Крывашыпна-шатунны механізм

Крывашыпна-шатунны механізм

Крывашыпна-шатунны механізм (КШМ) прызначаны для пераўтварэння зваротна-паступальнага руху поршня ў вярчальны рух (напрыклад, ў вярчальны рух каленчатага вала ў рухавіках унутранага згарання), і наадварот. Дэталі КШМ дзеляць на дзве групы, гэта рухомыя і нерухомыя дэталі:

Прынцып дзеянняEdit

Прамая схема: Поршань пад дзеяннем ціску газаў здзяйсняе паступальны рух у бок каленчатага вала. З дапамогай кінематычных пар «поршань-шатун» і «шатун-вал» паступальны рух поршня пераўтворыцца ў вярчальны рух каленчатага вала. Каленчаты вал складаецца з:

  • шатунных шыек
  • карэнных шыек
  • процівагі

Зваротная схема: Каленчаты вал пад дзеяннем прыкладзенага вонкавага крутоўнага моманту здзяйсняе вярчальны рух, якое праз кинематическую ланцуг «вал-шатун-поршань» пераўтворыцца ў паступальны рух поршня.

ГісторыяEdit

У прыродзеEdit

Заднія канечнасці конікаў ўяўляюць сабой крывашыпна-шатунный механізм з няпоўным абаротам. Сцягно і галёнка чалавека і робатаў-андроідам таксама ўяўляюць сабой крывашыпна-шатунный механізм з няпоўным абаротам.

У Рымскай імперыіEdit

 
Рымская піларама з Іераполіса з 3-га стагоддзя да н. э., найбольш ранняя вядомая машына з злучэннем кривошипа і шатуна[1]

.

У піларамах. Самыя раннія сведчанні, у любым пункце свету, для дзяржальні ў спалучэнні з шатуном на машыну з'яўляецца ў канцы Рымскай піларамы з Иераполиса з 3-га стагоддзя нашай эры і дзве рымскіх каменных піларамы у Герасе, Сірыі і Эфесе, Малая Азія (як у 6-м стагоддзі нашай эры)[1].

Ураўненні руху поршняEdit

 
Дыяграма паказвае геаметрычнае становішча шатуннапоршневай восі - P, кривашыпнашатуннай восі - N і цэнтра крывашыпа - O

ВызначэнніEdit

l - даўжыня шатуна (адлегласць паміж шатуннопоршневой воссю і кривошипношатунной воссю) r - радыус крывашыпа (адлегласць паміж кривашыпнашатуннай воссю і цэнтрам крывашыпа, г. зн. палова ходу поршня A - вугал павароту крывашыпа (ад "верхняй мёртвай кропкі да ніжняй мёртвай кропкі") x - становішча шатуннапоршневай восі (ад цэнтра крывашыпа ўздоўж восі цыліндру) v - хуткасць шатуннапоршневай восі (ад цэнтра крывашыпа ўздоўж восі цыліндру) a - паскарэнне шатуннапоршневай восі (ад цэнтра крывашыпа ўздоўж восі цыліндру) ω - вуглавая скорасць крывашыпа ў радыянах у секунду (рады/сек.)

Вуглавая скорасцьEdit

Вуглавая скорасць крывашыпа ў абаротах у хвіліну (RPM):

 

Адносіны ў трохкутнікуEdit

Як паказана ў дыяграме, цэнтр кривошипа, крывашыпнашатунная вось і шатуннапоршневая вось ўтвараюць трохкутнік NOP. З тэарэмы косінус вынікае, што:

Не ўдалося разабраць (памылка сінтаксісу): {\displaystyle l^2 = r^2 + x^2 - 2\cdot r\cdot x\cdot\cos A </math == Ураўненні па адносінах да вуглавога становішча крывашыпа (Вуглавая вобласць) == Ураўненні, якія апісваюць [[wikipedia:reciprocating motion|цыклічны рух]] поршня па адносінах да вугла павароту крывашыпа. Прыклады графікаў гэтых ураўненняў паказаны ніжэй. === Становішча === Становішча адносна вугла крывашыпа (пераўтварэннем адносін у трохкутніку): : <math> l^2 - r^2 = x^2 - 2\cdot r\cdot x\cdot\cos A }
 
 
 
 
 

СкорасцьEdit

Скорасць па адносінах да вуглаа павароту крывашыпа (першая вытворная ўзятая, выкарыстоўваючы правіла дыферэнцыявання складанай функцыі):

 

ПаскарэннеEdit

Паскарэнне адносна вугла крывашыпа (другая вытворная ўзятая, выкарыстоўваючы правіла дыферэнцыявання складанай функцыі і прыватнае правіла):

 

Прыклад графікаў руху поршняEdit

Графік паказвае x, x', x" па адносінах да кута павароту кривошипа для розных радыусаў кривошипа, дзе L - даўжыня шатуна (l) і R - радыус кривошипа (r):

 
Адзінкамі вертыкальных восяў з'яўляюцца: [цаля] для становішча, [цалі/рады] для хуткасці, [цалі/рад2] для паскарэння.
Адзінкамі гарызантальных восяў з'яўляецца вугал павароту крывошипа у [градусах].

Анімацыя руху поршня з шатуном аднолькавай даўжыні і з крывашыпам пераменнага радыусу на графіцы вышэй:

 
Анімацыя руху поршня з рознымі радыусамі крывашыпа

УжываннеEdit

 
Крывашыпна-шатунный гідраўлічны паваротны механізм
 
Пісталет Люгера, мадэль 1898 г.

Крывашыпна-шатунны механізм выкарыстоўваецца ў рухавіках унутранага згарання, поршневых кампрэсарах, поршневых помпах, швейных машынах, крывашыпных прэсах, у прывадзе засавак некаторых кватэрных і сейфавых дзвярэй. Таксама крывашыпна-шатунны механізм ужываўся ў брусовых касілках.

Гл. таксамаEdit

Іншыя спосабы пераўтварэння вярчальнага руху ў прамалінейнаеEdit

Тут была магчымасць змены Хойкена.

Зноскі

  1. 1,0 1,1 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

СпасылкіEdit