Что такое кривошипно шатунный механизм: Кривошипно-шатунный механизм — это… Что такое Кривошипно-шатунный механизм?

  • 30.11.1981

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм / Руководства по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Двигатели КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300, 740.30-260, 740.50-360, 740.51-320, 740.50-3901001 КД / Техсправочник / Кама-Автодеталь

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

Коленчатый вал (рис. Коленчатый вал) изготовлен из высококачественной стали и имеет пять коренных и четыре шатунные шейки, закаленных ТВЧ, которые связаны между собой щеками и сопрягаются с ними переходными галтелями. Для равномерного чередования рабочих ходов расположение шатунных шеек коленчатого вала выполнено под углом 90°.

К каждой шатунной шейке присоединяются два шатуна: один для правого и один для левого рядов цилиндров (рис. Шатун).

1 — противовес коленчатого вала передний; 2 — противовес коленчатого вала задний; 3 — шестерня привода масляного насоса; 4 — шестерня привода газораспределительного механизма; 5,6- шпонка; 7 -штифт; 8- жиклер; 9 — облегчающие отверстия; 10 — отверстия подвода масла в коренных шейках 11-отверстия подвода масла к шатунным шейкам.

Подвод масла к шатунным шейкам производится от отверстий в коренных шейках 10 прямыми отверстиями 11.

Для уравновешивания сил инерции и уменьшения вибраций коленчатый вал имеет шесть противовесов, отштампованных заодно со щеками коленчатого вала. Кроме основныхпротивовесов, имеются два дополнительных съемных противовеса 1 и 2, напрессованных на вал, при этом их угловое расположение относительно коленчатого вала определяется шпонками 5 и 6 (рис.Коленчатый вал).

В расточку хвостовика коленчатого вала запрессован шариковый подшипник 5 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала).

Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала: 1 — полукольцо упорного подшипника коленчатого вала верхнее: 2- полукольцо упорного подшипника коленчатого вала нижнее 3- вкладыш подшипника коленчатого вала верхний; 4- вкладыш подшипника коленчатого вала нижний; 5- блок цилиндров 6 — крышка подшипника коленчатого вала задняя 7 — коленчатый вал.

В полость переднего носка коленчатого вала ввернут жиклер 8,через калиброваное отверстие которого осуществляется смазка шлицево валика отбора мощности на привод гидромуфты.

От осевых перемещений коленчатый вал зафиксирован двумя верхними полукольцами 1 и двумя нижними полукольцами 2 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышей подшипников коленчатого вала), установленными в проточках задней коренной опоры блока цилиндров,так,что сторона с канавками прилегает к упорным торцам вала. На переднем и заднем носках коленчатого вала (рис. Коленчатый вал) установлены шестерня 3 привода масляного насоса и ведущая шестерня 4 привода распределительного вала. Задний торец коленчатого вала имеет восемь резьбовых отверстий для болтов крепления маховика, передний носок коленчатого вала имеет восемь отверстий для крепления гасителя крутильных колебаний.

Уплотнение коленчатого вала осуществляется резиновой манжетой 8 (рис. Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала), с дополнительным уплотняющим элементом — пыльником 9. Манжета размещена в картере маховика 4. Манжета изготовлена из фторкаучука по технологии формования рабочей уплотняющей кромки непосредственно в прессформе.

Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала: 1 — маховик; 2- блок цилиндров; 3- коленчатый вал; 4 — картер маховика; 5- подшипник первичного вала коробки передач; 6- шайба; 7- болт крепления маховика; 8- манжета уплотнения коленчатого вала; 9- пыльник манжеты; 10 — штифт установочный маховика

Диаметры шеек коленчатого ваш: коренных 95+0.011 мм, шатунных 80±0,0095 мм.

Для восстановления двигателя предусмотрены восемь ремонтных размеров вкладышей. Обозначение вкладышей подшипников коленчатого вала, диаметр коренной шейки коленчатого вала, диаметр отверстия в блоке цилиндров под эти вкладыши указаны в приложении 1.

Обозначение вкладышей нижней головки шатуна, диаметр шатунной шейки коленчатого вала, диаметр отверстия в нижней головке шатуна под эти вкладыши указаны в приложении 2.

Вкладыши 7405.1005170 Р0, 7405.1005171 Р0, 7405.1005058 Р0 применяются при восстановлении двигателя без шлифовки коленчатого вала. При необходимости шейки коленчатого вала заполировываются. Допуски на диаметры шеек коленчатого вала, отверстий в блоке цилиндров и отверстий в нижней головке шатуна при проведении ремонта двигателя должны быть такими же, как у номинальных размеров новых двигателей.

Коренные и шатунные подшипники изготовлены из стальной ленты, покрытой слоем свинцовистой бронзы толщиной 0.3 мм, слоем свинцовооловянистого сплава толщиной 0.022 мм и слоем олова толщиной 0.003 мм. Верхние 3 (рис.Установка упорных полуколец и вкладышеи подшипников коленчатого вала) и нижние 4 вкладыши коренных подшипников не взаимозаменяемы. В верхнем вкладыше имеется отверстие для подвода масла и канавка для его распределения. Оба вкладыша 4 нижней головки шатуна взаимозаменямы. От проворачивания и бокового смещения вкладыши фиксируются выступами (усами), входящими в пазы, предусмотренные в постелях блока, крышках подшипников и в постелях шатуна. Вкладыши имеют конструктивные отличия, направленные на повышение их работоспособности при форсировке двигателя турбонаддувом, при этом изменена маркировка вкладышей на 7405.1004058 (шатунные), 7405.1005170 и 7405.1005171 (коренные). Поэтому при проведении ремонтного обслуживания не рекомендуется замена вкладышей на серийные с маркировкой 740.100.., так как при этом произойдет существенное сокращение ресурса двигателя.

Крышки коренных подшипников (рис.Установка крышек подшипников коленчатого вала) изготовлены из высокопрочного чугуна марки ВЧ50. Крепление крышек осуществляется с помощью вертикальных и горизонтальных стяжных болтов 3, 4, 5, которые затягиваются по определенной схеме регламентированным моментом (см. приложение 8).

Шатун (рис.Шатун) стальной, кованый, стержень 1 имеет двутавровое сечение. Верхняя головка шатуна неразъемная, нижняя выполнена с прямым и плоским разъемом. Шатун окончательно обрабатывают в сборе с крышкой 2, поэтому крышки шатунов невзаимозаменяемы. В верхнюю головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка 3, а в нижнюю установлены сменные вкладыши 4. Крышка нижней головки шатуна крепится с помощью гаек 6, навернутых на болты 5, предварительно запрессованные в стержень шатуна. Затяжка шатунных болтов осуществляется по схеме, определенной в приложении 8. На крышке и стержне шатуна нанесены метки спаренности — трехзначные порядковые номера. Кроме того на крышке шатуна выбит порядковый номер цилиндра.

Маховик1 (рис.Маховик) закреплен восемью болтами 7 (рис.Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала), изготовленными из легированной стали с двенадцатигранной головкой, на заднем торце коленчатого вала и точно зафиксирован двумя штифтами 10 и установочной втулкой 3 (рис.Маховик).

С целью исключения повреждения поверхности маховика под головки болтов устанавливается шайба 6 (рис.Установка маховика и манжеты уплотнения коленчатого вала). Величина моментов затяжки болтов крепления маховика указана в приложении 8. На обработанную цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец 2, с которым входит в зацепление шестерня стартера при пуске двигателя (рис.Маховик ).

При выполнении регулировочных работ по установке угла опережения впрыска топлива и величин тепловых зазоров в клапанах маховик фиксируется при помощи фиксатора (рис.Положения ручки фиксатора маховика).

Положения ручки фиксаторамаховика: а)- при эксплуатации, б) — при регулировке,в зацеплении с маховиком

При этом конструкция имеет следующие основные отличия от серийной:

-изменен угол расположения паза под фиксатор на наружной поверхности маховика;

-увеличен диаметр расточки для размещения шайбы под болты крепления маховика.

Рассматриваемые двигатели могут комплектоваться различными типами сцеплений. На рис. Маховик показан маховик для диафрагменного сцепления.

Установка гасителя крутильных колебаний коленчатого вала: 1 — гаситель; 2 — болт крепления гасителя; 3 — полумуфта отбора мощности; 4 — болт крепления полумуфты; 5 — шайба; 6 — коленчатый вал; 7 — блок цилиндров.

Гаситель крутильных колебании закреплен восемью болтами 2 (рис.Установка гасителя крутильных колебании коленчатого вала) на переднем носке коленчатого вала. С целью исключения повреждения поверхности корпуса гасителя под болты устанавливается шайба 5. Гаситель состоит из корпуса (см. рисунок) в который установлен с зазором маховик. Снаружи корпус гасителя закрыт крышкой. Герметичность обеспечивается закаткой (сваркой) по стыку корпуса гасителя и крышки. Между корпусом гасителя и маховиком находится высоковязкостная силиконовая жидкость, дозированно заправленная перед заваркой крышки. Центровка гасителя осуществляется шайбой, приваренной к корпусу(рис. Гаситель крутильных колебаний коленчатого вала). Гашение крутильных колебаний коленчатого вала происходит путем торможения корпуса гасителя, закрепленного на носке коленчатого вала, относительно маховика в среде силиконовой жидкости. При этом энергия торможения выделяется в виде теплоты. При проведении ремонтных работ категорически запрещается деформировать корпус и крышку гасителя. Гаситель с деформированным корпусом или крышкой к дальнейшей эксплуатации не пригоден.

Поршень 1 (рис.Поршень с кольцами в сборе с шатуном) отлит из алюминиевого сплава со вставкой из износостойкого чугуна под верхнее компрессионное кольцо.

В головке поршня выполнена тороидальная камера сгорания с вытеснителем в центральной части, она смещена относительно оси поршня в сторону от выточек под клапаны на 5 мм.

Боковая поверхность представляет собой сложную овально-бочкообразную форму с занижением в зоне отверстий под поршневой палец. На юбку нанесено графитовое покрытие.

Поршень с шатуном и кольцами в сборе: 1 — поршень; 2 — маслосъемное кольцо; 3 — поршневой палец; 4, 5 — компрессионные кольца; 6 — стопорное кольцо.

В нижней ее части выполнен паз, исключающий при правильной сборке контакт поршня с форсункой охлаждения при нахождении в НМТ.

Поршень комплектуется тремя кольцами, двумя компрессионными и одним маслосъемным. Отличительной его особенностью является уменьшенное расстояние от днища до нижнего торца верхней канавки, которое составляет 17 мм. На двигателях, с целью обеспечения топливной экономичности и экологических показателей, применен селективный подбор поршней для каждого цилиндра по расстоянию от оси поршневого пальца до днища. По указанному параметру поршни разбиты на четыре группы 10, 20, 30 и 40. Каждая последующая группа от предыдущей отличается на 0,11 мм. В запасные части поставляются поршни наибольшей высоты, поэтому во избежание возможного контакта между ними и головками цилиндров в случае замены необходимо контролировать надпоршневой зазор. Если зазор между поршнем и головкой цилиндра после затяжки болтов ее крепления будет менее 0,87 мм необходимо подрезать днище поршня на недостающую до этого значения величину. Поршни двигателей 740.11, 740.13 и 740.14 отличаются друг от друга формой канавок под верхнее компрессионное и маслосъемное кольца, (см. разделы компрессионное и маслосъемное кольца). Установка поршней с двигателей КАМАЗ 740.10 и 7403.10 недопустима. Допускается установка поршней с поршневыми кольцами двигателей 740. 13 и 740.14 на двигатель 740.11.

Компрессионные кольца (рис. Поршень с кольцами в сборе с шатуном) изготавливаются из высокопрочного, а маслосъемное из серого чугунов. На двигателе 740.11 форма поперечного сечения компрессионных колец односторонняя трапеция, при монтаже наклонный торец с отметкой «верх» должен располагаться со стороны днища поршня. На двигателях 740.13 и 740.14 верхнее компрессионное кольцо имеет форму сечения двухсторонней трапеции с выборкой на верхнем торце, который должен располагаться со стороны днища поршня.

Рабочая поверхность верхнего компрессионного кольца 4 покрыта молибденом и имеет бочкообразную форму. На рабочую поверхность второго компрессионного 5 и маслосъемного колец 2 нанесен хром. Ее форма на втором кольце представляет собой конус с уклоном к нижнему торцу, по этому характерному признаку кольцо получило название «минутное». Минутные кольца применены для снижения расхода масла на угар, их установка в верхнюю канавку не допустима.

Маслосъемное кольцо коробчатого типа с пружинным расширителем, имеющим переменный шаг витков и шлифованную наружную поверхность. Средняя часть расширителя с меньшим шагом витков при установке на поршень должна располагаться в замке кольца. На двигателе модели 740.11 высота кольца — 5 мм, а на двигателях 740.13 и 740.14 высота кольца — 4 мм.

Установка поршневых колец с других моделей двигателей КАМАЗ может привести к увеличению расхода масла на угар.

Для исключения возможности применения не взаимозаменяемых деталей цилиндро-поршневой группы при проведении ремонтных работ рекомендуется использовать ремонтные комплекты:

-7405.1000128-42 — для двигателя 740.11-240;

-740.13.1000128 и 740.30-1000128 — для двигателей 740.13-260 и 740.14-300.

В ремонтный комплект входят:

-поршень;

-поршневые кольца;

-поршневой палец;

-стопорные кольца поршневого пальца;

-гильза цилиндра;

-уплотнительные кольца гильзы цилиндра.

Форсунки охлаждения (рис. Установка гильзы и форсунка охлаждения поршня) устанавливаются в картерной части блока цилиндров и обеспечивают подачу масла из главной масляной магистрали при достижении в ней давления 0,8 — 1,2 кг/см2 (на такое давление отрегулирован клапан, расположенный в каждой из форсунок) во внутреннюю полость поршней.

При сборке двигателя необходимо контролировать правильность положения трубки форсунки относительно гильзы цилиндра и поршня. Контакт с поршнем недопустим.

Поршень с шатуном (рис. Поршень с кольцами в сборе с шатуном) соединены пальцем 3 плавающего типа, его осевое перемещение ограничено стопорными кольцами 6. Палец изготовлен из хромоникелевой стали, диаметр отверстия 22 мм. Применение пальцев с отверстием 25 мм недопустимо, так как это нарушает балансировку двигателя.

детали и запчасти КШМ двигателя

Подобрать запчасти в каталоге «Крівошіпношатунний механізм»

Основные компоненты и принцип работы КШМ

Состоит кривошипно-шатунный механизм из таких подвижных деталей и элементов крепежа, как:

  • Коленвал
  • Поршни с поршневыми кольцами и пальцами
  • Шатуны
  • Вкладыши, втулки
  • Стопорное кольцо
  • Крышки

Недвижимыми составляющими данного устройства считаются цилиндры, ГБЦ, блок цилиндров, картер, поддон, прокладка ГБЦ.

В процессе загорания топливно-горючей смеси, оказавшиеся в цилиндрах газы, перемещают поршень в нижнее положение. Благодаря поршневому кольцу шатун может прокручиваться, компенсируя момент прокручивания коленвала при нахождении поршня вверху.

Противовесы не позволяют коленвалу повернуться, поэтому крутящий момент на него подают газы, проходящие сквозь шатун и поршень. Вращают колено латунные подшипники скольжения или шатунные вкладыши. В результате коленвал передает усилие на коробку передач и колеса.

Компрессионные кольца предназначены для обеспечения герметичного состояния и необходимой компрессии в камере сгорания. Для предотвращения проникновения внутрь смазки установлено маслосъемное кольцо, которое снимает остатки масел со стенок цилиндра.
 

Неисправности кривошипно-шатунного механизма

Так как данный механизм эксплуатируется в чрезвычайно тяжелых условиях при повышенной температуре на высоких скоростных режимах, именно он повреждается первым в системе двигателя. Если возникают неисправности в этом узле, они часто приводят к дорогостоящему ремонту мотора.

Причиной неполадок обычно является естественный износ компонентов силового агрегата или нарушение правил его эксплуатации. При несвоевременном проведении техобслуживания, применении низкосортных смазочных материалов, топлива, фильтров, продолжительной эксплуатации перегруженного транспортного средства преждевременно могут возникнуть проблемы в работе кривошипно-шатунного механизма.

Типичными неполадками данного узла считаются:
  • Изнашивание коренных и шатунных подшипников. Такое повреждение сопровождается приглушенным стуком в блоке цилиндров, который отчетливо слышен при повышении оборотов, также падает давление масла в системе. В подобном случае эксплуатация автотранспортного средства запрещена
  • Изнашивание поршней и цилиндров
    , которое сопровождается звонким гулом при работе непрогретого мотора и возникновением синеватого дыма из выхлопной трубы
  • Изнашивание поршневых пальцев. Для данной проблемы характерен звонкий стук вверху блока цилиндров при работающем моторе
  • Повреждение и залегание поршневых колец. Оно проявляется перебоями в работе силового агрегата, падением компрессии, повышением расхода масла и появлением синего дыма из выхлопа

Кроме этого со временем на поршнях и на стенках камеры сгорания может появляться нагар, который приводит к сильному нагреванию двигателя, увеличенному расходу топлива и понижению мощности авто.

Чтобы максимально продлить срок службы кривошипно-шатунного механизма следует постоянно контролировать крепления, при необходимости подтягивать болты на картере и ГБЦ, а также содержать мотор в чистоте и периодически удалять нагар, который образуется в камере сгорания.

Кривошипно-шатунный механизм

В блок цилиндров вставляются гильзы из износостойкого чугуна, гильзы прижимаются к блоку головками.

Уплотнение в верхней части осуществляется с помощью сталеасбестовых прокладок, а в нижней — медными кольцевыми прокладками, установленными между блоком и гильзой.

На двигателе устанавливаются прокладки головок цилиндров с круглыми водяными протоками.

Порядок нумерации цилиндров указан на рис. ниже.

Порядок нумерации цилиндров

Головки блока цилиндров имеют высокотурбулентные камеры сгорания и винтовые впускные каналы, а также вставные седла и направляющие втулки клапанов. Маркировка головки 53-11-1003010 нанесена на головке цилиндров под клапанной крышкой. Каждая из головок крепится к блоку с помощью восемнадцати шпилек. Подтяжку делать на холодном двигателе в порядке, указанном на рисунке ниже.

Порядок затяжки гаек головки цилиндров

Перед подтяжкой отвернуть гайки стоек оси коромысел и, приподняв стойки вместе с осью, обеспечить доступ к гайкам крепления головки. После подтяжки гаек головок цилиндров вновь затянуть отвернутые гайки. После этого необходимо отрегулировать зазор между клапанами и коромыслами. Гайки шпилек крепления головок подтягивать в течение первых трех ТО-1, а в дальнейшем эту операцию выполнять через ТО-2.

Подтяжка гаек впускной трубы так же, как и установка ее на место после разборки, должна производиться со всей внимательностью во избежание течи воды в масло.

Перед установкой следует проверить состояние сопрягаемых плоскостей впускной трубы, головок и блока, а также прокладок. Гайки нужно подтянуть так, чтобы слегка прижать прокладки. Далее необходимо затянуть грузовые гайки.

После затяжки грузовых гаек необходимо затянуть гайки крепления впускной трубы попеременно с левой и правой сторон, начиная от грузовых гаек.

Поршни на боковой поверхности имеют надпись ПЕРЕД. Этого указания надо строго придерживаться при установке их в блок.

Поршневые пальцы. Для запрессовки пальца в поршень последний надо нагреть в горячей воде или масле до температуры 70-80 °C. Запрессовка без нагрева может привести к задирам.

Поршневые кольца устанавливаются по три на каждом поршне, два компрессионных и одно маслосъемное.

Компрессионные кольца высотой 2 мм. устанавливают так, чтобы выточка на внутренней поверхности колец (при их наличии) была обращена вверх, как указано на рисунке ниже. При установке компрессионных колец на поршень стыки колец должны быть смещены на 180°.

Установка колец на поршне

  1. компрессионные кольца
  2. кольцевой диск маслосъемного кольца
  3. осевой расширитель
  4. радиальный расширитель

Маслосъемное кольцо — составное из двух плоских стальных хромированных колец и двух расширителей — осевого и радиального.

При установке поршня в блок двигателя плоские кольцевые диски 2 нужно устанавливать так, чтобы их замки были расположены под углом 180° один к другому и под углом 90° к замкам компрессионных колец. При этом замки осевого расширителя 3 и радиального расширителя 4 должны быть расположены под углом 90° к ним (каждый).

Шатуны с поршнями в сборе устанавливаются попарно на каждую из четырех шатунных шеек коленчатого вала.

Отверстие в нижней головке шатуна под вкладыш обрабатывается совместно с крышкой. Поэтому крышки при сборке должны всегда устанавливаться на прежнее место.

На бобышках под болт шатуна и крышке выбит порядковый номер цилиндра. Номер выштампованный на стержне шатуна, и метка 2 (рис. ниже) на крышке шатуна должны быть направлены в одну сторону.

Соединение шатуна с поршнем

  • I — для установки в 1, 2, 3, 4 цилиндры
  • II — для установки в 5, 6, 7, 8 цилиндры
  • 1 — номер на шатуне
  • 2 — метка на крышке шатуна

Шатунные болты взаимозаменяемы.

Самоотвертыванию гайки шатунного болта препятствует установка основной гайки шатуна на герметик «Унигерм-9» или специальная штампованная гайка.

В случае переборки шатуна, гайка которого была застопорена герметикой, необходимо с болта и гайки удалить остатки ранее примененного герметика, тщательно протерев их ветошью, обезжирить их бензином и просушить.

После наживления гайки на болт нанести на ее резьбовую часть 2-3 капли (0,06 г) герметика.

В случае отсутствия герметика стопорение гаек необходимо производить штампованной стопорной гайкой 292759-П. Затяжку стопорной гайки необходимо производить путем ее поворота на 1,5-2 грани от положения соприкосновения торца стопорной гайки с торцом основной гайки. Шатунные вкладыши взаимозаменяемы. Подгонка вкладышей не допускается.

При сборке шатунов с поршнями необходимо соблюдать следующий порядок: шатуны левого ряда цилиндров устанавливать таким образом, чтобы номер на шатуне и метка на его крышке были обращены к передней части двигателя, а правого ряда — наоборот.

Поршни соединяются с шатунами так, чтобы во всех случаях надпись на поршне ПЕРЕД была обращена к передней части двигателя.

Коленчатый вал балансируется в сборе с маховиком и сцеплением. Крышки коренных подшипников чугунные.
Перемещение вала в продольном направлении ограничивается упорными шайбами, расположенными по обеим сторонам первого коренного подшипника.

Самоотворачиванию гаек крепления крышки коренного подшипника препятствует установка гаек на герметик «Унигерм-9» или стопорная пластина.

В случае вскрытия крышки коренного подшипника, гайки которого были застопорены герметиком, повторную установку гаек производить согласно рекомендации для гаек шатунных болтов.

В каждой шатунной шейке вала имеется полость (грязеуловитель). При разборке двигателя грязеуловители надо очищать, для чего необходимо отвернуть резьбовые пробки, очистить полости (металлическим ершом, проволокой), промыть их и все каналы керосином, продуть воздухом, завернуть до упора пробки и закернить.

Для предотвращения утечки масла концы коленчатого валя уплотнены сальниками.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала с помощью четырех болтов.

Для увеличения ресурса двигателя до первого капитального ремонта рекомендуется в процессе эксплуатации (но не в гарантийный период) произвести замену поршневых колец и вкладышей коленчатого вала.

Вкладыши коренных подшипников подлежат замене при падении давления масла на прогретом двигателе ниже 100 кПа (1,0 кгс/см2) при 1200 об/мин, что соответствует скорости движения на прямой передаче 35-40 км/ч. Масляный радиатор при контроле давления масла должен быть выключен. Движение с давлением масла меньше 100 кПа (1,0 кгс/см2) на указанной и более высокой скорости не допускается.

При замене коренных вкладышей шатунные нужно осмотреть и заменить лишь в случае необходимости.

Одновременно с заменой вкладышей необходимо очистить полости шатунных шеек коленчатого вала. Эта операция должна выполняться тщательно, т. к. остатки невычищенной грязи будут занесены маслом к шатунным вкладышам, что приведет к их задиру и износу. После очистки пробки необходимо завернуть и закернить.

Поршневые кольца требуют замены, если расход масла на угар превысит 400 грамм/100 км. При замене в двигатель устанавливать комплект колец, состоящий из верхнего компрессионного нехромированного (луженого, фосфатированного или с др. покрытием) чугунного кольца, второго компрессионного из набора стальных дисков и комплекта маслосъемного кольца с нехромированными стальными дисками.

При замене колец следует удалить на гильзе (шабером или иным способом) неизношенный выступающий поясок в ее верхней части.

Одновременно следует очистить головки цилиндров и днища поршней от нагара, полость водяной рубашки — от накипи, а клапаны притереть.

2.2 Кривошипно-шатунный механизм. История появления, механизмы, устройства и принцип работы швейной машины

Похожие главы из других работ:

Виды механизмов и их структурные схемы

2. Кривошипно-ползунный механизм

Этот механизм (рис. 2) служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна, если начальным звеном является кривошип, и, наоборот, возвратно-поступательного движения во вращательное…

Виды передач и их основные характеристики

Кривошипно-шатунные механизмы

Кривошипно-шатунные механизмы (Рисунок 4) служат для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются: кривошипный вал, шатун и ползун. ..

История появления, механизмы, устройства и принцип работы швейной машины

2.2 Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (рис.1) — это один из типовых механизмов швейной машины (механизм иглы). Механизм очень распространен в различных машинах. В одних случаях этот механизм получает движение от поршня к валу (в любом поршневом двигателе)…

Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма

1.1 Исходные данные для проведения исследования кривошипно-ползунного механизма

К исходным данным относят: — кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма; — размеры звеньев механизма; — частоту и направление вращения ведущего звена; — силу полезного сопротивления; — масса частей механизма. 1…

Обладнання для буріння свердловини

4.1 Визначення зусиль, діючих в елементах кривошипно-шатунного механізму насоса

Зусилля діючі в елементах кривошипно-шатунних механізмів, виникають від сил тиску рідини, сил тертя і сил інерції мас, що обертаються, і мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух. Сили інерції враховувати не будемо…

Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна

2.2.4 Кінематика кривошипно-шатунного механізму

Розрахунок кінематики кривошипно-шатунного механізму зводиться до визначення шляху, швидкості та прискорення поршня. При цьому приймається…

Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна

2.2.5 Динаміка кривошипно-шатунного механізму

Динамічний розрахунок кривошипно — шатунного механізму заключається у визначенні сумарних сил та моментів, виникаючих від тиску газів та сил інерції. По цим силам розраховують основні деталі на міцність та знос…

Проект организации технического обслуживания тракторов с разработкой пункта диагностики в условиях ФХ «Сапфир» Хомутовского Курской области

2.9.3 Диагностирование кривошипно-шатунного механизма тракторы Т-150К

Диагностирование проводится при 3 техническом обслуживании. 1. Запускаем двигатель и устанавливаем номинальную частоту вращения коленвала. 2…

Проектирование бензинового двигателя

4.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс, состоящей из массы , сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение…

Проектирование бензинового двигателя

4.4 Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяем алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс: (4…

Проектирование часового механизма

4. Стрелочный механизм и механизм завода пружины и перевода стрелок

Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

4.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов

1.
Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов

Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов

1. Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов

Тракторний дизель потужністю 85 кВт на базі дизеля СМД-17

2.3 Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм служить для перетворення прямолінійного зворотно — поступального руху поршня в обертовий рух колінчатого вала. Основними деталями кривошипно-шатунного механізму є поршні з поршневими кільцями й пальцями, шатуни…

Механизмы: кривошипы с поршнями — BirdBrain Technologies

В этом уроке вы будете расширять свой кривошипно-шатунный механизм, чтобы создать кривошипно-поршневой механизм. Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как это будет выглядеть.

Этот механизм состоит из четырех частей:

  • Кривошип прикреплен к двигателю, который его вращает.
  • Шток прикреплен к кривошипу и поршню в соединениях , которые могут свободно вращаться.
  • Направляющая фиксируется на месте; его цель — заставить поршень двигаться по линии. Поршень может свободно перемещаться вверх и вниз по линии, но не может вращаться.

При вращении кривошипа поршень движется вверх и вниз в линейном возвратно-поступательном движении. Кривошипно-поршневая система преобразует вращательное движение в поступательное движение. Линейное движение может быть вертикальным или горизонтальным (или в другом направлении), в зависимости от ориентации направляющей.

Необходимые материалы
Бумажный шаблон (см. материалы для учителя)

При печати шаблона убедитесь, что он распечатан в реальном размере (без масштабирования) на 8.Бумага размером 5 x 11 дюймов. Вы будете использовать шаблон, чтобы вырезать картон, как показано в инструкциях ниже. Обязательно используйте картон толщиной менее ⅛ дюйма.

Другие материалы
  • Кривошипный механизм (из урока про кривошип)
  • 1 Фрикционный штифт Technic
  • 1 Балка Technic 13M
  • ершик для труб
  • линейка или рулетка
  • секундомер
Изготовление кривошипно-поршневого механизма
  1. Для этого урока вам понадобится кривошипный механизм.Если вы еще не прошли урок по проворачиванию, сделайте это в первую очередь.
  2. Затем используйте это видео для сборки кривошипно-поршневого механизма.

  3. Присоедините двигатель к порту двигателя 1 на плате Hummingbird. Напишите простую программу для запуска двигателя. Наблюдайте за движением механизма.
График положения поршня

Подумайте о запуске таймера при включении двигателя. По прошествии секунд кривошип вращается, а поршень движется вверх и вниз.Мы могли бы построить график со временем по оси x и положением поршня по оси y. Этот график будет выглядеть примерно как кривая, показанная ниже.

На рисунке выше показан только один оборот кривошипа. Когда кривошип вращается снова и снова, эта кривая будет повторяться. Этот тип периодического движения называется волной.

  1. Самая высокая точка волны называется пиком , а самая низкая точка называется впадиной . Отметьте один пик и один провал на графике выше.
  2. Расстояние между пиком и впадиной называется высотой волны . Обозначьте высоту волны на графике выше.
  3. Как найти высоту волны поршня? Измерьте это значение, а затем сравните свой метод и ответ со своими одноклассниками.
  4. Волна часто описывается ее амплитудой, а не высотой волны. Амплитуда составляет половину высоты волны. Найдите амплитуду поршневой волны.
Изменение длины кривошипа

Теперь вы узнаете, как можно изменить волну поршня, изменив длину кривошипа.Вы можете изменить длину кривошипа, используя другие отверстия по длине кривошипа.

  1. Переместите соединительный штифт на конце кривошипа в соседнее отверстие.

  2. Измерьте амплитуду поршневой волны.
  3. Снова измените длину кривошипа. На этот раз поместите соединительный штифт между двумя соединительными штифтами, которые соединяют кривошип с адаптером двигателя.
  4. Измерьте амплитуду поршневой волны.
  5. Как амплитуда поршневой волны связана с длиной кривошипа?
  6. Может ли шток быть короче кривошипа? Почему или почему нет?
Период поршневой волны

Период времени между одним пиком и следующим называется периодом волны.

  1. Установите скорость двигателя на 20.
  2. Используйте секундомер, чтобы измерить, сколько времени требуется кривошипу, чтобы повернуться 10 раз.
  3. Каков период волны?
  4. Заполните приведенную ниже таблицу.
  5. Как период волны связан со скоростью двигателя? Предскажите период для скорости 50 и приведите доказательства своего ответа.
  6. Проверьте свой ответ на предыдущий вопрос. Насколько близок был ваш прогноз?
Использование кривошипов и поршней для создания роботов

Кривошипные и поршневые механизмы используются в роботах для создания линейного движения в определенном направлении.Например, в этом видео показан проект, в котором поршень используется для перемещения персонажа вверх и вниз. Можете ли вы определить части механизма на видео? Эта роботизированная черепаха также использует кривошип и поршень. Что может быть внутри панциря черепахи?

А теперь попробуйте на собственном роботе! Как далеко вы хотите переместить поршень? Какой длины должны быть кривошип и шатун, чтобы это произошло? Помните, что поршень не должен двигаться только вертикально или горизонтально. Он может двигаться по прямой линии в любом направлении!

Поиск дополнительной информации
  • Кривошипно-поршневой механизм: на этом веб-сайте показано движение кривошипно-поршневого механизма и описаны его части.
  • Дизельный двигатель: В этом видеоролике показано, как дизельный двигатель использует кривошипно-поршневой механизм легкового или грузового автомобиля. При этом взрыв топлива производит прямолинейное движение поршня, а механизм преобразует это движение во вращение колес транспортного средства.

Динамический анализ кривошипно-ползункового механизма с треснувшим стержнем

Динамическое уравнение кривошипно-ползункового механизма устанавливается с использованием уравнения Лагранжа и второго закона Ньютона.Исследуется кривошипно-кривошипный механизм с открытой трещиной стержня, а затем устанавливается эквивалентная модель механики безмассовой торсионной пружиной для имитации влияния трещины в стержне, а механизм сломанного стержня делится на две подсистемы. Установлено динамическое уравнение кривошипно-кривошипного механизма с кривошипным стержнем. Сравнение результатов динамического анализа между наличием и отсутствием трещины в стержне показывает, что наличие трещины приводит к большому изменению характеристик движения ползуна.Вычисленный максимальный показатель Ляпунова положительный, что свидетельствует о хаотичности движения ползуна в кривошипно-ползунковом механизме с треснувшим штоком.

1. Введение

Точное соотношение между входом и выходом важно для ползунково-кривошипного механизма [1]. Например, в некоторых приложениях вращение кривошипа рассматривается как вход, а смещение ползунка — как выход. Поскольку механизм изготовлен не идеально и всегда выходят трещины, которые, как известно, являются источником снижения надежности и точности системы [2, 3].Кроме того, трудно вычислить влияние по нормальной формуле напрямую, если в стержне есть трещина. Такая трещина в стержне может вызвать нелинейное поведение механизма, что должно повлиять на динамику механизма, когда стержень приводится в действие в соответствии с вращением кривошипа. Таким образом, это поведение следует изучить. Jin Zeng, HuiMa, Wensheng Zhang и RangchunWen смешивают элементы, комбинируя балочные элементы и твердые элементы, чтобы создать модель конечных элементов (FE) для консольных балок с трещинами и использовать коэффициент повреждения площади для оценки уровней трещин [4].Уго Андресус, Паоло Казини используют двухмерный четырехугольник для моделирования балки, затем получают собственные частоты (и соответствующие формы колебаний) консольной балки с трещинами [5], а также используют двумерные конечные элементы для рассмотрения консольной балки с асимметричную краевую трещину в качестве задачи плана, а затем сделать вывод о поведении дышащей трещины, которая моделируется как контактная задача без трения [6, 7]. Mihai Dupac и David G.Beale моделируют трещину в робе с помощью безмассовой торсионной пружины, но кривошипно-ползунковый механизм моделируется одним уравнением движения [8].Андреа Карпинтери, Андреа Спаньоли и Сабрина Вантадори строят общее линейное правило упрочнения для волокон и линейно-упругий закон для матрицы, чтобы принять упруго-пластическую модель перекрытия трещин [9]. О. Джаннини, П. Казини и Ф. Вестрони используют конечный элемент, который имеет билинейную матрицу элементов с разрывом, проходящим через начало координат, для моделирования зоны трещины балки [10]. Пьер Франческо Каччиола и Джузеппе Мусколино моделируют балку с трещинами конечными элементами, в которой для описания поврежденного элемента используется модель замыкающей трещины [11].Уго Андреус, Паоло Барагатти, Паоло Казини и Даниэла Яковьелло представляют вейвлет-анализ для обнаружения и количественного определения трещин в балках на основе статического метода, после чего эффективность пространственного вейвлет-преобразования доказана после сравнения с экспериментальным исследованием [12]. Марина В. Меньшикова, Александр В. Меньшиков и Игорь А. Гузь используют метод граничного интегрального уравнения для решения задачи механики разрушения и накладывают ограничения на нормальную и тангенциальную составляющие контактной силы и векторы разрыва перемещений, чтобы принять контактное взаимодействие берегов трещины с учетом[13].

В этой работе создана новая идея разделить кривошипно-кривошипный механизм на две подсистемы по точке трещины, а трещина моделируется безмассовой торсионной пружиной. Треснувший стержень моделируется двумя последовательными равными стержнями, соединенными безмассовой пружиной кручения. В этом методе гораздо проще моделировать систему с множеством трещин и легче программировать на языке Си. Сопоставляя результаты анализа кривошипно-кривошипного механизма с трещиной и без трещины, можно сделать вывод о необходимости изучения влияния трещины при анализе динамических характеристик механической системы и вибрационных характеристик.

2. Анализ движения кривошипно-ползункового механизма

Для изучения разницы динамического движения кривошипно-ползункового механизма с трещиной в стержне и без нее будет создано уравнение, и на основе расчета будет выполнено моделирование.

2.1. Уравнение движения кривошипно-ползункового механизма без трещины в стержне

На рис. 1 смоделирован кривошипно-ползунковый механизм без трещины в стержне для изучения эффекта динамического движения. Считается, что циклический изгибающий момент М проворачивает механизм, а стержни ОА и АВ считаются жесткими.Движение механизма можно записать в виде уравнения Лагранжа и второго закона Ньютона [14–17].


Для этого механизма с одной степенью свободы заданное значение φ задается как переменная в системе, а М является внешним моментом. Угол кривошипа φ — это угол между стержнем OA и горизонтальным направлением. Длина стержня OA равна l 1 , а затем длина стержня AB равна l 2 .Масса стержня OA равна м 1 , а масса стержня AB равна м 2 . Инерционная масса стержня ОА равна . Инерционная масса стержня AB равна . Центральная скорость стержня AB равна , а его центральная угловая скорость равна . представляет собой скорость ползуна B. Полная кинетическая энергия равна , где T 1 — кинетическая энергия стержня OA, T 2 — кинетическая энергия стержня AB, а 3 — кинетическая энергия ползуна B.Кинетическая энергия кривошипно-кривошипного механизма может быть рассчитана по формуле. Обобщенная сила может быть записана в виде. Дифференциальное уравнение движения Лагранжа для кривошипно-кривошипного механизма без трещины можно записать следующим образом [18–21]: Решение для функции дается следующим образом :

2.2. Уравнение движения кривошипно-ползункового механизма с трещиной в стержне

На рис. 2 смоделирован кривошипно-ползунковый механизм с трещиной в стержне для изучения эффекта динамического движения. Стержень АВ считается составленным из двух стержней АС и СВ.Точка трещины С находится в середине стержня АВ. Считается, что циклический изгибающий момент M приводит механизм в движение.


2.2.1. Система 1 и Система 2 Динамические уравнения

Кривошипно-ползунковый механизм рассматривается как система 1 и система 2, которые разделены трещиной. Эквивалентная механическая модель трещины может быть создана безмассовой пружиной кручения [22, 23].

Для системы 1 имеется две степени свободы; два назначенных значения и устанавливаются как переменные в системе.Угол кривошипа — это угол между стержнем OA и горизонтальным направлением. угол между стержнем AC и горизонтальным направлением. Центральная скорость стержня AC равна , а его центральная угловая скорость равна . Масса стержня АО составляет m 1 , а масса стержня AB составляет m 2 . Поскольку стержень АО и стержень АВ рассматриваются как материалы с равномерным распределением, масса стержня АС составляет m 2 . Полная кинетическая энергия для системы 1 равна , где T 1 – кинетическая энергия стержня OA, T 2 – кинетическая энергия стержня AC.Можно рассчитать кинетическую энергию системы 1 по следующей формуле: Обобщенная сила может быть записана как Дифференциальное уравнение движения Лагранжа можно записать следующим образом [24]: Решение для функции дается следующим образом: В системе 1 обобщенная сила может быть записана в виде. Дифференциальное уравнение Лагранжа можно записать следующим образом: Решение для функции дается следующим образом: энергия стержня СВ.угол между стержнем CB и горизонтальным направлением. S – расстояние до ползуна B. Центральная скорость стержня CB равна , а его центральная угловая скорость равна . F — внешняя сила, действующая на ползунок B.

2.2.2. Расчет стержня с трещиной

Стержень AB считается гибким, чтобы смоделировать трещину с помощью безмассовой торсионной пружины [25–31], что показано на рисунке 3. Рисунок 3(a) показывает размер трещины в стержне, а Рисунок 3(b) относится к торсионной пружине.


(a) Размер трещины в стержне
(b) Пружина кручения
(a) Размер трещины в стержне
(b) Пружина кручения

обобщенная сила, а EI — изгибная жесткость.

Решение (12) есть где y(x) — прогиб, угол изгиба поперечного сечения θ (x), изгибающий момент M(x), а силу сдвига можно рассчитать следующим образом [32] : Гибкий стержень считается постоянным по прогибу, изгибающему моменту и срезывающей силе, поэтому относительный угол торсионной пружины можно записать как где — относительный угол между верхним стержнем и положением трещины, а — относительный угол между нижним стержнем и положение трещины. Изгибающий момент крутильной пружины равен где С – податливость поворотной пружины, на которую могут влиять глубина трещины d и высота поперечного сечения h [30, 33, 34]. Тогда уравнение движения кривошипно-кривошипного механизма с трещину в стержне можно рассчитать следующим образом:

3. Сравнение движения кривошипно-ползункового механизма с трещиной в стержне и без нее

Моделирование кривошипно-ползункового механизма с трещиной в стержне и без нее выполнено на основе расчет верхнего уравнения.Механизм приводится в действие циклическим изгибающим моментом с постоянной угловой скоростью 300 об/мин (оборот в минуту), что означает, что кривошип приводится в движение один цикл каждые 0,2 с. Параметры трещины, использованные в расчете, следующие: глубина трещины d=6 мм и высота поперечного сечения h=30 мм. Краткое изложение свойств экспериментальной модели слайдера приведена в таблице 1.


Body Масса (кг) Длина (м) Момент инерции (кг•м2)

Кривошип 0. 3 0,03 0,000072
Род 0,036 0,12 0,0000624
слайдер 1,25 0,00068

Для ползунка кривошипно-кривошипного механизма с трещиной в шатуне, строится характеристика действия ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа, и полученные результаты сравниваются с полученными ранее действиями ползуна на кривошипно-кривошипном механизме без трещины в шатуне.Кривошипно-кривошипный механизм без трещины в штоке может быть сокращен как SC1, а кривошипно-ползунный механизм с трещиной в штоке может быть сокращен как SC2.

Как показано на рис. 4, смещение ползунка SC1 и SC2 сравнивается.


(1)Существуют циклические колебания перемещения ползунка на SC1, и период смещения 360 градусов можно легко найти на кривой. На SC2 нет явных циклических колебаний перемещения ползуна. Основная причина в том, что SC1 — это линейная система, а SC2 — нелинейная система.Нелинейная система очень сложна и не имеет регулярного периода.

(2) Максимальное смещение ползунка на SC1 ниже, чем максимальное смещение ползунка на SC2. Для SC2 ползунок будет двигаться дальше, когда ползунок достигнет точки, которая является максимальным смещением для SC1, из-за различной инерции, на которую влияет трещина. Кроме того, максимальное перемещение ползуна на SC2 не является определенным числом в каждом колебании, так как трещина приводит к сложной нелинейной системе колебаний.

(3) Тенденция колебаний смещения ползуна одинакова между SC1 и SC2. Это потому, что трещина просто меняет инерцию SC2, а затем меняет смещение. Но тенденция движения системы должна быть одинаковой.

(4)Испытание ползунка на SC1 точно симметрично. Пробная версия ползунка на SC2 несимметрична; например, в начале колебания есть одна синусоида в положительном направлении и две синусоиды (один больший синус, один меньший) в отрицательном направлении. Причина в том, что две синусоидальные волны произошли во время вытягивания кривошипа, изменение стержня трещины, чтобы толкнуть стержень, а затем изменилась глубина трещины d.

Как показано на рис. 5, имеется сравнение скорости ползунка между SC1 и SC2.


(1) На SC1 наблюдаются циклические колебания скорости ползунка, период составляет 360 градусов, что легко найти. На SC2 нет явных циклических колебаний скорости ползунка. Основная причина та же, что и при анализе перемещений.

(2)Максимальная скорость на SC1 намного ниже, чем у слайдера SC2.Основная причина та же, что и при анализе перемещений.

Как показано на рис. 6, ускорение ползунка сравнивается между SC1 и SC2.


(1) Для ускорения ползунка на SC1 существуют циклические колебания, и период составляет 360 градусов, что легко найти. На SC2 нет явных циклических колебаний ускорения ползунка. Основная причина та же, что и при анализе перемещений.

(2) Максимальное ускорение ползуна на SC1 намного ниже, чем значение на SC2, что совпадает с кривой скорости перемещения.

На рисунках 4, 5 и 6 видно, что смещение, скорость и ускорение ползунка являются непериодическими сигналами.

4. Нелинейный динамический анализ

Нелинейная динамика часто характеризуется хаотическим поведением системы. На рисунках 7 и 8 показаны фазовые траектории перемещение-скорость и скорость-ускорение для ползуна в условиях угловой скорости кривошипа 300 об/мин.



Из рисунков 7 и 8 видно, что кривая фазового пространства явно флуктуирует, и между разными периодами будут отклонения.Траектория движения неповторяемости поверхности кольца на фазовой диаграмме показывает, что система находится в квазипериодическом состоянии.

Показатель Ляпунова λ — хороший метод для оценки чувствительности системы на основе начальных условий, и его можно использовать для различения хаотических и нехаотических процессов. Отрицательный и нулевой показатель Ляпунова означает сходимость к предсказуемому движению, и только один положительный показатель приведет к хаотической системе. Для оценки показателя Ляпунова временных рядов предлагается несколько подходов, таких как метод Вольфа, Канца или Розенштейна [35–39].

Показатель Ляпунова показан на рис. 9 для системы кривошипно-ползунного механизма с трещиной в штоке. Смещение, скорость и ускорение ползункового показателя показателя Ляпунова составляют 0,0095, 0,0147 и 0,0301 соответственно, что означает хаотическую систему. Это точно объясняет, почему нет регулярного периода для перемещения, скорости и ускорения ползунка на SC2.


5. Выводы

Анализируется движение кривошипно-кривошипного механизма с трещиной в шатуне путем разделения системы на две системы, связанные трещиной.Трещина механизма моделируется безмассовой пружиной кручения. Сравнив перемещение ползуна, скорость и ускорение между SC1 и SC2, мы можем сделать вывод, что влияние удара с трещиной не следует игнорировать при анализе динамических характеристик. Вся кривая периодична для движения ползунка на СК1, тогда как для СК2 она хаотична.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарности

Эта работа поддерживается Фондом естественных наук Китая (51575331).

Что такое коленчатый вал? | Как работает коленчатый вал? |

Двигатель является наиболее важной частью всех транспортных средств, которая помогает транспортному средству двигаться. Двигатель состоит из разных компонентов. Коленчатый вал и поршень являются основными частями поршневого двигателя. Без этих двух жизненно важных частей поршневые двигатели не могут работать.

В поршневых двигателях поршень непосредственно соединен с коленчатым валом через шатун.Кривошип известен как основа двигателя внутреннего сгорания . Он отвечает за преобразование линейного движения поршня во вращательное движение. Он работает в соответствии с движением поршня вверх и вниз. В этой статье мы подробно рассмотрим коленчатый вал.

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал представляет собой механическое оборудование, которое преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение .Коленчатый вал соединяется с поршнем через шатун . Основная задача этого шатуна — воспринимать возвратно-поступательное движение поршня и передавать его на коленчатый вал.

Когда коленчатый вал получает движение от шатуна, он преобразует это движение во вращательное и приводит во вращение маховик, который приводит в движение колеса автомобиля.

Без кривошипа поршневой двигатель не может передать возвратно-поступательное движение поршня приводному валу.Проще говоря, поршневой двигатель не может привести в движение транспортное средство без коленчатого вала.

Коленчатый вал работает на кривошипно-шатунном механизме. Он расположен внутри блока двигателя. Кривошип входит в состав движущихся частей двигателя внутреннего сгорания. У него много шатунов и кривошипов. Шатун двигателя соединяется с кривошипом через эти шатунные шейки и кривошипы.

Разные двигатели завершают рабочий цикл за разное число оборотов коленчатого вала. Например, двухтактный двигатель завершает рабочий цикл после одного оборота коленчатого вала, а четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл после завершения двух оборотов коленчатого вала.

Коленчатые валы могут быть сварной, полусоединенной или цельной конструкции. Этот компонент двигателя соединяет выходную часть двигателя с входной частью.

Кривошип действует как звено, передающее выходную мощность в виде кинетической энергии вращения — поршень соединяется с центром кривошипа через шатун. Пусковой рычаг позволяет поршню вращать коленчатый вал, создавая мощность для движения автомобиля.

Работа коленчатого вала

Коленчатый вал работает на кривошипно-шатунном механизме .Кривошип имеет шатуны и кривошипы, которые соединены с шатунами. Он имеет гаситель вибрации, который уменьшает усилие на кривошипе.

Кривошип имеет противовес, который используется для уменьшения изгибающей нагрузки на кривошип. Коленчатый вал четырехтактного двигателя работает следующим образом:

  • Когда поршень двигателя движется от ВМТ к НМТ (ход вниз), он передает свое движение коленчатому валу через шатун.
  • Кривошип дополнительно преобразует линейное движение поршня во вращательное движение и передает его на распределительный вал.
  • Когда распределительный вал получает вращательное движение, он открывает впускной клапан, и топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания.
  • По мере заполнения камеры сгорания топливно-воздушной смесью поршень перемещается вверх (от НМТ к ВМТ) и сжимает смесь. Во время этого процесса распределительный вал закрывает как впускные, так и выпускные клапаны. По завершении процесса сжатия совершается и первый оборот коленчатого вала.
  • В конце процесса сжатия происходит процесс воспламенения.
  • Тепло, выделяемое сжатой смесью в процессе воспламенения, заставляет поршень двигаться вниз. Этот удар известен как Power Stroke. При движении этого поршня вниз поршень снова передает свое возвратно-поступательное движение шатуну, который далее отправляет его к коленчатому валу.
  • Один конец кривошипа соединяется с маховиком. Когда кривошип воспринимает движение поршня, он передает это движение маховику. Маховик запоминает это движение и далее приводит в движение колеса автомобиля.
  • После рабочего хода поршень движется вниз для выпуска отработавших газов. Во время этого процесса распределительный вал получает движение поршня от кривошипа и открывает выпускной клапан, в то время как впускной клапан остается закрытым. Поршень выталкивает выхлопные газы из камеры сгорания.
  • После такта выпуска совершаются два оборота кривошипа, а также завершается один рабочий цикл 4-тактного двигателя. После этого весь цикл повторяется.

Для лучшего понимания представьте, что ваши ноги крутят педали велосипеда.В этом примере считайте педали шатуном, а ваши ноги — поршнями. Когда вы качаете поршень, возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Подробнее: Работа шатуна?

Строительство коленвала 9001
  • 8

    Ниже приведены материалы, используемые для строительства коленчатого вала:

    • чугун
      • Chard Irone
      • Carble Electr
      • ванадий Microleyed сталь
      • кованая сталь

      Cranks можно собрать из различные штучные или выполненные в виде неразъемных (монолитных).

      Монолитный тип – самый популярный кривошип во всем мире. Однако некоторые большие и малые двигатели внутреннего сгорания имеют сборные коленчатые валы.

      Эти валы также могут быть отлиты из ковкого чугуна, модульной или ковкой стали. Сварные узлы отлиты из стали. Этот экономичный метод используется для недорогих серийных двигателей с разумными нагрузками. Процесс ковки имеет отличную прочность. Поэтому процесс ковки известен как предпочтительный процесс изготовления коленчатых валов.

      Процесс литья и ковки кривошипа

      Коленчатые валы, как правило, могут быть выкованы из отливок из ковких сталей или кованой ковкой с использованием стальных стержней. В настоящее время большинство производителей используют кованые коленчатые валы из-за их превосходного демпфирования, компактной конструкции и легкого веса.

      Сталь, легированная ванадием, в основном используется для изготовления кованых коленчатых валов. Это связано с тем, что эти стали можно охлаждать на воздухе без дополнительной термической обработки, за исключением закалки опорной поверхности после достижения ими высокой прочности. Он также имеет более низкое содержание легирующих элементов, что делает материал более дешевым по сравнению с высоколегированной сталью.

      Можно использовать углеродистую сталь, но углеродистая сталь требует дополнительной термической обработки для получения требуемых материалов. Сегодня чугунные коленчатые валы в основном используются в двигателях с малой нагрузкой и экономичной производительностью (например, дизельный двигатель Ford Focus).

      В настоящее время только некоторые двигатели используют коленчатые валы из чугуна для дешевой и маломощной версии, в то время как более дорогие и мощные версии двигателей используют коленчатые валы из кованой стали.

      Подробнее: Различные типы двигателей

      Компоненты коленчатого вала
    • 8

      Основные части коленвала приведены ниже:

      1. Главный журнал
      2. Коленчатый вал
      3. Масляные проходы
      4. Баланс
      5. Противовес
      6. Смазка коленчатого вала

      1) Коренная шейка

      Коренная шейка крепится к блоку двигателя.Этот блок двигателя вращается вокруг этой шейки. Все шейки коленчатого вала очень закалены, закруглены и гладкие. Коренная шейка крепится в седле, где будет размещена сменная вкладыш подшипника .

      Подшипник   мягче по сравнению с коренными шейками, и они могут меняться по мере износа. Конструкция подшипников улавливает небольшой объем примесей (если они есть) для предотвращения повреждения коленчатых валов.

      Затем крышка коренного подшипника навинчивается на шейку и затягивается с определенным моментом.

      Цапфа двигателя наезжает на масляную пленку. Эта масляная пленка проталкивается в зазор между подшипником и шейкой через отверстия седла коленчатого вала и соединительные отверстия вкладыша подшипника. При достаточной подаче и давлении масла подшипники и шейки не соприкасаются.

      Читайте также: Двигатели внутреннего сгорания различных типов

      2) Шатунная шейка

      Шатунная шейка смещена от оси вращения и соединена с большим концом поршневого штока .Он также широко известен как шейка шатунного подшипника или шатунная шейка. Подача масла под давлением поступает через коренную шейку из масляного канала с открытым углом.

      Некоторые шатуны имеют перфорированный масляный канал, так что масло может разбрызгиваться на стенки цилиндра. В этом случае подшипник скольжения шатуна имеет канавку для подачи масла в шатун.

      3) Смазка коленчатого вала

      Контакт металл-металл — враг эффективных двигателей; Шатунная шейка и коренная шейка перемещаются на масляной пленке, которая собирается на поверхности подшипника.
      Смазать коренные опорные подшипники очень просто. Прохождение масла из блока цилиндров к каждому гнезду коленчатого вала и соответствующие отверстия в корпусе подшипника позволяют этому маслу достигать шеек.
      Подшипник скольжения шатуна требует такой же смазки, но он вращается не по центру вокруг коленчатого вала. Для подачи масла в эти подшипники масляный канал проходит внутри коленчатого вала по коренным шейкам, по диагонали по перемычке и выходит из отверстия в шатунной шейке.
      Канавки в коренных шатунных подшипниках сливают масло под действием центробежной силы вращения коленчатого вала и удерживают масло вдавленным в канал шатунной шейки.
      Зазор между подшипником и шейкой является основной причиной давления моторного масла. Если зазор слишком велик, масло будет течь свободно, и давление не будет поддерживаться.
      Если зазор слишком мал, давление масла повышается, и металлы могут соприкасаться друг с другом. Поэтому при переборке двигателя необходимо измерить зазор между шейкой и подшипником.

      Читайте также: Различные типы поршневых двигателей

      4) Противовесы

      К коленчатому валу приложена большая вращающая сила, и масса перемещается вниз и вверх между шатуном и поршнем. сила.Противовес отлит как компонент коленчатого вала, чтобы уравновесить эти силы. Эти противовесы делают двигатель быстрее и тише.
      Балансировка коленчатых валов на заводе. Во время этого процесса маховик прикрепляется, и вся сборка вращается к машине, которая может измерить место дисбаланса маховика.

      Противовес имеет балансировочное отверстие для уменьшения веса. Если вам нужно добавить вес, сначала сделайте отверстие, а затем заполните его тяжелым металлом. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока коленчатый вал не придет в состояние балансировки.

      5) Упорные шайбы

      Более двух или двух упорных шайб устанавливаются в определенных местах по длине коленчатого вала, чтобы предотвратить его вертикальное перемещение.

      Эти шайбы располагаются между обработанной поверхностью шейки и гнездом коленчатого вала, чтобы поддерживать небольшой заданный зазор и минимизировать поперечное перемещение, доступное коленчатому валу. Это расстояние, которое перемещает вал от одного конца к другому, известно как осевой люфт, и допуск указан в руководстве по обслуживанию.

      В некоторых типах двигателей эти шайбы входят в состав основного подшипника скольжения, в то время как в других типах двигателей (обычно старых) используются отдельные шайбы.

      6) Главный сальник

      Концы коленчатого вала выступают за пределы картера. Итак, вам нужно предусмотреть способ предотвращения просачивания масла через эти отверстия. Эта проблема просачивания масла решается через два основных сальника; один находится спереди, а другой сзади.
      Задний коренной сальник устанавливается между маховиком и задними коренными шейками.Обычно это манжетное уплотнение из синтетического каучука. Это уплотнительное кольцо вставляется в канавку между масляным поддоном и блоком цилиндров. Уплотнение имеет формованную кромку, которая, в отличие от коленчатого вала, давит через пружину, известную как стягивающая пружина.
      Сам сальник является недорогим компонентом. Однако доступ к нему требует больших трудозатрат по демонтажу маховика, сцепления и трансмиссии; в некоторых случаях коленвал требует больших усилий. Поэтому сальник желательно менять в любое время, если есть возможность разобрать двигатель и получить доступ к деталям.

      Читайте также: Различные типы насосов

      7) Шкив коленчатого вала

      Шкив коленчатого вала также известен как шкив коленчатого вала или гармонический баланс. Это рифленый узел в форме колеса, который непосредственно соединяется с кривошипом автомобиля. Он соединяется с другими частями вашего автомобиля через ремень вспомогательного оборудования.

      Что вызывает поломку коленчатого вала?

      Ниже приведены некоторые распространенные причины повреждения коленчатого вала:

      1. Перегрев: Перегрев может вызвать множество проблем с двигателем.Если двигатель перегревается из-за радиатора, недостаточной вентиляции или плохой смазки, тепло, накопленное в двигателе, превышает температуру окружающей среды, и пластиковый корпус датчика коленчатого вала может треснуть или расплавиться. В этом случае автомобиль не заведется. Причина в том, что датчик не может отправить данные с коленчатого вала на компьютер.
      2. Неисправность жгута проводов: Загрязнение, мусор, масло или ослабленная проводка могут вызвать такие проблемы, как петля, заземление, неправильное напряжение и т. д.Эти проблемы могут привести к проблемам со жгутом проводов и могут привести к выходу из строя коленчатого вала. Это связано с тем, что грязь, масло или ослабленная проводка могут изнашивать жгут проводов, приводить к перебоям напряжения или износу самой проводки. Это может привести к постоянному выходу датчика из строя.
      3. Неисправность ремня ГРМ: Ремень ГРМ может быть поврежден из-за частого износа или столкновения. Этот сломанный ремень ГРМ наматывается на кривошип и повреждает его многочисленные мелкие компоненты.Из-за повреждения ремня ГРМ датчик положения коленчатого вала может задеть его. По этой причине датчик и жгут проводов могут выйти из строя.

      Каковы симптомы неисправности датчика положения коленчатого вала?

      Наиболее распространенные признаки неисправного или поврежденного коленчатого вала приведены ниже:

      • Детонация: В двигателе возникают проблемы с детонацией из-за сильного износа шатунных подшипников и коренных шеек коленчатого вала.
      • Шум: Двигатель может создавать сильный шум из-за повреждения коленчатого вала.
      • Двигатель вашего автомобиля может не запускаться из-за заклинивания
      • Остановка двигателя и обратное вращение: Остановка двигателя и обратное срабатывание являются симптомами неисправности датчика положения коленчатого вала (CKP). Отказ датчика CKP может привести к резкому останову двигателя после запуска без каких-либо проблем.
      • Низкое давление масла из-за небрежности
      • Чрезмерная вибрация двигателя: Датчик положения коленчатого вала определяет и ограничивает вибрацию, создаваемую двигателем автомобиля, для обеспечения стабильной выходной мощности.Если двигатель вашего автомобиля производит чрезмерную вибрацию, это также является признаком поломки коленчатого вала.
      • Пропуски зажигания в цилиндре: Поврежденный датчик положения коленчатого вала не может передавать точные данные в PCM, поскольку PCM не получает в полной мере данные, необходимые для подачи искры в правую камеру сгорания. В результате цилиндр выходит из строя, и автомобиль теряет мощность.

      Анализ коленчатого вала Ansys:

      Прежде всего, мы превращаем все части коленчатого вала в «твердую работу 2018», а затем собираем их, после чего сохраняем его модель в формате «IGS».После этого мы импортируем этот файл «IGS» в «ANSYS WORKBENCH R15» для анализа Ansys. Результаты анализа Ansys приведены ниже.

      Результаты и обсуждение:

      Анализ коленчатого вала — нержавеющая сталь приведен ниже: Фиг.1: оба конца коленчатого вала фиксированы Фиг.2

      , как показано на приведенном выше, нагрузке на 3,5 МПа. на верхней поверхности шатунной шейки.        Рис. 3: Коленчатое валовое напряжение фон-промаха

      Максимальное напряжение, возникающее в коленчатом валу, равно 2.5407e7 МПа на поверхности шейки шатуна. Минимальное напряжение составляет 27,342 МПа, как показано на рис. 3.    Рис. 4: Максимальная деформация

      Как показано на диаграмме выше, максимальная деформация вала составляет 152,77 МПа.       Рис. 5: Коленчатый вал Общая деформация

      На приведенном выше рис. 5 представлена ​​общая деформация коленчатого вала.      Рис. 6. Максимальное напряжение сдвига

      Максимальное напряжение сдвига 1,4273e7 МПа в области шатунной шейки коленчатого вала показано на рис. 6.

      Каковы причины поломки коленчатого вала?

      Наиболее распространенные причины поломки коленчатого вала приведены ниже:

      • Коленчатый вал может сломаться из-за перегрузки из-за гидравлического удара, ненормального сгорания и т. д.
      • Дефектный материал вала также может повредить коленчатый вал из-за ослабления противовеса, поломки редуктора и т. д.
      • Механическое повреждение вала до фиксации.
      • Ненужное вращение и вибрация из-за отказа сцепления, дефектного маховика или повреждения гасителя колебаний.
      • Недостаточная доработка подшипников коленчатого вала.
      • Материальный ущерб из-за раннего выхода подшипника из строя и отожженных шеек и т. д.
      • Подшипниковая шейка стала мягкой в ​​результате преждевременного выхода подшипника из строя или неправильного ремонта (например, ненужной переточки).
      • Ввод двигателя в эксплуатацию не соответствовал инструкции производителя.
      • Использование неправильного вкладыша подшипника.
      • Использованы старые болты головки подшипника или неправильный момент затяжки.
      • Слишком мало смазки при вводе в эксплуатацию, поскольку масляная система не заполнена и не сжата.
      • Крышки подшипников шатуна/коренного подшипника были перепутаны или закреплены криво.
      • Размер отверстия подшипника картера внутри коленчатого вала не проверялся и не ремонтировался после повреждения.
      • Несвоевременно заменены масляный фильтр, моторное масло и масляный радиатор.
      • Если подшипник поврежден, стружка, оставшаяся в масляном контуре двигателя, также может стать причиной поломки коленчатого вала.

      Как продлить срок службы коленчатого вала?
      • Надлежащее обслуживание подшипников двигателя.
      • Правильная смазка различных частей коленчатого вала.
      • Предотвращает смешивание моторного масла с топливом или охлаждающей жидкостью.
      • Надлежащая подача масла в двигатель в соответствии с инструкциями производителя.
      • Избегайте использования масла, содержащего мусор и другие загрязнения.
      • Предотвращает перегрев двигателя.
      • Текущее обслуживание и осмотр двигателя.
      • Используйте коленчатый вал из превосходного и высококачественного материала.
      • Своевременно меняйте масляный фильтр, моторное масло и масляный радиатор.
      • Надлежащим образом проверьте вал перед его установкой.
      • Предотвратить механическую перегрузку коленчатого вала из-за гидравлического удара, ненормального сгорания и т. д.

      Каковы причины разбалансировки коленчатого вала?

      Основные причины разбалансировки кривошипа:

      • Возвратно-поступательное движение поршня внутри камеры сгорания.
      • Из-за скручивания и кручения коленчатого вала.
      • Пожар или взрыв картера
      • Из-за рабочего хода. Потому что после завершения рабочего такта в двигателе поршень прикладывает рывковую силу к коленчатому валу, чтобы провернуть его больше.
      • Заземление корабля

      Как ломается коленчатый вал?

      Существует механическое понятие, которое называется усталость . Это означает, что материал может выйти из строя из-за повторяющихся нагрузок. Каждый раз, когда коленчатые валы вращаются, обратные нагрузки вызывают небольшой изгиб вала.Это очень похоже на то, как вы можете сломать вешалку или проволоку, просто согнув ее на четверть, а то и дюжину раз, и проволока порвется.

      Изгиб коленчатого вала намного меньше, поэтому для его поломки требуются миллионы циклов, но режим отказа такой же, как у вешалки. Теперь, если подшипник, поддерживающий коленчатый вал, выходит из строя из-за недостатка смазки, отклонение смещения за один оборот резко возрастает, так что отказ может произойти очень быстро.

      Еще одна причина неисправности: несбалансированный маховик/трансформатор или несоосность трансмиссии занимают первое место в списке поломок задней части коленчатого вала.Еще одной вероятной причиной может быть концентратор напряжения (выемка на тонко отшлифованной поверхности) в радиусе рядом с шейкой подшипника. Порез может превратиться в трещину, которая будет быстро распространяться.

      Что такое распределительный вал?

      Распредвал, расположенный сверху двигателя. Это важный компонент клапанного механизма двигателя, позволяющий воздуху и топливу поступать в камеру сгорания и позволять газам выходить после сгорания.

      Новейшие двигатели внутреннего сгорания могут иметь до четырех распредвалов (или два распредвала).Каждый цилиндр имеет четыре клапана (два впускных и два выпускных). На каждый клапан настраивается только один распредвал.

      Читайте также: Работа распределительного вала

      Распределительный вал против коленчатого вала

      Основная разница между коленчатым валом и распределительным валом приведена ниже:

      Crankshaл
    • 8 распределительный вал
    • Изготовлен методом ковки из легированной стали. Изготавливается методом литья из стали или чугуна.
      Этот вал есть как у двухтактных, так и у четырехтактных двигателей. Двухтактный двигатель не содержит распределительного вала. Этот вал используется только в четырехтактном двигателе.
      Устанавливается внутри цилиндра Этот вал устанавливается на головке блока цилиндров.
      Коленчатый вал приводится в движение поршнем через шатун. Распределительный вал получает движение или мощность от шатуна.
      Коленчатый вал используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное. Распределительный вал используется для закрытия и открытия всасывающего и выпускного клапанов в зависимости от движения поршня.
      Поршень двигателя вращает его через шатун. Ремень ГРМ вращает распределительный вал, соединенный с коленчатым валом.
      Имеет большой вес. Имеет малый вес.
      Коленчатый вал дороже распредвала. Распредвал дешевый.
      Этот вал имеет смазочное отверстие, коренной коренной подшипник шейки коленчатого вала и шатунную шейку. Этот вал имеет встроенную шестерню и кулачки.
      В случае 4-тактного двигателя он совершает два оборота, чтобы завершить рабочий цикл. В 4-тактном двигателе он вращается только один раз, чтобы завершить рабочий цикл.

      Применение коленчатого вала
      1. Коленчатый вал управляет движением всех клапанов для процессов всасывания, сжатия, воспламенения, расширения и выпуска двигателя внутреннего сгорания в правильное время цикла.Это отличная функция.
      2. Принимает вращательное движение от шатунов и передает его на маховик.
      3. Коленчатый вал используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, чтобы он мог двигаться к колесам автомобиля.

      Часто задаваемые вопросы Раздел

      Кто изобрел коленчатый вал?

      Коленчатый вал был изобретен аль-Джазари в 1206 году.

      Какие бывают типы коленчатых валов?

      Коленчатый вал имеет следующие основные типы:

      1. Бронированный коленчатый вал
      2. Crankshaл
      3. Ковчевой коленчатый вал
      4. Твердые отдельные валы
      5. полностью построенный вал
      6. сварные валы
      7. Полустроительный вал

      Есть ли какой-нибудь тип двигателя, работающего без коленвала?

      Существует два типа двигателей

      1. Двигатель Ванкеля
      2. Поршневой двигатель

      Поршневые двигатели сконструированы таким образом, что они не могут работать без поршня и коленчатого вала.В то время как двигатель Ванкеля работает с помощью ротора; и ему не нужен поршень и коленвал.

      Коленчатый вал вращает распределительный вал?

      Коленчатый вал соединен с распределительным валом посредством цепи или зубчатого колеса. Кривошип передает свое движение распределительному валу через эту зубчатую передачу. Поскольку распределительный вал получает вращательное движение от коленчатого вала, он использует это движение для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

      В каком двигателе нет распределительного вала?

      Двухтактный двигатель не имеет распределительного вала.Единственный 4-тактный двигатель использует его для открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов.

      Как завести машину с неисправным датчиком коленвала?

      Убедитесь, что зажигание включено только тогда, когда горит индикатор двигателя, а другие признаки минимальны.

      Если ваш автомобиль останавливается один или два раза или вы сталкиваетесь с рывками при ускорении после запуска автомобиля, вы можете ехать, но вам нужно отвезти его в мастерскую. Если проблема более серьезная, вождение может привести к серьезному повреждению двигателя, что может увеличить затраты на ремонт.

      Поэтому, если датчик коленвала вашего автомобиля поврежден, вам следует как можно скорее заменить или отремонтировать его для отличной работы вашего двигателя.

      На каком механизме работает коленчатый вал?

      Коленчатый вал работает на кривошипно-шатунном механизме.

      Сколько коленчатых валов в v8?

      Почти 99% двигателей V8 имеют только один коленчатый вал.

      Подробнее
        1. Различные типы двигателей
        2. Работа распределительного вала
        3. Работа разъема
        4. Двухтактный двигатель
        5. Двухтактный Engin
        6. Двухтактный Engin
        7. Рабочая и типы поршней

        Сладер

        Кривошипно-кривошипный механизм

        КРИВАЯ КРИВОШУТНОГО МЕХАНИЗМА

        Вверху слева нарисована только половина каждой кривой.Им следует дополнить их симметричным изображением о ( ОА ).
        Кривая, изученная Бераром в 1820 году и Руисом-Кастисо в 1889 году.
        Другое название: квартика Руиса-Кастисо.

        Кривая кривошипно-кривошипного механизма является геометрическое место фиксированной точки M на плоскости, связанной со стержнем [ PQ ] (называемый шатуном ) шарнирно-сочлененного механизма ( OPQ ), O фиксируется, а Q ограничивается перемещением по линии ( D ) (выдвижной ящик или поршень ).Другими словами, кривая кривошипно-ползунковый механизм — это геометрическое место точки, связанной с линией сегмента. постоянной длины, соединяющей окружность ( C ) и линию ( D ).

        Кривая не пуста тогда и только тогда, когда a £ b + c , и в этом случае он связан, если b £ + (?) .

        Когда M находится на шатуне, приведенное выше уравнение показывает, что тогда кривая является полисомальной кривая, медиальная между двумя эллипсами: , а также .

        В частности:

        — когда a = 0 (( D ) проходит мимо O ) и k = -1, эти два эллипса концентричны кружки: связанные кривые являются квартиками Бернулли. Смотрите также на этом пролистайте базовую и кривую качения плоского движения на соответствующем самолет.
         — когда c = a + b и k = -1, эти два эллипса являются касательными окружностями: связанные кривые являются двойными кривые сердца.
          — когда а = 0 и б = с, Кривошипно-кривошипный механизм состоит из окружности и эллипса. (фактически мы находим построение эллипса с полоской бумаги).

        Это устройство обеспечивает линейное, почти синусоидальное движение; справа представление движения Q для a = 0, б = 1, в = 3.
        См. также заявку на Стеклоочиститель Мерседес.

        Если окружность ( C ) заменить любой коникой, мы получить все полисомальные кривые.

        Если линию ( D ) заменить на окружность, то получим кривая трехзвенного механизма.

        Если шатун больше не должен иметь его конец скользит по линии, но скользит только при прохождении через неподвижную точку получаем раковины кругов.

        © Роберт ФЕРРЕОЛ 2017

        Динамический анализ кривошипно-кривошипного механизма с нарушением зазора

        2.1. Динамическая модель на основе непрерывного состояния контакта

        Предположим, что имеется чрезмерный зазор в шарнирном соединении B между коленчатым валом и шатуном в кривошипно-ползунковом механизме, показанном на рис. 1. Учитывая, что зазор в вращательном соединении B очень мал, время столкновения и контакта подвижные боковые элементы очень короткие, поэтому предполагается, что подвижные соединения всегда находятся в контактном состоянии, а столкновение и разъединение завершаются мгновенно.Упрощая и игнорируя упругую деформацию и демпфирование поверхности контакта подвижных соединений, зазор эквивалентен виртуальному жесткому стержню того же размера. Когда в работе механизма происходит резкое изменение определенного азимута, считается, что подвижные соединения находятся в разъединенном состоянии. После эквивалента модели зазора механизм превращается в многостержневую систему с несколькими степенями свободы, и уравнение Лагранжа можно использовать для установления динамического уравнения системы.Уравнение Лагранжа второго типа выражается следующим образом:

        (1)

        ддт∂E∂q˙i-∂E∂qi+∂U∂qi=Fi,

        , где E и U представляют собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии кривошипно-ползункового механизма соответственно. Fi — обобщенная сила.

        Поскольку система, показанная на рис. 1, имеет только одну степень свободы, следует ввести обобщенную координату θ. уравнение (1) превратится в уравнение. (2):

        (2)

        ддт∂E∂θ˙i-∂E∂θ+∂U∂θ=0,

        где θ — введенная обобщенная координата.Нетрудно найти, что выражение суммы кинетической энергии коленчатого вала, шатуна и ползуна имеет следующий вид:

        (3)

        E=12m2x˙32+12m3x˙32+1213m1l12θ˙12+1213m2l22θ˙22,

        , где m1, m2 и m3 — массы коленчатого вала, шатуна и ползуна соответственно. l1, l2 – длины коленчатого вала и шатуна соответственно. θ1, θ2 и θ представляют собой угол между коленчатым валом, звеном, виртуальным стержнем и осью x соответственно.

        Аналогично, сумма потенциальной энергии коленчатого вала, шатуна и ползуна может быть получена следующим образом:

        (4)

        U=12m1gl1sin⁡θ1+12m2gl2sin⁡θ2.

        Подставляя уравнения. (3) и (4) в уравнение. (2) дает выражение:

        (5)

        ddt∂E∂θ˙=m2+m3x¨3∂x3∂θ+x˙3∂x˙3∂θ+13m2l22θ¨2∂θ2∂θ+θ˙2∂θ˙2∂θ,∂E∂θ= m3+m2x˙3∂x˙3∂θ+13m2l22θ˙2∂θ˙2∂θ,∂U∂θ=12m2gl2cosθ2∂θ2∂θ.

        Рис. 1. Принципиальная схема кривошипно-кривошипного механизма с нарушением зазора

        Подставляя уравнения.(3) и (4) в уравнение. (2) дает выражение:

        (6)

        (m2+m3)x¨3∂x3∂θ+13m2l22θ¨2∂θ2∂θ+12m2gl2cos⁡θ2∂θ2∂θ=0,

        где:

        x¨3=-l1θ¨1sinθ1+θ˙12cosθ1+rθ¨sinθ+θ˙2cosθ+l2θ¨2sinθ2+θ˙22cosθ2,∂x3∂θ=-rsinθ-l2sinθ2∂θ2∂θ,∂θ2,∂θ2∂θ2=rcos sinθ2=l1sinθ1+rsinθl2,cosθ2=1-l1sinθ1+rsinθl22,θ¨2=sinθ2l22cos3θ2(l1θ˙1cosθ1+rθ˙cosθ)2     +1l2cosθ2l1θsθ1cosΨ1-θ1˙12sinθ1

        2.2. Динамическая модель с тремя состояниями

        В этой статье модель динамики на основе трех состояний была принята программным обеспечением ADAMS.В ADAMS зазор между трением и ударом характеризуется созданием модели контактной силы. Модель контактной силы записывается следующим образом:

        (7)

        УДАРx,x,˙x1,k,e,cmax,d,

        , где x используется для расчета расстояния между точками двух геометрических объектов, которые вступят в контакт. x˙ ̇ — производная по времени от x, которая представляет собой скорость столкновения или разделения. x1 – свободная длина x, то есть при x

        В данной статье УДАР может быть определен следующим выражением:

        (8)

        ВЛИЯНИЕ=Max0,kx1-xe-STEPx,x1,-d,cmax,x1,0x˙:x, где STEP — ступенчатая функция, использующая аппроксимацию кубическим полиномом для расчета коэффициента вязкого демпфирования, что позволяет избежать случая, когда коэффициент вязкого демпфирования не равен нулю, когда проникновение равно нулю, как показано на рис.2:

        (9)

        ШАГδ,0,0,δmax,Cmax=0,     δ≤0,Cmaxδδmax23-2δδmax,    0<δ<δmax,Cmax,     δ≥δmax,

        , где при положительном значении δmax определение Cmax является максимальным, а разумный параметр равен 0,01 мм.

        Рис. 2. ШАГОВАЯ функция

        Ротационно-линейные соединения — ЗОЛОТОЙ КРИВОШУЧНЫЙ МЕХАНИЗМ 51025

          кривошип  представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, с помощью которого возвратно-поступательное движение передается или принимается от вала .Он используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное движение или наоборот. Рычаг может быть изогнутой частью вала или прикрепленным к нему отдельным рычагом или диском. К концу кривошипа с помощью шарнира прикреплен стержень, обычно называемый соединительным стержнем. Конец стержня, прикрепленный к кривошипу, движется круговым движением, в то время как другой конец обычно вынужден двигаться линейным скользящим движением.

        Этот термин часто относится к кривошипу с приводом от человека, который используется для ручного поворота оси, как в велосипедном шатуне или скобе и дрели.В этом случае рука или нога человека служит шатуном, прикладывающим возвратно-поступательную силу к кривошипу. Обычно к другому концу руки перпендикулярна штанга, часто с прикрепленной свободно вращающейся ручкой или педалью.


        АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

        1- Кривошипно-кривошипный механизм с паузой в конце хода.

        Число зубьев внутренней шестерни в 3 раза больше, чем у сателлитной шестерни. Длина короткого шатуна составляет половину длины длинного шатуна.Одна ось шатуна образует дельтовидную мышцу, состоящую из 3 почти круглых изгибов. Длина шатуна равна радиусу кривой.


         

        2-кривошипно-ползунковый механизм с дополнительным двойным кривошипом 2

        Длина хода ползунка почти в 4 раза больше длины красного кривошипа.


         

        Ссылки

        Избранное видео – http://youtu.быть/rG5ipR9S07U

        Видео 1 – http://youtu.be/KnASJHtbGB0
        Видео 2 – http://youtu.be/ObmXPNQhI1k

         


         

        Динамический анализ и проектирование регулятора кривошипно-кривошипного механизма с пьезоэлектрическими приводами | Журнал вычислительного дизайна и инженерии

        Аннотация

        Исследовано динамическое поведение кривошипно-кривошипного механизма, связанного с интеллектуальным гибким шатуном. Исследовано влияние различных параметров механизмов, в том числе длины кривошипа, гибкости шатуна и массы ползуна, на динамические характеристики.Предложены две схемы управления упругодинамическим гашением колебаний гибкого шатуна, а также получением постоянной угловой скорости кривошипа. Первая схема основана на подходе линеаризации с обратной связью, а вторая основана на регуляторе скользящего режима. Входные сигналы подаются электродвигателем, расположенным в стыке кривошипа, и двумя слоями пьезоэлектрической пленки, приклеенными к верхней и нижней поверхностям шатуна. Оба регулятора успешно подавляют вибрации упругой связи.

        Highlights
        • Исследовано динамическое поведение ползунково-кривошипного механизма, связанного с интеллектуальным гибким шатуном.

        • Исследовано влияние различных параметров механизмов, в том числе длины кривошипа, гибкости шатуна и массы ползуна на динамические характеристики.

        • Предложены две схемы управления упругодинамическим гашением колебаний гибкого шатуна, а также получением постоянной угловой скорости кривошипа.

        • Контроллеры основаны на подходе линеаризации обратной связи и контроллере скользящего режима.

        Графический реферат

        Графический реферат

        Номенклатура

          номенклатура

          • R

          • L

            L

            L

          • θ

          • ψ

            Угол стержня

          • QI (T)

            Режимы вибраций Гибкий механизм слайдера

          • F I

          • τ I

            Наносительный крутящий момент на системе

          • ξ →

          • IC

            Момент инерции Crank

          • 1

          • 2

          • мс

          • MC

          • Ei

          • ρ

          •  
          • H

          •  
          • г 31

          • V

            Нанесенное напряжение на пьезоэлемент

          • x → B

            Скорость соединительной конечной точки стержня

          1 Введение

          Высокая скорость работы, превосходная надежность и точная работа являются основными характеристиками современного промышленного оборудования и коммерческого оборудования.Традиционный анализ твердого тела, который предполагает низкие рабочие скорости, становится недостаточным для описания производительности таких высокоскоростных систем. Необходимо глубокое понимание динамического поведения современных высокоскоростных машин, основанных на многотельных системах, таких как кривошипно-кривошипные механизмы. Несколько исследователей работали над разработкой подходящих составов с этими механизмами. Нойбауэр и др. рассмотрен поперечный прогиб упругого шатуна кривошипно-кривошипного механизма в пренебрежении продольной деформацией, кориоловской, относительной тангенциальной и относительной нормальной составляющими ускорения [1].Се и Шоу изучали нелинейный резонанс гибкого шатуна, рассматривая как продольное, так и поперечное отклонение стержня [2]. Они исследовали, что шатун ведет себя как система со смягчающим типом нелинейности, которая подвергается внешним и параметрическим воздействиям. Чен и Чиан изучали влияние длины кривошипа на динамические характеристики гибкого шатуна с демпфированием [3]. Чжэн и др. и Мувенги и др. рассмотрели влияние зазора в суставе, а Рейс и др. добавили эффект трения при динамическом анализе механизма [4–6].Сложность динамической модели гибких механизмов и их высокая нелинейность делают эти системы трудноуправляемыми. Несколько исследователей пытались уменьшить или устранить колебания гибких механизмов, вызванные одним или несколькими гибкими звеньями [7–9].

          Каркоуб и Йигит разработали контроллер для четырехзвенного механизма с гибкой муфтой. Их замкнутая система могла отслеживать заданное движение на уровне входного звена. Контроллер ПД мог перемещать механизм в нужное положение и поглощать эластодинамические колебания [10].Каркоуб также разработал контроллер на основе μ-синтеза для подавления эластодинамических колебаний кривошипно-ползунного механизма, связанного с очень гибким шатуном [11]. Санна и Смайли разработали многопараметрический оптимальный регулятор для четырехзвенного механизма с гибкой муфтой, используя модель динамики конечных элементов. Результаты были реализованы на экспериментальном стенде с использованием пары пьезокерамических датчиков/исполнительных устройств [12].

          Здесь мы сосредоточимся на изучении влияния параметров различных механизмов на динамическое поведение и вращение кривошипа с учетом поперечного прогиба шатуна.Даже при отсутствии внешнего возбуждения вращение кривошипа возбуждает шатун и вызывает вибрацию. Мы успешно подавили вибрации упругой связи с помощью двух пьезоэлектрических приводов и нелинейных регуляторов, разработанных на основе линеаризации с обратной связью и скользящего режима.

          2 Моделирование механизма

          Уравнение движения гибкого ползунково-кривошипного механизма получено с использованием подхода Эйлера–Лагранжа [13–17]. Предполагается, что механизм перемещается в горизонтальной плоскости, а продольные отклонения пренебрежимо малы.Схема кривошипно-ползункового механизма с гибким шатуном представлена ​​на рис. 1. Параметры механизма определяются следующим образом: r — длина кривошипа; L – длина шатуна; θ — угол поворота коленчатого вала; ψ — угол наклона шатуна по отношению к земле; x и w — координаты x и y соответственно любой точки шатуна в системе координат e→`1−e→2.

          Рис.1

          Кривошипно-кривошипный механизм.

          Рис. 1

          Кривошипно-кривошипный механизм.

          Положение любой точки на гибком шатуне (рис. 1) задается равным

          R→=(rcosθ+wcosψ+xcosψ)i→+(rsinθ+wsinψ−xsinψ)j→

          y
          — составляющая смещения конечной точки шатуна при x = l , которую можно получить, приняв скалярное произведение вектора перемещений R→ и j→ равным нулю. Следовательно, используя метод суммирования мод, прогиб w определяется выражением где qi(t) – формы колебаний гибкого кривошипно-ползункового механизма.Для построения модели гибкого механизма используются уравнения Эйлера–Лагранжа. Пусть L=T−U⁠, где T и U — кинетическая и потенциальная энергии системы соответственно. Уравнения движения можно получить, используя следующее уравнение:

          ddt(∂L∂ξ̇i)−∂L∂ξi=Fi+τi

          (5) где Fi — неконсервативные силы, τi — крутящий момент, приложенный к системе, и ξ→ — вектор отклонения.

          [ξ1,ξ2,…,ξn+1]=[θ,q1(t),q2(t),…,qn(t)]

          (6) Затем вычисляется кинетическая энергия системы:

          T= 12Icθ̇2+12ρA∫0lR→̇R→̇dx+12msẊB2

          (7) где ms — масса ползуна, X→B — скорость конца шатуна, Ic — момент инерции кривошипа, ρ, А — плотность и поперечное сечение шатуна соответственно.

          R→̇R→̇=(−rθ̇sinθ+ẇcosψ+(x+w)dcosψdt)2+(rθ̇cosθ+ẇsinψ+(w−x)dsinψdt)2

          (8)

          X→B=(−rθ̇sinθ+xdcosψdt) i→

          (9) Зависимая координата ψ затем опускается с использованием голономной связи кривошипно-ползункового механизма (уравнение (3)). Потенциальная энергия механизма определяется выражением

          U=12∫0lEI(∂2w∂x2)2dx+mcgr2sinθ

          (10)Для одномодовой модели

          U=q12EI2(πl)4∫0lsin2πxldx=q12EI.l4(πl) 4+mcgr2sinθ

          (11) где EI — изгибная жесткость. n +1 уравнений движения кривошипно-ползункового механизма можно записать в следующем формате.Теперь, используя определенные потенциальную и кинетическую энергии и вводя лагранжиан и взяв производные, уравнение движения кривошипно-ползунного механизма получает в таком виде

          Mξ¨+B(ξ,ξ̇)+G(ξ)+F=τ

          (12) где M — матрица масс, которая является симметричной, а B включает в себя кориолиусовские и центробежные члены, G содержит члены гравитации и потенциальной энергии, а F обозначает трение, приложенное к механизму. τ — приложенный крутящий момент на кривошипе.Затем уравнение движения решается численно с использованием функции ОДУ программного обеспечения MATLAB. Таким образом, уравнения сначала переписываются в модели в пространстве состояний.

          3 Динамическое поведение

          В этом разделе исследуется влияние параметров механизма на динамический отклик системы. Для шатуна рассматривается одиночная мода. Поскольку шатун можно смоделировать как стержень штифта, одной моды достаточно и достаточно точно. Параметры механизмов, использованных при динамическом анализе, приведены в табл. 1.

          Переменная . Определение . Значение .
          R Длина кривошипно 10 см
          L длина шатуна 30 см
          жа Slider массовые 0,5 кг
          MC MC Crank Mass 2 (ρ) ( π ) HR
          EI Гибкость 0.2
          плотность материала 7850 7850

          Радиус стержня 0,02 см
          Переменная . Определение . Значение .
          R 10 см 10 см
          L L Длина соединения 30 см
          мс Slider Mass 0.5 кг
          Мгц кривошипно масса 2 (ρ) ( π ) ч
          Е.И. Гибкость 0,2
          ρ Материал Плотность 7850
          H Радиус стержня 0,02 см
          Варьируется . Определение . Значение .
          R Длина кривошипно 10 см
          L длина шатуна 30 см
          жа Slider массовые 0,5 кг
          MC MC Crank Mass 2 (ρ) ( π ) HR
          EI Гибкость 0.2
          плотность материала 7850 7850

          Радиус стержня 0,02 см
          Переменная . Определение . Значение .
          R 10 см 10 см
          L L Длина соединения 30 см
          мс Slider Mass 0.5 кг
          Мгц кривошипно масса 2 (ρ) ( π ) ч
          Е.И. Гибкость 0,2
          ρ Материал Плотность 7850
          H Радиус стержня 0,02 см

          Изучено влияние гибкости шатуна, кривошипа на динамическое поведение массы и длину ползуна.

          3.1 Длина кривошипа

          Небольшие углы поворота коленчатого вала по отношению к длине шатуна приводят к меньшей амплитуде вибрации и более периодическому результату.

          3.2 Масса ползуна

          По мере уменьшения массы ползуна увеличивается амплитуда вибрации шатуна и получается непредсказуемый ответ как для угла поворота кривошипа механизма, так и для амплитуды вибрации.

          3.3 Гибкость шатуна

          Увеличение EI приводит к более жесткому механизму, и амплитуда вибрации уменьшается, как и ожидалось.Диаграмма фазовой плоскости θ показывает более периодическую реакцию.

          3.4 Постоянная угловая скорость кривошипа

          Рассмотрение постоянной угловой скорости кривошипа исключает одно из дифференциальных динамических уравнений второго порядка, поскольку угол кривошипа известен в каждый момент времени. В этой ситуации интерес представляет амплитуда вибрации шатуна.

          Исследована АЧХ амплитуды колебаний в зависимости от параметров механизма при постоянной угловой скорости кривошипа.Амплитуда вибрации шатуна отложена в зависимости от безразмерной угловой скорости кривошипа (рис. 2–4). где ω1 — первая собственная частота штыревого пучка. При Ω=1⁠ механизм входит в резонанс. В зависимости от параметров механизма пиковое значение вибрации на резонансной частоте различно. Отклик фазовой плоскости при Ω=1 представлен на рис. 5, что указывает на неустойчивый фокус и поясняет неустойчивость механизма.

          Рис. 2

          (a) Фазовая диаграмма θ ( r =0.003), (b) диаграмма фазовой плоскости θ ( r =0,1), (c) диаграмма фазовой плоскости q 1 ( r =0,003) и (d) диаграмма фазовой плоскости q 1 ( r =0,1). Рис. 2 1 ( r =0,003) и (d) фазовая диаграмма q 1 ( r =0.1).

          Рис. 3

          (a) Диаграмма фазовой плоскости θ (ms=5), (b) Диаграмма фазовой плоскости θ (ms=0,5), (c) Диаграмма фазовой плоскости q 1 (ms= 5) и (d) фазовая диаграмма q 1 (ms=0,5).

          Рис. 3

          (a) Диаграмма фазовой плоскости θ (ms=5), (b) Диаграмма фазовой плоскости θ (ms=0,5), (c) Диаграмма фазовой плоскости q 1 (ms =5) и (d) диаграмма фазовой плоскости q 1 (мс=0.5).

          Рис. 4

          (a) Диаграмма фазовой плоскости θ ( EI =0,2), (b) Диаграмма фазовой плоскости θ ( EI =20), (c) Диаграмма фазовой плоскости q 1 ( EI = 0,2) и (d) диаграмма фазовой плоскости q 1 ( EI = 20).

          Рис. 4

          (a) Диаграмма фазовой плоскости θ ( EI =0,2), (b) Диаграмма фазовой плоскости θ ( EI =20), (c) Диаграмма фазовой плоскости q 1 ( EI =0.2) и (d) фазовая диаграмма q 1 ( EI =20).

          Рис. 5

          Фазовая диаграмма амплитуды вибрации при Ω=1⁠.

          Рис. 5

          Фазовая диаграмма амплитуды вибрации при Ω=1⁠.

          АЧХ амплитуды колебаний шатуна изображена на рис. 6 для малой длины кривошипа ( r =0,003 м и ms=0,5 кг). С учетом параметров механизма проводится сравнительное исследование АЧХ колебаний шатуна (рис.7). Пик резонанса усиливается по мере увеличения длины кривошипа. Также достаточно большая длина кривошипа приводит к нестабильности механизма на высоких частотах. Другими словами, увеличение длины кривошипа снижает критическую угловую скорость.

          Рис. 6

          Частотная характеристика амплитуды вибрации.

          Рис. 6

          Частотная характеристика амплитуды вибрации.

          Рис. 7

          Зависимость АЧХ от параметров механизма.

          Рис. 7

          Зависимость АЧХ от параметров механизма.

          Диаграмма амплитуды вибрации в фазовой плоскости затем строится и сравнивается для каждого Ω⁠.

          4 Конструкция контроллера

          Для создания регулятора гашения упругодинамических колебаний гибкого шатуна разработаны регуляторы двух типов. Один основан на методе линеаризации с обратной связью, а другой представляет собой регулятор скользящего режима, который представляет собой надежный метод управления.

          Выше были получены два вида динамических уравнений. В первом угол кривошипа и его производные рассматриваются как состояния динамического уравнения и связаны с прогибом гибкого шатуна. Для этого случая разработан регулятор, основанный на подходе с обратной связью, и эластодинамические колебания гибкого шатуна подавляются, а угол поворота коленчатого вала и угловые скорости отслеживаются по заданной синусоидальной траектории. Во втором динамическом уравнении рассматривается постоянная угловая скорость кривошипа, и в уравнении неизвестны только прогиб упругой связи и ее производная.В этом случае реализован регулятор скользящего режима для устранения и подавления вибраций очень гибкого шатуна.

          Считается, что входные управляющие сигналы подаются двигателем, установленным на шлицевом соединении кривошипа, и двумя слоями пьезоэлектрической пленки, приклеенными к верхней и нижней поверхностям шатуна. Пьезоэлементы воздействуют на балку распределенным моментом, пропорциональным приложенному к ним напряжению. Этот момент зависит от нескольких параметров, таких как диэлектрический коэффициент, упругость и толщина пьезоэлемента и шатуна.Значение момента определяется выражением [18, 19]

          M1=(Eawatatb)γγ+6Λ,γ=EbwbtbEawataΛ=d31taV

          (14) где Eb⁠, wb и tb — модуль упругости, толщина в направлении Y и толщина на Z направление алюминиевой балки соответственно. Ea⁠, wa и ta — модуль упругости и толщина пьезоактюаторов. d31⁠ — коэффициент диэлектрической проницаемости, а В обозначает напряжение, подаваемое на пьезоэлемент.

          При повторном рассмотрении метода Эйлера-Лагранжа при выводе динамических уравнений этот момент возникает как момент в правой части уравнения, связанный с прогибом гибкого шатуна, который в данном исследовании рассматривается как управляющее воздействие (рис.8).

          Рис. 8

          Недостаток при определенной угловой скорости.

          Рис. 8

          Недостаток при определенной угловой скорости.

          Реакция механизма без обратной связи при приложении к кривошипу постоянного входного крутящего момента от двигателя показана на рис. 9, что указывает на отклонение гибкого шатуна в средней точке. Крутящий момент двигателя появляется только в первом дифференциальном уравнении второго порядка, связанном с углом поворота коленчатого вала.Поскольку уравнения движения гибкого ползуна-кривошипа связаны друг с другом, вращение кривошипа вызывает вибрацию в шатуне.

          Рис. 9

          Реакция без обратной связи средней точки отклонения гибкого шатуна.

          Рис. 9

          Реакция разомкнутого контура средней точки прогиба гибкого шатуна.

          4.1 Контроллер с линеаризацией обратной связи

          Основная идея этой методики состоит в том, чтобы исключить нелинейные члены динамического уравнения гибкого ползунково-кривошипного механизма, используя обратную связь по состоянию и прикладывая к системе соответствующий входной крутящий момент.

          В этом разделе предполагается подавить вибрации упругой связи, помимо получения постоянной угловой скорости кривошипа. Это означает, что кривошип предназначен для отслеживания желаемого синусоидального пути. Двигатель применяет один из крутящих моментов, рассчитанных методом линеаризации обратной связи, а другой прикладывается пьезоэлементом при подаче соответствующего напряжения.

          τ1=θ¨des−k1θ˜̇−k2θ˜

          , (15) где θdes — это путь, который необходимо отслеживать с помощью угла поворота коленчатого вала, а θ˜ — ошибка отслеживания.

          τ2=−k1′q̇1−k2′q1

          (16)

          Желательно, чтобы q1 равнялось нулю, поэтому qdes≡0, q˜1=q1⁠.

          k1,k2 – параметры управления, гарантирующие требуемое поведение замкнутого контура системы. При выборе k1=4=2ξωn, k2=4=ωn2 достигается критическая характеристика демпфирования. Реакции замкнутого контура механизма представлены на рис. 10. Контроллер включается через одну секунду.

          Рис. 10

          (a) Замкнутая характеристика угла поворота коленчатого вала (путем линеаризации обратной связи), (b) замкнутая характеристика θ̇ (путем обратной линеаризации), (c) замкнутая характеристика средней точки отклонение (с помощью подхода линеаризации с обратной связью), (d) отклик замкнутого контура q̇1 (с помощью подхода с линеаризацией обратной связи), (e) диаграмма фазовой плоскости θ⁠, (f) диаграмма фазовой плоскости q1⁠.

          Рис. 10

          (a) Замкнутая характеристика угла поворота коленчатого вала (путем линеаризации обратной связи), (b) замкнутая характеристика θ̇ (путем обратной линеаризации), (c) замкнутая характеристика среднего точечное отклонение (с помощью подхода линеаризации обратной связи), (d) отклик замкнутого контура q̇1 (с помощью подхода линеаризации обратной связи), (e) диаграмма фазовой плоскости θ⁠, (f) диаграмма фазовой плоскости q1⁠.

          Установлено, что разработанный контроллер эффективно подавляет эластодинамические колебания гибкого шатуна, а угол поворота коленчатого вала и угловая скорость соответствуют требуемой синусоидальной траектории.Диаграмма фазовой плоскости угла кривошипа также подтверждает желаемый периодический путь для кривошипа.

          4.2 Конструкция контроллера с использованием скользящего режима

          Управление скользящим режимом представляет собой переменную структуру, а также надежный метод управления. В этом методе введено упрощение обозначений, которое позволяет заменить задачи n-го порядка эквивалентными задачами 1-го порядка, которые намного легче контролировать.

          Изменяющаяся во времени поверхность с ( t ) определяется скалярным уравнением s(x,;t)=0⁠, где где q˜1 — ошибка слежения.При гашении эластодинамических колебаний кривошипно-кривошипного механизма искомое q1 равно нулю.

          Задача слежения за q˜1→0 эквивалентна подходу к поверхности скольжения и удержанию на ней. Действительно, s≡0 представляет собой линейное дифференциальное уравнение, единственной точкой равновесия которого является q˜≡0⁠.

          Положительно определенная функция Ляпанова определяется как Производная от V(s) гарантирует устойчивость и отслеживание системы. Затем входной управляющий сигнал предназначен для удовлетворения приведенного ниже условия

          V̇(s)=12ddts2=s.ṡ≤−η|s|

          (20)

          Приведенное выше неравенство утверждает, что квадрат расстояния до поверхности, измеряемый s2, уменьшается по всем траекториям системы. Таким образом, он ограничивает траектории, чтобы они указывали на поверхность скольжения s(t)⁠.

          Закон управления, основанный на формуле. (20) реализовано на динамическом уравнении гибкого шатуна, при этом предполагается постоянная угловая скорость.

          Mq¨1+B(q1,q̇1)=τ2⇒q¨1=F(q1,q̇1)+u

          (21) где F=−BM,иτ2=Mu

          V̇(s)=12ddts2=s.ṡ ≤−η|s|⇒{s<0,u=η−F−λq̇1s>0,u=−η−F−λq̇1

          (23)

          Ур.(23) влечет диссенсорный закон управления для системы. Ответы замкнутого контура указывали на то, что траектории системы приближаются к поверхности скольжения и пытаются остаться на ней. Поскольку осуществление попутного переключения управления не является мгновенным, возникает дребезг, что на практике нежелательно, так как связано с высокой активностью управления и выходом из строя пьезоактюаторов (рис. 11).

          Рис. 11

          Фаза Плоская диаграмма эластодинамических колебаний.

          Рис. 11

          Фаза Плоская диаграмма упругодинамических колебаний.

          Для устранения вибраций представлен новый закон управления, основанный на методе Филиппова построения эквивалентной динамики. После выхода на траектории к поверхности скольжения на систему подается эквивалентный управляющий сигнал ueq, который можно интерпретировать как непрерывный закон управления. Реакции замкнутого контура системы, основанные на методе скользящего режима и с учетом метода Филиппова, затем представлены на рис.12 и 13. Как показано на рисунках, вибрация устранена. В этой системе λ выбирается равным 3, а η=0,5⁠. Угловая скорость кривошипа ω=0,4ω1⁠.

          Рис. 12

          (a) Ответ замкнутого контура q1⁠, (b) отклик замкнутого контура q̇1⁠.

          Рис. 12

          (a) Ответ замкнутого контура q1⁠, (b) отклик замкнутого контура q̇1⁠.

          Рис. 13

          Фазовая диаграмма q1 (устранена вибрация).

          Рис.13

          Фазовая диаграмма q1 (устранена вибрация).

          5 Заключение

          Исследовано динамическое поведение кривошипно-кривошипного механизма с гибким шатуном. Уравнения движения механизма выводятся с использованием метода Эйлера–Лагранжа и метода суммирования мод. Динамический отклик системы зависит от параметров механизмов. Мы исследовали влияние длины кривошипа, гибкости шатуна и массы ползуна на динамическое поведение системы.Увеличение длины кривошипа приводит к большей амплитуде вибрации и к непредсказуемому движению механизма. Уменьшение массы ползуна и увеличение гибкости шатуна приводят к тем же выводам. Заметив частотную характеристику, увеличение длины кривошипа увеличивает значение отмычки в резонансе, а также снижает критическую скорость, что дестабилизирует механизм. Для упругодинамического гашения колебаний гибкого шатуна используются две схемы управления.Первая схема основана на линеаризации обратной связи, а вторая — на скользящем регуляторе. Затем производительность регулятора скользящего режима улучшается с учетом метода Филиппова и устраняется вибрация. Управляющие воздействия осуществляются электродвигателем на шлицевом соединении кривошипа и двумя слоями пьезоэлектрической пленки, приклеенными к верхней и нижней поверхностям шатуна.

          Каталожные номера

          [1]

          Хемили

          И.

          ,

          Ромдхане

          Л.

          Динамический анализ гибкого кривошипно-кривошипного механизма с зазором

          .

          евро. J. Mech – A/Solids

          ,

          2008

          ;

          27

          :

          882

          :

          882

          898

          898

          . [2]

          HSIEH

          R

          ,

          SHAW

          S. W.

          Динамическая устойчивость и нелинейный резонанс гибкого соединительного стержня: один режим модели

          .

          Дж. Саунд Виб.

          ,

          1994

          ;

          170

          :

          25

          49

          .[3]

          Jen-San

          C.

          ,

          Chu-Hsian

          C.

          Влияние длины кривошипа на динамические характеристики гибкого шатуна

          .

          ASME J. Vib. акуст.

          ,

          2001

          ;

          123

          :

          318

          318

          323

          323

          . [4]

          ZHENG

          E.

          ,

          ZHOU

          X.

          Моделирование и моделирование гибкого слайдера-коленчатого механизма с зазором для закрытой высокоскоростной прессы система

          .

          Мех. Мах. Теория

          ,

          2014

          ;

          74

          :

          10

          30

          30

          . [5]

          REIS

          VL

          ,

          Daniel

          GB

          ,

          Cavalca

          ,

          Cavalca

          KL

          Динамический анализ смазки планарного слайдера — механизм с учетом трения и контактные эффекты Герца

          .

          Мех. Мах. Теория

          ,

          2014

          ;

          74

          :

          257

          273

          .[6]

          Мувенгей

          О.

          ,

          Kihiu

          J.

          ,

          Ikua

          B.

          Численное исследование влияния параметров на динамическую реакцию плоских многотельных систем с различным расположением безфрикционных вращательных зазоров

          .

          Мех. Мах. Теория

          ,

          2012

          ;

          53

          :

          30

          49

          49

          49

          . [7]

          Zhang

          x.

          ,

          Mills

          JK

          ,

          CLEGHORN

          WL

          Экспериментальная реализация на режиме вибрации Гибкий параллельный манипулятор PRR с несколькими преобразователями PZT

          .

          Дж. Виб. Контроль

          ,

          2010

          . [8]

          KAO

          CC

          ,

          CHUANG

          ,

          CHUANG

          CW

          ,

          FUNG

          RF

          RF

          Самонастройка PID-контроль в системе слайдера-коленчатого механизма путем применения роя частиц подход к оптимизации

          .

          Мехатроника

          ,

          2006

          ;

          16

          (

          8

          )

          513

          522

          .[9]

          Чжан

          X.

          ,

          Шао

          C.

          ,

          Li

          S.

          ,

          Xu

          D.

          ,

          Erdman

          A. G.

          Система контроля вибрации Robust H∞

          Дж. Саунд Виб.

          ,

          2001

          ;

          243

          (

          1

          )

          145

          145

          155

          155

          . [10]

          Mansour

          A. K.

          Управление эластодинамическими колебаниями гибкого механизма слайдера с использованием -Synthesis

          .

          Мехатроника

          ,

          2000

          ;

          10

          :

          649

          649

          668

          668

          . [11]

          Karkoub

          M.

          ,

          yigit

          A. S.

          Управление вибрацией Четырехрестного механизма с очень гибкой муфтой

          .

          Дж. Саунд Виб.

          ,

          1999

          ;

          222

          :

          222

          :

          171

          189

          189

          . [12]

          Sannah

          ,

          SMAILI

          A.

          Активный контроль эластодинамических вибраций четырехрестного механизма механизма с помощью Smart Couple оптимальное многопараметрическое управление: экспериментальная реализация

          .

          Пер. ASME J. Мех. Des

          ,

          1998

          ;

          120

          :

          316

          316

          326

          326

          . [13]

          Pirbodaghi

          T.

          ,

          T.

          ,

          Fesanghary

          M.

          ,

          AHMADIAN

          MT

          MT

          Нелинейный вибрационный анализ ламинированных композитных пластин. на нелинейно-упругих основаниях

          .

          Дж. Франкл. Инст.

          ,

          2011

          ;

          348

          :

          353

          368

          .[14]

          Пирбодаги

          Т.

          ,

          Ахмадян

          М. Т.

          ,

          Фесангари

          М.

          О методе гомотопического анализа нелинейных колебаний балок

          .

          Мех. Рез. коммун.

          ,

          2009

          ;

          36

          :

          143

          148

          .[15]

          Стин

          К.

          Сложные моды и частоты в затухающих колебаниях конструкции

          .

          Дж. Саунд Виб.

          ,

          2004

          ;

          270

          :

          981

          996

          .[16]

          Пирбодаги

          T.

          ,

          Хосейни

          S.

          Нелинейные свободные колебания симметрично консервативной двухмассовой системы с кубической нелинейностью

          .

          Дж. Вычисл. Нелинейная динам.

          ,

          2009

          ;

          5

          (

          1

          )

          011006

          . [17]

          . [17]

          Haseini

          S. H.

          ,

          Pirbodaghi

          T.

          ,

          AHMADIAN

          M. T.

          ,

          Farrahi

          G.H.

          О свободных колебаниях конических балок большой амплитуды: аналитический подход

          .

          Мех. Рез. коммун.

          ,

          2009

          ;

          36

          (

          8

          )

          892

          897

          .[18]

          Chopra

          I.

          Обзор современного состояния интеллектуальных структур и интегрированных систем 90 3.

          AIAA J.

          ,

          2002

          ;

          40

          :

          2145

          2187

          .[19]

          Кэмерон

          Б.

          ,

          Ларри

          Л. Х.

          ,

          Спенсер

          П. М.

          ,

          Марк

          С. Е.

          Динамическое моделирование податливых механизмов сжатия постоянной силы .

          Мех. Мах. Теория

          ,

          2003

          ;

          38

          :

          1469

          1487

          .

          Общество инженеров CAD/CAM

          .
  • alexxlab

    E-mail : alexxlab@gmail.com

    Submit A Comment

    Must be fill required * marked fields.

    :*
    :*