–942), описывается струнный инструмент, на котором звучит смолистое колесо, вращаемое рукояткой; позже устройство появляется в двух иллюминированных рукописях XII века.^[15] Есть также два изображения Фортуны, вращающей колесо судьбы, из этого и следующего столетия. ^[15]

Использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах было описано в 1887 году в «Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines », написанном испанским мусульманским хирургом Абу аль-Касим аль-Захрави; однако существование такого устройства не может быть подтверждено исходным освещением и, следовательно, не подлежит рассмотрению. ^[17] Бенедиктинский монах Феофил Пресвитер (ок.1070-1125) описаны кривошипные рукоятки, «используемые при точении литых стержней». ^[18]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280–1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для гребного катера и боевых экипажей, которые приводились в движение вручную вращаемыми составными кривошипами и зубчатыми колесами (в центре образ). ^[19] Псалтырь Латтрелла , датируемый примерно 1340 годом, описывает точильный камень, который вращался двумя кривошипами, по одному на каждом конце его оси; ручная мельница с редуктором, работающая с одним или двумя кривошипами, появилась позже, в 15 веке; ^[20]

Средневековые краны иногда приводились в движение кривошипами, хотя чаще — лебедками.^[21]

Ренессанс []

Шатуны стали обычным явлением в Европе к началу 15 века, его часто можно было увидеть в работах таких авторов, как немецкий военный инженер Конрад Кезер. ^[20] Устройства, изображенные в Bellifortis Кизера, включают в себя изогнутые лебедки (вместо колес со спицами) для крепления осадных арбалетов, кривую цепь ведер для подъема воды и кривошипы, прикрепленные к колесу колоколов.^[20] Kyeser также оснастил винты Archimedes для подъема воды кривошипной рукояткой — нововведение, которое впоследствии заменило древнюю практику работы с трубой с помощью протектора. ^[22] Самое раннее свидетельство оснащения колодезного подъемника с кривошипами найдено в миниатюре ок. 1425 в немецком Hausbuch Фонда Менделя . ^[23]

Первые изображения составного кривошипа в скобе плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях искусства Северной Европы.^[24] Быстрое внедрение составной кривошипа можно проследить в работах неизвестного немецкого инженера Анонима гуситских войн, описывающего состояние военной техники своего времени: во-первых, шатун, примененный Что касается кривошипов, то снова появились шатуны, во-вторых, шатуны с двойным составом также стали оснащаться шатунами, и в-третьих, для этих шатунов использовался маховик, чтобы вывести их из «мертвой точки».

На одном из рисунков Анонима из гуситских войн изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, вращаемой людьми, работающими с составными кривошипами (см. Выше).Эта концепция была значительно улучшена итальянским инженером и писателем Роберто Валтурио в 1463 году, который изобрел лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены с одним источником энергии одним шатуном, идея также подхвачена его соотечественником. Франческо ди Джорджио. ^[25]

В Италии эпохи Возрождения самые ранние свидетельства использования составной кривошипа и шатуна можно найти в альбомах для рисования Такколы, но это устройство до сих пор не понимают механически. ^[26] Четкое улавливание этого движения кривошипа демонстрирует немного позже Пизанелло, который нарисовал поршневой насос с приводом от него. от водяного колеса и управляется двумя простыми кривошипами и двумя шатунами.^[26]

В 15 веке также были введены изогнутые реечно-шестеренные устройства, называемые кранами, которые были прикреплены к прикладу арбалета как средство приложения еще большей силы при захвате ракетного оружия (см. Справа) . ^[27] В текстильной промышленности были внедрены изогнутые катушки для наматывания мотков пряжи. ^[20]

Примерно в 1480 году роторный точильный камень раннего средневековья был усовершенствован с помощью педали и кривошипного механизма. Шатуны, установленные на тележках, впервые появляются на немецкой гравюре 1589 года.^[28]

Начиная с XVI века и далее, свидетельства использования кривошипов и шатунов, интегрированных в конструкцию машин, становятся многочисленными в технологических трактатах того периода: Агостино Рамелли «Разнообразные и искусственные машины 1588 года» содержит восемнадцать примеров. Число, которое увеличивается в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Беклера до 45 различных машин, что составляет одну треть от общего числа. ^[29]

Дальний Восток []

^[3]

^[4]

Считалось, что свидетельство самой ранней настоящей кривошипной рукоятки было найдено в глазурованной глиняной гробнице эпохи Хань модели сельскохозяйственного веялки, датированной не позднее 200 г. н.э., ^[30] ^[31], но с тех пор появилась серия были обнаружены похожие модели керамики с веялками для веялки с кривошипным приводом, одна из которых относится к династии Западная Хань (202 г. до н.э. — 9 г. н.э.).^[32] ^[33] Историк Линн Уайт заявила, что китайскому кривошипу «не было дано побуждение изменить возвратно-поступательное движение на круговое в других приспособлениях», сославшись на одну ссылку на китайский кривошипно-шатунный механизм, датируемый 1462 годом ^[34] Тем не менее, более поздние публикации показывают, что китайцы использовали не только кривошип, но и кривошипно-шатунную тягу для управления двигателями еще во времена династии Западная Хань (202 г. до н.э. — 9 г. н.э.). В конце концов кривошипно-шатуны были использованы для взаимного преобразования или вращательного и возвратно-поступательного движения для других приложений, таких как просеивание муки, прялки с педалью, сильфоны печей с приводом от воды и машины для наматывания шелка.^[35] ^[33]

Ближний Восток []

Кривошип появляется в середине 9 века в нескольких гидравлических устройствах, описанных братьями Бану Муса в их «Книге изобретательных устройств » . ^[36] Эти устройства, однако, совершали только частичные вращения и не могли передавать большую мощность, ^[37], хотя потребовалась лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать их в коленчатый вал. ^[38]

Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему вращающейся машины в двух своих водоподъемных машинах.^[39] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал. ^[40] После аль-Джазари чудаки в исламских технологиях не прослеживаются до копии начала 15 века «Механики » древнегреческого инженера Героя Александрийского в начале 15 века. ^[17]

20 век []

Шатуны раньше использовались на некоторых машинах в начале 20 века; например, почти все фонографы до 1930-х годов приводились в действие заводными двигателями с кривошипами. В поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением используются кривошипы для преобразования линейного движения поршня во вращательное движение.Двигатели внутреннего сгорания в автомобилях начала 20-го века обычно запускались с помощью ручных кривошипов (известных в Великобритании как стартовые ручки , ), до того, как электрические стартеры стали широко использоваться. Последней моделью автомобиля с кривошипом был Citroën 2CV 1948-1990 гг.

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

Первое: убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.
Секунда: Педаль сцепления отпущена, и сцепление включено.Педаль тормоза выдвинута вперед, насколько это возможно, притормаживая заднее колесо.
Третий: Посмотрите, что рычаг управления искрой, который представляет собой короткий рычаг, расположенный на верхней части рулевого колеса с правой стороны, повернут как можно дальше к водителю, а длинный рычаг находится на верхней части рулевой колонки, управляя карбюратором, толкается вперед примерно на один дюйм от своего замедленного положения.
Четвертый: поверните ключ зажигания в точку, отмеченную «B» или «M».
Пятое: Установите регулятор карбюратора на рулевой колонке в точку с надписью «START.«Убедитесь, что в карбюраторе есть бензин. Проверьте это, нажав на небольшой штифт, выступающий из передней части бачка, пока карбюратор не затопит. Если он не залит, это показывает, что топливо не поступает в карбюратор должным образом. и двигатель не запустится. См. инструкции на стр. 56 по заполнению вакуумного бака.
Шестое: Убедившись, что в карбюратор поступает топливо, возьмитесь за ручку пускового кривошипа, нажмите в конце, чтобы защелкнуть храповик со штифтом коленчатого вала, и поверните двигатель, быстро потянув вверх.^a ^b ^c ^d Ritti, Grewe & Kessener 2007, стр. 161:
Из-за открытий, сделанных в Эфесе и Герасе, изобретение кривошипа и шатунной системы пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполя переносит его еще на три столетия назад, что подтверждает, что каменные пилорамы с водяной тягой действительно использовались, когда Авзоний писал свою Мозеллу. Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009 г.), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 978-1-4358-5066-8

Библиография []

Кертис, Роберт И. (2008). «Обработка и приготовление пищи». В Олесоне, Джон Питер (ред.). Оксфордский справочник инженерии и технологий в классическом мире . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-518731-1 . CS1 maint: ref = harv (ссылка)
Франкель, Рафаэль (2003), «Мельница Олинтуса, ее происхождение и распространение: типология и распространение», Американский журнал археологии , 107 (1): 1–21, DOI: 10.3764 / aja.107.1 .1
Холл, Берт С. (1979), Технологические иллюстрации так называемых «анонимов гуситских войн». Codex Latinus Monacensis 197, часть 1 , Висбаден: д-р Людвиг Райхерт Верлаг, ISBN 3-920153-93-6
Хэгерманн, Дитер; Schneider, Helmuth (1997), Propyläen Technikgeschichte.Landbau und Handwerk, 750 v. Chr. до 1000 п. Chr. (2-е изд.), Берлин, ISBN 3-549-05632-X
al-Hassan, Ahmad Y .; Хилл, Дональд Р. (1992), Исламская технология. Иллюстрированная история , Cambridge University Press, ISBN 0-521-42239-6
Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное фрезерование в древнем и средневековом мире. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Technology and Culture , 46 (1): 1–30 , DOI: 10.1353 / tech.2005.0026, S2CID 109564224
Laur-Belart, Rudolf (1988), Führer durch Augusta Raurica (5-е изд.), Augst
Mangartz, Fritz (2006), «Zur Rekonstruktion der wassergetriebenen byzantinischen Steinsägemaschine von Ephesos, Türkei. Vorbericht», Archäologisches Korrespondenzblatt , 36 14 (190): 57
Needham, Joseph (1986), Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Физика и физические технологии: Часть 2, Машиностроение , Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1 .
Олесон, Джон Питер (1984), Греческие и римские механические водоподъемные устройства: история технологии , University of Toronto Press, ISBN 90-277-1693-5
Volpert, Hans-Peter (1997), «Eine römische Kurbelmühle aus Aschheim, Lkr. München», Bericht der Bayerischen Bodendenkmalpflege , 38 : 193–199, ISBN 91-2903 3-
White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change , Oxford: At the Clarendon Press
Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», , Журнал римской археологии, , 20, : 138–163, doi: 10.1017 / S1047759400005341
Schiöler, Thorkild (2009), «Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle», Helvetia Archaeologica , 40 (159/160), стр. 113–124
Уилсон, Эндрю (2002), «Машины, сила и древняя экономика», The Journal of Roman Studies , 92 , стр. 1–32

Внешние ссылки []

Динамический анализ кривошипно-ползунного механизма с треснувшим стержнем

Динамическое уравнение кривошипно-ползункового механизма установлено с использованием уравнения Лагранжа и второго закона Ньютона.Кривошипно-ползунковый механизм со стержнем с открытой трещиной исследуется, а затем устанавливается эквивалентная модель механики безмассовой торсионной пружиной для моделирования влияния трещины в стержне, а механизм стержня с трещиной делится на две подсистемы. Установлено динамическое уравнение кривошипно-шатунного механизма с трещинной штангой. Сравнивая результаты динамического анализа стержня с трещиной и без нее, результаты показывают, что наличие трещины приводит к значительному изменению характеристик движения ползуна.Рассчитанный максимальный показатель Ляпунова положителен, что показывает, что движение ползуна в кривошипно-шатунном механизме с треснувшим штоком является хаотичным.

1. Введение

Точное соотношение между входом и выходом важно для кривошипно-ползункового механизма [1]. Например, в некоторых приложениях вращение кривошипа рассматривается как вход, а смещение ползунка — как выход. Поскольку механизм изготовлен не идеально, и всегда выходят трещины, которые, как известно, являются источником снижения надежности и точности системы [2, 3].Более того, трудно рассчитать влияние напрямую по нормальной формуле, если в стержне есть трещина. Этот вид трещины в стержне может привести к нелинейному поведению механизма, что должно влиять на динамику механизма, когда стержень приводится в действие в соответствии с вращением кривошипа. Итак, это поведение следует изучить. Jin Zeng, HuiMa, Wensheng Zhang и RangchunWen смешивают элементы, комбинируя балочные и твердотельные элементы, для создания модели конечных элементов (КЭ) для консольных балок с трещинами и используют коэффициент повреждения площади для оценки уровней трещин [4].Уго Андресус и Паоло Казини использовали двухмерный четырехугольник для моделирования балки, затем были получены собственные частоты (и соответствующие формы колебаний) треснувшей балки кантилевера [5], и они также использовали двумерные конечные элементы для рассмотрения балки кантилевера с асимметричную краевую трещину в качестве задачи планирования, а затем сделайте вывод о поведении «дышащей» трещины, которая моделируется как контактная задача без трения [6, 7]. Михай Дюпак и Дэвид Бил моделируют трещину в ограждении безмассовой крутильной пружиной, а кривошипно-скользящий механизм моделируется одним уравнением движения [8].Андреа Карпинтери, Андреа Спаньоли и Сабрина Вантадори создают общее линейное правило упрочнения для волокон и линейно-упругий закон для матрицы, чтобы принять модель упруго-пластического перекрытия трещин [9]. О. Джаннини, П. Касини и Ф. Вестрони используют конечный элемент, который имеет билинейную матрицу элементов с разрывом, проходящим через начало координат, для моделирования зоны трещин в балке [10]. Пьер Франческо Каччола и Джузеппе Мусколино моделируют балку с трещинами с помощью конечных элементов, в которых модель замыкающей трещины используется для описания поврежденного элемента [11].Уго Андреаус, Паоло Барагатти, Паоло Казини и Даниэла Яковьелло представляют вейвлет-анализ для обнаружения и количественной оценки трещин в балках, основанный на статическом методе, после чего эффективность пространственного вейвлет-преобразования доказана после сравнения с экспериментальным исследованием [12]. Марина В. Меньшикова, Александр В. Меньшиков и Игорь А. Гуз используют метод граничного интегрального уравнения для решения задачи механики разрушения, и они накладывают ограничения на нормальную и касательную составляющие контактной силы и векторы разрыва смещения для учета контактного взаимодействия. берегов трещины [13].

В данной работе создана новая идея разделить кривошипно-шатунный механизм на две подсистемы по месту трещины, при этом трещина моделируется безмассовой торсионной пружиной. Треснувший стержень моделируется как два последовательных одинаковых стержня, соединенных безмассовой торсионной пружиной. В этом методе намного проще смоделировать систему с множественными взломами и проще программировать на языке C. Сравнивая с результатами анализа кривошипно-шатунного механизма с трещиной и без трещины, вывод показывает, что необходимо изучить влияние трещины при анализе динамических характеристик механической системы и характеристики вибрации.

2. Анализ движения кривошипно-ползунного механизма

Для изучения разницы в динамическом движении кривошипно-ползункового механизма с трещиной в штоке и без нее будет создано уравнение и проведено моделирование на основе расчета.

2.1. Уравнение движения кривошипно-ползунного механизма без трещины в стержне

Кривошипно-скользящий механизм без трещины в штоке смоделирован на рисунке 1 для изучения эффекта динамического движения. Считается, что циклический изгибающий момент M приводит в движение механизм, а стержни OA и AB считаются жесткими.Движение механизма можно записать в виде уравнения Лагранжа и второго закона Ньютона [14–17].

Для этого механизма с одной степенью свободы обозначенное значение φ устанавливается как переменная в системе, а M — внешний момент. Угол поворота коленвала , , , — это угол между стержнем OA и горизонтальным направлением. Длина стержня OA составляет l ₁, тогда длина стержня AB составляет l ₂.Масса стержня OA составляет м ₁, а масса стержня AB м ₂. Шток ОА инерционная масса составляет. Инерционная масса стержня AB равна .Центральная скорость стержня AB равна, а его центральная угловая скорость равна. представляет скорость ползуна B. Полная кинетическая энергия равна, где T ₁ — кинетическая энергия стержня OA, T ₂ — кинетическая энергия стержня AB, а T ₃ — кинетическая энергия ползуна B.Кинетическую энергию кривошипно-ползункового механизма можно рассчитать следующим образом: Обобщенная сила может быть записана как
Магнетизм кривошипа — RationalWiki
Магнетизм кривошипа — это состояние, при котором людей одновременно привлекает несколько идей кривошипа. Магнетизм кривошипа также указывает на тенденцию — даже для «одиноких» чудаков — к тому, что со временем накапливает больше верований. Вы знаете старую поговорку о том, что нельзя быть настолько непредубежденным, что у вас вывалится мозг? Люди с кривошипным магнетизмом на это не обращали внимания.Магнетизм кривошипа — важная ступенька на пути к ошибкам все времени. Его противоположность — остановленные часы (когда в противном случае чрезмерно доверчивые люди действительно находят какую-то причуду, в которую они не верят, могут даже активно осуждать ее).
История [править]
Физиолог и блогер Марк Хофнэгл, написавший в блоге Denialism в 2007 году, придумал термин «кривошипный магнетизм» для описания склонности чудаков придерживаться кратных иррациональных, необоснованных или смехотворных убеждений, которые часто не связаны друг с другом, имея в виду Уильям Дембски поддерживает как отрицателя Холокоста, так и одну из странных теорий Питера Дюсберга, не связанных с ВИЧ.^[1] Он также придумал фразу «магнитная мистификация» в отношении заявлений о мистификациях, которые привлекают множество толкований чудаков. ^[2]
Примеры [править]
Возьмите среднего протестующего против налогов в Соединенных Штатах. Очень велика вероятность, что такой человек также будет одним или несколькими, или, возможно, из , из следующих: христианский фундаменталист, белый националист, антисемит, неоконфедерат, суверенный гражданин, сторонник теории заговора. , рожденный, чайный пакетик, креационист, отрицатель изменения климата, фанатик, MRA, рандроид, австрийский школьник, защитник золотого стандарта, гомофоб …
Несколько других людей придерживаются мировоззрения «кривошипный магнит»
Луи Фаррахан — антисемит, гомофоб, сторонник НЛО, истец 11 сентября, против смешения рас, противник масонов
Дональд Трамп — с тех пор, как ~~сумасшедших~~ теоретиков заговора склонны яростно и догматично поддерживать любого, кто будет придерживаться их убеждений, Трамп потворствует любой безумной идее, которую он может найти, чтобы получить сторонников этой идеи как неутомимых последователей.Эти овцы затем перекрестно опыляются и начинают безумие друг друга.
Алекс Джонс — Вы называете это, Джонс уже разоблачил это, разработал еще более безумную теорию и доказал, что каждый другой чудак, говорящий об этом, является дезинфицирующим агентом, работающим на Них. Просыпайся, овца! Джонс находится в «отношениях» с Трампом. ^[4] ^[5] ^[6]
Марк Дайс — На самом деле может быть более сумасшедшим, чем Джонс. Просто поверьте нам на слово.
Майк Старс — Либо величайший физик и богослов в мире, либо какой-то случайный чувак, который в детстве упал на голову в ванне.Вам решать.
Дэвид Айк — помазанный сын чудаковатого магнетизма и великой единой теории заговора. Сумма худших лихорадочных снов человечества, содержащихся в одном британском судне.
Джеймс Фетцер — истец 11 сентября, отрицатель Холокоста, считает, что посадка на Луну была сфальсифицирована, теоретик заговора Джона Кеннеди считает, что массовые расстрелы в Сэнди Хук, Паркленде и Лас-Вегасе были инсценированы, хочет положить конец Федеральной резервной системе, сторонник Рона Пола и верит в международную Еврейский заговор.
Дэвид Дж.Стюарт — библейский литератор, истец 11 сентября, женоненавистник, безумие Big Pharma, теоретик заговора глобального потепления, HAARP / NORAD, иллюминаты, назвал Обаму антихристом.
Джек Чик — как Дэвид Дж. Стюарт, за исключением того, что может нарисовать , muthafuckaz.
Гленн Бек — теоретик заговора, отрицатель глобального потепления, креационист молодой Земли.
Мишель Бахманн — теоретик заговора о глобальном потеплении, криптобиртер, креационист, думает, что может вылечить геев, исламофобов.
Джордж Гэллоуэй — отрицатель геноцида в Дарфуре, оправдание Северной Кореи, верит в сионистский контроль над прессой, поклонник Алекса Джонса и Гилада Ацмона.
Синтия МакКинни — теоретик заговора по нескольким причинам.
Гэри Норт — последователь австрийской школы, христианский доминионист, теоретик заговора.
Рон Пол — сторонник Золотого стандарта, отрицатель глобального потепления, креационист, приверженец австрийской школы, расист, гомофоб, сторонник теории заговора.
Кэти Павлич — теоретик заговора, чокнутость от ДДТ, отрицатель глобального потепления, орешек.
Мелани Филлипс — пропагандирует разумный замысел, отрицает искусственное глобальное потепление и считает, что вакцины вызывают аутизм. ^[7]
Андреас Людвиг Калькер — HHO «водяной двигатель», бесплатная «скалярная» энергия, лекарство от всех болезней MMS (диоксид хлора), гипотеза Хульды Кларк о том, что аутизм вызывается паразитами, лечение рака кожи «черной мазью», сделанное своими руками, утверждает подавление от «Big Pharma» (тоже «пирамидиот» и интересуется НЛО).
Gamergate — Все, что попадает под большой шатер «культурного марксизма».Теории заговора! Антисемитизм! Антифеминизм! 8chan использован как источник! В нем есть все!
Руш V — сторонник маносферы, выступал за легализацию изнасилования, а также поддерживал антисемитские теории Кевина Макдональда.
Дэвид Дис — якобы политический карикатурист. Поддержал все теории заговора, известные человечеству, и некоторые из них, которые еще не были задокументированы. Сторонник Рона Пола.
Варг Викернес — Когда-то был музыкант в стиле блэк-метал, но в наши дни он неоязычник, огромный расист, осужденный убийца, антиваксер, гомофоб, выживальщик и т. Д.Не любит демократию, капитализм или социализм; думает, что нам было бы намного лучше, если бы мы разрушили общество и жили племенами.
Рик Уайлс — безумный теоретик заговора и крайне правый фанатик-христианин. Его радиошоу «TruNews» привлекает только самых параноидальных и сумасшедших чудаков.
Майлз Матис — от зародыша до 11 сентября и до числа 4,0, он никогда не встречал утверждения о заговоре, которое ему не нравилось. За исключением плоской земли, потому что я имею в виду да ладно, это дерьмо бред!
Ян Джеклин — кикбоксер / актер, ставший тренером по борьбе с раком, который говорит, что Дэвид Айк «действительно знает, что происходит» .Приготовьте свои карты бинго с теорией заговора и послушайте интервью Яна здесь. ^[8]
Блэр Коттрелл — австралийский активист правого крыла, неонацист и бывший лидер ныне несуществующего ультраправого культа United Patriots Front, активист за права мужчин, гомофоб, женоненавистник, пропагандист теорий заговора, включая Новый мировой порядок и геноцид белых.
Можно подумать, что одной странной или эксцентричной веры будет достаточно, чтобы удовлетворить людей. Считайте это небольшим недостатком характера, данью уважения иррациональности человеческого состояния (или реакцией на реальность , некоторых теорий заговора, таких как сокрытие табачными компаниями вреда для здоровья, связанного с сигаретами).Однако любителям теорий заговора обычно нравится лотов из . Креационисты, скорее всего, будут на правом фланге и в целом легковерны, в то время как представители Новой эры, вероятно, будут придерживаться верований со всех уголков духовного мира. Это предполагает, что должен существовать основной механизм или идеал, который привлекает людей к этим идеям в целом , а не только к достоинствам самих индивидуальных убеждений. Люди, увлекающиеся теорией меметики, признали бы это мемплексом (сложный набор идей, имеющих культурное значение, которые работают вместе, чтобы укреплять друг друга), где центральная идея позволяет другим очень легко присоединиться.
Одно исследование, НАСА имитировало посадку на Луну — Следовательно (Климат) Наука — Обман: Анатомия мотивированного неприятия науки , показало, что отрицание изменения климата коррелирует с отрицанием высадки на Луну, теории заговора 11 сентября и одобрение laissez-faire свободных рынков: ^[12]
Это дает эмпирическое подтверждение предыдущих предположений о том, что конспирологические идеи способствуют отрицанию науки. Принятие науки, напротив, было тесно связано с восприятием консенсуса среди ученых.
Другое исследование под названием Мертвые и живые: убеждения в противоречивых теориях заговора удалось показать, что не только чудаки будут привлечены и поверят в многочисленные теории заговора одновременно, но и будут продолжать делать это, даже если рассматриваемые теории полностью и совершенно несовместимы друг с другом. ^[13] Например, исследование показало, что: «[…] чем больше участников считали, что принцесса Диана инсценировала свою смерть, тем больше они верили, что она была убита [и что]… тем больше участников верили, что Усама Бин Ладен был уже мертв, когда У.Спецназ С. совершил набег на его территорию в Пакистане, чем больше они верили, что он все еще жив ». быть привлеченным к нескольким взаимно несовместимым теориям заговора, пока эти теории каким-то образом противоречат «официальной» версии произошедшего (см. ниже раздел «Орехи заговора»). По словам авторов: «Модели иерархической регрессии показали что взаимно несовместимые теории заговора положительно связаны, потому что обе связаны с мнением, что власти участвуют в сокрытии ».
Для любого рационального наблюдателя за нормальной химией мозга это указывает на фундаментальный изъян в мышлении обычного заговорщика, почему-то не позволяющий ему замечать неправильное и нелогичное мышление как в себе, так и в других. Вместо этого заговорщики, кажется, постоянно отвергают объективную реальность и слепы к противоречиям, возникающим из двоемыслия, которым они занимаются, чтобы отстаивать свое собственное иррациональное мировоззрение. То же самое, кажется, верно и для всех их текущих нелепых предсказаний, которые постоянно не сбываются; см., например, Алекса Джонса.
Орехи заговора [править]
Что побуждает теоретиков заговора одновременно верить в заговоры с убийством Джона Кеннеди, мистификацию высадки на Луну и все, о чем заявляет движение за истину 11 сентября? Все эти заговоры объединяет общая нить: недоверие к «официальной» или «одобренной правительством» версии. Это заставляет верующего присоединять и другие заговоры. Кто-то, не доверяющий правительству, скорее всего, отвергнет любую и все статьи или отчеты , непосредственно выпущенные государственными агентствами или другими органами, которые рассматриваются как часть истеблишмента.Таким образом, любой заговор будет казаться более правдоподобным теоретикам заговора, потому что это соответствует их мировоззрению. ^[15]
Креационизм [править]
Креационизм и активизм по его продвижению в школах (например, кампания «Учи полемику») часто идут рука об руку с идеями правого толка, такими как отрицание глобального потепления. Эти две позиции в основном политически мотивированы, и их удержание требует активного отрицания известного факта. Связь между отрицанием глобального потепления и креационизмом менее очевидна, чем с теориями заговора.Однако оба, похоже, придерживаются точки зрения, что наука — это просто мнение одной группы (часто считается, что она политически мотивирована) и может быть отвергнута. Если во что-то верит достаточное количество людей, это должно быть правдой. Таким образом, общие аргументы в пользу скептицизма в отношении глобального потепления и эволюции часто вращаются вокруг того, что «56% американцев отвергают его, поэтому это должно быть ложным».
Креационизм и отрицание глобального потепления также могут быть связаны с теориями заговора посредством мема «недоверие к правительству». Поскольку правительство США официально является светским в соответствии с положением о создании, религиозные права, скорее всего, не будут доверять правительству.
Альтернативная медицина [править]
Все, что объединяет различные направления альтернативной медицины, просто не является основной медициной, и теории могут фактически полностью противоречить друг другу; тем не менее, практикующие и последователи одного бренда, такого как гомеопатия, часто найдут ценность в других, таких как хиропрактика и витализм. Они могут считать себя объединенными против общего врага Big Pharma; вакцинная истерия, в частности, является симптомом такого мышления.
В феврале 2010 года Skeptical Inquirer опубликовал статью Харриет Холл, ^[16] «Истинная причина всех болезней», посвященную этому явлению. В соответствии с магнетизмом чудаков, альты обычно не замечают противоречий между своими практиками и редко оспаривают методологии или утверждения друг друга (хотя бывают исключения). ^[17]
Активизм за права мужчин [править]
Забавно, что в движении, которое унижает предвзятость СМИ, среди наиболее известных, видимых и узнаваемых участников есть «журналист», который обвинил Эллиота Роджера в видеоиграх и считает гомосексуализм и «трансгендеризм» психическими расстройствами, а также растратчик, который верит в контроль радфемов ООН.^[18] ^[19] В целом, они немного сбиты с толку насчет феминисток, поскольку они описывают черты, общие для всех демократических обществ, когда они говорят об обширной подпольной сети «феминистского» влияния. ^[20] ^[21]
Доктрина защиты всех чудаков [править]
Блогер-антикреационист «Чувственный скряга» придумал более громоздкий термин «доктрина защиты всех чудаков», чтобы описать подобное явление. ^[22] Скряга описал это как идею о том, что чудак в одной области будет рассматривать воспринимаемую победу чудака в другой области над «научным истеблишментом» как подтверждение своей собственной выдумки.Он привел пример того, как Discovery Institute ухватился за инцидент с Climategate. Орак Уважительной Дерзости счел нужным назвать это «оправданием чудаков», следствием закона кривошипного магнетизма. ^[23]
Культовая среда [править]
В академической социологии существует понятие, аналогичное кривому магнетизму, а именно концепция Колина Кэмпбелла о «культовой среде», которая пытается показать сеть и общую культуру и литературу, которые существуют между различными кластерами культовых групп и взглядов.Первоначальным стимулом для множества таких разнообразных групп, как Саентология, Движение за человеческий потенциал, Уроды Иисуса и поворот к альтернативной медицине, была общая оппозиционная левая субкультура 1960-х и 1970-х годов, в то время как в 1990-х годах милиция, Posse Comitatus и движения протеста против налогов опирались на общую среду оппозиционной правой субкультуры. Это также может вызвать исключения для магнетизма кривошипа; случайно выбранный астролог, вероятно, также будет верить в гомеопатию, но вряд ли поверит в креационизм молодой Земли, поскольку YEC является частью другой среды (которая часто прямо выступает против всех гаданий, кроме библейских пророчеств, как колдовства. , при этом).
Книга Майкла Баркуна Культура заговора прослеживает историю некоторых теорий заговора НЛО и Нового мирового порядка. Он обнаруживает, что эти теории и сообщества изначально были разными, но некоторые книжные магазины и журналы продавали и рекламировали книги обоих жанров. Он прослеживает постепенный синтез этих двух вещей, поскольку благодаря таким фигурам, как Дэвид Айк и Джим Кейт, идеи из каждой среды начали вторгаться в другую. В результате к 2000-м годам эти две общины объединились в единую правую контркультуру, обычно относящуюся к Зоне 51, рептилиям, Проекту Монарх, Сатанизму, черным вертолетам и концентрационным лагерям FEMA как к части одного и того же канона заговора.Он описывает этот процесс как «импровизационный милленаризм», когда люди выбирают и смешивают (и переделывают) существующие теории заговора, чтобы изобрести собственный синтез идей, которые казались бы взаимоисключающими для неверующих (например, сочетание фундаменталистского христианства с западным эзотеризмом, Идеи нью-эйдж и восточные религии), но объединены в этом конкретном мем-наборе, будучи вплетенными в представления верующих о добре и зле. Когда такие теории используют одни и те же каналы передачи (книжные магазины, журналы, веб-сайты и т.) синтез становится еще проще.
См. Также [править]
Внешние ссылки [править]
Креационизм и отрицание глобального потепления демонстрируют магнетизм кривошипа:
Источники [править]
↑ Crank Magnetism (Марк Хофнэгл, Denialism Blog, 28 июня 2007 г.)
↑ Luke Scientiæ. «Магнитная мистификация: гигантская мистификация в качестве примера». Проверено 15 августа 2011 года.
↑ Это, конечно, является предметом «дебатов» Алекса Джонса и Дэвида Дьюка (Джонс умудряется произвести впечатление более разумного, когда он рядом с Дьюком)
↑ После выборов Трамп сохраняет свои причудливые отношения с сайтом, распространяющим заговоры: его заявление о миллионах незаконных голосов прямо от истины 9/11 из Infowars.»Автор: AJ VicensNov (28, 2016 16:24) Мать Джонс .
↑ Вот почему люди ужасаются, когда Трамп говорит, что у него «непредвзятость».
↑ Трамп, в интервью «Умеряет взгляды, но игнорирует условности» Майкла Д. Шира, Джули Хиршфельд Дэвис и Мэгги Хаберман (22 ноября 2016 г.) New York Times .
↑ Hoofnagle, Марк. «Мелани Филлипс: Кривый магнетизм в действии на эволюцию и вакцины».
↑ Интервью Иэна Джеклина в 2015 году
↑ Wikimedia Commons: Скриншот мальчика, держащего этот неуловимый фолиант.
↑ Это упоминается примерно на 10 ½ минуте после начала серии.
↑ Simpsons Wiki: Дедушка против сексуальной неадекватности
↑ Стефан Левандовски, Клаус Оберауэр, Жиль Жиньяк. «НАСА имитировало посадку на Луну. Следовательно, (климат) наука — это обман: анатомия мотивированного отказа от науки». Психологические науки (в печати)
↑ Майкл Дж. Вуд, Карен М. Дуглас, Робби М. Саттон. «Живые и мертвые: верования в противоречивые теории заговора» Социально-психологическая наука и наука о личности (в печати)
↑ Майкл Дж.Вуд, Карен М. Дуглас, Робби М. Саттон. «Живые и мертвые: убеждения в противоречивых теориях заговора» Социально-психологическая наука и наука о личности Ноябрь 2012 г., том. 3 шт. 6 767-773. DOI: 10.1177 / 1948550611434786.
↑ Тед Гертцель. Вера в теории заговора. Политическая психология , т. 15, нет. 4, 1994.
↑ Харриет Холл (январь / февраль 2010 г.). «Единственная истинная причина всех болезней». Скептический вопрошатель .
↑ http: // www.natural-wellness.us/about-homeopathy/pseudo-homeopathy/
↑ Дэвид Футрелл, «Чокнутые бабы» сделали меня геем и заставят большинство мужчин заняться секс-ботами », Мы охотились на мамонта.
↑ Paul Elam, A Voice For Men («… настоящая цель феминисток — добиться избрания другой белой западной женщины на прибыльный и влиятельный пост, чтобы она могла оказать услугу сестрам, которые привели ее туда»). Примечание : Даже Infowars еще не был достаточно храбрым, чтобы вытащить его из своей задницы.
↑ Том ДеКастелла, «Кто такие активисты за права мужчин?», BBC News Magazine .
↑ Р.С. Бенедикт, «Экспорт ненависти: как западные соглашения о взаимопонимании и анти-геи способствуют изнасилованию и убийствам в развивающихся странах».
↑ Discovery Institute: Маска падает, Чувственный скряга
↑ «Доказательство всех чудаков», следствие принципа магнетизма кривошипа, Orac
.