Радиус кривошипа: определение и расчет

Формула для определения конусности

Провести самостоятельно расчет конусности можно при применении различных формул. Стоит учитывать, что в большинстве случаев показатель указывается в градусах, но может и в процентах – все зависит от конкретного случая. Алгоритм проведения расчетов выглядит следующим образом:

1. K=D-d/l=2tgf=2i. Данная формула характеризуется тем, что конусность характеризуется двойным уклоном. Она основана на получении значения большого и меньшего диаметра, а также расстояния между ними. Кроме этого определяется угол.
2. Tgf=D/2L. В данном случае требуется протяженность отрезка, который связывает большой и малый диаметр, а также показатель большого диаметра.
3. F=arctgf. Эта формула применяется для перевода показателя в градусы. Сегодня в большинстве случаев применяются именно градусы, так как их проще выдерживать при непосредственном проведении построений. Что касается процентов, то они зачастую указываются для возможности расчета одного из диаметров. К примеру, если соотношение составляет 20% и дан меньший диаметр, то можно быстро провести расчет большого.

Как ранее было отмечено, конусность 1:5 и другие показатели стандартизированы. Для этого применяется ГОСТ 8593-81.

На чертеже вычисления не отображаются. Как правило, для этого создается дополнительная пояснительная записка. Вычислить основные параметры довольно просто, в некоторых случаях проводится построение чертежа, после чего измеряется значение угла и другие показатели.

Характеристики объема двигателя

Рабочий объем всех типов двигателей принято измерять в кубических сантиметрах, или литрах. Именно по этим параметрам машины можно разделить на следующие категории:

• микролитражки (не более 1.1 литра);
• малолитражки (от 1.2 до 1.7 литра);
• среднего объема (от 1.8 до 3.5 литра);
• крупно-литражные ( от 3.6 и более литров).

Разделение это довольно условно и касается в основном моторов, работающих на бензине. С дизельными двигателями ситуация немного отличается. Показатель литража силовых установок одна из важнейших деталей автомобиля. Чем больше топливной смеси помещается в камере сгорания, тем больше автомобиль потребляет бензина. Но вместе с расходом топлива увеличивается и мощность авто, потому как большее количество горючего будет производить большее количество высвобождающейся энергии.

К минусам крупно-литражных автомобилей, кроме расхода топлива, можно отнести и его более высокую себестоимость. Так, логично предположить, что для его изготовления потребуется гораздо больше материалов, да и требования к качеству изготавливаемых деталей, соответственно, будут намного выше.

Расчет минимального диаметра при заданной длине

Для приблизительных расчетов радиуса изгиба потребуются две жесткие линейки 30 и 50-сантиметровой длины (их выбор зависит от величины изгиба). Порядок действий выглядит так:

• Сначала замеряется радиус сгиба уже сформованной трубы, который нужно скопировать на исходную заготовку.
• При измерении сильного загиба берется линейка на 30 см и прикладывается к концам изогнутой трубы, после чего замеряется расстояние между ней и серединой заготовки.
• При малом изгибе (большей длине трубы) эти же операции проделываются с линейкой на 50 см, как это показано на приведенном ниже фото.

Снятие данных для расчета А – интервал (просвет), мм.

D – диаметр дуги, мм.

R – радиус, на который предполагается загнуть трубу, мм.

Для понимания, что такое искомый параметр R следует ориентироваться на фото ниже по тексту, где приведен образец уже загнутой заготовки.

Исходя из полученных при измерениях данных, далее нужно подобрать подходящий по величине показатель радиуса (диаметра) дуги, значения которых можно найти в специально подготовленных таблицах. Они размещены в источниках в интернете (где учтены различные варианты предварительных измерений).

Устройство автомобиля

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих механизмов и систем:

• кривошипно-шатунный механизм (КШМ);
• газораспределительный механизм (ГРМ);
• система охлаждения;
• смазочная система;
• система питания;
• система зажигания (в карбюраторном двигателе);
• система электрического пуска двигателя.

В поршневом ДВС (рис. 1) преобразование энергии происходит в замкнутом объеме, который образован цилиндром, крышкой (головкой) цилиндра и поршнем. В карбюраторном двигателе горючая смесь вводится в цилиндр через впускной клапан, смешиваясь с остатками отработавших газов — образует рабочую смесь, которая сжимается поршнем и воспламеняется. Образовавшиеся при сгорании газы перемещают поршень, который через шатун передает усилие на кривошип коленчатого вала, поворачивая его вокруг оси. Отработавшие газы вытесняются при обратном движении поршня через выпускной клапан. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в механическую, а возвратно-поступательное движение — во вращательное как наиболее удобный для трансформации вид движения.

Рис. 1. Схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11 — шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон

При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения.

Основные параметры двигателей

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рис. 2).

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).

Рис. 2. Основные положения кривошипно-шатунного механизма: а — ВМТ; б — НМТ; Vc — объем камеры сгорания; Vh — рабочий объем цилиндра; D — диаметр цилиндра; S — ход поршня

Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя.

Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

Полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра равен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания.

Степень сжатия ε — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Индикаторная мощность Ni, мощность, развиваемая газами в цилиндре.

Эффективная (действительная) мощность Ne — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность Ne меньше индикаторной Ni, так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь Nм.

Механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя ηм — отношение эффективной мощности к индикаторной:

Индикаторный КПД ηi, представляет собой отношение теплоты Qi эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте Q, введенной в двигатель с топливом.

Эффективный КПД ηе — отношение количества теплоты Q2, превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству теплоты Q1, подведенному в процессе работы.

Среднее эффективное давление ре — произведение среднего индикаторного давления рi (давление, действующее на поршень в течение одного хода поршня) на механический КПД ηм.

Удельный индикаторный расход топлива qi — количество топлива, расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности 1 кВт.

Удельный эффективный расход топлива ge — количество топлива, которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.

Виды кулисных механизмов

В исходя из типа подвижного звена рычажной схемы в установках и подвижных узлах используются следующие виды кулисных пар:

• Ползунный. Система рычагов, состоящая из четырех звеньев. Основные части- это кулиса и ползун с зафиксированной направляющей. Она дает ползуну единственную степень свободы, для совершения линейных перемещений. Качания кулисы превращаются устройством в линейное перемещение ползуна. Кинематическая схема обратима- возможно и обратное преобразование движения.
• Кривошипный. Кривошипно-кулисного механизм построен по четырехрычажной кинематической схеме. Передает вращение кривошипа кулисе, также вращающейся или качающейся. Распространен в промышленных установках, например — в продольно-долбежных и строгальных. Для них применяют кривошипно-коромысловый механизм c вращающейся кулисой. Такая схема обеспечивает очень высокую скорость прямого ходя и медленный возврат. Применяется также в установках для упаковки.
• Двухкулисный. В кинематической четырехзвенной схеме есть пара кулис. Передается вращение или качание через промежуточный рычаг. Передаточное число неизменно и всегда составляет единицу. Применяется в компенсирующих муфтах.
• Коромысловый. Состоит из коромысла, кулисы и связывающего их шатуна. Позволяет располагать оси симметрии зон движения, ведущего и ведомого звеньев под углом около 60°. Находит применение в автоматизированных производственных линиях

Реже находит применение в транспортных средствах и некоторых измерительных приборах стоящий несколько особняком прямолинейно- направляющий или конхоидальный механизм.

Выбор размеров и числа цилиндров

Выбор размеров и числа цилиндров производится на основе следующих соображений.

Диапазон возможного изменения диаметра цилиндра можно определить, используя зависимость D = f(nн) для существующих моделей двигателей. Точки на графиках соответствуют реальным двигателям, степень концентрации точек указывает предпочтительность выбора размеров цилиндра при заданной частоте вращения. Верхние границы заштрихованной области относятся к короткоходным (S/D = 0,8…0,9), а нижние — к длинноходным (S/D = 1,1…1,2) двигателям. При известных типах двигателя и частоте вращения можно определить диапазон предпочтительных диаметров цилиндра. Назначив стандартный D (в мм, округленный на 0 или 5 — для дизелей или до ближайшего четного числа — для карбюраторных двигателей), по соответствующему соотношению S/D определяют ход поршня S и ориентировочно среднюю скорость поршня.

Из исходных данных . Принимаем D=140 мм. По соотношению 1,08 определяем ход поршня S (расстояние по оси цилиндра между мёртвыми точками) и ориентировочно среднюю скорость поршня.

Среднюю скорость поршня определяем по формуле:

Следует помнить, что Сn является показателем тепловой напряжённости и динамической нагруженности деталей двигателя и существенное её повышение.

По заданным номинальной мощности , частоте вращения коленчатого вала , оценённым размером цилиндра определяем их число .

Число цилиндров в свою очередь определяется уровнем форсирования двигателя по мощности, т. е. литровой мощностью.

Для определения литровой мощности целесообразно использовать графики Nел=f(D) (рисунок 1.2) . Согласно графику пределы литровой мощности находятся в интервале .

Устанавливаем цилиндровую мощность:

Рабочий объём цилиндра, это объём цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в.м.т. к н.м.т.

Значение D и S — принимаем в дм.

Требуемое число цилиндров определяем по формуле:

Полученное значение округляем до ближайшего целого числа, однако желательно исключить значения . Принимаем .

Необходимо уточнить значение литровой мощности по формуле:

Изменение неизменного. Продолжение. Начало в № 11/2017

Итак, мы остановились на том, что американская корпорация Continental на протяжении ряда лет выпускала дизель специального назначения AVCR-1100 с регулируемой высотой поршней. Степень сжатия в нем изменялась в пределах от 10 до 22. Увеличение высоты поршня от минимума до максимума происходило за 60–65 циклов или примерно за 3 с, потому что оно возможно лишь в течение небольшого периода времени, пока действующие на поршень силы инерции превышают силу противодавления газов. Низкое быстродействие – не самый значительный недостаток конструкций с телескопическими поршнями. Механизм с прецизионными элементами вынужден работать в условиях больших температур и нагрузок. Одно из вероятных следствий этого – коксование масла и потеря подвижности головки поршня. К тому же реализация способа связана с существенным увеличением массы поршней со всеми вытекающими последствиями.

Ремонт коленчатого вала

Основными дефектами коленчатого вала являются:

1. прогиб;
2. эллипсность и конусность коренных и шатунных шеек;
3. царапины и выбоины на шейках;
4. разработка отверстий под болты крепления маховика.

Прогиб вала определяют индикатором в призмах, установленных на контрольной плите, или в центрах токарного станка. При этом штифт индикатора должен находиться не на середине шейки, а на ее конце, иначе эллипсность шейки даст искаженное представление о величине прогиба вала. Вал правят в холодном состоянии под прессом путем нажима на среднюю шейку через медную или латунную прокладку. Правка считается законченной, когда биение вала равно не более 0,03—0,05 мм.

Чтобы определить величину эллипсности и конусности, каждую шейку измеряют микрометром в трех местах: у галтелей и посредине в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — по оси кривошипов и перпендикулярно им.

Размер, под который нужно шлифовать шейку, определяется наименьшим диаметром, полученным в результате измерения, с учетом установленных ремонтных размеров для данного вала. Для всех шатунных шеек, как и для всех коренных, устанавливается один ремонтный размер.

Шейки шлифуют на специальном круглошлифовальном станке. При отсутствии специального станка шлифование можно производить на токарном станке при помощи супортно-шлифовального приспособления. При шлифовании коренных шеек на токарном станке вал устанавливают в центрах станка.

Для шлифования шатунных шеек коленчатый вал помещают в центросместителе, установленном на станке. При этом ось вращения будет проходить по оси крайних шатунных шеек. После обработки крайних шеек вал устанавливают в центросместителе таким образом, чтобы ось вращения проходила по оси средних шатунных шеек, и так попарно обрабатывают все шейки.

В процессе шлифования следует применять охлаждающую жидкость, состоящую из 500 г кальцинированнной соды и 12 л воды. Струю жидкости необходимо направлять в место соприкосновения камня с валом. После обработки шейки снова измеряют; допустимая эллипсность и конусность шеек 0,01—0,02 мм. После шлифования кромки отверстий масляных каналов на шейках вала затупляются и шейки полируют жимками, применяя абразивные пасты ГОИ. Пасту наносят на суконную или кожаную обшивку жимок, между которыми зажимается шейка вала. Вал при этом должен делать 40—50 об/мин.

Расчеты механизмов

1 Расчеты рычажных механизмов

В результате проведения расчетов рычажного механизма необходимо определить размеры и взаимное расположение его звеньев, их кинематические параметры (скорость, ускорение), крутящий момент, приведенный к ведущему звену (кривошипному валу) обеспечивающий его работу в требуемом режиме и геометрические размеры его звеньев, позволяющие передавать возникающие при работе механизма усилия.

Методика выполнения кинематических и силовых расчетов рычажного механизма зависит от его типа, а прочностной расчет геометрических размеров входящих в него звеньев – от их конструктивного исполнения и направления сил и моментов, действующих на них. В общем, случае расчет рычажного механизма выполняется в следующей последовательности:

• расчет размеров (длин), определение исходного и конечного положения звеньев механизма, а также величину перемещения и траекторию движения его выходного звена,
• расчет скоростей и ускорений, возникающих в звеньях механизма,
• расчет усилий, в том числе инерционных, действующих на звенья механизма и потребного крутящего момента приведенного к ведущему звену,
• прочностной расчет звеньев механизма, (коленвал, шатун, ползун, шарниры),
• прочие расчеты, определяемые спецификой конструкции и работы механизма.

Какие детали двигателя определяют ход поршня?

Ход поршня — это расстояние между верхней и нижней мертвыми точками поршня. Он определяется радиусом кривошипа коленчатого вала.

Радиус кривошипа — это расстояние между осевой линией вращения коленчатого вала и осевой линией шатунной шейки. Радиус кривошипа равен половине хода поршня.

В случае замены коленчатого вала другим, имеющим больший ход, верхняя мертвая точка хода поршней может оказаться над верхней плоскостью (плитой) блока цилиндров. Решить эту проблему можно, установив новые поршни, на которых поршневые пальцы стоят выше. Еще один возможный вариант — заменить шатуны более короткими, чтобы уменьшить максимальную высоту подъема поршней в цилиндрах.

При изменении длины шатуна ход поршня не изменяется, изменяется только положение мертвых точек хода поршня.

Сразу приведу список используемой литературы во избежании гнета в мой адрес

Давненько меня тревожит тема правдивости R/S и влияния этого отношения на поведение двигателя.Начитался кучу бреда на драйве о бесполезности данного коэффициента, об необоснованных расчетах и тд.В тырнете гуляет одна статья, в которой говориться, что “золотая средина R/S 1,75 и тд” и что длинный шатун лучше для высокооборотистого двигателя. В свою очередь, уважаемый многими Травников утверждает, что R/S не более чем миф, хотя верить ему в плане теории это гиблое дело.Пришлось вспомнить третий курс и немного погрузиться в расчеты кинематики Кривошипно Шатунного Механизма(далее КШМ).

Все расчеты я произвел на примере двух двигателей: F20b и F22b, которые хондовские. На мой взгляд для наглядного сравнения они подходят как нельзя кстати.Итак, в совковой литературе отсутствует такое понятие как rode to stroke, у нас применялось немного другое понятие — безразмерный параметр КШМ(отношение радиуса кривошипа к длине шатуна) — но суть от этого ничуть не изменилась.

λ = r/Lгде r — радиус колевала(кривошипа), L — длинна шатуна.Для F20b получаем λ=0,044/145=0,303Для F22b получаем λ=0,0475/141,5=0,335

В литературе четко прописано

Если рассуждать логически, то чем больше скорость, тем больше износ и потери на трение, но средняя скорость не обусловлена длинной шатуна, она зависит лишь от радиуса коленвала и оборотов двигателя.Куда более интересные для нас параметры это скорость поршня в определенный момент времени(угол поворота коленчатого вала) и его ускорение.

Где ϕ — угол поворота коленчатого вала в градусах.Зависимость от длинны шатуна присутствует в обеих формулах, я не стану расписывать решение пошагово. Все равно считал все в Екселе. Покажу сразу график

На графике видно, что скорость и ускорения поршня не сильно различаются, но все же они есть и у двигателя с более коротким шатуном скорость и ускорения поршня больше.Отсюда можно сделать вывод, что увеличивать длину шатуна смысл есть и R/S отнюдь не миф и не байка.Но увеличение шатуна ведет к увеличению его массы и изменению развесовки, что в свою очередь увеличивает растяжение шатуна при высоких оборотах, соответственно, увеличивать шатун есть смысл до того момента, пока сила растяжения шатуна на желаемых нами оборотах не превзойдет силу его инерции, но это уже совсем отдельный расчет и для каждого двигателя он будет свой.Спасибо за внимание.В R/S сила, друзья

6.4 Определение ускорения поршня

Уравнение ускорения поршня может быть получено дифференцированием уравнения скорости по t.

При   

Вывод:

а) При φ=180°; и λ<0,25 кривая  ускорения выпуклая и ускорение имеет одно наименьшее значение

б) При λ>0,25 в точке  кривая ускорения имеет вогнутость в сторону оси и ускорение дважды достигает наименьшего значения

Построение кривой ускорения поршня произведено:

а) аналитически. При этом значение множителя A_j в скобках справочная величина в зависимости от λ и φ.

б) графически. Путем сложения ускорения первого j_{П I}=ω2Rcosφ и второго j_{П II}=ω2Rλcos2φ

Для дезаксиального механизма j_П

Радиус кривизны точки

Точка – это самый простой и самый сложный элемент геометрии. Одни считают, что точка не имеет размеров, а значит и определить кривизну или радиус кривизны точки не возможно. Другие, в частности Евклид, считают, что точка не имеет частей, а каковы при этом размеры точки – не совсем понятно. Я же считаю, что точка – это начальный, далее не делимый элемент геометрии, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с остальными рассматриваемыми элементами. В этом случае для точки будут справедливыми следующие уравнения кривизны и радиуса кривизны:

ρ_т. = 0 (542.8)

k_т. = 1/0 = ∞ (542.9)

И хотя нас с первых лет обучения в школе учат, что делить на 0 нельзя и даже встроенный в операционную систему калькулятор пишет, что “деление на ноль невозможно”, тем не менее делить на ноль можно, а результатом деления всегда будет бесконечность.

Как и в случае с прямой мы имеем парадоксальный результат, выражаемый формулой (542.5.2). Тем не менее точку также можно отнести к плоской кривой, имеющей постоянный радиус кривизны.

Примечание: На мой взгляд большинство из описанных выше парадоксов возникают из-за неправильного толкования понятия “бесконечность”. Бесконечность как некая абсолютная величина не имеет пределов, а значит и никакому измерению не поддается. Кроме того бесконечность – это даже не постоянная, а переменная величина. Например луч – это прямая линия с началом в некоторой точке. Длина луча может быть бесконечно большой.  При этом прямая линия тоже может быть бесконечно длинной при этом не иметь ни начала ни конца. Получается, что с одной стороны бесконечно длинный луч вроде бы в 2 раза короче, чем бесконечно длинная прямая. А с другой стороны длины их бесконечны и поэтому равны.

Возможным выходом из этой ситуации является принятие понятия “бесконечность”, как относительного. Например, кривизна прямой линии является пренебрежимо малой величиной по отношению к радиусу кривизны. Или радиус кривизны прямой линии несопоставимо больше кривизны. Подобные толкования допускают и наличие кривизны прямой и некое конечное значение радиуса кривизны прямой и многое другое. Я бы назвал такой относительный подход к рассмотрению проблемы реалистичным, а подходы, использующие абсолютные понятия – идеализированными. Впрочем прямого отношения к теме данной статьи это не имеет. Продолжим рассмотрение плоских кривых.

И окружность и прямая линия являются плоскими кривыми с постоянным радиусом кривизны. При этом радиус кривизны прямой линии всегда известен, так как равен бесконечности, а для окружности всегда можно определить радиус, воспользовавшись теоремой Пифагора. Так в частном случае, если центр окружности совпадает с началом координат  рассматриваемой плоскости (u = 0; v = 0 – координаты центра окружности), то:

Рисунок 541.4. Радиус окружности, как гипотенуза прямоугольного треугольника.

R2 = x2 + y2 (541.1.2)

А в общем случае, когда координаты центра окружности не совпадают с началом координат:

Рисунок 542.3. Окружность, центр которой не совпадает с началом координат.

R2 = (x – u)2 + (y – v)2 (542.10)

Но в жизни достаточно часто приходится сталкиваться с кривыми, радиус кривизны которых – не постоянная величина. Более того, этот радиус может изменяться в двух плоскостях измерения. Тем не менее так далеко углубляться в геометрию и алгебру мы не будем и далее рассмотрим, как можно определить радиус плоской кривой в некоторой точке.

Система охлаждения поршней мотоцикла

Существует четыре пути охлаждения поршня, первым из которых являются поршневые кольца.

1. Главная роль отведена именно первому кольцу, которое расположено ближе к днищу. Этот путь является самым коротким к охлаждающей жидкости. Кольца являются прижатыми одновременно к поршневым канавками и к стенке цилиндра. Ими обеспечивается свыше половины теплового потока.
2. Вторым путем является масло в двигателе. Именно оно имеет доступ к самым нагретым частям двигателя. В связи с этим, существенная часть тепла уносится масляным туманом в поддон картера.
3. Третий путь поршневого охлаждения пролегает сквозь массивные бобышки в палец, после чего тепло попадает в шатун, после которого оно попадает в масло. Данный путь является менее интересным, поскольку во время его преодоления существуют еще тепловые сопротивления, такие как зазоры и стальные детали, которые обладают существенной длиной и низким коэффициентом теплопроводности.
4. Четвертый путь заключается в том, что тепло забирает свежая топливовоздушная смесь, которая только что поступило в цилиндр.

Не смотря на такое, казалось бы, достаточное количество путей охлаждения поршня мотоцикла, все таки наиболее важным является отдача тепла посредством поршневых колец. Если этот путь перекрыть, то у двигателя не будет шансов выдержать большие нагрузки в течении длительного времени. Это приведет к значительному повышению температуры и расплавлению поршня, что, в свою очередь, разрушительно повлияет на двигатель.