Forgattyús mechanizmus

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. február 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

A forgattyús mechanizmust (KShM) úgy tervezték, hogy a dugattyú oda-vissza mozgását forgó mozgássá alakítsa (például belső égésű motoroknál a főtengely forgó mozgásává), és fordítva. A KShM alkatrészek két csoportra oszthatók, ezek mozgatható és rögzített részek:

Mozgatható: dugattyú dugattyúgyűrűkkel , dugattyúcsap , hajtórúd , főtengely csapággyal vagy hajtókarral , lendkerék .
Helyhez kötött: hengerblokk ( egy belső égésű motor alaprésze ), és egy közös öntvény forgattyúházzal , hengerfejjel, lendkerék- és tengelykapcsolóházzal, alsó forgattyúházzal ( teknő ), hengerbetétekkel, blokkburkolatokkal, rögzítőelemekkel, blokkfedél tömítésekkel, konzolok, félgyűrűk főtengely.

Hogyan működik

Közvetlen séma: A dugattyú a gáznyomás hatására transzlációs mozgást végez a főtengely felé. A "dugattyú-hajtórúd" és a "hajtórúd-tengely" kinematikai párok segítségével a dugattyú transzlációs mozgása a főtengely forgó mozgásává alakul át. A főtengely a következőkből áll:

hajtórúd csapok
gyökérnyak
ellensúly

Fordított diagram: A főtengely külső nyomaték hatására forgó mozgást végez, amely a kinematikus láncon keresztül "tengely-összekötő rúd-dugattyú" a dugattyú transzlációs mozgásává alakul.

A KShM típusai és típusai

Középső KShM, amelyben a henger tengelye metszi a főtengely tengelyét.
KShM eltolás, amelyben a henger tengelye a főtengely tengelyéhez képest egy összeggel el van tolva;
V-alakú KShM (beleértve vontatott hajtórúddal is), amelyben egy főtengely hajtókaron két, a bal és a jobb hengeren működő hajtórúd található.

A löket és a dugattyú átmérő aránya szerint megkülönböztetik:

rövid löketű [1] (S/D<1) KShM;
hosszú ütemű (hosszú ütemű) (S/D>1) KShM.

Az autók nagy sebességű belső égésű motorjaiban a rövid löketű séma érvényesül.

A KShM hüvelyen lévő oldalirányú erő hatására ez történik:

törzs [2] (oldalirányú erővel);
keresztfej [3] (terheletlen dugattyú);

Történelem

A természetben

A szöcskék hátsó végtagjai egy forgattyús mechanizmus, nem teljes forgással. Emberi és androidos robotok
combja és alsó lába is egy forgattyús mechanizmust képvisel, hiányos fordulattal.

A Római Birodalomban

A legkorábbi bizonyíték arra, hogy a hajtókarat egy gépen lévő hajtórúddal kombinálták, egy i.sz. 3. századi hierapolisi fűrészmalomból, a római korból , valamint a szíriai Gerasból és a kis - ázsiai Epheszoszból (Kr. u. 6. század) származó bizánci kővágó fűrészmalmokból származik. [4] Egy másik ilyen fűrészmalom a Kr.u. 2. században létezhetett. e. a római Augusta Raurica városában (a mai Svájc), ahol egy fém hajtókart találtak. [5]

A dugattyú mozgásegyenletei (a központi főtengelyhez)

Definíciók

l - hajtórúd hossza (a hajtórúd tengelye és a hajtókar tengelye közötti távolság)
r - hajtókar sugara (a hajtókar tengelye és a hajtókar közepe közötti távolság, azaz a dugattyúlöket fele A - a hajtókar forgásszöge (a "felső holtponttól" az "alsó holtpontig") x a hajtórúd tengelyének helyzete (a hajtókar közepétől a henger tengelye mentén) v a hajtórúd tengelyének sebessége (középtől számítva ) a hajtókar a henger tengelye mentén) a a hajtórúd tengelyének gyorsulása (a hajtókar közepétől a henger tengelye mentén) ω a hajtókar szögsebessége radián per másodpercben (rad /sec)

Szögsebesség

A hajtókar szögsebessége fordulat per percben (RPM):

\omega ={\frac {2\pi \cdot \mathrm {RPM} }{60}}

Relációk háromszögben

Amint az ábrán látható, a hajtókar középpontja, a forgattyús tengely és a hajtórúd tengelye NOP háromszöget alkot.
A koszinusz tételből az következik, hogy:

l^{2}=r^{2}+x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A

Egyenletek a hajtókar szöghelyzetéhez (a központi főtengelyhez)

Egyenletek, amelyek leírják a dugattyú ciklikus mozgását a hajtókar forgásszögéhez képest.
Az alábbiakban ezeknek az egyenleteknek a grafikonjait mutatjuk be.

Pozíció

Pozíció a hajtókar szögéhez viszonyítva (az összefüggések háromszögbe konvertálásával):

l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A

l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}[(\cos ^{2}A+\sin ^{2}A)-1]

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

l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=(xr\cdot \cos A)^{2}

xr\cdot \cos A={\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A))

{\displaystyle x=r\cos A+{\sqrt {l^{2}-(r\sin A)^{2))))

Sebesség

Sebesség a hajtókar forgásszögéhez viszonyítva (az első derivált a komplex függvénydifferenciálási szabály segítségével ):

{\begin{array}{lcl}x'&=&{\frac {dx}{dA}}\\&=&-r\sin A+{\frac {\left({\frac {1} {2}}\right)\cdot (-2)\cdot 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{tömb}}

Gyorsulás

Gyorsulás a forgattyús szöghez képest (a második derivált az összetett függvény-differenciálási szabály és a részszabály alapján ):

{\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 \cdot \left(-{\frac {1}{2}}\right)\cdot (-2)\cdot r^{2}\sin A\cos A}{\left({\sqrt {l^{ 2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\jobbra)^{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}}\jobbra)^{3}} }\end{tömb}}

Példa a dugattyú mozgási grafikonjaira

A grafikon az x, x', x" forgattyús szög függvényében mutatja a különböző forgattyús sugarakat, ahol L a hajtókar hossza (l) és R a forgattyúsugár (r) :

A dugattyú mozgásának animációja azonos hosszúságú és változó sugarú hajtókarral a fenti grafikonon:

Alkalmazás

A forgattyús mechanizmust belső égésű motorokban , dugattyús kompresszorokban , dugattyús szivattyúkban , varrógépekben , hajtókaros présekben , valamint egyes lakás- és széfajtók redőnyeinek behajtásában használják. Ezenkívül a forgattyús mechanizmust rudas kaszákban használták .

Lásd még

Belsőégésű motor

Egyéb módok a forgó mozgás egyenes vonalúvá alakítására

Itt volt a lehetőség a Heuken megváltoztatására.

Jegyzetek

↑ Rövid ütemű motor / M. A. Latin // Konda - Kun. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 13. köt.).
↑ Csomagtartó motor // Tardigrades - Ulyanovo. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1977. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 26. köt.).
↑ Keresztfejű motor / V.I. Efanov // Konda-Kun. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 13. köt.).
↑ 1 2 Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), "A vízhajtású kőfűrészmalom domborműve egy szarkofágon Hierapolisban és annak következményei", Journal of Roman Archaeology, 20., pp. 138-163
↑ Schioler, 2009

Irodalom

Schioler, Thorkild. Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle: [ eng. ] // Helvetia Archaeologica : J. - 2009. - Vol. 40, sz. 159/160. - P. 113-124.
Grabovsky, A. A. Egy forgattyús mechanizmus kinematikája két főtengellyel // Izvestiya MSTU MAMI. - 2009. - 2. szám (8). — 56–63.

Linkek

A forgó mozgás átalakítása egyenes vonalúvá . Tool-land.ru . Letöltve: 2019. július 26. (Orosz)
Forgattyús mechanizmus (KShM) . carspec.info . Letöltve: 2019. július 26. (Orosz)

Mechanizmusok
Forgó	mechanikus sebességváltó fogas planetáris hullám lánc öv súrlódó cikloidális kardán Állandó sebességű kötés Mechanikus tengelykapcsoló súrlódó bütyöklemez fogas centrifugális túlfutás Hrapova máltai
Egyenes vonalú	Crank csúszka Crank "Előlap - rudak" Billenőcsapágy skót fogasléc és fogaskerék Csavaros anyás sebességváltó Csörlő kapu Sarrus Lipkina – Posselye
...hozzávetőlegesen, körülbelül	watta Hoyken Csebisev Klanna Jansen
Fordítási	Paralelogramma
Összetett mozgás	bütyök Különc Trammel négyszemű Markoló