Mecanism manivelă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 februarie 2022; verificările necesită 2 modificări .

Mecanismul manivelei (KShM) este proiectat pentru a transforma mișcarea alternativă a pistonului în mișcare de rotație (de exemplu, în mișcarea de rotație a arborelui cotit la motoarele cu ardere internă) și invers. Părțile KShM sunt împărțite în două grupuri, acestea sunt părți mobile și fixe:

Mobil: piston cu segmente de piston, bolt de piston , biela , arbore cotit cu rulmenti sau manivela , volanta .
Staționar: bloc cilindric (este partea de bază a unui motor cu ardere internă ) și este o turnare obișnuită cu carter , chiulasă, volantă și carcasă ambreiaj, carter inferior ( carter ), căptușele de cilindri, capacele blocurilor, elementele de fixare, garniturile capacului blocului, console, semi inele arbore cotit.

Cum funcționează

Schema directă: Pistonul sub influența presiunii gazului face o mișcare de translație spre arborele cotit. Cu ajutorul perechilor cinematice „piston-bielă” și „bielă-arbore”, mișcarea de translație a pistonului este transformată în mișcare de rotație a arborelui cotit. Arborele cotit este format din:

jurnalele de biele
gâturile rădăcinilor
contragreutate

Diagrama inversă: Arborele cotit, sub acțiunea unui cuplu extern aplicat, efectuează o mișcare de rotație, care, prin lanțul cinematic „arbo-biele-piston”, este transformată într-o mișcare de translație a pistonului.

Tipuri și tipuri de KShM

KShM central, în care axa cilindrului se intersectează cu axa arborelui cotit.
Offset KShM, în care axa cilindrului este decalată în raport cu axa arborelui cotit cu o sumă;
Un KShM în formă de V (inclusiv cu o biela trasă), în care două biele care funcționează pe cilindrii din stânga și din dreapta sunt situate pe o manivelă a arborelui cotit.

În funcție de raportul dintre cursa și diametrul pistonului , ele disting:

cursă scurtă [1] (S/D<1) KShM;
cursă lungă (cursă lungă) (S/D>1) KShM.

În motoarele cu combustie internă de mare viteză a automobilelor, predomină o schemă cu cursă scurtă.

Prin prezența forței laterale pe manșonul KShM, se întâmplă:

trunchi [2] (cu forță laterală);
cruce [3] (piston fără sarcină);

Istorie

În natură

Membrele posterioare ale lăcustelor sunt un mecanism cu manivelă cu rotație incompletă.
Coapsa și piciorul inferior al unui om și roboții android reprezintă, de asemenea, un mecanism de manivelă cu o rotire incompletă.

În Imperiul Roman

Cele mai vechi dovezi pentru o manivelă combinată cu o biela pe o mașină sunt de la o fabrică de cherestea din Hierapolis , secolul al III-lea d.Hr., perioada romană, și de la gaterele bizantine de tăiere a pietrei din Geras , Siria , și Efes , Asia Mică (secolul al VI-lea d.Hr.). [4] O altă fabrică de cherestea poate să fi existat în secolul al II-lea d.Hr. e. în orașul roman Augusta Raurica (Elveția modernă), unde a fost găsită o manivela metalică. [5]

Ecuațiile de mișcare ale pistonului (pentru arborele cotit central)

Definiții

l - lungimea bielei (distanța dintre axa bielei și axa manivelei)
r - raza manivelei (distanța dintre axa manivelei și centrul manivelei, adică jumătate din cursa pistonului
A - unghiul de rotație al manivelei (de la „centrul mort superior” la „centrul mort inferior”)
x este poziția axei bielei (din centrul manivelei de-a lungul axei cilindrului)
v este viteza axei bielei (din centru a manivelei de-a lungul axei cilindrului)
a este accelerația axei bielei (din centrul manivelei de-a lungul axei cilindrului)
ω este viteza unghiulară a manivelei în radiani pe secundă (rad /sec)

Viteza unghiulară

Viteza unghiulară a manivelei în rotații pe minut (RPM):

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

Relații într-un triunghi

După cum se arată în diagramă, centrul manivelei, axa manivelei și axa bielei formează un triunghi NOP.
Din teorema cosinusului rezultă că:

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

Ecuații în raport cu poziția unghiulară a manivelei (pentru arborele cotit central)

Ecuații care descriu mișcarea ciclică a pistonului în raport cu unghiul de rotație al manivelei.
Exemple de grafice ale acestor ecuații sunt prezentate mai jos.

Poziție

Poziția relativă la unghiul manivelei (prin conversia relațiilor într-un triunghi):

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

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

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

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

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

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

Viteza

Viteza față de unghiul de rotație al manivelei (prima derivată este luată folosind regula de diferențiere a funcției complexe ):

{\begin{array}{lcl}x'&=&{\frac {dx}{dA}}\\&=&-r\sin A+{\frac {\left({\frac {1} {2}}\right)\cdot (-2)\cdot r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A} }}\\&=&-r\sin A-{\frac {r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2} A}}}\end{matrice}}

Accelerație

Accelerația în raport cu unghiul manivelei ( derivata a doua luată folosind regula de diferențiere a funcției compuse și regula parțială ):

{\begin{array}{lcl}x''&=&{\frac {d^{2}x}{dA^{2}}}\\&=&-r\cos A-{\ frac {r^{2}\cos ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A))}-{\frac {-r^{2 }\sin ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{2}\sin A\cos A \cdot \left(-{\frac {1}{2}}\right)\cdot (-2)\cdot r^{2}\sin A\cos A}{\left({\sqrt {l^{ 2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}(\cos ^ {2}A-\sin ^{2}A)}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A))}-{\frac {r^{4}\ sin ^{2}A\cos ^{2}A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}} }\end{matrice}}

Un exemplu de grafice de mișcare a pistonului

Graficul arată x, x', x" față de unghiul manivelei pentru diferite raze ale manivelei, unde L este lungimea manivelei (l) și R este raza manivelei (r) :

Animație a mișcării pistonului cu o biela de aceeași lungime și cu o manivelă cu rază variabilă în graficul de mai sus:

Aplicație

Mecanismul cu manivelă este utilizat la motoarele cu ardere internă , compresoarele cu piston , pompele cu piston , mașinile de cusut , presele cu manivelă și în acționarea obloanelor unor apartamente și uși sigure. De asemenea, mecanismul cu manivelă a fost folosit la mașinile de tuns iarbă .

Vezi și

Motor cu combustie interna

Alte modalități de a converti mișcarea de rotație în rectilinie

Aici era posibilitatea de a schimba Heuken.

Note

↑ Motor cu cursă scurtă / M. A. Latină // Konda - Kun. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1973. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / redactor-șef A. M. Prokhorov ; 1969-1978, vol. 13).
↑ Motor portbagaj // Tardigrade - Ulyanovo. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1977. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / redactor-șef A. M. Prokhorov ; 1969-1978, vol. 26).
↑ Motor de cruce / V.I. Efanov // Konda-Kun. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1973. - ( Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / redactor-șef A. M. Prokhorov ; 1969-1978, vol. 13).
↑ 1 2 Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), „A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications”, Journal of Roman Archaeology, 20, pp. 138-163
↑ Schioler, 2009

Literatură

Schioler, Thorkild. Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle: [ ing. ] // Helvetia Archaeologica : J. - 2009. - Vol. 40, nr. 159/160. - P. 113-124.
Grabovsky, A. A. Cinematica unui mecanism de manivelă cu doi arbori cotiți // Izvestiya MSTU MAMI. - 2009. - Nr. 2 (8). — p. 56–63.

Link -uri

Transformarea mișcării de rotație în rectilinie . Tool-land.ru . Preluat: 26 iulie 2019. (Rusă)
Mecanism manivelă (KShM) . carspec.info . Preluat: 26 iulie 2019. (Rusă)

Mecanisme
Rotațional	transmisie mecanică crestat planetar val lanţ centura frecare cicloidal cardan Articulație cu viteză constantă Ambreiaj mecanic frecare disc cu came crestat centrifugal depășire Hrapova malteză
Rectilinie	Glisor manivelă Manivelă "Placă frontală - tije" Rulment culbutor scoţian cremalieră și pinion Transmisie șurub-piuliță Vinci Poartă Sarrus Lipkina - Posselye
...aproximativ	watta Hoyken Cebişev Klanna Jansen
Translativ	Paralelogram
Mișcare compusă	cam Excentric Trammel cu patru legături clapetă