Кривошипно-шатунный механизм
В современных приборах и машинах широкое распространение получили рычажные механизмы и в первую очередь кривошипно-шатунный механизм, состоящий из стойки 1, кривошипа 2, шатуна 3 и ползуна 4, движущегося в направляющих 5.
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна, Наоборот, когда ведущим звеном является ползун, возвратно-поступательное прямолинейное движение ползуна преобразовывается во вращательное движение кривошипа и связанного с ним вала.
Кривошипно-шатунные механизмы широко применяют в поршневых двигателях, компрессорах, прессах, насосах и т. д.
Если прямая хх, по которой движется центр шарнира, проходит через ось вращения кривошипа О, то механизм носит название центрального. Если эта прямая не проходит через точку О, то полученный кривошипно-шатунный механизм называется дезаксиальным или нецентральным.
В некоторых случаях необходимо найти аналитические зависимости перемещения, скорости и ускорения ползуна кривошипно-шатунного механизма от угла поворота кривошипа.
11. Газораспределительный механизм
Главное назначение газораспределительного механизма — своевременное снабжение двигателя горючей смесью, а также выпуск выхлопных газов. Основными элементами газораспределительного механизма являются:
ремень газораспределительного механизма (ремень ГРМ) или цепь;
клапаны с мощными пружинами (впускные и выпускные);
впускные и выпускные каналы.
Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания находится в головке блока цилиндров, а точнее — вдоль ее верхней части. Ключевыми элементами распределительного вала являются кулачки, число которых равно общему количеству впускных и выпускных клапанов. Распределительный вал расположен относительно клапанов таким образом, что каждому клапану соответствует свой кулачок. При вращении вала кулачки поочередно давят на соответствующие клапаны, благодаря чему те своевременно открываются. Когда кулачок перестает давить на клапан (распределительный вал вращается с большой скоростью, и давление очень скоротечно), он под воздействием мощной пружины возвращается на место, плотно закрывая отверстие.
В целом распределительный вал с кулачками предназначен для своевременного и согласованного с движением поршней в цилиндрах открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Иначе говоря, посредством распредвала впускной клапан открывается в самом начале первого такта, когда поршень еще находится в верхней мертвой точке, и закрывается сразу, как только поршень достигнет нижней мертвой точки. Выпускной клапан открывается именно в конце третьего такта, когда поршень находится в НМТ, и закрывается по достижении им ВМТ (то есть когда выхлопные газы будут выдавлены поршнем через отверстие выпускного клапана).
Распределительный вал получает энергию вращения от коленчатого вала, с которым он соединен либо цепью, либо зубчатым ремнем газораспределительного механизма. Для этого на конце распредвала закреплена соответствующая шестерня, а на конце коленчатого вала — зубчатый шкив или звездочка. Например, в автомобиле ВАЗ-2106 используется цепь, а в ВАЗ-2108, «Форд-Эскорт», «Опель-Вектра» — ремень ГРМ.
Чтобы цепь постоянно находилась в требуемом натяжении, применяется натяжитель, установленный в комплекте с башмаком. Если в машине используется ремень ГРМ, то для его натяжения предусмотрен специальный натяжной ролик.
Разрушители легенд. Двигатель внутреннего сгорания. Часть №6. Кривошипно-шатунный механизм. Часть №1. Шатун.
Вся история существования и развития двигателей внутреннего сгорания(ДВС) непрерывно связана с применением кривошипно-шатунного механизма(КШМ), без которого двигатели в давно и всем известном виде просто непредставимы. Поршень в цилиндре движется прямолинейно-поступательно и преобразовать это движение во вращательное без КШМ не представляется возможным.
Чего наворотили на основе КШМ за последние сто лет можно посмотреть здесь:
При всём кажущемся совершенстве конструкций на основе КШМ попытки создать двигатель без КШМ не прекращаются по сей день. Ничего путнего на горизонте мы пока не наблюдаем, но изобретателей это не останавливает.
Двухсотлетнее стремление избавиться от КШМ давно уже выродилось в самоцель и, похоже, народ давно позабыл(или никогда и не знал?)первопричину этих потуг. Почему же конструкторы всех мастей с маниакальным упорством продолжают опять и опять изобретать велосипед?
Чем так не угодил КШМ создателям ДВС?
Я уже давал ответ на этот вопрос в предыдущих своих статьях, но сегодня хочу остановиться на этом вопросе подробнее. Давайте ещё раз рассмотрим конструкцию КШМ.
Давление газов в цилиндре ДВС равномерно распределено по поверхности "камеры сгорания". Вектор силы этого давления НА ПОРШЕНЬ действует вдоль стенок цилиндра в район оси вращения коленвала. Поршень воздействует на кривошип через шатун, который поворачивается при вращении коленвала на довольно значительный угол — соответственно шатун передаёт на кривошип хоть и бОльшую, но только ЧАСТЬ давления газов. Кривошип в свою очередь преобразует в крутящий момент только ту ЧАСТЬ передаваемого шатуном усилия, которая направлена по КАСАТЕЛЬНОЙ относительно коленвала — таким образом теряя ещё значительную часть передаваемого усилия. Все силы, которые не преобразуются в крутящий момент на коленвалу — деформируют коленвал, шатун, стенки цилиндров, поршень, подшипники и всё прочее типа блока цилиндров — в итоге взаимокомпенсируются через механизмы двигателя и потому полезной работы не совершают. Пропадают зря.
Давайте проследим путь СИЛЫ давления газов на поршень до выходного вала ДВС.
Как видно из рисунка — в каждом КШМ имеется ДВА узла, манипулирующих силами давления газов:
Первый такой узел — это сочленение ПОРШЕНЬ-ШАТУН.
Максимальный коэффициент трансформации силы(далее КТС) давления газов через шатун возникает когда шатун расположен по оси силы давления — соответственно этот момент возникает только в ВМТ и НМТ. По мере отклонения шатуна от вертикали передаваемая на кривошип сила уменьшается по закону Pt=P1*cos(β) от 100% до некоего минимума, возникающего при повороте кривошипа на 90 градусов после ВМТ.
"Наука" теплотехника несколько извращённо трактует взаимодействие сил в этом сочленении.
Третий закон Ньютона пока ещё никто не отменял, но некоторые уже давно и успешно его забыли — сила действия ВСЕГДА равна силе противодействия. Именно поэтому НА САМОМ ДЕЛЕ боковая составляющая вызвана силой ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ, действующей в ответ на силу ДАВЛЕНИЯ газов. Поскольку эти силы взаимодействуют под углом — то и "возникает" третья сила, в полном соответствии с законами сложения и разложения сил. В старых учебниках по ДВС ещё можно найти адекватные иллюстрации:
Чем сильнее отклоняется шатун — тем БОЛЬШЕ получается сила(N) давления поршня на стенки цилиндра.
Чем сильнее отклоняется шатун — тем МЕНЬШЕ получается сила(Pt), передаваемая через шатун на кривошип!
Максимальный угол отклонения шатуна напрямую зависит от соотношения ДЛИНЫ ШАТУНА к РАДИУСУ КРИВОШИПА. Чем длиннее шатун — тем меньше возникающий угол. Лучше всего когда шатун длиннее плеча кривошипа в 4 раза и более — максимальный угол отклонения шатуна тогда минимален.
Алхимики от двигателестроения шифруются и потому у них своя система координат — они манипулируют соотношением длины шатуна и рабочего хода поршня — это соотношение у них принято обзывать "R/S". Как часто бывает(или это специально делается?) — общепринятый термин в очередной раз всё путает. Рабочий ход поршня к углу отклонения шатуна никакого отношения, конечно же, не имеет. Но поскольку в силу конструктивных особенностей КШМ рабочий ход поршня ровно в два раза больше радиуса кривошипа — то и такое соотношение можно использовать.
Только зачем?
Я терпеть не могу, когда термин перевирает техническую суть.
Потому я не буду использовать термин R/S в своём рассказе.
При коротком(3R) шатуне угол отклонения шатуна от вертикали достигает 20 градусов и, соответственно, передаваемое на кривошип усилие в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН уменьшается процентов на 6-7. Энергия не берётся из ниоткуда и не исчезает в никуда — всё, что недополучит от поршня кривошип, всё это усилие будет впечатывать поршень в стенки цилиндра, что многократно увеличивает трение в цилиндро-поршневой группе(что тоже чревато увеличением потерь мощности) и существенно ускоряет износ.
Т.е. часть сил давления газов замыкается в двигателе накоротко уже на этом этапе.
Чем короче шатун — тем сильнее он отклоняется от вертикали при вращении кривошипа и тем больше "ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ" потери сил в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН:
Потому, как ни странно прозвучит — но именно длина шатуна обуславливает МАКСИМАЛЬНУЮ эффективность КШМ в целом! Подавляющее большинство двигателей имеет шатуны длиной 3-3.5R — соответственно за счёт сочленения ПОРШЕНЬ-ШАТУН двигатель с такой геометрией никак не может передать на кривошип больше условных 95% сил, воздействующих на поршень.
Даже 5% потерь уже готового к употреблению момента — это очень дофига. Это просто неприлично много. В потугах хоть как-то отыграть эти потери применяют смещение оси движения поршня("дезаксиал"\"дезаксаж") — либо сдвигают точку крепления шатуна к поршню, либо сдвигают сами цилиндры в блоке так, чтобы шатун в зоне максимального давления газов был перпендикулярен(ну или хотя бы БОЛЕЕ перпендикулярен) днищу поршня и направлен строго вдоль вектора силы передаваемого через шатун давления:
Как видите — смещение уменьшает угол между шатуном и вектором силы давления газов в самом ответственном положении коленвала. За счёт этого средний момент, предаваемый шатуном на кривошип получается увеличить на 1-2 процента.
Это как бы немного, но не будем забывать, что это чуть ли не ПОЛОВИНА ПОТЕРЬ в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН. Соответственно при смещении оси движения поршня значительно снижается давление поршня на стенки цилиндра, уменьшается скорость поршня на рабочем такте, это в свою очередь приводит к уменьшению потерь на трение в цилиндре и к уменьшению износа ЦПГ. Уменьшается шум и нагрузки при перекладке поршня…
Но это всё ПРОИЗВОДНЫЕ от потерь в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН при отклонении шатуна от оси движения поршня. Я не буду влезать в дезаксиал глубоко — к сожалению он не решает всех проблем, а некоторые проблемы существенно усугубляет, увы.
Есть ещё одна проблема, которую вообще практически не озвучивают — это ДИНАМИЧЕСКИЕ потери. Дело в том, что шатун при работе двигателя движется по довольно замысловатой траектории. Длинный шатун(5R) перемещает поршень по очень близкой к синусоиде траектории. Так выглядит график ПЕРЕМЕЩЕНИЯ поршня на одинаковом коленвалу при разных шатунах(синяя кривая — при относительно длинном(5R) шатуне, красная при относительно коротком(3R) шатуне):
Как видите — отличия в кинематике поршня минимальны и непонятно о чём беспокоиться.
Но давайте посмотрим на график отклонения шатуна от оси движения поршня:
Как видите — максимальный угол отклонения шатуна отличается почти в два раза.
При длинном шатуне мы максимально теряем около 2% передаваемого момента(КТС=0.98), а при коротком — почти 6%(КТС=0.94). Т.е. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ потери передаваемого момента в сочленении поршень-шатун из-за более сильного отклонения короткого шатуна выше в ТРИ РАЗА!
На самом деле можно взять шатуны и ещё длиннее длинного(тогда потери уменьшаются всё медленнее) и ещё короче короткого(тогда потери нарастают лавинообразно) — но в реальном двигателестроении даже рассмотренные крайности применяются редко, а лезть в галимую теорию я смысла не вижу — меня интересуют чисто практические вещи.
Понятно, что на кону всего-то-навсего 4% от крутящего момента двигателя, но это очень не мало и это всё ещё СТАТИКА, о которой я писал выше.
Давайте смотреть ДИНАМИКУ.
График СКОРОСТИ поршней и шатунов уже начинает вызывать тревогу:
Дело в том, что скорость поршней в цилиндрах сильно влияет на сопротивление и износ.
А оба этих параметра — обратная сторона потерь энергии на трение.
Как видно на графике — скорость движения поршневой группы минимальна вблизи верхней мёртвой точки и вблизи нижней мёртвой точки, а максимальна — посередине хода поршня. Т.е. поршневая группа при каждом обороте коленчатого вала два раза разгоняется максимально и два раза тормозится до нулевой скорости.
Понятно, что каждый разгон и торможение требуют затрат энергии.
При возрастании скорости в два раза — ускорения(а значит и затраты энергии на разгон-торможение) возрастают в четыре раза. А как мы видим на графике — максимальная скорость поршневой группы при коротком шатуне на 3% выше.
Давайте посмотрим на ускорения поршневой при разных шатунах:
Ускорение в ВМТ отличается на 11% и затраты энергии на возвратно-поступательно движение поршневой группы увеличатся пропорционально!
Вблизи НМТ картина ещё более интересная — там ускорение поршневой группы с коротким шатуном имеет сложный характер. На первый взгляд максимальное ускорение ниже, но дело в том, что там выше скорость изменения ускорения — РЫВОК. А рывок — это ещё более энергозатратная(и разрушительная!) штука, чем ускорение.
Кому интересны подробности — читайте например тут.
Вот кривая РЫВКА этих же поршней и шатунов:
Как видно из графика максимальные скорости изменения ускорения при идеально РАВНОМЕРНОМ вращении коленвала находятся в районе 60 градусов ДО ВМТ и в районе 60 градусов ПОСЛЕ ВМТ. При коротком шатуне есть два явно выраженных всплеска в районе 25 градусов ДО НМТ(разгонный рывок) и в районе 25 градусов ПОСЛЕ НМТ(рывок торможения).
В четырёхцилиндровом РЯДНОМ двигателе рывки всех 4 цилиндров накладываются друг на друга — ведь они происходят одновременно в двух цилиндрах — при движении поршня вверх, и одновременно в двух других цилиндрах — при движении поршня вниз. Ещё и воспламенение в одном из цилиндров в районе ВМТ накладывается синфазно каждый такт…
Именно поэтому вибрации четырёхцилиндрового двигателя максимальны по амплитуде и потому именно он считается самым неуравновешенным.
Дезаксиал серьёзно ухудшает эту картину.
Но без него современный КОРОТКОШАТУННЫЙ двигатель немыслим.
В итоге вибрации двигателей получаются настолько высокими, что производителям пришлось изобретать и внедрять балансирные валы:
Эти неуравновешенные валы вращаются с вдвое более высокими оборотами, чем коленчатый вал — таким образом они тоже создают вибрации, но эти вибрации рассчитывают так, чтобы они действовали в противофазе к вибрациям коряво спроектированного КШМ и таким образом гасили их. Вот так производители "успешно" борются с проблемами, которые сами же и породили.
Правая рука не ведает, что вытворяет левая?
В результате внешних проявлений почти нет — трясётся короткошатунный двигатель не сильнее нормального длинношатунного, но внутри такого двигателя бушуют страсти — повышенные ударные нагрузки на коленвал и поршневую, значительные дополнительные вес и инерционные нагрузки, высокие ударные нагрузки на кучу дополнительных узлов — всё это приводит к ускоренному износу и повышенному расходу топлива…
Маниакальная страсть производителей ширпотребовских двигателей снять максимальную мощность с объёма завела индустрию в патовую ситуацию.
Мощность — это обороты.
Производители в погоне за оборотами(читай — за литровой мощностью) пошли по самому лёгкому пути — максимально снизили вес и РАЗМЕРЫ цилиндро-поршневой группы. Ну и получили что получили.
Паспортной МАКСИМАЛЬНОЙ мощности до сих пор приносят в жертву и момент, и экономичность, и ресурс.
При увеличении оборотов в 10 раз — скорости поршневой группы увеличиваются в 10 раз, ускорения увеличиваются в 100 раз, а рывок — в 1000 раз. Соответственно лавинообразно увеличиваются ДИНАМИЧЕСКИЕ потери момента, которые просто обязаны пагубно отражаться на итоговом КПД двигателя в реальной работе. Особенно на высоких оборотах. Но считать их я не буду — это уже высшая математика, а мне бы с арифметикой двигателя разобраться для начала…
На картинках даже в современных учебниках по ДВС нарисованы двигатели в тех пропорциях, какими их представляли себе инженеры начала прошлого века — они-то понимали толк в том, что делали. Но в жизни мы подобные пропорции найдём разве что в судовых и локомотивных двигателях.
Ну и разумеется — в двигателях Формулы-1, которым приходится крутиться с оборотами под 22000, из-за чего в них все эти современные извращения просто недопустимы…
Легковое же двигателестроение уже давно заблудилось в трёх соснах — современные двигатели ВСЕ короткошатунные и короткоходые — и бензинки и дизеля.
Это потороха двигателя старой школы:
Это потороха двигателя разработки 80-ых:
Ну а это уже потороха двигателя новой волны:
Потому поршня современных двигателей выглядят как-то так:
Поршня дизелей пока несколько крупнее из-за привычки размещать камеру сгорания в поршне:
Но как только камеру сгорания опять(история всегда развивается по спирали?) втиснут в головку блока(как это было на вихрекамерниках) — так и поршневая дизелей опять станет похожа на поршневую бензинок…
Не спрашивайте меня — почему промышленность не избавляется от шатуна. Я не знаю. Бесшатунные двигатели придуманы и успешно апробированы ещё в начале двадцатого века. Преимущества их явные и неоспоримые.
Вот, например, принцип действия двигателя Тоскина:
Вот принцип действия двигателя Баландина:
Вот сайт "разработчиков" — kbrusmotor.ru
Они "изобретают" двигатель, ПЕРВЫЙ прототип которого был ПОСТРОЕН в 1935 году… 🙁
Обратите внимание на раздел преимуществ двигателя Баландина — весь этот внушительный список определяется ТОЛЬКО отсутствием ШАТУНА.
А вот и сам двигатель в действии:
Эта абсолютно сбалансированная малютка весом 45кг выдаёт 200 лошадей практически на любом топливе(включая мазут и голую нефть) безо всяких хитрых механизмов и электронных систем.
Удельный расход топлива у двигателя Баландина в среднем на 10% ниже, чем у шатунных аналогов.
При этом НИЧЕГО подобного НИГДЕ не выпускается. Нахрен никому не надо.
Тем не менее энтузиасты не переводятся и стремление избавиться от сочленения ПОРШЕНЬ-ШАТУН привело к "созданию" множества подобных устройств:
Это только те конструкции, что мне попались в ютюбе за полчаса ковыряний. Наверняка полно и более интересных вариантов, но это нужно лопатить гору патентов…
Как видите — у всех конструкций на видео есть некое подобие кривошипного механизма, основная проблема которого та же самая, что и у шатуна — только гораздо более выраженная. И если в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН отклонение от вектора передаваемого усилия редко когда превышает 20 градусов(с соответствующей потерей 6-7% энергии), то в сочленении ШАТУН-КРИВОШИП это отклонение достигает 90 градусов — соответственно теряется(замыкается накоротко внутри двигателя) гораздо большее количество вырабатываемой энергии. Эта энергия тупо греет и разрушает двигатель.
Но кривошип — это гораздо более обширная тема и потому про него мы поговорим в следующей статье.
Чем отличается кривошип от шатуна: основные различия
В механике устройства двигателей, кривошип и шатун — это два главных компонента по которым двигатель передвигает энергию внутри системы. Несмотря на то, что они работают совместно и имеют похожие функции, кривошип и шатун имеют ряд важных различий друг от друга.
Кривошип — это основной элемент внутреннего двигателя, сердцевина системы. Он представляет собой деталь со сложным механизмом, который преобразует движение прямолинейное движение поршня в крутящее момент двигателя. Кривошип является основой устройства двигателя и его основным функциональным элементом.
Шатун, с другой стороны, это компонент, который связывает крыльчатку и поршень. Он служит последним звеном, передавая энергию от поршня к коленчатому валу, где и происходит основная работа преобразования этой энергии. Шатун также несет на себе нагрузки от поршня, поэтому он должен быть достаточно прочным, чтобы не выжить в процессе эксплуатации двигателя.
Таким образом, основные различия между кривошипом и шатуном заключаются в том, что кривошип является основным устройством двигателя, отвечающим за преобразование движения поршня в крутящий момент двигателя, а шатун — это компонент системы, который передает энергию от поршня к валу.
Кривошип и шатун: в чем разница?
Кривошип
Кривошип является одним из элементов механизма двигателя. Он представляет собой деталь в форме планетарного колеса, которая может вращаться вокруг своей оси.
Главная функция кривошипа — это преобразование линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, который передает механическую энергию на привод автомобиля или другую технику.
Кривошип обеспечивает плавное и эффективное движение поршня и является одной из главных составляющих двигателя.
Шатун
Шатун — это деталь, соединяющая поршень с коленчатым валом. Она обеспечивает передачу механической энергии, полученной от горения топлива, на коленчатый вал.
Шатун представляет собой длинную стержневую деталь, один конец которой соединен с поршнем, а другой с коленчатым валом.
Главная функция шатуна — это преобразование линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, который передает механическую энергию на привод автомобиля или другую технику.
Отличия кривошипа от шатуна
- Кривошип является деталью в форме планетарного колеса, а шатун — стержневой деталью.
- Кривошип преобразует линейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, а шатун передает механическую энергию от поршня к коленчатому валу.
- Кривошип вращается вокруг своей оси, а шатун соединен с поршнем и коленчатым валом.
Несмотря на отличия, кривошип и шатун являются важными элементами механизма двигателя. Они обеспечивают передачу энергии от горения топлива на коленчатый вал и приводят в движение автомобиль или другую технику.
Описание деталей
Кривошип
Кривошип представляет собой элемент механизма, который связывает вал коленчатого механизма с шатуном. Он имеет выступ в форме лепестка, называемый кривой, который приводит в движение шатун при вращении вала. Кривошип изготавливается из стали и подвергается термической обработке для придания ему нужной прочности и твердости.
Особенности кривошипа:
- имеет кривую форму;
- соединяет вал коленчатого механизма с шатуном;
- изготавливается из стали;
- приводит в движение шатун при вращении вала.
Шатун
Шатун — это элемент двигателя, который связывает поршень с коленчатым валом. Шатун состоит из трех частей: корпуса, крыльчатки и шейки. Внутри корпуса находится вкладыш, который при контакте с коленчатым валом увеличивает износостойкость шатуна. Шатун изготавливается из легких металлов для снижения массы двигателя и повышения его производительности.
Особенности шатуна:
- связывает поршень с коленчатым валом;
- состоит из корпуса, крыльчатки и шейки;
- имеет внутренний вкладыш;
- изготавливается из легких металлов.
Чем отличается кривошип от шатуна: основные различия
Принцип работы
Кривошип — это элемент механизма, в котором основным является круглая рабочая поверхность, расположенная под углом к другой рабочей поверхности и связанная с валом. При вращении круглая поверхность обеспечивает линейное движение другой поверхности, что позволяет преобразовывать крутящий момент и двигать различное оборудование.
Шатун — это элемент механизма, который связывает две другие составляющие механизма. Шатун и кривошип взаимодействуют между собой, чтобы двигать механизм. Таким образом, шатун связывает коленчатый вал с поршнем двигателя, передавая кинетическую энергию от одной составляющей к другой.
Таким образом, кривошип и шатун работают вместе для преобразования движения и крутящего момента в другой тип движения, например, линейное движение поршня в двигателе. Они отличаются друг от друга своей структурой и ролью в механизме, но без обоих элементов эффективность работы механизма будет снижена.
Назначение кривошипа и шатуна в механизме двигателя
Кривошип
Кривошип является одной из важнейших деталей механизма двигателя внутреннего сгорания. Его главная задача заключается в преобразовании поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Именно благодаря кривошипу возможно выполнять циклические движения поршня, которые в результате приводят к вращению коленчатого вала.
Кроме того, кривошип выполняет и другие функции. Например, он обеспечивает передачу усилий, которые возникают при движении поршня, на коленчатый вал. Также кривошип выполняет функцию балансировки, ограничивая боковые колебания поршня и снижая вероятность поломки двигателя.
Шатун
Шатун – это деталь механизма двигателя, которая соединяет поршень и кривошипный вал. Его главная задача заключается в передаче энергии от поршня к кривошипу для создания вращательного движения коленчатого вала. Таким образом, шатун играет важную роль в процессе преобразования поступательного движения вращательного движения.
Кроме того, шатун выполняет и другие функции, такие как балансировка. Благодаря своей конструкции, шатун способен сокращать колебания и вибрации, которые возникают при движении поршня. Это позволяет уменьшить нагрузку на другие детали двигателя и повысить его надежность и долговечность.
Применение кривошипа и шатуна в механизмах
Кривошип — это основной элемент механизма, который используется для преобразования вращательного движения в поступательное движение и обратно. Он часто применяется в двигателях внутреннего сгорания, где он приводит в движение поршень.
Шатун же служит для передачи крутящего момента от кривошипа к поршню или другому элементу механизма. Он также часто используется в двигателях внутреннего сгорания и механических прессах.
Кривошип и шатун вместе образуют кривошипно-шатунный механизм, который обычно применяется для приведения в движение механизмов, требующих поступательного движения. Примерами могут служить механизмы дверей, окон и штор, которые движутся вверх и вниз.
Также кривошипно-шатунный механизм часто используется в механических прессах, где кривошип обеспечивает поступательное движение рабочей заготовки.
| Механизм | Применение кривошипа | Применение шатуна |
|---|---|---|
| Двигатель внутреннего сгорания | Передача вращательного движения | Передача крутящего момента к поршню |
| Механическая пресса | Обеспечивает поступательное движение рабочей заготовки | Передача крутящего момента к рабочей заготовке |
| Механизм окна | Обеспечивает поступательное движение створки | Передача крутящего момента к створке |
Выбор правильной детали: ключевой момент в изготовлении механизмов
Изготовление механизмов — это процесс, требующий максимальной точности и внимательности, особенно когда дело касается кривошипа и шатуна. Необходимо не только знание техники и правильное понимание материалов, но и умение выбирать правильную деталь.
Кривошип и шатун — важные элементы многих механизмов. Они выступают как ключевые звенья в системе, обеспечивая передачу движения от одной детали к другой. Их правильный выбор и точное изготовление существенно влияют на работу механизма в целом.
Например, кривошип должен быть изготовлен с максимальной точностью и учитывать различные факторы, такие как нагрузка, скорость и давление. Неверный выбор кривошипа или его неправильное изготовление может привести к чрезмерному износу и выходу из строя механизма.
Аналогичным образом, шатун также требует аккуратной обработки и точного изготовления. Выбор несоответствующего шатуна может привести к различным проблемам, таким как повреждение поршня, утечки масла или даже поломке мотора.
Поэтому правильный выбор детали является ключевым моментом в изготовлении механизмов. Если вы не уверены в своей способности выбрать правильную деталь, лучше доверьтесь профессионалам. Только тогда вы сможете быть уверены в работе вашего механизма на протяжении всего периода эксплуатации.
Кривошип и шатун: главные различия и особенности
Кривошип и шатун — это два известных элемента в сфере механики. Они играют важную роль в механизмах, таких как зажигание двигателя и насоса. Хотя эти понятия иногда используются в качестве синонимов, они имеют свои собственные особенности и отличия.
Кривошип — это компонент механизма, который используется для изменения вращательного движения в поступательное. Шатун, с другой стороны, служит для соединения кривошипа с рукояткой или поршнем, чтобы передать движение.
В этой статье мы рассмотрим различия между кривошипом и шатуном, а также узнаем, как они работают вместе, чтобы создать движение.
Кривошип и шатун — это ключевые элементы машин, которые занимают важное место в мире техники. Понимание их отличий и свойств может помочь вам лучше понять, как механизмы работают и как они могут быть использованы для создания различных устройств. Давайте начнем разбираться в этих концепциях более подробно!
Основные различия кривошипа и шатуна
Кривошип
Кривошип является неразъемной деталью двигателя и представляет собой приводной механизм, который производит круговое движение поступательным движением поршня. Одна из главных особенностей кривошипа заключается в том, что она имеет форму несимметричного трапециевидного профиля.
В зависимости от типа двигателя, кривошип может быть расположен в верхней или нижней части блока цилиндров. От правильной работы кривошипа зависит производительность и долговечность двигателя. Если кривошип выходит из строя, то единственным выходом является его замена.
Шатун
Шатун также является важной деталью двигателя и выполняет функцию связующего звена между кривошипом и поршнем. Его основное назначение заключается в преобразовании линейного движения поршня в круговое движение кривошипа.
В отличие от кривошипа, шатун имеет более простую форму, представляющую собой жесткий стержень с двумя шарами на концах. Шатун может использоваться в течение достаточно длительного времени, но при обнаружении дефектов или износов его также следует заменить.
Итак, основные различия между кривошипом и шатуном заключаются в их форме и функциональных особенностях. Несмотря на то, что они являются разными элементами двигателя, оба они играют ключевую роль в обеспечении его надежной работы.
Как работает кривошип
Кривошип — это элемент механизма, который преобразует поступательное движение во вращательное. Кривошип состоит из двух частей: стержня и диска. На диске расположен овал, который называется шлицем. Шлиц позволяет присоединить кривошип к другим деталям сверху и снизу.
Кривошип используется в механизмах, которые должны превращать движение вращательного типа в поступательное или наоборот. Например, кривошип используется в двигателе внутреннего сгорания, где он преобразует вращательное движение коленчатого вала в поступательное движение поршня.
Вместе с шатуном кривошип образует основу механизма, который называется кривошипно-шатунным механизмом. Кривошип и шатун позволяют передавать силу от одной точки механизма к другой без потерь искажения формы.
- Принцип работы кривошипа — при вращении диска кривошип двигается по круговой траектории. Стрелка кривошипа при этом описывает механические хода постоянной величины.
- Как работает кривошип в двигателе — кривошип, к которому присоединен шатун, превращает вращательное движение коленчатого вала в поступательное движение поршня. Кривошип избавляет коленчатый вал от прямого штока и обеспечивает гладкое движение поршня в цилиндровом блоке.
Что такое шатун
Шатун — это деталь механизма двигателя с внутренним сгоранием, которая связывает кривошип с поршнем. Он представляет собой стержень, который имеет раздвоенный конец.
Один конец шатуна крепится к кривошипу, а другой — к поршню. При вращении коленвала кривошип передает свое движение на шатун, который, в свою очередь, переводит его на поршень. Такое соединение позволяет поршню передвигаться в цилиндре и осуществлять рабочий ход двигателя.
Шатун изготавливается из высокопрочной стали и имеет очень точную форму, что позволяет ему выдерживать большие нагрузки. Неправильный монтаж или некачественное изготовление шатуна может привести к его поломке, что приведет к серьезным последствиям для двигателя.
Шатун обычно имеет дорожки для крепления подшипников, которые обеспечивают надежную работу и продолжительный срок службы механизма. Крепление подшипников также позволяет шатуну свободно вращаться вокруг оси.
Важно помнить, что шатун — это одна из ключевых деталей механизма двигателя, поэтому ее соответствующее качество и исправность имеют принципиальное значение для безопасной и длительной работы мотора.
Преимущества и недостатки кривошипа
Преимущества кривошипа
- Простота конструкции. Кривошип — одна из самых простых частей двигателя, которая не требует сложного обслуживания и установки.
- Высокая надежность. Кривошип, как правило, изготавливается из прочных материалов и имеет высокую износостойкость, что позволяет ему работать долгое время.
- Высокая эффективность. Кривошип, благодаря своей конструкции, позволяет реализовать высокую эффективность двигателя, что приводит к экономии топлива и уменьшению вредных выбросов.
Недостатки кривошипа
- Ограничение в скорости. Кривошип ограничивает максимальную скорость двигателя, так как его конструкция не позволяет достичь очень высоких оборотов.
- Вибрации и шум. Кривошип может привести к появлению вибраций и шума в работе двигателя, что может быть неприятным и даже опасным в некоторых случаях.
- Ограниченный ход поршня. Кривошип ограничивает ход поршня, что может повлиять на объем двигателя и затруднить увеличение мощности.
Преимущества использования кривошипа
Кривошип — это элемент механизма, позволяющий преобразовывать круговое движение во возвратно-поступательное. Применение кривошипа позволяет увеличить эффективность работы механизмов, уменьшить трение и избежать излишнего нагрева деталей.
Одним из основных преимуществ использования кривошипа является возможность изменения хода движения. Это позволяет настраивать механизмы на определенные параметры работы, что делает процесс более эффективным и удобным в использовании.
Кроме того, кривошип позволяет передавать силу со стороны двигателя на другие механизмы или устройства, что является необходимым для работы различных механизмов, таких как автомобили или промышленные установки.
Также использование кривошипа обеспечивает более плавное движение, что значительно уменьшает нагрузку на детали механизмов и повышает их долговечность.
В конечном итоге, использование кривошипа является необходимым условием для создания эффективных и надежных механизмов, которые способны работать на высокой производительности в течение продолжительного времени.
Недостатки использования кривошипа
Несмотря на то, что кривошип — один из основных механизмов двигателя, у него есть несколько недостатков, которые следует учитывать при его использовании.
- Высокая вибрация. Кривошип создает значительную вибрацию, а это может привести к различным проблемам, включая повреждение других деталей двигателя или требование дополнительных усилий для контроля вибрации.
- Высокая нагрузка на подшипники. Использование кривошипа приводит к высокой нагрузке на подшипники, которые могут износиться быстрее, если их не заменять регулярно или не использовать высококачественные детали.
- Неэффективность при высоких скоростях. Кривошип имеет ограничения по скорости, и использование его при высоких скоростях может привести к неполадкам или поломкам двигателя. Это особенно важно для двигателей, заточенных под высокую мощность.
Учитывая эти недостатки, при выборе механизма двигателя следует учитывать как его плюсы, так и минусы, чтобы избежать проблем в будущем.
Преимущества и недостатки шатуна
Преимущества шатуна
- Повышение крутящего момента: Шатун, совместно с кривошипным валом, обеспечивает оптимальное перемещение поршня и значительно увеличивает крутящий момент двигателя.
- Уменьшение нагрузки на поршень: Благодаря шатуну, обеспечивающему более плавное перемещение поршня, нагрузка на поршень уменьшается, что ведет к увеличению срока службы двигателя.
- Простота конструкции: Шатун состоит из двух элементов — головки и шейки, что делает его простым в изготовлении и установке.
Недостатки шатуна
- Вибрации: Шатун, в связке с кривошипным валом, может приводить к вибрациям двигателя, что негативно влияет на работу системы гасения вибраций и ухудшает качество езды автомобиля.
- Трение: Из-за большого трения между шатуном и кривошипом, может произойти износ или перегрев элементов, что приведет к необходимости замены и высоким расходам на ремонт.
В целом, шатун является важным элементом двигателя и, несмотря на некоторые недостатки, обладает рядом преимуществ, которые сделали его неотъемлемой частью конструкции двигателя.
Преимущества использования шатуна
Шатун представляет собой соединительный элемент между кривошипом и поршнем, имеющий ряд значимых преимуществ перед другими видами соединительных элементов.
- Увеличение мощности двигателя: благодаря повышению степени свободы движения поршня, шатун позволяет увеличить мощность двигателя. Это особенно важно в автомобилях, где мощность является одним из ключевых параметров.
- Уменьшение температурного напряжения: шатун позволяет более равномерно распределять нагрузку на поршень, что позволяет уменьшить температурное напряжение и повысить надежность двигателя в целом.
- Улучшение динамики движения: за счет повышения степени свободы движения поршня, шатун способствует улучшению динамики движения. Это особенно важно в спортивных автомобилях и других транспортных средствах, где динамические характеристики являются одними из основных факторов.
- Уменьшение шума и вибрации: благодаря более равномерному распределению нагрузки на поршень, шатун способствует уменьшению шума и вибрации, что является особенно важным для повышения комфорта в автомобиле.
В целом, использование шатуна имеет множество преимуществ перед другими видами соединительных элементов и активно применяется в автомобильной промышленности и других областях, где нужно обеспечивать высокую мощность, надежность и динамику движения.
Недостатки использования шатуна
Хотя шатун является важной частью системы коленчатого вала в двигателе, он также имеет несколько недостатков.
- Износ: Шатун, как и любая другая деталь двигателя, подвержен износу. Если износ становится слишком велик, то это может привести к поломке двигателя.
- Шум: Из-за сложного дизайна и механизма работы, шатун может создавать неприятный шум, который может быть не приятен для водителя и пассажиров.
- Вибрация: По-скольку шатун является причиной движения коленчатого вала, он может вызывать вибрацию в двигателе и трансмиссии. Это может снижать комфортность вождения и вести к повреждению других компонентов двигателя.
Несмотря на эти недостатки, шатун и кривошип являются огромными достижениями в мире механики и являются ключевыми компонентами любого двигателя внутреннего сгорания.
Отзывы
Maximus
Как мужчина, всегда интересовали меня устройства и механизмы, в том числе и двигатели. Поэтому статья о кривошипе и шатуне вызвала у меня большой интерес. Конечно, я знал, что это два компонента двигателя, но не знал, как они взаимодействуют друг с другом и какие есть особенности каждого из них. Статья же раскрыла все тонкости и далеко не простые детали о каждом элементе, что, как мне кажется, очень полезно для людей, увлекающихся автомобилями и двигателями.
Особенно понравилось, что автор описал сравнение двигателей с разными типами соотношения между кривошипом и шатуном и рассказал о технологиях, которые сегодня используются для улучшения производительности двигателей и снижения износа.
Кроме того, статья иллюстрирована хорошими фотографиями, что позволяет увидеть все компоненты и понять, как они взаимодействуют между собой. Я уверен, что эта информация будет полезна не только для меня, но и для многих моих друзей.
Александр
Я, как мужчина, всю свою жизнь увлекаюсь автомобилями и постоянно интересуюсь, как устроены и работают двигатели. Чтение статьи на тему «Кривошип и шатун: главные различия и особенности» было для меня интересным и полезным опытом. Отлично, что автор простыми словами расписал каждый компонент, что не только понятно, но и достаточно важно. В статье подробно описано, как именно происходит процесс двигателя благодаря взаимодействию кривошипа и шатуна, что является главным элементом двигателя.
Сергей Петров
Статья про кривошип и шатун была для меня познавательной. Я не знал, что кривошип и шатун это такие важные элементы двигателя. Теперь понимаю, как именно происходит работа двигателя благодаря этим деталям.