Кривошипно шатунный механизм своими руками: Кривошипно-шатунный механизм

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:

  • неподвижные — картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока и поддон. Обычно блок цилиндров отливают вместе с верхней половиной картера, поэтому иногда его называют блок-картером.
  • подвижные детали КШМ — поршни, поршневые кольца и пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.

Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники.

Блок: 1/12 | Кол-во символов: 637
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Принцип действия

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала.

С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

  • шатунных шеек
  • коренных шеек
  • противовеса

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразуется в поступательное движение поршня.

Блок: 2/12 | Кол-во символов: 565
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Блок-картер

Блок-картер — основной элемент остова двигателя. Он подвергается значительным силовым и тепловым воздействиям и должен обладать высокой прочностью и жесткостью. В блок-картере устанавливают цилиндры, опоры коленчатого вала, некоторые устройства механизма газораспределения, различные узлы смазочной системы с ее сложной сетью каналов и другое вспомогательное оборудование.

Блок-картер изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава литьем.

Блок: 2/12 | Кол-во символов: 453
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Типы и виды КШМ

  • Центральный КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
  • Смещенный КШМ, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
  • V-образный КШМ (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.

По соотношению хода и диаметра поршня различают:

  • короткоходные(S/D<1) КШМ;
  • длинноходные (длинноходовые) (S/D>1) КШМ.

В автомобильных высокооборотистых ДВС преобладает короткоходная схема.

По наличию бокового усилия на гильзе КШМ бывает:

Блок: 3/12 | Кол-во символов: 594
Источник: https://ru.wikipedia. org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Îòïðàâèòü ñâîþ õîðîøóþ ðàáîòó â áàçó çíàíèé ïðîñòî. Èñïîëüçóéòå ôîðìó, ðàñïîëîæåííóþ íèæå

Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 249
Источник: https://revolution.allbest.ru/manufacture/00694833_0.html

История

В природе

Задние конечности кузнечиков представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.
Бедро и голень человека и роботов-андроидов тоже представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.

В Римской империи

Самые ранние свидетельства появления на машине рукоятки в сочетании с шатуном относятся к пилораме из Иераполиса, 3-й век нашей эры, римский период, а также византийским каменным пилорамам в Герасе, Сирии и Эфесе, Малая Азия (6-й век нашей эры). Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип.

Блок: 4/12 | Кол-во символов: 660
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Блок цилиндров

На тщательно обработанную верхнюю плоскость блока цилиндров устанавливают головку блока, которая закрывает цилиндры сверху. В головке над цилиндрами выполнены углубления, образующие камеры сгорания. У двигателей жидкостного охлаждения в теле головки блока предусмотрена рубашка охлаждения, сообщающаяся с рубашкой охлаждения блока цилиндров. При верхнем расположении клапанов в головке имеются гнезда для них, впускные и выпускные каналы, отверстия с резьбой для установки свечей зажигания (у бензиновых двигателей) или форсунок (у дизелей), магистрали смазочной системы, крепежные и другие вспомогательные отверстия.

Материалом для головки блока обычно служит алюминиевый сплав или чугун.

Плотное соединение блока цилиндров и головки блока обеспечивается с помощью болтов или шпилек с гайками. Для герметизации стыка с целью предотвращения утечки газов из цилиндров и охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока устанавливается прокладка. Она обычно изготавливается из асбестового картона и облицовывается тонким стальным или медным листом. Иногда прокладку с обеих сторон натирают графитом для защиты от пригорания.

Нижняя часть картера, предохраняющая детали кривошипно-шатунного и других механизмов двигателя от загрязнения, обычно называется поддоном. В двигателях сравнительно малой мощности поддон служит также резервуаром для моторного масла. Поддон чаще всего выполняется литым или изготавливается из стального листа штамповкой. Для устранения подтекания масла между блок-картером и поддоном устанавливается прокладка (на двигателях небольшой мощности для уплотнения этого стыка часто используется герметик — «жидкая прокладка»).

Блок: 4/12 | Кол-во символов: 1695
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Уравнения движения поршня (для центрального КШМ)

Диаграмма показывающая геометрическое положение шатуннопоршневой оси — P, кривошипношатунной оси — N и центра кривошипа — O

Определения

l — длина шатуна (расстояние между шатуннопоршневой осью и кривошипношатунной осью)
r — радиус кривошипа (расстояние между кривошипношатунной осью и центром кривошипа, то есть половина хода поршня
A — угол поворота кривошипа (от «верхней мёртвой точки» до «нижней мёртвой точки»)
x — положение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
v — скорость шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
a — ускорение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
ω — угловая скорость кривошипа в радианах в секунду (рад/сек)

Угловая скорость

Угловая скорость кривошипа в оборотах в минуту (RPM):

Отношения в треугольнике

Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.


Из теоремы косинусов следует, что:

Блок: 5/12 | Кол-во символов: 1012
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Остов двигателя

Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.

д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций.

Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.

Блок: 5/12 | Кол-во символов: 1475
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Ðàññìîòðåíèå è õàðàêòåðèñòèêà îñîáåííîñòåé ðàáîòû êðèâîøèïíî-ïîëçóííîãî ìåõàíèçìà ñ ãèáêèì ñòåðæíåì. Îçíàêîìëåíèå ñ åãî ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëüþ.

Ðàçðàáîòêà ìåòîäèêè ïðî÷íîñòíîãî ðàñ÷åòà ýëåìåíòîâ, îïðåäåëÿþùåãî ðåñóðñ êðèâîøèïíî-ïîëçóííîãî ìåõàíèçìà

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 327
Источник: https://revolution.allbest.ru/manufacture/00694833_0.html

Уравнения по отношению к угловому положению кривошипа (для центрального КШМ)

Уравнения, которые описывают циклическое движение поршня по отношению к углу поворота кривошипа.
Примеры графиков этих уравнений показаны ниже.

Положение

Положение относительно угла кривошипа (преобразованием отношений в треугольнике):

Скорость

Скорость по отношению к углу поворота кривошипа (первая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции):

Ускорение

Ускорение относительно угла кривошипа (вторая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции и частное правило):

Блок: 6/12 | Кол-во символов: 609
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Поршень

Поршень представляет собой металлический стакан сложной формы, устанавливаемый в цилиндре днищем вверх. Он состоит из двух основных частей. Верхняя утолщенная часть называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Головка поршня содержит днище 4 (рис. а) и стенки 2. В стенках проточены канавки 5 для компрессионных колец. Нижние канавки имеют дренажные отверстия 6 для отвода масла. Для увеличения прочности и жесткости головки ее стенки снабжены массивными ребрами 3, связывающими стенки и днище с бобышками, в которых устанавливается поршневой палец. Иногда оребряют также внутреннюю поверхность днища.

Юбка имеет более тонкие стенки, чем у головки. В ее средней части расположены бобышки с отверстиями.

Рис. Конструкции поршней с различной формой днища (а—з) и их элементов:
1 — бобышка; 2 — стенка поршня; 3 — ребро; 4 — днище поршня; 5 — канавки для компрессионных колец; 6 — дренажное отверстие для отвода масла

Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).

При работе двигателя поршни нагреваются сильнее, чем цилиндры, охлаждаемые жидкостью или воздухом, поэтому расширение поршней (особенно алюминиевых) больше. Несмотря на наличие зазора между цилиндром и поршнем, может произойти заклинивание последнего. Для предотвращения заклинивания юбке придают овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца), увеличивают диаметр юбки по сравнению с диаметром головки, разрезают юбку (чаще всего выполняют Т- или П-образный разрез), заливают в поршень компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна, или принудительно охлаждают внутренние поверхности поршня струями моторного масла под давлением.

Поршень, подвергающийся воздействию значительных силовых и тепловых нагрузок, должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью и износостойкостью. В целях уменьшения инерционных сил и моментов у него должна быть малая масса. Это учитывается при выборе конструкции и материала для поршня. Чаще всего материалом служит алюминиевый сплав или чугун. Иногда применяют сталь и магниевые сплавы. Перспективными материалами для поршней или их отдельных частей являются керамика и спеченные материалы, обладающие достаточной прочностью, высокой износостойкостью, низкой теплопроводностью, малой плотностью и небольшим коэффициентом теплового расширения.

Блок: 6/12 | Кол-во символов: 2637
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Пример графиков движения поршня

График показывает x, x’, x» по отношению к углу поворота кривошипа для различных радиусов кривошипа, где L — длина шатуна (l) и R — радиус кривошипа (r):

Единицами вертикальных осей являются: для положения, для скорости, для ускорения.
Единицами горизонтальных осей является угол поворота кривошипа в .

Анимация движения поршня с шатуном одинаковой длины и с кривошипом переменного радиуса на графике выше:

Анимация движения поршня с различными радиусами кривошипа

Блок: 7/12 | Кол-во символов: 507
Источник: https://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают плотное подвижное соединение поршня с цилиндром. Они предотвращают прорыв газов из надпоршневой полости в картер и попадание масла в камеру сгорания. Различают компрессионные и маслосъемные кольца.

Компрессионные кольца (два или три) устанавливают в верхние канавки поршня. Они имеют разрез, называемый замком, и поэтому могут пружинить. В свободном состоянии диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра цилиндра. При введении в цилиндр такого кольца в сжатом состоянии оно создает плотное соединение. Для того чтобы обеспечить возможность расширения установленного в цилиндре кольца при нагревании, в замке должен быть зазор 0,2…0,4 мм. С целью обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам часто применяют кольца с конусной наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца с фаской на кромке с внутренней или наружной стороны. Благодаря наличию фаски такие кольца при установке в цилиндр перекашиваются в сечении, плотно прилегая к стенкам канавок на поршне.

Маслосъемные кольца (одно или два) удаляют масло со стенок цилиндра, не позволяя ему попадать в камеру сгорания. Они располагаются на поршне под компрессионными кольцами. Обычно маслосъемные кольца имеют кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности и радиальные сквозные прорези для отвода масла, которое по ним проходит к дренажным отверстиям в поршне (см. рис. а). Кроме маслосъемных колец с прорезями для отвода масла используются составные кольца с осевыми и радиальными расширителями.

Для предотвращения утечки газов из камеры сгорания в картер через замки поршневых колец необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец не располагались на одной прямой.

Поршневые кольца работают в сложных условиях. Они подвергаются воздействию высоких температур, а смазывание их наружных поверхностей, перемещающихся с большой скоростью по зеркалу цилиндра, недостаточно. Поэтому к материалу для поршневых колец предъявляются высокие требования. Чаще всего для их изготовления применяют высокосортный легированный чугун. Верхние компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают с наружной стороны пористым хромом. Составные маслосъемные кольца изготавливают из легированной стали.

Блок: 7/12 | Кол-во символов: 2261
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Применение

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах, в приводе задвижек некоторых квартирных и сейфовых дверей. Также кривошипно-шатунный механизм применялся в брусовых косилках.

Блок: 8/12 | Кол-во символов: 298
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Поршневой палец

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он представляет собой трубку, проходящую через верхнюю головку шатуна и установленную концами в бобышки поршня. Крепление поршневого пальца в бобышках осуществляется двумя стопорными пружинными кольцами, расположенными в специальных канавках бобышек. Такое крепление позволяет пальцу (в этом случае он называется плавающим) проворачиваться. Вся его поверхность становится рабочей, и он меньше изнашивается. Ось пальца в бобышках поршня может быть смещена относительно оси цилиндра на 1,5…2,0 мм в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.

Поршневые пальцы изготавливают из высококачественной стали. Для обеспечения высокой износоустойчивости их наружную цилиндрическую поверхность подвергают закалке или цементации, а затем шлифуют и полируют.

Поршневая группа состоит из довольно большого числа деталей (поршень, кольца, палец), масса которых по технологическим причинам может колебаться; в некоторых пределах. Если различие в массе поршневых групп в разных цилиндрах будет значительным, то при работе двигателя возникнут дополнительные инерционные нагрузки. Поэтому поршневые группы для одного двигателя подбирают так, чтобы они несущественно отличались по массе (для тяжелых двигателей не более чем на 10 г).

Шатунная группа кривошипно-шатунного механизма состоит из:

  • шатуна
  • верхней и нижней головок шатуна
  • подшипников
  • шатунных болтов с гайками и элементами их фиксации

Блок: 8/12 | Кол-во символов: 1518
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Коленчатый вал

Коленчатый вал, соединенный с поршнем посредством шатуна, воспринимает действующие на поршень силы. На нем возникает вращающий момент, который затем передается на трансмиссию, а также используется для приведения в действие других механизмов и агрегатов. Под влиянием резко изменяющихся по величине и направлению сил инерции и давления газов коленчатый вал вращается неравномерно, испытывая крутильные колебания, подвергаясь скручиванию, изгибу, сжатию и растяжению, а также воспринимая тепловые нагрузки. Поэтому он должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.

Конструкции коленчатых валов отличаются сложностью. Их форма определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы двигателя и числом коренных опор. Основными частями коленчатого вала являются коренные шейки 3, шатунные шейки 2, щеки 4, противовесы 5, передний конец (носок 1) и задний конец (хвостовик 6) с фланцем.

К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя. Соединяются коренные и шатунные шейки при помощи щек. Плавный переход от шеек к щекам, называемый галтелью, позволяет избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Противовесы предназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах вала во время его вращения. Их, как правило, изготавливают как единое целое со щеками.

Для обеспечения нормальной работы двигателя к рабочим поверхностям коренных и шатунных шеек необходимо подавать моторное масло под давлением. Масло поступает из отверстий в картере к коренным подшипникам. Затем оно через специальные каналы в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Для дополнительной центробежной очистки масла в шатунных шейках имеются грязеуловительные полости, закрытые заглушками.

Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литья из среднеуглеродистых и легированных сталей (может применяться также чугун высококачественных марок). После механической и термической обработки коренные и шатунные шейки подвергают поверхностной закалке (для повышения износостойкости), а затем шлифуют и полируют. После обработки вал балансируют, т. е. добиваются такого распределения его массы относительно оси вращения, при котором вал находится в состоянии безразличного равновесия.

В коренных подшипниках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для восприятия осевых нагрузок и предотвращения осевого смещения коленчатого вала один из его коренных подшипников (обычно передний) делают упорным.

Блок: 10/12 | Кол-во символов: 2676
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Маховик

Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала. Он представляет собой тщательно сбалансированный чугунный диск определенной массы. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя и кратковременных перегрузок, например, при трогании ТС с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Поверхность маховика, которая соприкасается с ведомым диском сцепления, шлифуют и полируют.

Рис. Коленчатый вал:
1 — носок; 2 — шатунная шейка; 3 — коренная шейка; 4 — щека; 5 — противовес; 6 — хвостовик с фланцем

Блок: 11/12 | Кол-во символов: 647
Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/

Кол-во блоков: 25 | Общее кол-во символов: 20855
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. https://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC: использовано 7 блоков из 12, кол-во символов 4245 (20%)
  2. https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/krivoshipno-shatunnyj-mehanizm/krivoshipno-shhatunnyj-mehanizm/: использовано 10 блоков из 12, кол-во символов 16034 (77%)
  3. https://revolution.allbest.ru/manufacture/00694833_0.html: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 576 (3%)

Двигатель без кривошипно-шатунного механизма: миф или реальность | Хакнем Школа

КШМ двигателя внутреннего сгорания. Источник фото: vmasshtabe.ru

КШМ двигателя внутреннего сгорания. Источник фото: vmasshtabe.ru

Нестандартные решения проблемы экономичности и экологичности двигателей внутреннего сгорания (продолжение)

Первая часть

О роли кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания

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. В самом деле, поршень в цилиндре движется прямолинейно-поступательно, и преобразовать это движение во вращательное без КШМ не представляется возможным.

Сам по себе механизм давно и основательно изучен и имеет незначительные собственные потери. Однако для любой бочки мёда найдётся своя ложка дёгтя, которая основательно подпортит его качество, так как самое его присутствие существенно меняет общее качество. Давайте совместно постараемся, по возможности не прибегая к специальной и околоспециальной терминологии, детально разобраться в некоторых особенностях КШМ.

Двигатель без кривошипно-шатунного механизма: миф или реальность

Потери, связанные с применением КШМ, давно и хорошо всем известны. По этой причине также давно конструкторы ищут пути ликвидации этих потерь, хотя механизм считается совершенным и не подлежащим критике. Дальше всех в решении вопроса, как же избежать потерь — а они достаточно велики, как мы с вами чуть позже убедимся, продвинулся отечественный конструктор авиационных двигателей С. С. Баландин, много десятилетий назад предложивший концепцию двигателей по бесшатунной схеме.

Под его руководством в специально созданном КБ были разработаны конструкции, изготовлены и испытаны несколько образцов бесшатунных двигателей Баландина. При испытаниях были получены превосходные результаты по всем удельным показателям (по заявлениям печати), намного опередив двигатели с КШМ. Двигатели показали также высокую степень надёжности. Было запланировано проектирование двигателей мощностью в десятки тысяч лошадиных сил. Казалось, что лет через десять человечество начнёт забывать о таких привычных двигателях с КШМ. Однако триумфа не случилось. Что же произошло?

Двигатель без кривошипно-шатунного механизма: миф или реальность

А ничего не произошло. Просто механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала из кривошипно-шатунного превратился в кривошипно-кулисный, при этом коленчатый вал стал составным из трёх частей с дополнениями — далеко не лучшее решение. Кроме того, вал стал описывать сложную траекторию взамен простого вращения вокруг собственной центральной оси. Простая замена шатуна на кулису дала превосходный результат на выходе в части долговечности цилиндро-поршневой группы как следствие устранения бокового усилия, однако она же принесла проблемы, ставшие пока непреодолённой преградой на пути победного шествия. Оказалось, что технологически крайне сложно обеспечить с требуемой точностью пространственную координацию входящих в конструкцию деталей, без чего невозможна нормальная работа двигателя в целом. Заметим, что эти обстоятельства не остановили энтузиастов, работы в данном направлении продолжаются.

Здесь мы вынуждены заметить, что схема двигателей Баландина не могла устранить главный недостаток КШМ — потери части усилия, обусловленной самим фактом наличия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Дело в том, что в кривошипно-шатунном механизме заменили, как отмечено выше, шатун на кулису, что ничего не изменило в схеме передачи движения. Уместно будет рассмотреть в целом, в цифрах, величину потерь, связанных с применением КШМ.

Не является открытием то обстоятельство, что любое преобразование, будь то тепловой энергии в механическую, или же возвратно-поступательного движения во вращательное, или планетарного во вращательное, не обходится без потерь. Для оценки этих потерь для определённости зададимся длиной шатуна в 130 мм и ходом поршня 75 мм (аналогичные размеры имеют детали некоторых реальных моторов). Расчёт величины потерь выполним по формуле из источника [1], страница 48:

Мкр = Ps * r (sin φ + tg β * cos φ ) (I)

где Мкр – крутящий момент,

Ps — сила действия газов на поршень,

R – радиус кривошипа коленчатого вала,

φ – угол поворота вала от ВМТ,

β — соответствующий угол поворота шатуна.

Выражение в скобках показывает, что величины действующего усилия и плеча действия силы меняются в соответствии с углом поворота вала. Назовём это выражение Коэффициентом Трансформации Движения (КТД).

Двигатель без кривошипно-шатунного механизма: миф или реальность

Очевидно, что в каждый данный момент КТД будет иметь разные значения, начиная от нуля. Для его определения вычислим КТД для возможно большего числа значений угла поворота вала, однако для упрощения возьмём несколько характерных его значений и вычислим коэффициент как среднюю арифметическую величину. Такими углами выберем:

1) 0 град. — соответствует положению поршня в ВМТ;

2) 45 град. — произвольно, для симметрии п.4.

3) 74 град. — в этом положении величина плеча действия силы имеет максимальное значение;

4) 135 град. — в этом положении (в среднем для разных двигателей) открывается выпускной клапан и действие газов прекращается.

После подсчётов по принятой методике вышеприведённая формула принимает вид:

Мкр = 0,62 Psr (II)

Отсюда видно, что КТД равен 0,62, а это значит, что 38 % механической силы, движущей поршень, не доходит до вала на выходе двигателя. Не забудем, что мощность определяется как произведение крутящего момента на число оборотов вала в минуту. Разумеется, что эта величина КТД не является абсолютом, более подробные подсчёты покажут большее приближение к действительности, однако в любом случае потери будут исчисляться десятками процентов. При этом потери обусловлены не несовершенством КШМ, но самим фактом его присутствия. Общая картина потерь впечатляет и стимулирует на поиски способа избавления от КШМ как явления, то есть использования энергии расширяющихся газов без промежуточных устройств.

Следует иметь в виду, что для каждой пары шатун — кривошип КТД будет свой, но не сильно отличающийся от рассчитанного в данном примере.

Вот этот резерв, наряду с более рациональной организацией рабочего цикла двигателя, является достойной целью для приложения творческих усилий.

Продолжение читайте по этой ссылке.

Использованная литература

  • А. Н. Гоц, «Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей», Владимир, 2005 г.
  • М. С. Ховах, «Автомобильные двигатели», издание второе, «Машиностроение», Москва, 1971.
  • «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г. С. Ландсберга, том 1, издание десятое, Москва, «Наука», 1985.
  • Патент РФ № 2619672.
  • Патент РФ № 2654555.
  • Патент РФ № 2707343.

Автор: Кривко Николай Михайлович, инженер-машиностроитель, создал 13 изобретений.

#хакнем_изобретения 👈 если Вы хотите, чтобы о Вашем изобретении или открытии узнали как можно больше читателей, напишите нам о нём на почту: [email protected] , и мы опубликуем ваш рассказ на канале Хакнем Школа от Вашего имени

Двигатель без кривошипно-шатунного механизма: миф или реальность

Цикл статей « Нестандартные решения проблемы экономичности и экологичности двигателей внутреннего сгорания «:

1 статья

2 статья [Текущая]

3 статья

4 статья

Послесловие

Кривошипно-шатунный механизм двигателя 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail

Блок цилиндров с расстоянием между осями цилиндров 90 мм отлит из чугуна с вермикулярным графитом (GJV 450). Как и у 4,0-литрового двигателя V8 TDI, блок цилиндров соединяется с помощью болтов с прочной опорной рамой коленвала на уровне оси коленвала. Использование такого материала позволило за счет изменения конструкции снизить массу блока цилиндров примерно на 10 кг.

Кованый коленвал изготовлен из стали марки 42 Cr Mo S4, его конструкция позволяет избежать возникновения неуравновешенных моментов от сил инерции первого и второго порядка. Коленвал установлен в блоке цилиндров на 5 опорах, в целях повышения прочности шатунные шейки обработаны накаткой роликом.

Полезное: Компания «Центр Помощи На Дорогах» , обладая огромным опытом в сфере транспортировки автомобилей, предлагает услугу перевозка легковых автомобилей автовозами профессионально, эффективно и по весьма приемлемым ценам.

Кривошипно-шатунный механизм

Компактность конструкции позволила обеспечить полную балансировку кривошипно-шатунного механизма только за счет противовесов. Оптимальная балансировка была достигнута при помощи дополнительных масс, закрепленных на демпфере крутильных колебаний и ведомом диске.

Высокий алюминиевый масляный поддон максимально изолирован от вибраций кривошипно-шатунного механизма, что положительно сказалось на акустике двигателя. Дополнительную функцию выполняет контур опорной рамы коленвала. Он играет роль маслоотражателя в области противовесов коленвала и шатунов.

Таким образом, стекающее масло не разбрызгивается по стенкам всего блока двигателя, а улавливается и отводится непосредственно в поддон.

В этом двигателе, как и в уже известном 3,0 л V6 TDI, хонингование производится ультрафиолетовым лазером. Данная технология позволяет снизить расход масла. Благодаря этому достигается значительное улучшение характеристик скольжения рабочих поверхностей.

moto032: Кривошипно-шатунный механизм(Восход)

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 2.5) служит для преобразования прямолинейного возратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм состоит из цилиндра 3, поршня 5 с поршневыми кольцами 2 и пальцем 4, коленчатого вала 9, шатуна 6 и картера. В картере установлены все механизмы, в передней части вращается коленчатый вал, а в задней находятся коробка передач, механизм переключения передач, узел сцепления.
Цилиндр
   В цилиндре 3 (рис. 2.5) происходит сгорание топливной смеси. Его внутренняя поверхность служит направляющей для поршня 4 и имеет низкую шероховатость и высокий класс точности обработки поверхности. Цилиндры мотоциклов К-125, К-125М, К-55 и К-58 отливались из серого чугуна. У мотоциклов «Восход» в рубашку 2 цилиндра (рис. 2.2) запрессована чугунная гильза 4.
   Цилиндр двухтактного двигателя является главной деталью механизма газораспределения. В цилиндре имеются впускной, продувочные, выпускные каналы и патрубок для соединения с трубой глушителя.
    Газораспределительные каналы заканчиваются на зеркале цилиндра окнами, размеры и расположение которых обусловлены параметрами двигателя.

   Наружные поверхности цилиндра и головки цилиндра 26 (рис. 2.2) имеют тонкостенные ребра, увеличивающие поверхность охлаждения. Цилиндр, головка 26 и картер 5 соединяются четырьмя шпильками, ввернутыми в половинки картера и четырьмя гайками. В местах соединения между картером и цилиндром установлена уплотнительная прокладка из картона, а между цилиндром и головкой цилиндра — прокладка из асбестового полотна, армированного медной проволокой.

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫ ЛИ ЦИЛИНДР И ГОЛОВКА МОТОЦИКЛОВ «ВОСХОД-2″ И ‘ВОСХОД-2М»?
   Цилиндр и его головка от «Восхода-2М» взаимозаменяемы с аналогичными деталями мотоциклов «Восход» и «Ковровец» всех моделей класса 175 см3.
   После замены головки цилиндра новой, как и после установки двигателя «Восход-2М», следует пользоваться смесью бензина АИ-93 или А-76 с моторными маслами, рекомендованными инструкцией по эксплуатации.


Автоматическое оружие с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания

Разработка и постановка на вооружение первых образцов автоматического оружия в конце 19 – начале 20 века выявили новую проблему — обеспечение прицельной стрельбы очередями, когда предыдущий выстрел сбивает оружие с линии прицеливания перед следующим выстрелом. До этого времени стрельба велась одиночными выстрелами, в процессе осуществления которых стрелки были способны удерживать оружие на линии прицеливания вплоть до момента вылета пули из ствола. Для пулеметов проблема прицельной стрельбы очередями была решена путем использования массивных станков и переходом к поражению преимущественно групповых целей, когда рассеивание пуль является допустимым. Избыточный расход патронов компенсируется относительно большим боекомплектом, носимым расчетом из двух человек, и преимущественно позиционной тактикой применения пулеметов. При этом огонь ведется из удобных положений с опорой станка или сошек пулемета в грунт.

В отличие от пулеметов индивидуальное автоматическое оружие стрелков (пистолет-пулемет, штурмовая винтовка) предназначено для маневренной тактики с частыми перемещениями, стрельбой с хода, из неудобных положений, сопровождающееся удержанием оружия на весу силой мышц рук и компенсацией отдачи с помощью упора приклада в плечо. В связи с этим индивидуальное автоматическое оружие должно быть ограничено в весе и силе отдачи, которые определяются физическими возможностями средних стрелков. составляющих большинство пехотных подразделений. Современная тактика ведения боя предусматривает занятие закрытых от наблюдения позиций, передвижение в рассыпном строю, перебежками от укрытия к укрытию, со сменой направления движения. В таких условиях поражение целей одиночными выстрелами становится проблематичным, особенно для средних стрелков. Поэтому стрельба ведется в основном в автоматическом режиме с намерением поразить цель хотя одним выстрелом из очереди. Направление развития индивидуального автоматического оружия соответствует указанной тактики ведения боя. Во время Первой мировой войны на вооружение был принят новый вид индивидуального оружия – пистолет-пулемет, механизм перезаряжания которого работал в автоматическом режиме. В связи с ограниченной энергетикой пистолетных патронов новое оружие использовалось на коротких дистанциях ведения огня. На средних и дальних дистанциях продолжали использоваться неавтоматические винтовки.

В ходе Второй мировой войны всеми воюющими сторонами была признана необходимость создания оружия, основанного на патроне калибра 7.92х33 / 7,62х39 мм, энергетика которого занимает промежуточное положение между пистолетным и винтовочным патроном., что обеспечивает поражение целей на ближней и средней дистанциях, характерных для современной тактики ведения боя. Перевооружение пехотных частей оружием, основанном на промежуточном патроне, позволило существенно повысить эффективность стрельбы средних стрелков. Поражение целей на дальней дистанции перешло в обязанность специально подготовленных и обладающих специальными навыками немногочисленных лучших стрелков – пулеметчиков, ведущих огонь очередями, и снайперов, ведущих одиночный огонь патронами большего калибра. Однако применение подобной тактики ведения боевых действий в период после Второй мировой войны привело к резкому росту расходов боеприпасов в расчете на одного пораженного противника.

Во время Корейской войны командование американской армии было вынуждено обратить внимание на величину расхода патронов в расчете на одного пораженного противника, достигшую уровня 50 тысяч единиц. В 1952 году была начата первая программа правительства США по совершенствованию индивидуального автоматического оружия – SALVO. Затем были реализованы программы SPIW, JSSAP и SAMP. В настоящее время осуществляется очередная программа LSAT. Результатом 60-летней программной деятельности явилось принятие на вооружение американской армии штурмовой винтовки М16, использующей малоимпульсный патрон уменьшенного калибра 5,56х45 мм. Попытки использования патронов ещё более уменьшеного калибра вели к падению эффективности стрельбы на средних дистанциях. Аналогичный выбор был сделан и армиями других стран.

Способы обеспечения прицельной стрельбы очередями.

Стрелок, в процессе стрельбы очередью, испытывает разнонаправленные силовые воздействия, приходящиеся на его руки и тело. Силовые воздействия усугубляются неудобным положением стрелка – стрельба ведется, как правило, из положения стоя.

Вначале каждого выстрела на стрелка действует максимальный по величине импульс отдачи, связанный с давлением пороховых газов на закрытый затвор. Импульс действует в течение примерно 0,001 секунды до момента открытия затвора. После непродолжительного периода равномерного действия силы отдачи затвора, сжимающего возвратную пружину, на стрелка действует третий импульс отдачи, связанный с ударом затвора в заднюю стенку ствольной коробки. Цикл перезарядки оружия продолжается вторым периодом равномерного действия силы упругости возвратной пружины и заканчивается четвертым импульсом силы, направленным вперед и связанным с ударом затвора в ствол. Оружие также испытывает циклические колебания от перемещения своего центра тяжести, связанного с возвратно-поступательным движением затвора. Под действием импульсов отдачи тело стрелка смещается назад. После окончания импульсов стрелок стремится занять исходное положение – тело смещается вперед, т. е. происходят колебательные движения сложной системы, состоящей из множества шарнирно соединенных элементов – головы, рук, ног, туловища и позвоночника. Восстановление близкого к исходному положению после каждого выстрела можно достичь только при наличии специальных навыков, основанных на природных способностях стрелка и развитых длительными тренировками.

Положение усугубляется тем, что в большинстве моделей оружия ось ствола, вдоль которого действует импульс отдачи, не совпадает с осью симметрии приклада, опирающегося на плечо стрелка. Сила отдачи и сила реакции опоры создают момент, подбрасывающий вверх дульный срез ствола. За время одного цикла перезарядки оружия, равного примерно 0,1 секунды, нервно-мышечная система стрелка не в состоянии возвратить оружие на линию прицеливания. Поэтому второй выстрел в очереди уходит выше первоначальной точки прицеливания, третий выстрел ещё выше и т.д. Дульный тормоз-компенсатор и специальные навыки помогают лишь частично уменьшить отклонение оружия от цели. Исходя из импульсной диаграммы, прицельная стрельба очередями из неудобных положений зависит от уровня реализации в современном индивидуальном автоматическом оружии следующих технических решений:

— снижение величины максимального импульса отдачи достигается переходом от закрытого к полусвободному затвору, начинающего движение назад с самого начала возгорания метательного заряда в стволе, при этом производство выстрела должно производится на выкате затвора вперед;
— устранение подбрасывающего момента достигается подъемом оси симметрии приклада на уровень оси ствола с соответствующим выносом вверх линии визирования прицельных приспособлений;
— устранение удара затвора в ствольную коробку и ствол достигается применением сбалансированной автоматики.

Первые два решения полностью или частично реализованы в принятых на вооружение образцах индивидуального автоматического оружия. Последнее решение до сих пор не имеет эффективной реализации даже в опытных конструкциях. Известная лафетная схема, основанная на совместном откате подвижной группы, состоящей из ствола, затвора и промежуточного накопителя на 3 патрона, производящей в процессе отката очередь фиксированной длины, не может быть признана сбалансированной по определению – в конструкции оружия отсутствует балансир. Попытка его использовать приведет к двукратному росту массы оружия, которое перестанет быть индивидуальным. Кроме того, после окончания фиксированной очереди стрелок испытывает утроенную отдачу, превышающую по величине отдачу от выстрела снайперской винтовки и усугубляемую пониженным весом штурмовой винтовки.

В известной схеме сбалансированной автоматики одновременно с затвором в противоположном направлении движется балансир, соударяющийся с затвором в крайних положениях. Указанное решение имеет принципиальный недостаток – с целью синхронизации движения затвора и балансира применяют реечно-шестеренчатую передачу, испытывающую в процессе работы знакопеременные нагрузки, вызывающие выкрашивание зубьев передачи, что значительно снижает ресурс механизма перезаряжания относительно ресурса остальных частей оружия. В связи с этим представляется целесообразным заменить в механизме перезаряжания реечно-шестеренчатую передачу на рычажную, выдерживающую знакопеременные нагрузки. Балансир закрепляется на одном плече рычага, ось вращения которого пересекается под углом 90 градусов с осью ствола. Второе плечо рычага связано шарнирной тягой с затвором. Длина плеч рычага равна ходу затвора между крайними точками. В процессе отката балансир движется навстречу затвору, в процессе наката – в противоположном направлении. В крайних положениях рычаг, попеременно работающий на сжатие или растяжение, не даёт затвору ударяться в ствол или ствольную коробку.

Кинематика кривошипно-шатунного механизма перезаряжания.
Вышеописанная схема сбалансированной автоматики представляет собой кривошипно-шатунный механизм перезаряжания, включающий один вращающийся элемент — кривошип, один скользящий — затвор и один качающийся — шатун. Во время действия давления газов в стволе ведущим элементом автоматики является затвор, в течение остального времени одного цикла перезарядки – кривошип.
Скорость движения затвора изменяется по синусоидальному закону в зависимости от угла поворота кривошипа:
— в верхней и нижней мертвых точках, соответствующих 0 и 180 градусам, скорость затвора равна нулю;
— в точках, соответствующих 90 и 270 градусам, скорость затвора максимальна.

Скорость вращения кривошипа в одном цикле перезарядки изменяется от максимальной, приходящейся на точку производства выстрелов, до минимальной, соответствующей углу поворота кривошипа на 180 градусов. Темп стрельбы оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания в основном определяется массой и радиусом вращения кривошипа, а также точкой производства выстрелов, измеряемой в градусах поворота кривошипа. Дополнительными факторами, влияющими на темп стрельбы, являются масса затвора с шатуном, силы упругости возвратной и боевой пружин, сила трения в системе. Возвратная пружина применяется с целью аккумулирования энергии отдачи и максимального замедления вращения кривошипа при повороте на 180 градусов, в нижней мертвой точке, соответствующей крайнему заднему положению затвора. Накопленная в возвратной пружине энергия возвращается кривошипу при начале движения затвора вперед. В этой же точке, после завершения стрельбы производится останов затвора путем его упора в затворную задержку. Затраты кинетической энергии кривошипа на взведение боевой пружины и преодоление силы трения в системе компенсируются только за счет силы отдачи, действующей на кривошип.

Вектор силы отдачи включает горизонтальную и вертикальную составляющие. При этом на увеличение кинетической энергии кривошипа оказывает влияние только вертикальная составляющая вектора силы отдачи, направленная по касательной к окружности вращения кривошипа. Горизонтальная составляющая воспринимается неподвижной осью вращения кривошипа. С целью восприятия этой составляющей кривошип, как правило, выполняется в виде осевого шарнира большого диаметра, установленного в кольцевом выступе стенки ствольной коробки. Величина вертикальной составляющей вектора силы отдачи зависит от угла поворота кривошипа относительно верхней мертвой точки в момент производства выстрела, а также от сектора поворота кривошипа за время действия давления газов в стволе.

В кривошипно-шатунном механизме перезаряжания возможна реализация одного из следующих моментов производства выстрелов:
— выстрел при недоходе кривошипа до верхней мертвой точки с последующим реверсированием вращения кривошипа, его повороте в обратную сторону на угол, меньший 360 градусов, до второй точки производства выстрелов и т. д.;
— выстрел при переходе кривошипа через верхнюю мертвую точку, ускорение вращения кривошипа, продолжение его поворота на угол в 360 градусов до единственной точки производства выстрелов и т.д.

С целью обеспечения безударного режима работы механизма перезаряжания стрельба производится на выкате затвора. В этом случае на стабильность темпа стрельбы существенное влияние будет оказывать эксплуатационный разброс энергетики метательных зарядов и продолжительности срабатывания капсюлей патронов.
При недоходе кривошипа до верхней мертвой точки в момент производства выстрелов стабильность темпа стрельбы поддерживается с помощью возможности страхующего упора затвора в ствол в случае недостаточной энергии выстрела следующего патрона для реверсирования вращения кривошипа, превысившего заданную скорость под действием избыточной энергии выстрела предыдущего патрона.

При переходе кривошипа через верхнюю мертвую точку в момент производства выстрелов стабильность темпа стрельбы поддерживается с помощью демпфирования излишней скорости вращения кривошипа путем подбора покрытия контактирующих поверхностей в паре затвор-направляющие ствольной коробки, обладающего нелинейным коэффициентом трения скольжения, увеличивающимся при росте нагрузки. Необходимо отметить, что в первом случае при реверсировании вращения кривошипа возникает реактивный момент, действующий в продольной плоскости и ухудшающий импульсную диаграмму оружия.

Модели оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания.

Первым образцом автоматического оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания является пулемет австро-венгерского конструктора Андреаса Шварцлозе M.07/12 под патрон калибра 8х56 мм, выпускавшийся большими сериями в различных модификациях с 1905 по 1939 год. Автоматика не была сбалансирована и работала в ударном режиме.

В составе механизма отсутствовал балансир, кривошип двигался в том же направлении, что и затвор. Недостаточная масса кривошипа и удаленность точки производства выстрелов от верхней мертвой точки привели к необходимости сокращения дульной энергии путем уменьшения длины ствола, а также смазывания маслом патронов перед выстрелом и увеличения массы затвора.

Вес пулемета 20,7 кг, длина ствола 530 мм, темп стрельбы 600-880 выстрелов в минуту в варианте без увеличения массы затвора. Схема работы автоматики пулемета представлена на (рисунке stat-avto-01). Простота конструкции и надежность работы механизма перезаряжания пулемета определили его постановку на вооружение в армиях многих европейских государств.

Вторым образцом автоматического оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания является опытный пулемет советского конструктора Юрченко под патрон калибра 7,62х54 мм, разработанный в 1930-х годах на Ковровском механическом заводе. Автоматика была сбалансированной и работала в безударном режиме. В состав механизма перезаряжания входил двойной кривошип, связанный с шатуном единой шейкой и совершающий оборот на 350 градусов между двумя точками производства выстрелов, каждая из которых отстояла от верхней мертвой точки на 5 градусов. Выстрелы производились на выкате затвора с последующим реверсированием вращения кривошипа. В случае недостаточной энергетики метательного заряда, большой продолжительности срабатывания капсюля или осечки патрона затвор упирался в ствол, гарантируя стабильный темп стрельбы. При реверсировании вращения кривошипа на корпус оружия передавался реактивный момент. Темп стрельбы составлял 3600 выстрелов в минуту, что обусловило низкую живучесть ствола и механизма перезаряжания.

Советский конструктор Юрченко Юрий Федорович работал до 1941 года в конструкторском бюро Ковровского механического завода. Им было создано две опытные конструкции авиационных пулеметов с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания:

— пулемет Ю-7.62, был представлен на испытание в 1938 году в Ногинский Научно-исследовательский полигон авиационного вооружения ВВС красной армии, испытание не прошел из-за поломок деталей и был возвращен на доработку, был доработан, прошел испытания и поставлен в план на 1941 год по изготовлению первой опытной партии, изготовление было отложено в связи с переориентацией производственных мощностей завода на выпуск противотанковых ружей, изготовление пулемета не было вобновлено в связи с переходом авиации на пушечное вооружение калибров 23 и 30 мм;

— пулемет Ю-12. 7, был представлен на испутание в 1939 году, темп стрельбы составил 2000 выстрелов в минуту, вес 24 кг (для сравнения серийный авиационный пулемет с газовым двигателем УБ-12,7 весил 21 кг при темпе стрельбы 1000 выстрелов в минуту), на был принят на вооружение по причине поперечного габарита, большего чем у конкурентной конструкции, профиль пулемета напоминал гитару (гриф — ствол, первое утолщение — приемник патронов, второе утолщение — кривошип).

Третьим образцом автоматического оружия с механизмом перезаряжания, близким по конструкции к кривошипно-шатунному, является опытный пулемет немецкого конструктора Виктора Барнитцке под патрон калибра 7,92х57 мм (Late War Barnitzke experimental flywheel MG), разработанный в 1942 году на фирме Gustloff-Werke. Автоматика была сбалансированной, механизм перезаряжания работал в безударном режиме. В состав механизма перезаряжания входили два маховика, вращающиеся в противоположных направлениях. Привод маховиков осуществлялся с помощью реечно-шестеренчатой передачи. В связи с быстрым выкрашиванием зубьев передачи пулемет не был принят на вооружение.
Четвертым образцом автоматического оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания является авиационная пушка АО-7 (ТКБ-513) под патрон калибра 23х115 мм советских конструкторов В.П.Грязева, А.Г.Шипунова и Д.Ф.Ширяева, разработанная в 1953 году в Подольском НИИ-61 и доведенная до стадии серийного производства в 1958 году в Тульском ЦКБ-14. Автоматика была сбалансированной и работала в безударном режиме. Конструкция механизма перезаряжания, способ производства выстрелов и импульсная диаграмма соответствовали пулемету Юрченко. Темп стрельбы составлял 2300 выстрелов минуту. Кинематика механизма перезаряжания обеспечивала минимальные ускорения в процессах досылания патронов в ствол и извлечения стреляных гильз.
Пятым образцом автоматического оружия с механизмом перезаряжания, близким по конструкции к кривошипно-шатунному, является пистолет-пулемет MGD/ERMA PM9 под патрон калибра 9х19 мм французского конструктора Луи Дебюи, разработанный на фирме Etablissements Merlin & Gerin и выпускавшийся малыми сериями в 1954-55 годах французской компанией MGD и немецкой компанией ERMA.

Пистолет-пулемет MGD PM-9 использовал автоматику с полусвободным затвором; замедление открытия затвора осуществлялось благодаря взаимодействию легкого затвора и вращающегося маховика, связанного со спиральной возвратной пружиной.

В процессе отката затвора маховик проворачивался примерно на 180° назад, а затем в обратную сторону, возвращая затвор вперед и досылая в ствол новый патрон.

Стрельба велась с открытого затвора, режимы огня — одиночные выстрелы и автоматический огонь. Переводчик-предохранитель расположен слева на ствольной коробке, над спусковой скобой. Рукоятка взведения затвора расположена справа, и для взведения оружия проворачивается вверх и назад.

Приклад металлический, складной вбок. Приемник магазинов также складной вперед; используются штатные магазины от германских пистолетов-пулеметов МР.38 и МР.40.

Автоматика была несбалансированной и работала в ударном режиме. Единственный кривошип, расположенный ассиметрично в ствольной коробке, приводится во вращение с помощью кулисной передачи. Возвратная пружина кручения была размещена во внутренней полости кривошипа.

При реверсировании вращения кривошипа в крайних положениях затвора на корпус оружия передавался реактивный момент. Вес пистолета-пулемета 2,53 кг, длина ствола 213 мм, масса кривошипно-кулисного механизма 630 грамм, темп стрельбы 750 выстрелов в минуту. В связи с отсутствием спроса производство пистолета-пулемета было прекращено.


Шестым образцом автоматического оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания является опытный пистолет-пулемет немецкого конструктора Анатоля Гёрцена под патрон калибра 9х19 мм, разработанный в инициативном порядке в 1990-х годах. Автоматика является сбалансированной и работает в безударном режиме. Конструкция механизма перезаряжания, способ производства выстрелов и импульсная диаграмма соответствуют пулемету Юрченко. Особенностью механизма перезаряжания является работа возвратной пружины, которая после производства первого выстрела отключается от затвора, после этого аккумулирование энергии отдачи осуществляется лишь за счет реверсирования и прироста скорости вращения кривошипа. Внешний вид пистолета-пулемета представлен на рисунке 4. Все пистолета-пулемета 2,4 кг, общая масса затвора, шатуна и кривошипа 230 грамм, длина ствола 230 мм, длина шатуна 56 мм, диаметр кривошипа 54 мм, радиус вращения кривошипа 20 мм, темп стрельбы свыше 2000 выстрелов в минуту. Высокий темп стрельбы, неприемлемый для индивидуального автоматического оружия, обусловлен заниженной массой кривошипа, отказом от использования возвратной пружины во время стрельбы и большой удаленностью точки производства выстрелов от верхней мертвой точки вращения кривошипа.Оружие Анатоля Гёрцена с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания было разработано в двух модификациях:

— пистолет-пулемет с коротким стволом, выполненный по схеме буллпап с размещением магазина за рукояткой управления.
— карабин с длинным стволом, выполненый по схеме с размещением магазина в пистолетной рукоятке


Развитие оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания.

Лучшие образцы автоматического оружия, оснащенные кривошипно-шатунным или сходным с ним по конструкции механизмом перезаряжания, отличаются сбалансированной автоматикой, работающей в безударном режиме. Однако всем им, за исключением пулемета Барнитцке, свойственен один недостаток – при реверсировании вращения кривошипа возникает реактивный момент, подбрасывающий или опрокидывающий ствол оружия. Этот недостаток, приемлемый в пулеметах, ведущих огонь с упора, сводит на нет все преимущества применения кривошипно-шатунного механизма перезаряжания в индивидуальном автоматическом оружии, удерживаемом на весу во время ведения огня. В связи с этим необходимо осуществить переход от одного кривошипа к двум, вращающимся в противоположных направлениях и связанных с затвором отдельными шатунами. Реактивные моменты от реверсирования вращения пары кривошипов будут взаимно компенсировать друг друга.

Следующий недостаток известных конструкций кривошипно-шатунного механизма перезаряжания связан с общей проблемой применения полусвободного затвора – нестабильностью темпа стрельбы, зависящей от момента производства выстрелов на выкате и обусловленной эксплуатационным разбросом энергетики метательных зарядов и продолжительности срабатывания капсюлей патронов. Упор затвора в ствол в случае превышения энергии предыдущего выстрела над энергией последующего является компромиссным решением – при этом возникает случайный импульс, действующий в направлении, противоположном постоянно действующему импульсу отдачи, и тем самым сбивающий оружие с линии прицеливания. Принципиальным решением является применение альтернативного варианта производства выстрелов — после перехода кривошипа через верхнюю мертвую точку. В этом случае изменение энергетики выстрелов будет связано прямо пропорционально с изменением вертикальной составляющей вектора силы отдачи, в свою очередь определяющей силу трения в паре затвор-направляющие ствольной коробки.

Применение специального покрытия контактирующих поверхностей направляющих ствольной коробки с нелинейным изменением величины коэффициента трения скольжения в зависимости от величины вертикальной составляющей вектора силы отдачи позволит поддерживать темп стрельбы в заданных пределах без ухудшения импульсной диаграммы оружия. В качестве подобного покрытия может использоваться композитный материал на основе полиамидного связующего и графитной основы, применяемый в машиностроении для покрытия направляющих суппортов станков с целью демпфирования скорости их перемещения в процессе обработки деталей, а также в двигателестроении в качестве покрытия юбок поршней цилиндров. Кроме демпфирования движения затвора и связанного с ним кривошипа композитный материал позволит на порядок снизить посадочные допуски, устранить люфты и исключить заклинивание в паре затвор-направляющие ствольной коробки. Люфты в осевом шарнире кривошипа и осях вращения шатунов должны отсутствовать при посадке деталей в натяг. В результате с очень большой точностью будет обеспечено выдерживание угла поворота кривошипа в момент производства выстрелов, что положительно отразится на импульсной диаграмме оружия.

Последний недостаток известных конструкций кривошипно-шатунного механизма перезаряжания связан с другой общей проблемой применения полусвободного затвора – движение назад стреляной гильзы в патроннике проходит на пике давления газов в стволе.

Давление газов прижимает стенки гильзы к поверхности патронника. Возникающая при этом сила трения может превысить силу давления газов на дно гильзы, в результате чего произойдет её заклинивание в стволе. В случае превышения силы давления газов на дно гильзы над её прочностью на растяжение гильзу разорвет на части. Известны следующие способы уменьшения трения гильзы о поверхность патронника:
— смазывание патронов маслом перед выстрелом;
— снижение дульной энергии за счет уменьшения длины ствола;
— нанесение продольных канавок на поверхность патронника.

Первый способ неприемлем для современного автоматического оружия. Второй способ существенно снижает дистанцию стрельбы из оружия с полусвободным затвором. Третий способ характеризуется нестабильностью эффекта уменьшения трения гильзы в патроннике из-за прогрессирующего загрязнения канавок пороховым нагаром. В связи с этим в оружии с полусвободным затвором рекомендуется использовать новый способ уменьшения трения гильзы в патроннике – в заводских условиях наносить на поверхность гильзы антифрикционное покрытие на основе тефлона и графита. Подобное покрытие толщиной от одного до двух десятков микрон обладает большой стойкостью к механическому износу и высокой температуре, под действием давления пластифицирует поверхность патронника, доводя коэффициент трения до величины 0,02. Покрытие не загрязняет ствол — в случае нагрева свыше 300 градусов Цельсия продукты распада тефлона непосредственно переходят из твердого в газообразное состояние, графит сгорает в процессе выстрела. В перспективе возможно применение безгильзовых патронов и патронов с пластиковой гильзой по типу боеприпасов, испытываемых в рамках программы LSAT, без опасности их самовозгорания в стволе — осечный патрон будет гарантировано извлекаться из ствола за счет энергии вращающегося кривошипа.

Проект кривошипно-шатунного механизма перезаряжания.

Предлагается вниманию проект кривошипно-шатунного механизма перезаряжания, основанный на вышеназванных подходах к устранению недостатков известных конструкций. Весь механизм перезаряжания размещен в пределах ствольной коробки. Свободно вывешенный ствол установлен в муфте передней стенки ствольной коробки. По обе стороны от муфты ствола расположены две муфты меньшего диаметра для прохода толкателей, соединенных с рукоятками перезаряжания оружия. Ударно-спусковой механизм расположен на дне ствольной коробки. Горловина магазина и окно выброса стреляных гильз расположены соответственно в дне и крышке ствольной коробки. Схема механизма перезаряжания представлена на рисунке. В состав механизма перезаряжания входят два кривошипа, каждый из которых расположен внутри своего осевого шарнира. Осевые шарниры расположены симметрично в кольцевых выступах боковых стенок ствольной коробки. Кривошипы состоят из неподвижно закрепленных балансиров и съемных осей вращения шатунов. Шатуны, работающие на сжатие и изгиб, выполнены в виде балок Н-образного профиля, на концах которых размещены муфты осей вращения шатунов.

Конструкция затвора включает:
— зеркало затвора, расположенное на переднем торце затвора;
— канал ударника, выполненный в теле затвора;
— пружинный выбрасыватель, расположенный сверху затвора;
— несъемные полые оси вращения шатунов, расположенные на заднем выступе затвора по обе стороны от канала ударника;
— две пары продольных пазов, выполненных на боковых поверхностях затвора и контактирующих с направляющими ствольной коробки;
— съемные замки, соединяющие между собой затвор и толкатели.

Зеркало затвора в его крайнем переднем положении доходит до казенного среза ствола, в патроннике которого выполнен паз для входа выбрасывателя на глубину, равную величине выхода гильзы под действием давления газов. В полых осях вращения шатунов расположены пружины кручения, завитые в противоположных направлениях. Пружины кручения нагружают шатуны статическими крутящими моментами и обеспечивают синхронизацию вращения кривошипов в противоположных направлениях. На каждой из боковых стенок ствольной коробки расположены по два продольных выступа, служащие направляющими затвора. Между продольными выступами расположены две возвратные пружины, опирающиеся одним концом на замки и другим концом на кольцевые выступы ствольной коробки. Кривошипы вместе с осевыми шарнирами запрессовываются в кольцевые выступы ствольной коробки. Остальные детали механизма перезаряжания разбираются в следующем порядке. После снятия крышки ствольной коробки затвор отсоединяется от замков и отводится в среднее положение. Из кривошипов вынимаются съемные оси вращения шатунов, шатуны поднимаются вверх. Затвор выводится из направляющих, перемещается в полость между кривошипами и извлекается вместе с шатунами из ствольной коробки. Шатуны вместе с крутильными пружинами снимаются с осей вращения, расположенных на затворе. В завершение из ствольной коробки извлекаются возвратные пружины, замки и толкатели. Сборка деталей механизма перезаряжания осуществляется в обратном порядке.

Массо-габаритные характеристики механизма перезаряжания, предназначенного для применения в штурмовой винтовке под патрон калибра 5,56х45, оцениваются следующими величинами. Диаметр одного кривошипа по внутреннему кольцу осевого шарнира 80 мм, радиус вращения шатунов 30 мм, диаметр осей вращения шатунов 10 мм, длина шатунов 90 мм, длина затвора 40 мм, выбег затвора 60 мм, Общий вес 600 грамм. Вес одного кривошипа 200 грамм, в том числе вес балансира 100 грамм. Вес одного шатуна 50 грамм, вес затвора 100 грамм. Сила упругости одной возвратной пружины 1 кгс. Размеры ствольной коробки – длина 200 мм, ширина 40 мм, высота 100 мм. С целью обеспечения плотной посадки затвора в направляющих ствольной коробки и демпфирования скорости вращения кривошипа поверхности направляющих покрыты композитным материалом на основе полиамида и графита. Точка производства выстрелов отстоит на 2 градуса от верхней мертвой точки вращения кривошипа. Темп стрельбы оценивается на уровне 600 выстрелов в минуту. В случае размещения магазина вверху ствольной коробки по типу пистолета-пулемета FN P90 или штурмовой винтовки HK G11 возможна компоновка кривошипно-шатунного механизма перезаряжания непосредственно в прикладе оружия, выполненного по схеме буллпап.

Заключение

Применение кривошипно-шатунного механизма в конструкции пистолетов-пулеметов и штурмовых винтовок позволит:
— обеспечить однонаправленный вектор движения оружия в пределах одной очереди для уверенного удержания прицела в выбранном направлении;
— существенно упростить конструкцию индивидуального автоматического оружия за счет отказа от подвижного ствола или газового двигателя;
— расширить состав применяемых боеприпасов за счет безгильзовых патронов и патронов с пластиковой гильзой.

Автор статьи готов оказать консультационную помощь оружейным компаниям, заинтересованным в разработке автоматического оружия с кривошипно-шатунным механизмом перезаряжания.

Автор – Андрей Васильев. Статья была впервые размещена тут — http://www.dogswar.ru/armii-mira/vooryjenie/6250-avtomaticheskoe-oryj.html .

Адрес автора — [email protected]

Замена кривошипно-шатунного механизма

Изобретен новый механизм, заменяющий традицонный кривошип, используемый в ДВС (на фотографиях поэтапно представлены стадии вращения)Принцип действия безшатунного преобразователя возвратно-поступательного движения (БПД) основан на «использовании нелинейных характеристик движений и взаимодействия элементов преобразователя». Благодаря этому элементы механизма взаимодействуют непрерывно и синхронно. Результат —«высокая эффективность преобразования видов движения».

По словам изобретателя БПД, тестирование опытного экземпляра показало, что его эффективность на 50% превосходит кривошипно-шатунный механизм. Более того, при реальном производстве этот показатель может достичь 85%. Основное применение изобретения: в поршневых двигателях внутреннего сгорания всех типов вместо кривошипно-шатунного механизма (который не совершенствовался по существу более 100 лет). Использование БПД в ДВС даст огромную экономическую выгоду от экономии топлива + повышение мощности. Изобретатель предлагает сотрудничество для установления БПД в автомобилях, дизель-электростанциях, на судах и в двигателях винтовых самолетов.

Комментарий: Нам представляется, что это изобретение очень интересно. Конструкция легко преобразует линейное дискретное возвратно-поутупательное движение во вращательное, причем делает это способом более изящным, чем традиционный кривошипно-шатунный механизм. Из явственно просматриваемых недостатков — крайне невысокая механическая прочность. Площадь зацепления эллипсной шестерни с ведущей кареткой ограничена площадью одного-двух зубов на шестерне. При мощных взрывных усилиях на поршнях любого ДВС неизбежно рано или поздно «срезание» зубьев на ведомой шестерне, после чего система нуждается в капитальном ремонте — полной разборке с заменой шестерен. Почему традиционный коленвал используется уже более 100 лет, и будет использоваться дальше? Высокая механическая прочность, большая площадь контакта при передаче поступательного движения во вращение на наш взгляд являются более предпочтительными, из-за большей надежности, чем предложенная конструкция.Проверенная более чем вековой эксплуатацией система смазки и подшипников скольжения показала себя крайне надежной в эксплуатации, а такие явления, как разрыв коленвала исключительно редки. Поэтому мы полагаем, что предложенное изобретение непременно найдет свое применение, в частности , при моделировании и строительстве некоторых не особо мощных конструкций. Однако в традиционных ДВС предпочтение по-прежнему будет отдаваться старому коленвалу.

Добавить комментарий

Кривошипно-шатунный механизм — Обсуждение общих автомобильных тем

Кривошипно — шатунный механизм преобразует возвратно — поступательное движение поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя. На большинстве легковых автомобилей преимущественно используют четырехцилиндровые двигатели, хотя на той же «Оке» установлен двигатель, состоящий всего из двух цилиндров. Существуют и автомобили с шести-, восьми-и двенадцатицилиндровым двигателями. Многоцилиндровых двигатели легковых автомобилей имеют или обычное расположение цилиндров — в один ряд, или V-образное. В первом случае цилиндры расположены в одну линию, во втором — в два ряда с некоторым углом между ними.

В блоке цилиндров расположены поршни, шатуны и коленчатый вал, образующих шатунно-поршневую группу, а также другие системы двигателя. Блок цилиндров отливают из чугуна или (двигатели ВАЗ), или из алюминиевого сплава (двигатели АЗЛК, УАЗ, ЗМЗ). В нем предусмотрены литые и высверленные каналы и отверстия, а также места установки подшипников. На подшипниках в блоке цилиндров вращается коленчатый вал. Тем двойными стенками блока циркулирует охлаждающая жидкость, а по специальным каналам — масло. Внешнее оборудование двигателя также монтируется преимущественно на блоке цилиндров. Нижняя часть блока на-зывается картером и представляет собой поддон (резервуар) для масла.


Головка блока цилиндров закрепляется на блоке через металлоасбестовую прокладку, закрывая собой цилиндры сверху. В головке блока расположены камеры сгорания, клапаны и свечи зажигания, а также на большинстве двигателей легковых автомобилей — распределительный вал. В ней, как и в блоке цилиндров, предусмотрены каналы и полости для охлаждающей жидкости и масла. Головка крепится к блоку цилиндров с помощью резьбовых соединений, а сверху через прокладку закрывается штампованной крышкой.
Около 1000 оборотов в минуту осуществляет коленчатый вал двигателя на холостом ходу, то есть за секунду он осуществит около 16 полных оборотов. При движении автомобиля число оборотов возрастает от 2 до 5 раз, т.е. всего лишь за одну секунду коленчатый вал осуществит до 80 оборотов. А вы не забыли, что коленчатый вал связан с поршнями? Причем всего за пол-оборота вала поршень проделает весь путь в цилиндре сверху вниз или наоборот, а за полный оборот — о двух пробега, причем с полной остановкой в верхней и нижней мертвых точках и последующим изменением направления движения на противоположное. При этом поршни перемещаются в цилиндрах в условиях очень высоких температур и давления. Например, в двигателе ВАЗ-2106 за шесть минут работы на холостых оборотах каждый из четырех поршней проработает в его цилиндрах путь в 1 км. На повышенных оборотах этот километр поршень преодолеет за минуту. И это при том, что поршень в этом двигателе перемещается всего на 8 см.

Автор: Автомобильный Информационный Портал
Источник: АвтоОмск, N 39 (358) от 03.10.2005

Глава 5. Планарные соединения

Йи Чжан
с
Сьюзен Фингер
Стефанни Беренс

Содержание

5.1 Введение

5.1.1 Что такое механизмы связи?

Задумывались ли вы когда-нибудь, какой механизм вызывает появление ветрового стекла? стеклоочиститель на лобовом стекле автомобиля колебаться ( рис. 5-1а)? Механизм, показанный на рис. 5-1b, преобразует вращательное движение двигателя в колебательное стеклоочистителя.

Рисунок 5-1 Стеклоочиститель

Давайте сделаем простой механизм с аналогичным поведением. Возьми немного картона и сделайте четыре полоски, как показано на рисунке 5-2а.

Возьмите 4 штифта и соберите их, как показано на рисунке. 5-2б.

Теперь держите 6 дюймов. полоса, чтобы он не мог двигаться и поворачивать 3 дюйма полоска. Вы увидите, что 4in. полоса колеблется.

Рисунок 5-2 Четырехрычажный механизм своими руками

Четырехрычажная связь является самым простым и часто наиболее полезным механизмом. Как мы упоминали ранее, механизм, состоящий из твердых тел и младшие пары называется связью (Охота 78).В планарных механизмах существует только два вида нижние пары — оборотные пары и призматические пары.

Простейшая замкнутая связь — это четырехзвенниковая связь. четыре элемента, три подвижных звена, одно фиксированное звено и четыре штифта суставы. Связь, имеющая хотя бы одно фиксированное звено, является механизмом. Следующий пример четырехзвенной связи был создан в SimDesign в simdesign/fourbar.sim

.
Рисунок 5-3 Соединение с четырьмя стержнями в SimDesign

Этот механизм имеет три подвижных звена. Две ссылки закреплены на кадр, который не показан на этой картинке. В SimDesign ссылки могут быть прибиты к фону, тем самым превращая их в рамку.

Сколько степеней свободы у этого механизма? Если мы хотим, чтобы он был только один, мы можем наложить одно ограничение на связь, и она будет иметь определенное движение. Четырехзвенная связь самый простой и удобный механизм.

Напоминание: Механизм состоит из твердых тел и нижних пар называются связями (Hunt 78).В плоские механизмы бывают только двух видов нижних пар: поворотные пары и призматические пары.

5.1.2 Функции соединений

Функция рычажного механизма состоит в том, чтобы производить вращательные, колебательные, или возвратно-поступательное движение от вращения кривошипа или тисков наоборот (Ham и др. 58). Определенные более конкретно связи могут использоваться для преобразования:

  1. непрерывного вращения в непрерывное вращение с постоянной или переменное отношение угловых скоростей.
  2. Непрерывное вращение в колебательное или возвратно-поступательное движение (или реверс), с постоянным или переменным передаточным числом.
  3. Колебание в колебание или возвратно-поступательное движение в возвратно-поступательное движение, с постоянным или переменным отношением скоростей.

Связи выполняют множество различных функций, которые можно классифицировать в соответствии с основной целью механизма:

  • Генерация функции : относительное движение между звеньями соединенный с рамой,
  • Генерация пути : путь точки трассировки или
  • Генерация движения : движение соединительного звена.

5.2 Четырехрычажные механизмы

Одним из простейших примеров связи с ограничениями является четырехзвенный механизм . Различные полезные механизмы могут формироваться из четырехзвенного механизма с небольшими вариациями, такими как изменение характера пар, пропорций звеньев, и т. д. . Кроме того, многие механизмы сложных ссылок представляют собой комбинации двух или более таких механизмов. Большинство четырехзвенных механизмов относятся к одному из следующих двух классов:

  1. четырехзвенниковый рычажный механизм и
  2. Кривошипно-кривошипный механизм.
5.2.1 Примеры

Параллелограммный механизм

В параллелограммном четырехзвенном соединении ориентация муфты не меняется в процессе движения. На рисунке показан загрузчик. Очевидно, поведение поддержания параллелизма важно в погрузчик. Ковш не должен вращаться при подъеме и опускании. Соответствующий файл SimDesign — simdesign/loader.sim.

Рисунок 5-4 Механизм фронтального погрузчика

Кривошипно-ползунковый механизм

Четырехзвенный механизм имеет некоторые специальные конфигурации, созданные сделать одну или несколько ссылок бесконечной по длине.Кривошипная рукоятка (или кривошипно-ползунковый) механизм, показанный ниже, представляет собой четырехзвенниковую связь с ползунок, заменяющий бесконечно длинную выходную ссылку. Соответствующий Файл SimDesign — simdesign/slider.crank.sim.

Рисунок 5-5 Кривошипно-ползунковый механизм

Эта конфигурация переводит вращательное движение в поступательное. один. Большинство механизмов приводятся в движение двигателями, а кривошипы часто используется для преобразования вращательного движения в линейное движение.

Кривошип и поршень

Вы также можете использовать ползунок в качестве входной ссылки и рукоятку в качестве выходная ссылка.В этом случае механизм передает поступательное движение во вращательное движение. Поршни и кривошип во внутреннем двигатель внутреннего сгорания является примером механизма этого типа. То соответствующий файл SimDesign — simdesign/combustion.sim.

Рисунок 5-6 Кривошип и поршень

Вы можете задаться вопросом, почему слева есть еще один слайдер и ссылка. Этот механизм имеет две мертвые точки. Ползунок и ссылка слева помогите механизму преодолеть эти мертвые точки.

Устройство подачи блоков

Одним из интересных применений кривошипа является устройство подачи блоков. То Файл SimDesign можно найти в simdesign/block-feeder.sim

.
Рисунок 5-7 Устройство подачи блоков
5.2.2 Определения

В ряду планарных механизмов простейшая группа нижней пары механизмы четырехзвенные. A Четырехрычажный механизм состоит из четырех стержневых звеньев и четырех поворотных пар, как показано на рис. 5-8.

Рисунок 5-8 Четырехрычажный механизм

Звено напротив фрейма называется соединительное звено и звенья шарнирно прикреплены к раме называются боковыми ссылками .Ссылка, которую можно свободно вращать 360 градусов по отношению ко второму звену будет называться вращать относительно второго звена (не обязательно Рамка). Если возможно, чтобы все четыре бара стали одновременно выровнены, такое состояние называется точкой изменения .

Вот некоторые важные концепции механизмов ссылок:

  1. Кривошип : Боковая тяга, вращающаяся относительно рамы, называется кривошип .
  2. Кулиса : Любое звено , которое не вращается , называется коромыслом .
  3. Кривошипно-коромысловый механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если более короткая боковая тяга вращается, а другая качается ( т.е. , колеблется), он называется кривошипно-коромысловым механизмом .
  4. Двухкривошипный механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если оба боковые звенья вращаются, он называется двухкривошипным механизмом .
  5. Двойной кулисный механизм : В четырехзвенном рычажном механизме, если оба боковые звенья качаются, он называется двухрычажным механизмом .
5.2.3 Классификация

Перед классификацией четырехзвенников нам необходимо ввести некоторые основная номенклатура.

В связи с четырьмя стержнями мы ссылаемся на отрезок линий между петли на заданном звене в виде стержня , где:

  • с = длина кратчайшего стержня
  • l = длина самого длинного стержня
  • p, q = длина промежуточного стержня

Теорема Грасгофа утверждает, что четырехзвенный механизм имеет в не менее одно вращающееся звено, если

с + л

(5-1)

и все три мобильные ссылки будут качаться, если

с + л > р + q

(5-2)

Неравенство 5-1 есть критерий Грасгофа .

Все четырехзвенные механизмы попадают в одну из четырех категорий, перечисленных в Таблица 5-1:

Таблица 5-1 Классификация четырехрычажных механизмов
Чемодан л + верс. р + д Самый короткий стержень Тип
1 Рамка Двухкривошипный
2 Боковой Рукоятка коромысла
3 Муфта Двойной коромысло
4 = Любой Точка изменения
5 > Любой Двойной рокер

Из таблицы 5-1 видно, что для механизма, имеющего кривошип, сумма длин его самого короткого и самого длинного звеньев должна быть меньше или равной сумме длин двух других звеньев. Однако, это условие необходимое, но недостаточное. Механизмы удовлетворения это состояние подразделяется на следующие три категории:

  1. Если самая короткая ссылка является боковой, механизм представляет собой кривошипно-кулисный механизм. Кратчайший звено – это кривошип в механизме.
  2. Когда кратчайшая ссылка является рамкой механизм, механизм двухкривошипный.
  3. Когда самая короткая ссылка звено сцепки, механизм двухкоромысловый.
5.2.4 Угол передачи

На рисунке 5-11, если AB является входной ссылкой, сила, приложенная к выходному звену, CD , передается через соединительное звено BC . (То есть, нажав на ссылку CD накладывает силу на ссылку AB , которая передается по ссылке BC .) Для достаточно медленных движений (незначительные силы инерции), сила в соединительном звене чистая растяжение или сжатие (незначительное изгибающее действие) и направлено по г. до н.э. г. . При заданной силе в соединительном звене крутящий момент передается на выходной бар (около точки D ) максимальна, когда угол между соединительная шина BC и выходная шина CD имеют размер /2. Следовательно, угол BCD равен называется угол передачи .

(5-3)

Рисунок 5-11 Угол передачи
Когда угол передачи значительно отклоняется от /2, крутящий момент на выходном стержне уменьшается и может оказаться недостаточным для преодоления трения в система.По этой причине угол отклонения =|/2-| не должно быть слишком большим. В практике, нет определенного верхнего предела для , потому что существование силы инерции могут устранить нежелательные силовые соотношения которая присутствует в статических условиях. Тем не менее, следующие Критерий можно соблюдать.
5.2.5 Мертвая точка

Когда боковое звено, такое как AB на рис. 5-10, выравнивается с соединительным звеном BC , его можно только сжать или удлиняется муфтой. В этой конфигурации крутящий момент приложен к ссылка на другой стороне, CD , не может вызвать вращение в ссылке АБ . Поэтому говорят, что эта ссылка находится в мертвой точке (иногда называется точкой переключения ).

Рисунок 5-10 Мертвая точка

На рис. 5-11, если AB является кривошипом, он может быть выровнен с BC в полное выдвижение по линии AB 1 C 1 или в сгибание с AB 2 в сложенном виде Б 2 С 2 .Обозначим угол ADC через и угол DAB на . Мы используем индекс 1 для обозначают расширенное состояние и 2 для обозначения изогнутого состояния ссылок AB и BC . В расширенном состоянии ссылка CD не может вращать по часовой стрелке, не растягивая и не сжимая теоретически жесткая линия AC 1 . Поэтому ссылка CD не может перейти в запретную зону ниже C 1 D , и должен быть в одном из двух крайние положения; другими словами, ссылка CD находится в экстремуме. А второй экстремум звена CD приходится на = 1 .

Обратите внимание, что крайние положения бокового звена происходят одновременно с мертвыми точками противоположного звена.

В некоторых случаях мертвая точка может быть полезна для таких задач, как работа крепления (Рисунок 5-11).

Рисунок 5-11 Рабочее крепление

В других случаях мертвая точка должна быть и может быть преодолена с помощью момента инерции звеньев или с несимметричным развертыванием механизм (Рисунок 5-12).

Рисунок 5-12 Преодоление мертвой точки асимметричным развертывание (двигатель V)
5.2.6 Кривошипно-ползунковый механизм

Кривошипно-ползунковый механизм, широко известный в двигателей, является частным случаем кривошипа-коромысла механизм. Обратите внимание, что если качелька 3 на рис. 5-13а очень длинный, его можно заменить блоком, скользящим в криволинейной прорези или направляющей, как показано на рисунке. Если длина коромысла бесконечны, направляющая и блок больше не изогнутый. Скорее, они кажутся прямыми, как показано на рис. 5-13b, а связь принимает форму обычный кривошипно-кривошипный механизм .

Рисунок 5-13 Кривошипно-ползунковый механизм
5.2.7 Инверсия кривошипно-ползункового механизма

Инверсия — это термин, используемый в кинематике для обозначения разворота или взаимозаменяемость формы или функции применительно к кинематическим цепям и механизмам. Для например, взяв другую ссылку в качестве фиксированной, ползунковая рукоятка механизм, показанный на рис. 5-14а, можно инвертировать в механизмы, показанные на рис. 5-14b, c и d. Разные примеры можно найти в применении этих механизмов.Для например, механизм насосного устройства на рис. 5-15 такой же, как на рис. 5-14b.

Рисунок 5-14 Инверсии кривошипно-золотникового механизма
Рисунок 5-15 Насосное устройство

Имейте в виду, что инверсия механизма не меняет движения его звеньев относительно друг друга, но не изменяет их абсолютные движения.

Содержание
   Полное содержание
1 Физические принципы
2 Механизмы и простые машины
3 Подробнее о машинах и механизмах
4 Базовая кинематика жестких тел со связями
5 плоских соединений
5.1. Введение
5.1.1 Что такое механизмы связи?
5.1.2 Функции связей
5.2 Четырехрычажные механизмы
5.2.1 Примеры
5.2.2 Определения
5.2.3 Классификация
5.2.4 Угол передачи
5.2.5 Мертвая точка
5.2.6 Кривошипно-ползунковый механизм
5.2.7 Инверсия кривошипно-ползункового механизма
6 кулачков
7 передач
8 Другие механизмы
Индекс
Ссылки


[email protected] edu

Сделай сам | Andersen Windows

Общие условия установки перечислены ниже. Посетите полный глоссарий для получения дополнительной информации   

Крепление:  Окна/двери должны крепиться к элементу конструкции в черновом проеме. Тип крепежа и метод крепления зависят от ряда факторов, таких как тип окна/двери, конструкции, тип стены, тип конструкции, конструкционный анкерный материал, местоположение и глубина заделки крепежа.

Прошивка:  Окна/двери должны быть прошиты, чтобы интегрировать окно/дверь в дренажную плоскость. Обшивка должна быть нанесена галькой, чтобы направить воду наружу. Материалы для гидроизоляции могут быть прямыми или формуемыми самоклеящимися лентами или наноситься жидкостью. Система водного хозяйства может быть дренажной или барьерной.

Подготовка проема:  Размер проемов должен соответствовать размеру окна/двери и оставлять достаточно места для придания квадратной формы, подкладки, изоляции окна/двери или сборки; и любые дополнительные припуски, которые должны быть сделаны, включая укладку материала гидроизоляции, а также соединительные материалы и крепежные детали.

Герметизация:  Окна/двери должны быть герметизированы по отношению к дренажной плоскости и черновому отверстию. Опорный стержень используется для ограничения глубины герметика между оконной рамой и необработанным проемом, облицовкой или отделкой. Герметик используется для предотвращения проникновения воды и воздуха путем перекрытия зазора между необработанным проемом, оконной рамой и монтажным фланцем. Пена с низкой кратностью расширения также может использоваться для обеспечения герметичности между оконной/дверной рамой и грубым проемом.

Подкладка:  Окна/двери подгоняются, чтобы правильно отвесить, выровнять и выровнять окно/дверь в черновом проеме, а также отвести оконную раму от чернового подоконника.

Водостойкий барьер (обертка для дома):  Окна/двери должны быть интегрированы с водонепроницаемым барьером. Водонепроницаемые барьеры могут применяться до или после установки окон/дверей. Водонепроницаемые барьеры могут быть типа домашней обертки или жидкого нанесения.

Музыкальная шкатулка «Сделай сам» с песней на заказ. Сделай свою собственную песенную бумагу

Этот механизм на 20 или 30 банкнот работает с перфорированной бумажной полосой. Вы сможете настроить свою собственную песню с помощью прилагаемого перфоратора.Коробка издаст звук, когда вы вставите бумажную полоску в механизм, одновременно поворачивая ручку.

В комплект входит музыкальный механизм с выбранным вами количеством нот, 2 40-секундных полоски бумаги и металлический инструмент для легкого прокалывания бумаги. Этот продукт идеально подходит, если вы хотите сочинить свою собственную песню, в качестве подарка музыканту или человеку, который делает первые шаги в музыке.

♪ ♫♪ ♫ МУЗЫКАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ ♪ ♫♪ ♫

Механизм на 20 нот имеет следующую музыкальную гамму: C, D, E, F, G, A, B, C, D, E, F, G, А, Б, В, Г, Е, Ж, Г, А.

Механизм на 30 нот: C, D, G, A, B, C, D, E, F, F#, G, G#, A, A#, B, C, C#, D, D#, E, F , F#, G, G#, A, A#, B, C, D, E.

Механизм на пятую выше, чем ноты в полоске бумаги. Это не влияет на звук или качество, это просто информация.

ВОЗВРАТ И ОБМЕН

Я уверен, что вам понравится этот механизм музыкальной шкатулки, но если по какой-либо причине вы не полностью удовлетворены своей покупкой, вы можете вернуть ее мне в течение 7 дней с даты получения, и я произвести полный возврат средств или обменять товар на другой.Музыкальная шкатулка должна быть в том же состоянии, в котором вы ее получили, и в оригинальной упаковке.

ВРЕМЯ ДОСТАВКИ

Обычно я отправляю в течение 1-3 рабочих дней (с понедельника по пятницу) с момента получения вашего заказа и получения оплаты.

Заказы, сделанные из Испании, будут отправлены через Национальную почтовую службу. Доставка обычно занимает:

— В Европу: 2-6 рабочих дней.
— В США: 4-10 рабочих дней.
— Остальной мир: 1-3 недели.

Иногда это занимает больше времени из-за таможни (3-4 недели).Вы получите номер для отслеживания, как только я отправлю товар. Его доставят прямо на ваш адрес. Если вы не получили товар в течение этих дней, отследите его, спросите о товаре в ближайшем почтовом отделении или свяжитесь со мной.

Мощность педали

! Как собрать велосипедный генератор

Группа разработчиков медиаплатформ

Я увлекаюсь велоспортом, и когда погода плохая, я использую в своей квартире велотренажер.Но ехать в никуда всегда казалось бессмысленным. Это заставило меня задуматься о том, как я мог бы использовать педали для производства электроэнергии. Приводя генератор в движение задним колесом, я решил, что смогу включить лампу или зарядить телефон. На самом деле, это не сильно уменьшит мои счета за коммунальные услуги (или выбросы углекислого газа), но придаст моей езде в помещении смысл. Кроме того, мне было любопытно посмотреть, что включает в себя проект.

Чтобы пропустить немного вперед, я закончил тем, что оснастил свой велосипед 24-вольтовым электродвигателем мощностью 200 Вт, который я немного модифицировал, чтобы он вырабатывал электричество, а не выполнял механическую работу. Я использовал двигатель (теперь это генератор) для зарядки 12-вольтовой свинцово-кислотной батареи. И, наконец, я добавил инвертор для преобразования постоянного тока батареи в переменный ток, что необходимо для питания всего, что вы обычно подключаете к настенной розетке, и для накопления энергии, чтобы вы могли использовать приборы, даже когда не крутите педали.

Педаль для металла

Я нашел много деталей сборки в Instructables, онлайн-сообществе по обмену проектами, где пользователь saullopez52 сделал в основном то, что я имел в виду.Во время стажировки в образовательном стартапе в Лос-Анджелесе Сол Лопес разработал эту идею как способ внедрения проектов экологических технологий в школы. Он думал, что это будет недорогой и интересный способ дать студентам инженерный опыт. «Упражнения — это то, что сделало проект привлекательным», — говорит он. Кроме того, добавляет он, «мне нравится, что в проекте есть много возможностей для настройки».

Я так и сделал — настроил. Я нашел комбинированный велосипед с одной скоростью и фиксированной передачей, который хорошо работал благодаря его способности удерживать зубчатое колесо с обеих сторон заднего колеса.Цепь справа приводится в движение педалями, а добавленная цепь слева вращает двигатель. На стороне, приводимой в движение педалями, я использовал механизм свободного хода, который вращает колесо, когда я крутю педали, но позволяет ему продолжать вращаться вперед без движения цепи, когда я двигаюсь по инерции или крутлю педали назад. С левой стороны колеса я прикрепил фиксированную шестерню, которая вращается в направлении цепи, пока вращается колесо.

Чтобы велосипед оставался устойчивым, я выделил для этого проекта велотренажера.Преимущество коммерческих кроссовок в том, что вы можете легко отсоединить велосипед, если хотите отправиться на прогулку. Но вы также можете построить свой собственный стенд; вам просто нужна установка, которая позволяет задней оси свободно вращаться, слегка приподнимая заднее колесо над землей. Чтобы подготовить подставку для велосипеда к выработке энергии, я снял блок сопротивления, представляющий собой вращающийся металлический цилиндр, который трется о колесо, чтобы имитировать ощущение езды по асфальту. (Как только вы подключите двигатель, вы также почувствуете сопротивление при генерации тока, но на самом деле это не требует больших усилий.)

После того, как блок сопротивления исчез, осталось место для крепления деревянной доски, выступающей из задней части велосипеда, для крепления двигателя, аккумулятора и инвертора. Поскольку я использовал узкую доску (2 x 4), мне нужно было добавить перекладину для удержания электрооборудования. (Примечание: прежде чем что-либо прикреплять, вы должны измерить, насколько далеко цепь проходит от задней части велосипеда. Расположите двигатель так, чтобы цепь с левой стороны задней втулки проходила параллельно колесу, прямо назад к двигателю. Клиновой ремень нужно точно измерить, а с цепью можно добавлять и удалять звенья с помощью цепного инструмента. )

Вкрутив двигатель в центр перекладины, я расположил аккумулятор и инвертор по обеим сторонам в качестве противовесов друг другу. Это помогло держать штангу параллельно земле. Я закрепил их промышленной липучкой, которая выдержала бы, когда я передвигал это хитроумное изобретение, но позволила бы мне возиться с частями.

Прежде чем подключать какие-либо электрические компоненты, я проверил соединение между велосипедом и двигателем, чтобы убедиться, что педалирование действительно вращает вал двигателя.Вал двигателя, который я использовал, имеет небольшие канавки, и цепь хорошо держится. Если вы обнаружите, что двигатель отказывается вращаться, вы можете соединить шестерню с валом, гарантируя, что цепь будет иметь хорошее сцепление.

Группа разработчиков медиаплатформ

(Иллюстрация Фила Лафлина)

Переход на электричество

Двигатель предназначен для вращения, а не для вращения. Таким образом, при подключении к заряженному аккумулятору он будет потреблять энергию от аккумулятора, чтобы повернуть колесо велосипеда.Чтобы электричество не текло не в ту сторону, я вставил диод между мотором и батареей. Диод направляет ток только в одном направлении, от анода к катоду; в моей схеме анод был обращен к положительной клемме двигателя, а катод — к положительной клемме аккумулятора. Я обернул концы диода вокруг оголенного провода двигателя и измерительного провода с зажимом типа «крокодил», который крепится к аккумулятору, и изолировал соединения изолентой. Затем я подключил отрицательный провод двигателя напрямую к отрицательной клемме аккумулятора.

В идеале батарея должна быть заряжена выше 50 процентов, но, чтобы предотвратить ее коррозию, не продолжайте подавать на нее электричество после полной зарядки. Чтобы следить за этим, я подключил мультиметр к клеммам аккумулятора. Будьте осторожны, чтобы настроить мультиметр на правильное измерение — 12 вольт в диапазоне постоянного тока (однако, если это недоступно, выберите следующее число больше 12). Я пропустил настройку во время моей первой поездки, и мультиметр пошел дымом.

Я также использовал мультиметр, чтобы контролировать, насколько сильно мне нужно крутить педали.Для зарядки аккумулятора я хотел, чтобы генератор выдавал от 13 до 14,5 вольт. Не спуская глаз с мультиметра во время езды, я смог хорошо это почувствовать. (Оглядываясь назад, стоило бы купить регулятор напряжения, чтобы я мог крутить педали так сильно, как хотел, не подавая слишком много напряжения на батарею.)

Последним шагом было подключение проводов инвертора к аккумулятору. Выбирая инвертор, убедитесь, что он может выдержать ожидаемую максимальную пиковую нагрузку.(Нагрузки измеряются в ваттах, что является единицей мощности.) Поскольку я не планировал делать ничего более напряженного, чем включать 100-ваттную лампу, я купил инвертор, рассчитанный всего на 200 Вт.

Когда все было собрано, я крутил педали велосипеда, и ток хлынул. Еще лучше, если бы у меня было под рукой несколько аккумуляторов, заряд которых я контролировал ежемесячно, я мог бы накопить достаточно энергии для питания небольшой электроники во время отключения электроэнергии. И да, генератор действительно превращал катание на велосипеде в помещении в удовольствие. Однако через некоторое время в моей квартире стало довольно тесно, тем более что у меня уже было два других велосипеда.К счастью, он попался на глаза соседу, у которого было немного свободного места и который был рад взять это приспособление. И теперь, когда я хочу зарядить свой телефон во время тренировки, я знаю, куда идти.

Группа разработчиков медиаплатформ

Диод удерживает ток от двигателя к аккумулятору, а не наоборот, как обычно.

Группа разработчиков медиаплатформ

Вторая цепь на велосипеде проходит от задней шестерни назад, чтобы вращать двигатель.

Группа разработчиков медиаплатформ

Где механическая энергия становится электричеством, хранящимся в батарее.

Группа разработчиков медиаплатформ

Это электричество преобразуется из постоянного тока в переменный с помощью инвертора, поэтому он может питать обычные бытовые приборы.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Как сделать рукоятку двигателя

Реклама

Задача изготовления коленчатого вала никоим образом не выходит за рамки способностей среднего механика-любителя. Сравнительно простыми будут найдены следующие направления: Возьмите кусок стали толщиной 2 дюйма, шириной 5 дюймов и длиной, соответствующей цели. Тонкую пасту из меловой пыли и воды можно нанести на металл, и когда она высохнет, она станет отличной поверхностью для нанесения линий острым карандашом.Рукоятка может быть разложена на этой поверхности до точного требуемого размера. Строки, указанные в сопроводительном Рис. I.-Вырезание коленчатого вала. Чертеж A (рис. 1) можно резать с усилием sa I. Надрезы, идущие вдоль детали, могут быть лучше выполнены с помощью сверления, хотя два длинных пропила можно сделать с помощью ленточной пилы. Для облегчения операции сверления приспособление должно быть изготовлено из холоднокатаной стали толщиной 1/16 дюйма, шириной 2 дюйма и длиной около фута. Просверлите отверстия в этой части по идеально прямой линии.размещать мотыги как можно ближе друг к другу, не допуская ни одного реза в другой. Это приспособление не нужно закаливать, если только не нужно просверлить большое количество кривошипов. Деталь должна быть прикреплена к поверхности стальной пластины с помощью трех крепежных винтов. Теперь рабочий может приступить к сверлению, и если отверстия в приспособлении правильно расположены, сталь можно без особых проблем отделить после сверления. После того, как кривошип грубо вырезан таким образом, его можно отцентрировать по концам и обточить на токарном станке.Инструмент следует затачивать консервной банкой· Рис. 2.-Обработка шатунной шейки. боковой скос и предназначен для вырезания глубокой, но тонкой стружки, снимая почти весь угол при первом резе. Эта процедура избавит от сильного стука. Коленчатый вал следует сначала обработать в черновом режиме, оставив достаточно припуска для чистовой обработки. Для поворота шатунной шейки изготовьте фланец формы, обозначенной буквой В (рис. 2), с двумя ушками на внешнем конце, как показано на букве D. Механическая обработка этой отливки проста. Он заключается в подтачивании фланца и его растачивании для установки коленчатого вала.Фланец зажат +’ лицевая пластина и болт в точке C действуют как шарнир, так что регулировку вверх или вниз можно обеспечить, слегка постукивая по детали молотком. Затем ремни надежно закрепляются болтами. Боковая регулировка достигается с помощью двух установочных винтов, обозначенных буквой E. Еще два установочных винта будут надежно удерживать вал в шейке фланца. Противовес F может быть прикреплен ремнями или болтами к лицевой пластине.

Эта статья была первоначально опубликована под названием «Как сделать кривошип двигателя» в журнале Scientific American 105, 13, 276 (сентябрь 1911 г.)

doi:10. 1038/scientificamerican09231911-276a

ОБ АВТОРЕ(АХ)

Недавние статьи Альберта Ф. Бишопа

Читать дальше

В магазине

Scientific American

52 9006 Newsletter 90905 Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Поддержите научную журналистику

Откройте для себя науку, которая изменит мир. Изучите наш цифровой архив с 1845 года, включая статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.

Подпишитесь прямо сейчас!

Собираем простой ручной фонарик

Мы уже многое узнали о белых светодиодах и их высокой эффективности при энергопотреблении.Мы также видели, как эти выдающиеся устройства можно использовать для украшения наших домов или освещения наших домов во время сбоев в подаче электроэнергии за счет резервного питания от батарей в течение долгих часов. Белые светодиоды не только энергоэффективны, но и способны излучать свет высокой интенсивности при номинальном уровне напряжения. Эта особая особенность делает их по-настоящему универсальными, так как теперь их можно освещать с помощью маломощных и обычных источников питания, таких как кнопочные элементы или с помощью моторных кривошипных механизмов.

В этой статье мы обсуждаем простой механизм светодиодного освещения с ручным приводом, способный зажечь один белый светодиод до максимальной яркости.Этот фонарик с ручным приводом включает в себя шаговый двигатель с редуктором и встроенную электронную схему; вместе система способна генерировать устойчивое освещение через подключенный белый светодиод. Этот источник энергии является непрерывным, возобновляемым и постоянным.

Перейдем к подробностям функционирования устройства.

Механизм механического светодиодного фонарика

В генераторе используется шаговый двигатель и подпружиненный кривошипно-шатунный механизм. При нажатии кнопки кривошипа соединенный зубчатый вал и механизм зубчатого колеса, интегрированный с шаговым двигателем, заставляет его вращаться с полным импульсом (против часовой стрелки), а отпускание кнопки заставляет вал двигаться вверх за счет отдачи пружины.Это втягивание вала вверх снова заставляет двигатель вращаться, но на этот раз по часовой стрелке, и цикл совершает возвратно-поступательное движение, пока поршень проворачивается под действием внешней силы (в данном случае рукой человека). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели способны генерировать огромные наведенные напряжения даже при номинальных скоростях, что делает их отличным выбором для данного приложения. Указанный двигатель должен легко генерировать около 12 вольт даже при обычных скоростях вращения.

Вращение внутренней обмотки двигателя между магнитами вызывает разность потенциалов на его обмотках, образуя поток электричества.Однако, поскольку вращение двигателя двунаправленное, это означает, что генерируемое электричество будет менять свою полярность каждый раз, когда его вращение меняется. Это правда; на самом деле генерируемый ток представляет собой переменный ток, который необходимо преобразовать в постоянный перед подачей на светодиод.

Две сети мостовых выпрямителей, сконфигурированные с соответствующими обмотками двигателя, заботятся об этом и преобразуют генерируемый переменный ток в постоянный, который дополнительно сглаживается соседними конденсаторами. Конденсаторы также функционируют как накопители, так что даже во время прерывистого запуска светодиод продолжает светиться с максимальной интенсивностью, извлекая накопленную энергию из конденсатора.

IC 7805 гарантирует, что светодиод получает контролируемое напряжение 5 вольт и остается защищенным от внезапных скачков напряжения.

Необходимые детали

Вся система может быть заключена в пластиковый корпус, как показано на рисунке рядом.

Дополнительная батарея также может быть встроена, если необходима непрерывная работа светодиода.

Для сборки этого генератора потребуются следующие детали:

Любой шаговый двигатель с парой обмоток более 50 Ом (сопротивление постоянному току) каждая.

Токоограничивающий резистор – 47 Ом, ¼ Вт, 5 %, CFR,

Диоды 1N4007 – 8 шт.

Конденсатор 2200 мкФ/10 В – 2 шт.

IC 7805 = 1 шт.

Белый светодиод высокой эффективности 5 мм – 1 шт.

Детали кривошипно-шатунного механизма, как показано на схеме,

Небольшая часть обычной печатной платы,

Корпус, как показано на схеме.

3 лучших зонта и подставки для патио 2022 года

Наш выбор

Зонт Treasure Garden Market Алюминиевый наклоняемый зонт с кнопкой

Этот надежный зонт более эффективно противостоит солнцу и ветру, чем более дешевые модели, и, вероятно, прослужит в четыре раза дольше. Он поставляется в десятках комбинаций цветов и отделки.

Варианты покупки

*На момент публикации цена составляла 220 долларов США.

Когда мы спрашивали ландшафтных дизайнеров и специалистов по садовой мебели, какие зонты они рекомендуют, они снова и снова называли нас Садом Сокровищ. Долговечность отличает хороший зонт для патио от отличного, а алюминиевый зонт Market шириной 9 футов с кнопкой наклона должен прослужить дольше, чем любой другой зонт в нашей тестовой группе.Это особенно верно, если вы выберете ткань Sunbrella, которую наши эксперты рекомендуют за ее устойчивость к внешним воздействиям. Другой вариант ткани, O’bravia, стоит примерно на 100 долларов меньше и по-прежнему является хорошим вариантом, но он не такой прочный и устойчивый к выцветанию, как Sunbrella. Помимо предложения ткани Sunbrella, бренд Treasure Garden предлагает самые разнообразные варианты стиля, которые мы когда-либо видели, включая десятки цветов и рисунков, редкие двойные вентиляционные отверстия и выбор моделей с наклоном кнопки или рукоятки. Конфигурация быстрой доставки, которую мы предлагаем для нашего зонтичного кирки, предлагает наилучшее соотношение цены и качества в линейке Treasure Garden, включая только необходимые функции, чтобы сделать ее функциональной, например, систему наклона с помощью кнопки и систему подъема с рукояткой, и исключая дополнительные функции, которые поднимают вверх. Цена.На раму с кнопочным наклоном распространяется годовая гарантия; На обе ткани распространяется большая гарантия: гарантия на ткань Sunbrella не выцветает в течение пяти лет, а на ткань O’bravia — четыре года.

Также отлично подходит

Если наш основной выбор отсутствует на складе или вы ищете менее дорогой вариант, рассмотрите 10-футовый алюминиевый зонт для патио Hampton Bay с автоматическим наклоном от Home Depot. Эта модель открывалась и закрывалась более плавно, чем другие протестированные нами зонты аналогичной стоимости.Он также поставляется в стандартной комплектации с автоматическим поворотным механизмом наклона купола — функция обновления, за которую вам придется платить больше с нашим лучшим выбором. Навес сделан из ткани Olefin, которая не так устойчива к атмосферным воздействиям или выцветанию, как Sunbrella, но все же известна своей долговечностью и стойкостью цвета. Зонт поставляется с двухлетней ограниченной гарантией от Home Depot, где он является эксклюзивным (Hampton Bay — собственный бренд компании).

Budget pick

Sunnyglade 9′ Зонт для патио

Зонт Sunnyglade — доступный вариант, который выполняет свою работу.

Варианты покупки

*На момент публикации цена составляла 50 долларов США.

Не всем нужен зонт, который прослужит несколько лет на ветру, в дождь и на солнце. Если вы ищете легкий и удобный вариант для использования в течение нескольких сезонов на заднем дворе или на балконе квартиры, наш бюджетный выбор — зонт для патио Sunnyglade 9′. Навес трудно испачкать и легко чистить, а весь зонт легко помещается в прилагаемый многоразовый пластиковый чехол для удобного хранения. На этот зонт не распространяется гарантия, но мы думаем, что за такую ​​цену это не такая уж и плохая игра.

Наш выбор

Статья Основание для зонта Paima (55 фунтов)

Это компактное бетонное основание обтекаемой формы, прочное, приятное в установке и перемещении, с гладкими краями, большими ручками и двумя винтами для дополнительной безопасности.

Варианты покупки

*На момент публикации цена составляла 80 долларов США.

Статья Основание для зонта Paima представляет собой гладкий, прочный диск из формованного бетона с закругленными краями, который не зацепится, а его литые поручни делают подъем и маневрирование 55-фунтового веса более интуитивно понятным и приятным, чем другие основания, которые мы тестировали. .Основание, представляющее собой гладкую смесь бетона, песка и камня, имеет легкую текстуру и легко моется. Две винтовые ручки в шейке основания закрепят стойку зонта на месте после того, как вы ее вставите. По сравнению с другими рыночными подставками для зонтов этого класса веса и материала (бетон и сталь), подставка Paima находится в нижней части ценового диапазона, а качество и внимание к деталям устраняют общие проблемы, с которыми мы сталкивались при использовании более дорогих подставок. .

Выбор для модернизации

Основание для зонта Abba Patio Round Steel Market — самое ненавязчивое и элегантное основание из протестированных нами.Это один тяжелый, но тонкий диск из стали с порошковым покрытием, который занимает минимум места для ног, если используется под столом. Простота конструкции означает, что со временем она меньше ломается. И, как и наш лучший выбор, в этой базе используются две винтовые ручки, а не одна, чтобы удерживать зонт на месте. Хотя это кажется небольшой деталью, ручки были самыми большими и гладкими из всех протестированных нами оснований, что сделало крепление зонта проще и приятнее. Тем не менее, это, безусловно, самая дорогая база, которую мы тестировали в весовой категории 50 фунтов; вы платите за прочный стальной диск и эстетику больше, чем за функциональность (вам все равно придется закрыть зонт, если вы используете базу без стола). Но для некоторых людей эстетическое обновление и более низкий профиль могут того стоить.

Также отлично подходит

Основание для зонта на колесиках Shademobile

Основание на колесиках стоит своей цены, если вы хотите иметь возможность легко перемещать свой зонт в течение дня для создания оптимальной тени.

Варианты покупки

*На момент публикации цена составляла 0 долларов США.

Подставка для зонтика на колесиках Shademobile необычна среди подставок из-за своей способности катиться и поворачиваться по гладкой палубе или внутреннему дворику — важная особенность для тех, кто недостаточно силен, чтобы легко поднимать 50 фунтов или более.Практичная, серьезная пластиковая основа из смолы поставляется пустой и весит всего около 20 фунтов, что также упрощает ее переноску перед отправкой на место. Вы заполняете объем кирпичами, песком или комбинацией того и другого для чрезвычайно стабилизирующего максимального веса в 125 фунтов; этот вес намного превышает то, что требуется для любого из наших зонтов, но приятно иметь возможность более тяжелого основания, если вы живете в ветреной местности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.