Кривошипно-шатунный механизм — Википедия. Что такое Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

• Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
• Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

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.

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).

[1] Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип.^[2]

Уравнения движения поршня

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):

ω=2π⋅RPM60{\displaystyle \omega ={\frac {2\pi \cdot \mathrm {RPM} }{60}}}

Отношения в треугольнике

Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.
Из теоремы косинусов следует, что:

l2=r2+x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}=r^{2}+x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}

Уравнения по отношению к угловому положению кривошипа (Угловая область)

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):

l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}

l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2[(cos2⁡A+sin2⁡A)−1]{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}[(\cos ^{2}A+\sin ^{2}A)-1]}

l2−r2+r2−r2sin2⁡A=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2cos2⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}+r^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}\cos ^{2}A}

l2−r2sin2⁡A=(x−r⋅cos⁡A)2{\displaystyle l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=(x-r\cdot \cos A)^{2}}

x−r⋅cos⁡A=l2−r2sin2⁡A{\displaystyle x-r\cdot \cos A={\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}

x=rcos⁡A+l2−(rsin⁡A)2{\displaystyle x=r\cos A+{\sqrt {l^{2}-(r\sin A)^{2}}}}

Скорость

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

x′=dxdA=−rsin⁡A+(12).(−2).r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A=−rsin⁡A−r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x’&=&{\frac {dx}{dA}}\\&=&-r\sin A+{\frac {({\frac {1}{2}}).(-2).r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\\&=&-r\sin A-{\frac {r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\end{array}}}

Ускорение

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

x″=d2xdA2=−rcos⁡A−r2cos2⁡Al2−r2sin2⁡A−−r2sin2⁡Al2−r2sin2⁡A−r2sin⁡Acos⁡A.(−12)⋅(−2).r2sin⁡Acos⁡A(l2−r2sin2⁡A)3=−rcos⁡A−r2(cos2⁡A−sin2⁡A)l2−r2sin2⁡A−r4sin2⁡Acos2⁡A(l2−r2sin2⁡A)3{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x»&=&{\frac {d^{2}x}{dA^{2}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}\cos ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {-r^{2}\sin ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{2}\sin A\cos A.(-{\frac {1}{2}})\cdot (-2).r^{2}\sin A\cos A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}(\cos ^{2}A-\sin ^{2}A)}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{4}\sin ^{2}A\cos ^{2}A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\end{array}}}

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: [дюймы] для положения, [дюймы/рад] для скорости, [дюймы/рад²] для ускорения.
Единицами горизонтальных осей является угол поворота кривошипа в [градусах].

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

Анимация движения поршня с различными радиусами кривошипа

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.

См. также

Другие способы преобразования вращательного движения в прямолинейное

Здесь была возможность смены Хойкена.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), «A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications», Journal of Roman Archaeology, 20, pp. 138—163
2. ↑ Schiöler, 2009

Литература

• Schiöler, Thorkild (2009), «Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle», Helvetia Archaeologica Т. 40 (159/160): 113–124 

Ссылки

Что такое КШМ?, что такое кшм?, устройство кшм

Каждый автомобилист знает, что машина состоит из различных систем и агрегатов, каждый из которых важен, каждый из которых играет свою роль. Если один из них выйдет из строя, то полностью правильно автомобиль работать не будет, и это легко заметить по появлению различных стуков, запахов, увеличившемуся объёму используемого автомобилем топлива и т.д.

Что такое КШМ?

КШМ — кривошипно-шатунный механизм, благодаря которому происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня, расположенного в цилиндре. Движение преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала мотора. Иначе говоря, КШМ осуществляет рабочий процесс двигателя.

В различных двигателях автомобилей КШМ могут отличаться. Так, в некоторых моторах используются однорядные КШМ – в них поршни перемещаются вертикально. В некоторых двигателях перемещение поршней происходит под углом – это двухрядные КШМ, которые обычно используются в V-образных двигателях. Кроме того, одно- или двухрядные КШМ, где поршни перемещаются горизонтально, применяются тогда, когда габаритные размеры мотора ограничены по высоте.

Устройство КШМ

В состав данного механизма входят поршни с гильзами цилиндров, шатуны с коленчатым валом, маховик с блоком цилиндров и картером. Блок цилиндров, а также картер с головкой цилиндров – так называемая неподвижная группа КШМ. А вот маховик с коленчатым валом, шатунами, поршнями, поршневыми кольцами и поршневыми пальцами являются подвижными частями механизма.

Одной из важнейших деталей двигателя, а также частью КШМ, является блок цилиндров – именно к нему крепятся другие механизмы и детали двигателя. Изготавливают блоки из чугуна или же сплава алюминия. Блок цилиндров закрывается головкой цилиндра, причём в некоторых автомобилях имеется одна головка, а в других – их две. Количество головок цилиндров зависит от типа двигателя, установленного в автомобиле. Именно в головке блока цилиндров расположены специальные отверстия, предназначенные для свечей зажигания, в них же находятся камеры сгорания. В двигателях с непосредственным впрыском в головках располагается ещё и отверстие для форсунок. Чтобы камеры сгорания охлаждались, вокруг них создают специальные рубашки. Для прикрепления головки цилиндров к блоку используются болты. Также между головкой и блоком находится металлоасбестовая прокладка, благодаря применению которой обеспечивается герметичность соединения.

К головке блока цилиндров прикрепляют корпус подшипников – это делается с помощью шпилек. К ней же крепится и распределительный вал. Всё это закрывает стальная штампованная крышка, у которой имеется горловина, предназначенная для заливки масла в мотор. Чтобы между головкой и крышкой не было течи масла, между ними располагают уплотняющую прокладку. Наконец, к головке с правой стороны прикрепляют впускной и выпускной трубопроводы.

Для изготовления поршня используются алюминиевые сплавы, при этом он состоит из головки и юбки. Поршневая головка может иметь различные формы, в частности она может быть плоской, вогнутой или выпуклой. В ней нарезаны специальные канавки – это сделано для того, чтобы могли свободно разместиться поршневые кольца. Отметим, что сейчас в автомобилях применяются либо малосъёмные кольца, либо компрессионные. Отличие компрессионных колец заключается в том, что они не позволяют газам прорваться в картер мотора. Маслосъёмные кольца известны тем, что благодаря им удаляются излишки масла, которое оседает на стенки цилиндра.

КШМ — это… Что такое КШМ?

КШМ — кривошипно шатунный механизм КШМ командно штабная машина Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений… …   Словарь сокращений и аббревиатур

КШМ — командно штабная машина …   Словарь сокращений русского языка

КШМ «Ладога» — КШМ «Ладога»  командно штабная машина «Ладога». Экспериментальный тяжелый бронетранспортёр с набором командно штабного оборудования, созданный на основе ОБТ Т 80 в СКБ «Трансмаш» в 1982 году. Машина предназначена для организации штаба и… …   Википедия

КШМ «Ладога» — Командно штабная машина Ладога Эксперементальный тяжелый бронетранспортер с набором командно штабного оборудования созданная на основе ОБТ Т 80 в СКБ Трансмаш в 1982. Предназначена для организации штаба и перевозки коммандного состава в условиях… …   Википедия

Командно-штабная машина (КШМ) — машина на колёсной пли гусеничной базе, оснащённая аппаратурой для управления вой оками на поле боя. В КШМ устанавливается несколько радиостанций, оборудуются рабочие места дтя командира (начальника штаба) и операторов …   Словарь военных терминов

Словесные названия российского оружия

— …   Википедия

Р-142 — Р 142  командно штабная машина (КШМ) тактического звена управления (батальон/полк) сухопутных войск. КШМ Р 142 с куз …   Википедия

ГАЗ-2330 «Тигр» — У этого термина существуют и другие значения, см. Тигр (значения). СПМ 2 «Тигр» ГАЗ 233036 …   Википедия

Р-145БМ — …   Википедия

Командно-штабная машина — У этого термина существуют и другие значения, см. КШМ. Командно штабная машина (КШМ)  боевая машина на бронетанковой или автомобильной базе, которая предназначена для обеспечения радиосвязи и управления в тактическом звене сухопутных войск.… …   Википедия

КШМ — это… Что такое КШМ?

КШМ — кривошипно шатунный механизм КШМ командно штабная машина Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений… …   Словарь сокращений и аббревиатур

КШМ — командно штабная машина …   Словарь сокращений русского языка

КШМ «Ладога» — КШМ «Ладога»  командно штабная машина «Ладога». Экспериментальный тяжелый бронетранспортёр с набором командно штабного оборудования, созданный на основе ОБТ Т 80 в СКБ «Трансмаш» в 1982 году. Машина предназначена для организации штаба и… …   Википедия

КШМ «Ладога» — Командно штабная машина Ладога Эксперементальный тяжелый бронетранспортер с набором командно штабного оборудования созданная на основе ОБТ Т 80 в СКБ Трансмаш в 1982. Предназначена для организации штаба и перевозки коммандного состава в условиях… …   Википедия

Командно-штабная машина (КШМ) — машина на колёсной пли гусеничной базе, оснащённая аппаратурой для управления вой оками на поле боя. В КШМ устанавливается несколько радиостанций, оборудуются рабочие места дтя командира (начальника штаба) и операторов …   Словарь военных терминов

Словесные названия российского оружия — …   Википедия

Р-142 — Р 142  командно штабная машина (КШМ) тактического звена управления (батальон/полк) сухопутных войск. КШМ Р 142 с куз …   Википедия

ГАЗ-2330 «Тигр» — У этого термина существуют и другие значения, см. Тигр (значения). СПМ 2 «Тигр» ГАЗ 233036 …   Википедия

Р-145БМ — …   Википедия

Командно-штабная машина — У этого термина существуют и другие значения, см. КШМ. Командно штабная машина (КШМ)  боевая машина на бронетанковой или автомобильной базе, которая предназначена для обеспечения радиосвязи и управления в тактическом звене сухопутных войск.… …   Википедия

КШМ — это… Что такое КШМ?

КШМ — кривошипно шатунный механизм КШМ командно штабная машина Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений… …   Словарь сокращений и аббревиатур

КШМ — командно штабная машина …   Словарь сокращений русского языка

КШМ «Ладога» — КШМ «Ладога»  командно штабная машина «Ладога». Экспериментальный тяжелый бронетранспортёр с набором командно штабного оборудования, созданный на основе ОБТ Т 80 в СКБ «Трансмаш» в 1982 году. Машина предназначена для организации штаба и… …   Википедия

КШМ «Ладога» — Командно штабная машина Ладога Эксперементальный тяжелый бронетранспортер с набором командно штабного оборудования созданная на основе ОБТ Т 80 в СКБ Трансмаш в 1982. Предназначена для организации штаба и перевозки коммандного состава в условиях… …   Википедия

Командно-штабная машина (КШМ) — машина на колёсной пли гусеничной базе, оснащённая аппаратурой для управления вой оками на поле боя. В КШМ устанавливается несколько радиостанций, оборудуются рабочие места дтя командира (начальника штаба) и операторов …   Словарь военных терминов

Словесные названия российского оружия — …   Википедия

Р-142 — Р 142  командно штабная машина (КШМ) тактического звена управления (батальон/полк) сухопутных войск. КШМ Р 142 с куз …   Википедия

ГАЗ-2330 «Тигр» — У этого термина существуют и другие значения, см. Тигр (значения). СПМ 2 «Тигр» ГАЗ 233036 …   Википедия

Р-145БМ — …   Википедия

Командно-штабная машина — У этого термина существуют и другие значения, см. КШМ. Командно штабная машина (КШМ)  боевая машина на бронетанковой или автомобильной базе, которая предназначена для обеспечения радиосвязи и управления в тактическом звене сухопутных войск.… …   Википедия

КШМ — это… Что такое КШМ?

КШМ — кривошипно шатунный механизм КШМ командно штабная машина Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений… …   Словарь сокращений и аббревиатур

КШМ — командно штабная машина …   Словарь сокращений русского языка

КШМ «Ладога» — КШМ «Ладога»  командно штабная машина «Ладога». Экспериментальный тяжелый бронетранспортёр с набором командно штабного оборудования, созданный на основе ОБТ Т 80 в СКБ «Трансмаш» в 1982 году. Машина предназначена для организации штаба и… …   Википедия

КШМ «Ладога» — Командно штабная машина Ладога Эксперементальный тяжелый бронетранспортер с набором командно штабного оборудования созданная на основе ОБТ Т 80 в СКБ Трансмаш в 1982. Предназначена для организации штаба и перевозки коммандного состава в условиях… …   Википедия

Командно-штабная машина (КШМ) — машина на колёсной пли гусеничной базе, оснащённая аппаратурой для управления вой оками на поле боя. В КШМ устанавливается несколько радиостанций, оборудуются рабочие места дтя командира (начальника штаба) и операторов …   Словарь военных терминов

Словесные названия российского оружия — …   Википедия

Р-142 — Р 142  командно штабная машина (КШМ) тактического звена управления (батальон/полк) сухопутных войск. КШМ Р 142 с куз …   Википедия

ГАЗ-2330 «Тигр» — У этого термина существуют и другие значения, см. Тигр (значения). СПМ 2 «Тигр» ГАЗ 233036 …   Википедия

Р-145БМ — …   Википедия

Командно-штабная машина — У этого термина существуют и другие значения, см. КШМ. Командно штабная машина (КШМ)  боевая машина на бронетанковой или автомобильной базе, которая предназначена для обеспечения радиосвязи и управления в тактическом звене сухопутных войск.… …   Википедия