Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Чем ограничивается осевое перемещение коленчатого вала двигателей


Осевое перемещение - коленчатый вал

Осевое перемещение - коленчатый вал

Cтраница 2

Нагрев клапанной коробки в процессе работы компрессора не должен превышать температуры 180 С. Допускаемое осевое перемещение коленчатого вала после сборки компрессора должно быть в пределах: 0 415 - 1 185 мм. Диаметр нагнетающего трубопровода должен быть в пределах 37 мм.  [16]

Как показывают результаты тензомет-рирования, эти напряжения достигают 20 - 30 % напряжений сжатия. Эксцентричное приложение нагрузки, когда продольные оси поршня н стержня шатуна не совпадают, объясняется осевым перемещением коленчатого вала относительно упорного подшипника .  [17]

Частота его зависит от частоты вращения коленчатого вала. Если осевое перемещение коленчатого вала значительно больше нормы, стук приобретает резкий тон с неравномерными промежутками, особенно замет ными при плавном увеличении или снижении частоты вращения вала.  [18]

Винтовое уплотнение сочетается с центробежным, которое выполняется буртом а. При вращении вала масло отбрасывается центробежной силой на кромку бурта и стекает в картер. Одновременно бурт ограничивает осевое перемещение коленчатого вала.  [20]

Смазка к десятому коренному подшипнику подводится через радиальные отверстия в шейке из внутренней полости вала, куда мавло поступает через радиальные отверстия в шейке девятого коренного подшипника. Металлическое кольцо 12, через которое проходит стержень / /, предохраняет стержень от вибрации. Бурты Е и Ж служат ограничителями осевого перемещения коленчатого вала. На кольцо 15 со сферической поверхностью опирается якорь тягового генератора.  [21]

Ниже укрупненно рассмотрен порядок сборки и испытания двигателя ЗИЛ-130. Перед сборкой блок цилиндров комплектуют крышками коренных подшипников, втулками распределительного вала, краниками системы охлаждения, заглушками масляной системы. Блок цилиндров укрепляют на поворотном стенде разъемной плоскостью картера вверх; снимают крышки коренных подшипников, устанавливают вкладыши, сальник и резиновые торцовые уплотнители крышки заднего подшипника, смазывают вкладыши коренных подшипников, устанавливают коленчатый вал в сборе с маховиком, сцеплением, шестерней и упорными шайбами, ставят крышки подшипников и укрепляют их болтами. Проверяют щупом осевой зазор при осевом перемещении коленчатого вала. Зазор измеряют между шестерней коленчатого вала и передней шайбой упорного подшипника. Он должен быть в пределах 0 075 - 0 285 мм.  [22]

Стальные вкладыши подшипников коленчатого вала заливаются свинцовистой бронзой. Рабочим поверхностям вкладышей при расточке придается специальная форма. Для лучшей приработки они покрываются слоем сплава олова и свинца толщиной в несколько микрометров. Оба вкладыша фиксируются от проворачивания и осевого смещения штифтами. Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается упорным подшипником, состоящим из двух пар стальных полуколец с заливкой из свинцовистой бронзы, расположенных в выточках на корпусе седьмого коренного подшипника.  [23]

В крышке устанавливается штуцер 2 ( рис. 24, а) для подвода масла к подшипнику. В подвесных подшипниках ( рис. 25, б) крышки ( подвески) делают более массивными. Подвески изготовляют литыми или коваными и крепят их к картеру с помощью шпилек или болтов. Один из коренных подшипников, обычно расположенный ближе к маховику, делают упорным. Он ограничивает осевые перемещения коленчат

Осевой двигатель - Википедия

Осевые двигатели (иногда называемые -цилиндровые или Z-кривошипные двигатели ) представляют собой тип поршневого двигателя с поршнями, расположенными вокруг выходного вала, оси которых параллельны валу. Ствол относится к цилиндрической форме группы цилиндров (результат того, что поршни распределены равномерно вокруг центрального коленчатого вала и выровнены параллельно оси коленчатого вала), в то время как Z-кривошип ссылается на форму коленчатого вала.

Основным преимуществом осевой конструкции является то, что цилиндры расположены параллельно вокруг выходного / коленчатого вала в отличие от радиальных и рядных двигателей, причем оба типа имеют цилиндры под прямым углом к ​​валу. В результате это очень компактный цилиндрический двигатель, позволяющий изменять степень сжатия двигателя во время работы. В двигателе с наклонной шайбой поршневые штоки остаются параллельными валу, и боковые силы поршня, вызывающие чрезмерный износ, можно устранить почти полностью.Подшипник малого конца традиционного шатуна, один из самых проблемных подшипников в традиционном двигателе, исключен.

Альтернативная конструкция, кулачковый двигатель Rand, заменяет пластину одной или несколькими синусоидальными кулачковыми поверхностями. Лопасти, установленные параллельно валу, установленному внутри цилиндрического «цилиндра», который может свободно скользить вверх и вниз, приводят в движение извилистый кулачок, сегменты которого образованы ротором, стенками статора и лопатками, образующими камеры сгорания. В действительности эти пространства служат той же цели, что и цилиндры осевого двигателя, а поверхность извилистого кулачка действует как поверхность поршней.В другом отношении эта форма следует обычным циклам внутреннего сгорания, но с горящим газом, непосредственно создающим силу на поверхности кулачка, преобразуемой во вращательную силу посредством синхронизации одной или нескольких детонаций. Такая конструкция исключает множественные поршни, шаровые шарниры и наклонную плиту обычного «бочкообразного» двигателя, но в решающей степени зависит от эффективного уплотнения, обеспечиваемого скользящими и вращающимися поверхностями. [1]

В любой форме осевой или «бочкообразный» двигатель может быть получен как с кулачковым двигателем или с наклонной пластиной или с двигателем с качающейся пластиной .

(Вибрирующая пластина аналогична наклонной пластине в том, что поршни последовательно нажимают на пластину, создавая боковой момент, который переводится во вращательное движение. Это движение можно смоделировать, поместив компакт-диск на шарикоподшипник в его центре и прижимается в прогрессивных местах по его окружности. Разница в том, что пока качающаяся пластина вращается, наклонная пластина вращается. [1] )

Хотя осевые двигатели сложно реализовать на типичных рабочих оборотах двигателя, некоторые кулачковые двигатели были протестированы с чрезвычайно компактными размерами (приблизительно 150-миллиметровым кубом) и производительностью около сорока лошадиных сил при 7000 об / мин, что полезно для легкие воздушные применения.Привлекательность легких и механически простых (гораздо меньше основных движущихся частей, в виде ротора плюс двенадцать осевых лопастей, образующих двадцать четыре камеры сгорания), даже с ограниченным сроком службы, имеет очевидное применение для небольших беспилотных летательных аппаратов. (Как утверждается, такая конструкция была опробована на NEFAIR PSEF в 2003 году.)

История [править]

Macomber [редактировать]

Swashplate анимация. Обратите внимание, что наклонный диск прикреплен к валу, поэтому он вращается вместе с ним.

В 1911 году компания Macomber Rotary Engine из Лос-Анджелеса выпустила на рынок один из первых осевых двигателей внутреннего сгорания, изготовленный компанией Avis Engine Company из Олстона, штат Массачусетс. Четырехтактный агрегат с воздушным охлаждением, он имел семь цилиндров и переменную степень сжатия, измененную путем изменения угла качающейся пластины и, следовательно, длины хода поршня. [2] Он был назван «роторным двигателем», потому что весь двигатель вращался отдельно от торцевых кожухов.

Зажигание было обеспечено магнитом Bosch, непосредственно приводимым в действие от кулачковых шестерен.Затем ток высокого напряжения подавался на неподвижный электрод на корпусе переднего подшипника, от которого искры прыгали на свечи зажигания в головках цилиндров, когда они проходили в пределах 1/16 дюйма (1,5 мм) от него. Согласно литературе Макомбера, он «гарантированно не перегрелся».

Было заявлено, что двигатель способен работать со скоростью от 150 до 1500 об / мин. При нормальной скорости 1000 об / мин он развивает 50 л.с. Он весил 230 фунтов (100 кг) и имел длину 28 дюймов (710 мм) и диаметр 19 дюймов (480 мм).

Авиатор-пионер Чарльз Фрэнсис Уолш управлял самолетом, оснащенным двигателем Macomber, в мае 1911 года «Уолш Сильвер Дартс». [3]

Statax [редактировать]

В 1913 году компания Statax-Motor из Цюриха, Швейцария, представила конструкцию двигателя с наклонной шайбой. Был изготовлен только один прототип, который в настоящее время хранится в Музее науки в Лондоне. В 1914 году компания переехала в Лондон, чтобы стать компанией Statax Engine Company, и планировала представить серию роторных двигателей; 3 цилиндра мощностью 10 л.с., 5 цилиндров мощностью 40 л.с., 7 цилиндров мощностью 80 л.с. и 10 цилиндров мощностью 100 л.с. [4]

Похоже, когда-либо производилась только конструкция мощностью 40 л.с., которая была установлена ​​в Каудроне G.II для британского Воздушного Дерби 1914 года, но была отозвана перед полетом. Хансен представил полностью алюминиевую версию этой конструкции в 1922 году, но не ясно, производили ли они ее в каком-либо количестве. В 1929 году немецкое подразделение Statax представило значительно улучшенные версии, производящие 42 л.с. в новой версии с манжетным клапаном, известной как 29B . Гринвуд и Рэймонд из Сан-Франциско приобрели патентные права для США, Канады и Японии и планировали 5-цилиндровый двигатель мощностью 100 л.с. и 9-цилиндровый двигатель мощностью 350 л.с.

Michell [редактировать]

В 1917 году Энтони Мичелл получил патенты на конструкцию двигателя с наклонной шайбой. Его уникальной особенностью было средство передачи нагрузки от поршней на наклонную пластину, что достигается с помощью наклонных накладок тапочек, скользящих по масляной пленке. Еще одним нововведением Мичелла стал его математический анализ механической конструкции, включая массу и движение компонентов, так что его двигатели находились в идеальном динамическом равновесии на всех скоростях.

В 1920 году Michell основала компанию Crankless Engines в Фицрое (Австралия) и произвела рабочие прототипы насосов, компрессоров, автомобильных двигателей и авиационных двигателей, основанных на одной базовой конструкции. [5]

Дизайнер двигателя Фил Ирвинг работал в компании Crankless Engine до того, как начал работать в HRD.

Ряд компаний получили производственную лицензию на дизайн Michell. Самым успешным из них была британская компания Waller and Son, которая производила газовые ускорители. [6]

Самым большим коленчатым двигателем Michell был XB-4070, дизельный авиационный двигатель, созданный для ВМС США. [ цитирование необходимо ] Состоящий из 18 поршней, он был рассчитан на 2000 лошадиных сил и весил 2150 фунтов.

Джон О. Альмен [править]

Экспериментальные цилиндрические двигатели для использования в самолетах были построены и испытаны американцем Джоном О. Алменом из Сиэтла, штат Вашингтон, в начале 1920-х годов, а к середине 1920-х годов с водяным охлаждением Almen A-4 (18 цилиндров, две группы из девяти). каждая из которых проходила в горизонтальном направлении) прошла приемочные испытания военного авиационного корпуса армии США. Однако он так и не был запущен в производство, как сообщается, из-за ограниченных средств и растущего внимания ВВС к радиальным двигателям с воздушным охлаждением.А-4 имел намного меньшую лобовую площадь, чем двигатели с водяным охлаждением, сопоставимой выходной мощности, и, таким образом, предлагал лучшие возможности оптимизации. Его мощность составляла 425 лошадиных сил (317 кВт), а его вес составлял всего 749 фунтов (340 кг), что обеспечивало соотношение мощности и веса лучше, чем 1: 2, что было значительным достижением в то время. [7]

Ираклион Альфаро [править]

Ираклион Альфаро Фурнье был испанским летчиком, который в возрасте 18 лет был посвящен в рыцари испанским королем Альфонсо XIII за проектирование, строительство и управление первым испанским самолетом. [8] Он разработал цилиндрический двигатель для самолетов, который позже был выпущен индийской компанией по производству мотоциклов как Alfaro . Это был прекрасный пример конструкции «положить во все», поскольку она включала систему клапанов с втулкой на основе вращающейся головки цилиндров, конструкцию, которая никогда не поступала в производство ни на одном двигателе. Позже он был доработан для использования в вертолете Doman Стивеном Дюпоном, сыном президента Индийской мотоциклетной компании, который был одним из студентов Альфаро в Массачусетском технологическом институте. [9]

Бристоль [править]

Бристольский осевой двигатель середины 1930-х годов был разработан Чарльзом Бенджамином Редрупом для Бристольской трамвайной и вагонной компании; это был 7-литровый 9-цилиндровый двигатель с качающейся пластиной. Первоначально он был задуман как блок питания для автобусов, возможно, потому, что его компактный формат позволил бы установить его под полом автомобиля. Двигатель имел один поворотный клапан для управления впуском и впуском. Несколько вариантов были использованы в автобусах Бристоля в конце 1930-х годов, двигатель проходил через несколько версий от RR1 до RR4, которые имели мощность 145 л.с. при 2900 об / мин.Разработка была остановлена ​​в 1936 году после смены руководства в компании Bristol. [10]

Wooler [редактировать]

Пожалуй, самым изысканным дизайном был британский двигатель с качающимися пластинами Wooler 1947 года. Этот 6-цилиндровый двигатель был разработан Джоном Вулером, более известным как конструктор мотоциклетных двигателей, для использования в авиации. Он был аналогичен осевому двигателю Бристоля, но имел две качающиеся пластины, приводимые в движение 12 противоположными поршнями в 6 цилиндрах. Двигатель часто неправильно называют двигателем перекоса. [11] Один пример хранится в Галерее самолетов Музея науки в Лондоне.

H.L.F. Треберт [править]

Некоторые маленькие цилиндровые двигатели были произведены H.L.F. Trebert Engine Works из Рочестера, Нью-Йорк, для морского использования.

Сегодняшний день [править]

Dyna-Cam [редактировать]

Двигатель Dyna-Cam изначально был создан по проекту братьев Блейзеров, двух американских инженеров из автомобильной промышленности эпохи латуни, которые работали в Studebaker в 1916 году.Они продали права Карлу Херрманну (Karl Herrmann), главному инженеру Studebaker, который разрабатывал эту концепцию на протяжении многих лет, в конечном итоге получив патент США 2237989 в 1941 году. [12] У него 6 двусторонних поршней, работающих в 6 цилиндрах, и его 12 камеры сгорания запускаются при каждом обороте приводного вала. Поршни приводят в движение синусоидальный кулачок, в отличие от наклонной или качающейся пластины, отсюда и его название.

В 1961 году, в возрасте 80 лет, Херрманн продал права одному из своих сотрудников, Эдварду Палмеру, который создал Dyna-Cam Engine Corp.вместе с сыном Денисом. Сын Эдварда Деннис и дочь Пэт помогли установить двигатель в самолете Piper Arrow. Двигатель эксплуатировался в течение 700 часов с 1987 по 1991 год. Их самый долговечный двигатель работал около 4000 часов до капитального ремонта. Dyna-Cam открыла центр исследований и разработок в 1993 году и получила множество различных наград от НАСА, ВМС США, Корпуса морской пехоты США, Калифорнийской энергетической комиссии, округа управления качеством воздуха, [уточнение , ], и Лос-Анджелеса. Региональный технологический альянс для разных вариаций одного и того же двигателя Dyna-Cam.Около 40 прототипов двигателей были построены группой Herrmann, а еще 25 - группой Dyna-Cam, поскольку они приобрели двигатель и открыли свой магазин. Новый патент был предоставлен Деннису Палмеру и Эдварду Палмеру, сначала в 1985 году, а затем еще несколько около 2000 года Денису Палмеру. В 2003 году активы корпорации Dyna-Cam Engine были приобретены корпорацией Aero-Marine, которая изменила свое название на Axial Vector Engine Corporation. [13] Axial Vector, затем полностью переделал кулачковый двигатель.Новый двигатель Axial Vector, как и многие другие в этом списке, страдает от проблемы «положить во все», включая пьезоэлектрические клапаны и зажигание, керамические гильзы цилиндров без поршневых колец и множество других дополнительных функций. Он мало похож на оригинальные двигатели Herrmann и Dyna-Cam, так как в двигателе Dyna-Cam использовались обычные клапаны, поршневые кольца, аксессуары, не было непроверенных керамических материалов, и он фактически летал на самолете, а также приводил в действие 20-футовый (6,1 м). ) Лыжный катер "Элиминатор" более четырех лет.

FairDiesel [редактировать]

Великобритания, компания FairDiesel Limited разрабатывает двухтактные дизельные двигатели с оппозитным поршнем и цилиндрами, в которых используются несинусоидальные кулачки, для промышленного применения и авиации. Их конструкции двигателей варьируются от 2-цилиндровых, с отверстием 80 мм до 32-цилиндровых, с отверстием 160 мм. [14]

Герцог Двигатели [править]

Новозеландская компания Duke Engines, основанная в 1993 году, создала несколько различных двигателей и установила один в автомобиле в 1999 году. Двигатель работает на 5-цилиндровой 3-литровой четырехтактной платформе двигателя внутреннего сгорания с уникальным осевым расположением. его третье поколение.Благодаря бесклапанной конструкции двигатель Duke теряет меньше энергии между рабочими ходами. [15] Современные прототипы двигателей Duke утверждают, что они соответствуют характеристикам обычных двигателей внутреннего сгорания, но с меньшим количеством деталей и на 30% легче. Это идет в направлении разработки более эффективного двигателя. Утверждается, что эта конструкция для двигателей может быть идеальной для мотоциклов в будущем. [16] Во время разработки герцог прошел испытания в MAHLE Powertrain в Великобритании и США; результаты испытаний доступны с этим, также имеющим мультитопливные способности. [17]

Цилиндрический энергетический модуль [править]

Цилиндрический энергетический модуль (CEM) представляет собой синусоидальный двигатель с наклонной пластиной, который также может использоваться в качестве автономного насоса, работающего от внешнего источника. Вращающийся узел ротора наклонной пластины перемещается вперед и назад с помощью поршневых приводных штифтов, которые следуют за неподвижной синусоидальной кулачковой дорожкой, которая окружает узел ротора. [ цитирование необходимо ]

приложений [править]

См. Также [править]

  1. ^ Селф, Дуглас. Уриэли, доктор Исраэль (2007-12-02). «Конфигурации двигателя Стирлинга». Получено 2008-07-07.

Список литературы [править]

  • McLanahan, J. Craig (1998-09-28). «Бочковые авиационные двигатели - историческая аномалия или остановленная инновация?». Всемирный авиационный конгресс и выставка, сентябрь 1998 г. . Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International.
  • Маккатчон, Кимбл Д. "Бочковый двигатель Almen A-4" (PDF). Авиационный двигатель исторического общества.Архивировано из оригинального (PDF) 2008-08-20. Получено 2008-06-29.

Внешние ссылки [редактировать]

,

Коленчатый вал - Википедия

Линейно-поворотный преобразователь движения

Коленчатый вал (показан красным), поршни с шатунами (серый), цилиндры (синий) и маховик (черный) для рядного двигателя

Коленчатый вал представляет собой вращающийся вал, который (вместе с шатунами) преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение. Коленчатые валы обычно используются в двигателях внутреннего сгорания и состоят из ряда коленчатых валов и шатунов, к которым прикреплены шатуны. [1]

Коленчатый вал вращается внутри блока двигателя с помощью главных подшипников, а шатуны вращаются внутри шатунов с помощью подшипников. Коленчатые валы обычно изготавливаются из металла, при этом большинство современных коленчатых валов изготавливаются из кованой стали.

История [править]

Западный Мир [править]

Классическая Античность [править]
Римский коленчатый вал датируется 2 веком нашей эры. Правая ручка потеряна. [2]

Римский железный коленвал еще неизвестного назначения, датируемый 2-м веке нашей эры, был раскопан в Августе-Раурике, Швейцария.Кусок длиной 82,5 см был прикреплен к одному концу бронзовой ручкой длиной 15 см, а другая ручка потеряна. [3] [2]

Римская лесопилка Hierapolis с 3-го века нашей эры, самая ранняя из известных машин для совмещения кривошипа с шатуном. [4]

Самое раннее свидетельство о заводной рукоятке и шатуне в машине появляется на позднеримском лесопильном заводе Иераполис с 3-го века нашей эры и на двух римских каменных лесопильных заводах в Герасе, Римская Сирия, и Эфесе, Малая Азия (оба в 6-м веке нашей эры). [4] На фронтоне мельницы Хиераполис показано водяное колесо, питаемое обоймой мельницы, которое передает мощность через зубчатую передачу на две каркасные пилы, которые режут прямоугольные блоки с помощью какого-либо рода соединительных стержней и по механической необходимости , чудики. Сопровождающая надпись на греческом языке. [5]

Кривошипно-шатунные механизмы двух других археологически аттестованных лесопильных заводов работали без зубчатой ​​передачи. [6] [7] В древней литературе мы находим упоминание о работе мраморных пил с водяным приводом вблизи Трира, ныне Германии, поэта конца IV века Авсония; [4] примерно в то же время, эти типы мельниц, кажется, также указаны христианским святым Григорием Нисским из Анатолии, демонстрируя диверсифицированное использование гидроэнергии во многих частях Римской империи. [8] Три находки отодвигают дату изобретения коленчатого вала и шатуна назад на целое тысячелетие; [4] впервые все основные компоненты гораздо более позднего парового двигателя были собраны в одной технологической культуре:

С помощью кривошипно-шатунной системы, всех элементов для создания парового двигателя (изобретен в 1712 году) - Aeolipile Героя (для генерации пара), цилиндр и поршень (в металлических насосах), обратные клапаны (в водяных насосах ), шестерни (на водяных мельницах и часах) - были известны еще в римские времена. [9]

средневековье [править]

Итальянский врач Гвидо да Виджевано (ок. 1280-1349), планируя новый крестовый поход, сделал иллюстрации для байдарки и военных экипажей, которые приводились в движение вручную поворачиваемыми составными кривошипами и шестернями (в центре изображения). [10] Псалтырь Латтрелла, датируемый приблизительно 1340 годом, описывает точильный камень, вращаемый двумя рукоятками, по одному на каждом конце своей оси; ручная мельница с редуктором, работавшая с одной или двумя рукоятками, появилась позже в 15 веке; [11]

Ренессанс [править]
Байдарочная лодка 15-го века, чьи весла поворачиваются коленчатыми валами с одним ходом (Anonymous of Hussite Wars)

Первые изображения составной рукоятки в скобе плотника появляются между 1420 и 1430 годами в различных произведениях северной Европы. [12] Быстрое принятие составного кривошипа можно проследить в работах Анонима Гуситских войн, неизвестного немецкого инженера, пишущего о состоянии военной техники своего времени: во-первых, шатун, примененный чтобы коленчатые рычаги появились вновь, во-вторых, двойные составные кривошипы также стали оснащаться шатунами, и в-третьих, для этих кривошипов использовался маховик, чтобы преодолеть «мертвую точку». [13]

В «Ренессанс Италии» самое раннее свидетельство составного шатуна и шатуна можно найти в книгах эскизов Такколы, но это устройство до сих пор неправильно истолковано механически. [13] Немного позже Пизанелло изобразил поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и управляемый двумя простыми кривошипами и двумя шатунами. [13]

На одном из рисунков «Анонима о гуситских войнах» изображена лодка с парой гребных колес на каждом конце, повернутая людьми, управляющими сложными рукоятками (см. Выше). Эта концепция была значительно улучшена итальянцем Роберто Вальтурио в 1463 году, который разработал лодку с пятью наборами, в которой все параллельные кривошипы соединены одним источником питания одним шатуном, [14] . его соотечественник Франческо ди Джорджио. [15]

Коленчатые валы были также описаны Конрадом Кизером (ум. 1405), Леонардо да Винчи (1452–1519) [16] и голландским «фермером» по имени Корнелис Корнелисзон ван Уитгест в 1592 году. Его ветряная лесопилка использовала коленчатый вал для преобразования кругового движения ветряной мельницы в движение вперед и назад, приводящее в действие пилу. Корнелизон получил патент на свой коленвал в 1597 году.

Начиная с 16-го века, свидетельство того, что шатуны и шатуны интегрированы в конструкцию машины, становится все более распространенным в технологических трактатах того периода. Только в «Агрессино Рамелли» года «Разнообразные и искусственные машины » 1588 года представлено восемнадцать примеров, число которых растет в Theatrum Machinarum Novum Георга Андреаса Беклера на 45 различных машин, одну треть от общего числа. [17]

Средний и Дальний Восток [править]

Аль-Джазари (1136–1206) описал кривошипно-шатунную систему во вращающейся машине в двух своих водоподъемных машинах. [16] Его двухцилиндровый насос включал коленчатый вал, [18] , но устройство было излишне сложным, что указывало на то, что он все еще не полностью понимал концепцию преобразования мощности. [19] В Китае потенциал кривошипа преобразования кругового движения во взаимное, кажется, никогда не был полностью реализован, и кривошип обычно отсутствовал на таких машинах до начала 20-го века. [20]

Поршни (сверху), шатуны (посередине) и коленчатый вал (снизу) для поршневого двигателя Схема работы коленвала, шатуна и поршня

Коленчатый вал поддерживается блоком двигателя, а главные подшипники двигателя позволяют коленчатому валу вращаться внутри блока. Движение вверх-вниз каждого поршня передается на коленчатый вал через шатуны. Маховик часто прикрепляется к одному концу коленчатого вала, чтобы накапливать энергию вращения и поддерживать более постоянную скорость вращения, поскольку коленчатый вал получает энергию от шатунов в виде серии импульсов.Это помогает сгладить подачу мощности и часто в сочетании с демпфером Harmonic, прикрепленным к другому концу коленчатого вала, снижает крутильную вибрацию.

Коленчатый вал подвергается огромным нагрузкам, в некоторых случаях более 8,6 тонны (19 000 фунтов) на цилиндр. [21] Коленчатые валы для одноцилиндровых двигателей обычно проще, чем для двигателей с несколькими цилиндрами.

Коленчатые валы могут быть либо цельными поковками, либо спрессованы из отдельных отдельных коленчатых валов, валов и штифтов, иногда называемых «встроенным коленчатым валом».В большинстве автомобильных применений (четырехтактные двигатели) цельная ковка используется в сочетании с подшипниками скольжения / корпуса, которые опираются на постоянную подачу моторного масла под давлением. Это масло под давлением заполняет зазор между подшипниками и шейками коленчатого вала и создает тонкий гидродинамический слой масла, который «всплывает» между металлическими поверхностями, поэтому при вращении деталей не происходит контакта металла с металлом. Эта масляная пленка обладает очень низким трением и, пока поддерживается давление масла, может легко справляться с силами, создаваемыми ускорением поршня, замедлением, разворотом и поворотом шатунов.

Двухтактные двигатели используют герметичный картер как часть впуска свежего топлива / воздуха в цилиндр. Это исключает использование маслосборных подшипников скольжения и коленчатого вала. Вместо этого используются шариковые и игольчатые роликовые подшипники качения, а коленчатый вал состоит из нескольких частей, спрессованных вместе с помощью цельных шатунов, а не из 2-х частей шатуна, которые встречаются повсеместно в четырехтактном двигателе с подшипниками скольжения. Смазка двухтактного коленчатого вала осуществляется маслом, смешанным с топливом, либо в топливном баке (предварительная смесь), либо через отдельную систему смазки, которая подает масло в картер для смешивания с топливом в зависимости от оборотов и нагрузки.В то время как в основном используются в двухтактных двигателях (от бензопил до больших многоцилиндровых лодочных моторов), в некоторых старых 4-тактных двигателях (в основном, мотоциклах) используются встроенные роликовые коленчатые валы.

Подшипники [править]

Коленчатый вал может вращаться в блоке цилиндров благодаря основным подшипникам. Поскольку коленчатый вал подвергается большим боковым усилиям со стороны каждого цилиндра, подшипники расположены в разных точках вдоль коленчатого вала, а не только по одной на каждом конце. Это было фактором в двигателях V8, заменяющих прямые восемь двигателей в 1950-х.Длинные коленчатые валы последнего страдали от недопустимого прогиба, когда разработчики двигателей начали использовать более высокие коэффициенты сжатия и более высокие обороты двигателя (об / мин). По этой причине двигатели с высокими эксплуатационными характеристиками часто имеют больше главных подшипников, чем их собратья с более низкими рабочими характеристиками.

Перекрестная плоскость против плоской плоскости [править]

Большинство серийных двигателей V8 используют кривошипы, разнесенные на 90 °, что называется конфигурацией «кросс-плоскость» (например, двигатель Ford Modular и двигатель General Motors LS).Вместо этого в некоторых высокопроизводительных двигателях V8 (таких как Ferrari 355) используется коленчатый вал с «плоской плоскостью» с размахами, отстоящими друг от друга на 180 °, в результате чего два рядных двигателя работают в одном картере.

Плоские двигатели обычно способны развивать обороты выше, однако они имеют большую вибрацию. Плоские коленчатые валы использовались на нескольких ранних двигателях V8. Смотрите основную статью о коленчатых валах кроссплана.

Баланс двигателя [править]

Для некоторых двигателей необходимо предусмотреть противовесы для возвратно-поступательной массы каждого поршня и шатуна для улучшения баланса двигателя.Они, как правило, отливаются как часть коленчатого вала, но иногда представляют собой детали с болтовым креплением.

В 1916 году Hudson Motor Car Company начала производство первых двигателей, в которых использовались сбалансированные коленчатые валы, что позволило двигателю работать на более высоких скоростях (об / мин), чем современные двигатели.

Летающие руки [править]

Коленчатый вал с летающими рукоятками (бумеранг в виде звена между шатунами)

В некоторых двигателях коленчатый вал содержит прямые соединения между соседними шатунами без обычного промежуточного основного подшипника.Эти ссылки называются летающими руками . [22] (pp16, 41) Такое расположение иногда используется в двигателях V6 и V8, поскольку оно позволяет проектировать двигатель с разными углами V, чем то, что в противном случае потребовалось бы для создания равномерного интервала зажигания, при этом все еще использование меньшего количества главных подшипников, чем обычно требуется при использовании одного поршня на каждый кривошип. Такое расположение уменьшает вес и длину двигателя за счет уменьшения жесткости коленчатого вала.

Ход поршня [править]

Расстояние от оси коленчатого вала до оси коленчатого вала определяет длину хода двигателя.

Большинство современных автомобильных двигателей классифицируются как «квадратные» или короткие, где рабочий ход меньше диаметра отверстия цилиндра. Распространенным способом увеличения крутящего момента двигателя при низких оборотах является увеличение хода, иногда называемого «поглаживанием» двигателя. Традиционно компромиссом для двигателя с длинным ходом было снижение мощности и увеличение вибрации при высоких оборотах.

Противовесы [править]

Некоторые коленчатые валы с высокими эксплуатационными характеристиками также используют противовесы из тяжелых металлов, чтобы сделать коленчатый вал более компактным.В качестве тяжелого металла чаще всего используется вольфрамовый сплав, но также используется обедненный уран. Более дешевый вариант - использовать свинец, но по сравнению с вольфрамом его плотность значительно ниже.

Коленчатые валы с противовращением [править]

В обычной конструкции поршневых двигателей каждый шатун прикреплен к одному коленчатому валу, причем угол шатуна изменяется при движении поршня по ходу. Это изменение угла приводит к боковым силам на поршнях, толкающих поршни к стенке цилиндра.Эта боковая сила вызывает дополнительное трение между поршнем и стенкой цилиндра [23] и может вызвать дополнительный износ стенки цилиндра.

Чтобы избежать этих боковых сил, каждый поршень может быть соединен с двумя коленчатыми валами, которые вращаются в противоположных направлениях, что нейтрализует боковые силы. Такое расположение также снижает потребность в противовесах, уменьшая массу коленчатого вала. Одним из первых примеров расположения коленчатого вала, вращающегося в противоположных направлениях, являются плоские сдвоенные двигатели 1900-1904 гг.

Full Crank против Half Crank [править]

В небольших одноцилиндровых двигателях для снижения стоимости и веса один из подшипников коленчатого вала иногда не используется. Полная конструкция кривошипа считается более плавной и длится дольше. [24]

Строительство [править]

Ковка, литье и механическая обработка [править]

Наиболее распространенными методами строительства коленчатых валов являются ковка (обычно с помощью ковки) или литье. Большинство коленвалов выполнены за одно целое; однако, некоторые меньшие и большие двигатели используют коленчатые валы, собранные из нескольких частей.

Недавно [ когда? ] , ковка стала наиболее распространенным методом изготовления коленчатых валов благодаря их меньшему весу, более компактным размерам и лучшему демпфированию. В случае кованых коленчатых валов в основном используются ванадиевые микролегированные стали, поскольку эти стали могут охлаждаться на воздухе после достижения высокой прочности без дополнительной термической обработки (за исключением поверхностного упрочнения опорных шеек). Низкое содержание сплава также делает материал более дешевым, чем высоколегированные стали.

Литье (с использованием чугуна) сегодня в основном используется для коленчатых валов в более дешевых двигателях с более низкой производительностью.

Коленчатые валы также могут быть изготовлены из стальной заготовки. Эти коленчатые валы имеют тенденцию быть дорогими из-за большого количества материала, который должен быть удален с помощью токарных и фрезерных станков, высокой стоимости материала и необходимой дополнительной термообработки. Поскольку не требуется дорогостоящая оснастка, этот метод производства в основном используется для двигателей малого объема. В обработанных коленчатых валах поток волокон (локальные неоднородности материала, вызванные процессом литья) не соответствует форме коленчатого вала, однако это редко является проблемой, поскольку в обработанных коленчатых валах часто используются стали более высокого качества, чем кованые коленчатые валы.

Усталостная прочность [править]

Чтобы повысить усталостную прочность, на концах каждого основного и кривошипного подшипника часто катят радиус. Радиус сам по себе уменьшает напряжение в этих критических областях, но поскольку радиус в большинстве случаев катится, это также оставляет некоторое остаточное напряжение сжатия на поверхности, что предотвращает образование трещин.

Микрообработка - это процесс шлифования, обеспечивающий гладкую поверхность металлического предмета, который также используется для предотвращения образования трещин от усталостного напряжения.

Опорные поверхности [править]

Большинство серийных коленчатых валов используют индукционную закалку для поверхностей подшипников. Некоторые высокопроизводительные коленчатые валы, в частности заготовные коленчатые валы, используют вместо этого азотирование. Для коленчатых валов, которые работают на роликовых подшипниках, использование карбюризации имеет тенденцию быть предпочтительным из-за высоких контактных напряжений в таких ситуациях.

См. Также [править]

Wikimedia Commons имеет СМИ, относящиеся к Коленчатый вал . a b c d Ritti, Grewe & Kessener 2007, p. 161 ошибка harvnb: нет цели: CITEREFRittiGreweKessener2007 (помощь):

Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение системы кривошипов и шатунов пришлось пересмотреть с 13 по 6 век; теперь рельеф Иераполиса возвращает его еще на три столетия, что подтверждает, что каменные мельницы с водяным приводом использовались, когда Авсоний написал свою Мозеллу. White, Jr. 1962, p. 104 Ошибка harvnb: нет цели: CITEREFWhite, _Jr.1962 (help):

Тем не менее, изучающий китайские технологии в начале двадцатого века, замечает, что даже поколение назад китайцы не достигли той стадии, когда имело место непрерывное вращательное движение. для возвратно-поступательного движения в технических устройствах, таких как сверло, токарный станок, пила и т. д. Для выполнения этого шага необходимо знакомство с кривошипом. Рукоятка в ее простой рудиментарной форме, которую мы находим в [современном] китайском брашпиле, однако использование этого устройства, по-видимому, не дало импульса для изменения возвратно-поступательного движения в круговое движение в других приспособлениях ». http://www.powerequipmentdiscounters.com.au/index.php?main_page=articlePage&artno=121 ,

Кулачковый двигатель - Википедия

Поршневой двигатель, в котором поршни приводят вал в действие кулачка

Кулачковый двигатель представляет собой поршневой двигатель, в котором вместо обычного коленчатого вала поршни подают свою силу на кулачок, который затем приводится во вращение. Выходная работа двигателя приводится в действие этим кулачком. [1]

Кулачковые двигатели были успешными. Первым двигателем, получившим сертификат летной годности от правительства Соединенных Штатов, был, по сути, радиальный кулачковый двигатель.Вариант кулачкового двигателя, двигателя перекоса (также тесно связанный двигатель качающейся пластины), был недолго популярен. [2]

Обычно их называют двигателями внутреннего сгорания, хотя они также используются в качестве гидравлических и пневматических двигателей. Гидравлические моторы, в частности форма наклонной пластины, широко и успешно используются. Двигатели внутреннего сгорания, тем не менее, остаются почти неизвестными.

Операция [править]

Рабочий цикл [править]

Некоторые кулачковые двигатели являются двухтактными, а не четырехтактными.Два современных примера - KamTech и Earthstar, оба с радиальными кулачковыми двигателями. В двухтактном двигателе силы, действующие на поршень, действуют равномерно вниз в течение всего цикла. В четырехтактном двигателе эти силы циклически меняются местами: на фазе индукции поршень нагнетается на вверх, на , против пониженного разрежения на индукции. Простой кулачковый механизм работает только с силой в одном направлении. В первых двигателях Мишеля кулачок имел две поверхности: основную поверхность, на которой работали поршни, и другое кольцо внутри, которое давало десмодромное действие для ограничения положения поршня во время запуска двигателя. [3]

Обычно требуется только один кулачок, даже для нескольких цилиндров. Таким образом, большинство кулачковых двигателей были противопоставлены двойным или радиальным двигателям. Ранней версией двигателя Мишеля был роторный двигатель, форма радиального двигателя, в котором цилиндры вращались вокруг неподвижной кривошипа.

Преимущества [править]

  1. Идеальный баланс , кривошипно-шатунная система не может быть динамически сбалансирована, потому что невозможно ослабить обратную силу или действие с помощью вращательной реакции или силы.Современный кулачковый двигатель KamTech использует другой поршень для ослабления взаимных сил. Он работает так же плавно, как электродвигатель.
  2. Более идеальная динамика сгорания , взгляд на PV-диаграмму «идеального двигателя IC», и вы обнаружите, что в идеале событие сгорания должно быть более или менее «событием постоянного объема». [4]

Короткое время выдержки, которое производит кривошип, не обеспечивает более или менее постоянный объем, в котором происходит событие сгорания.Система кривошипа достигает значительного механического преимущества при 6 ° перед ВМТ; затем оно достигает максимального преимущества при 45–50 °. Это ограничивает время горения до менее 60 °. Кроме того, быстро опускающийся поршень снижает давление перед фронтом пламени, сокращая время горения. Это означает меньше времени для сжигания под более низким давлением. Эта динамика объясняет, почему во всех кривошипных двигателях значительное количество топлива сжигается не над поршнем, где его мощность может быть извлечена, а в каталитическом нейтрализаторе, который вырабатывает только тепло.

Современный кулачок может быть изготовлен с использованием технологии числового программного управления (ЧПУ), что дает преимущество в механической обработке с задержкой. Например, кулачок KamTech достигает значительного преимущества при 20 °, позволяя зажиганию начинаться быстрее при вращении, а максимальное преимущество перемещается на 90 °, обеспечивая более длительное время горения до того, как вытяжная вентиляция сбрасывается. Это означает, что прожиг под высоким давлением происходит в течение 110 ° с кулачком, а не 60 °, как это происходит при использовании кривошипа. Следовательно, двигатель KamTech на любой скорости и при любой нагрузке никогда не имеет огня, выходящего из выхлопа, потому что есть время для полного и полного сгорания под высоким давлением над поршнем. [5]

Несколько других преимуществ современных кулачковых двигателей:

  • Идеальная поршневая динамика
  • Нижнее внутреннее трение
  • Очиститель выхлопа
  • Меньше расход топлива
  • Дольше жизнь
  • Больше мощности на килограмм
  • Компактный, модульный дизайн позволяет улучшить дизайн автомобиля
  • Меньше деталей, стоимость меньше, чтобы сделать

Предположить, что кулачковые двигатели были или являются неисправными, когда речь идет о надежности, является ошибкой.После обширных испытаний, проведенных правительством Соединенных Штатов, радиально-кулачковый двигатель Fairchild Model 447-C получил звание самого первого одобренного сертификата типа Министерства торговли. В то время, когда срок службы авиационного кривошипно-шатунного двигателя составлял от 30 до 50 часов, модель 447-C была гораздо более надежной, чем любой другой авиационный двигатель, чем в производстве. [6] К сожалению, в эпоху до появления ЧПУ он имел очень плохой профиль кулачка, что означало, что он слишком сильно трясся для деревянных винтов и планеров из дерева, проволоки и ткани того времени.

Площадь подшипника [править]

Одним из преимуществ является то, что площадь поверхности подшипника может быть больше, чем для коленчатого вала. На ранних этапах разработки подшипникового материала это позволило снизить надежность подшипников, что позволило повысить надежность. Относительно успешный кулачковый двигатель с наклонной шайбой был разработан экспертом по подшипникам Джорджем Мичеллом, который также разработал упорный блок со скользящей прокладкой. [2] [7]

Двигатель Мишеля (безотносительно) начался с роликовых толкателей, но во время разработки переключился на упорные подшипники скольжения. [8] [9]

Эффективное зацепление [править]

В отличие от коленчатого вала, кулачок может легко иметь более одного хода за оборот. Это позволяет более одного хода поршня за оборот. Для использования в самолете это была альтернатива использованию блока снижения скорости воздушного винта: высокая скорость двигателя для улучшенного соотношения мощности к весу в сочетании с более низкой скоростью воздушного винта для эффективного воздушного винта. На практике конструкция кулачкового двигателя весила больше, чем комбинация обычного двигателя и коробки передач.

Двигатели наклонного диска и качающейся плиты [править]

Единственными кулачковыми двигателями внутреннего сгорания, которые были дистанционно успешными, были двигатели перекоса. [2] Это были почти все осевые двигатели, в которых цилиндры расположены параллельно оси двигателя в одном или двух кольцах. Целью таких двигателей обычно было достижение этой осевой или «бочкообразной» компоновки, делая двигатель с очень компактной фронтальной областью. В свое время планировалось использовать бочкообразные двигатели в качестве авиационных двигателей с уменьшенной фронтальной площадью, позволяющей уменьшить фюзеляж и снизить сопротивление.

Двигатель, аналогичный двигателю перекоса, представляет собой двигатель с качающейся пластиной, также известный как натяжной или Z-кривошипный привод. При этом используется подшипник, который просто вращается, а не вращается, как для автомата перекоса. Вибрирующая пластина отделена от выходного вала поворотным подшипником. [2] Двигатели с качающейся пластиной, таким образом, не являются кулачковыми двигателями.

Поршневые роторные двигатели [править]

Некоторые двигатели используют кулачки, но не являются «кулачковыми двигателями» в смысле, описанном здесь. Это форма без поршневого роторного двигателя.Со времен Джеймса Уатта изобретатели искали роторный двигатель, который опирался на чисто вращательное движение, без возвратно-поступательного движения и проблем с балансировкой поршневого двигателя. Эти двигатели тоже не работают. [примечание 1]

Большинство безпоршневых двигателей, использующих кулачки, например кулачковый двигатель Rand, используют кулачковый механизм для управления движением уплотнительных лопаток. Давление горения в этих лопатках вызывает вращение держателя лопасти, отдельно от кулачка. В двигателе Rand распределительный вал перемещает лопасти так, что они имеют различную длину, и, таким образом, закрывают камеру сгорания различного объема при вращении двигателя. [10] Работа, выполняемая при вращении двигателя, чтобы вызвать это расширение, является термодинамической работой, выполняемой двигателем, и то, что заставляет двигатель вращаться.

Список литературы [править]

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020