КШМ в двигателях внутреннего сгорания
Содержание
Часть 1. Теория. Кривошипно-шатунный механизм......................................................... стр. 3
Часть 2. Сборка кривошипно-шатунного механизма………………………...……………. стр. 10 Часть 3. Теория. Маятник Капицы…………………………………………………………………..…. стр. 15 Часть 4. Эксперимент с маятником Капицы………………………………………………….….. стр. 18
Часть 1. Теория. Кривошипно-шатунный механизм
Первые КШМ
Первые упоминания об использовании кривошипно-шатунного механизма можно отнести ко временам Древнего Рима. Машина для распиливания каменных блоков передавала вращение от водяного колеса с помощью зубчатой передачи на
кривошипно-шатунный механизм, который преобразовывал вращательное движение в возвратно-поступательное движение полотна пилы. Также такие устройства могли использоваться на древних лесопилках.
 |
Схема водяного древнеримского распиловочного станка с КШМ
Большого распространения такие машины не получили – деревянные части из-за большого количества трущихся деталей быстро изнашивались и требовали частого ремонта, а рабский труд был намного дешевле и не требовал большой
квалификации рабочих.
В XVI веке кривошипно-шатунный механизм появился на деревянных самопрялках. Самопрялка – это ручной станок для прядения нити из шерсти, состоящий из двух катушек. В самопрялке для скручивания нити использовался принцип ременной передачи. Раньше большую катушку приходилось раскручивать рукой. К
|
|
|
самопрялке добавили педаль. Нажимая ногой на педаль, работник смог
раскручивать катушку без использования рук. Этот механизм упростил работу и позволил за то же время производить больше пряжи. В данном устройстве
возвратно-поступательное движение педали передавалось через деревянный шатун на кривошип и преобразовывалось во вращательное движение большой катушки (шкива).
 |
Самопрялка с педалью и КШМ позволяла освободить руки и сделать работу более производительной
КШМ в паровых машинах
Начиная с начала XVIII века большую популярность среди изобретателей и ученых начинают получать паровые машины. Первый паровой двигатель для водяного насоса построил в 1705 году английский изобретатель Томас Ньюкомен для
выкачивания воды из глубоких шахт.
Позднее устройство парового двигателя было усовершенствовано шотландским инженером и механиком Джеймсом Уаттом (1736-1819). Кстати, именно Джеймс Уатт ввел в оборот термин «лошадиная сила», а его именем назвали единицу мощности Ватт. Паровая машина Уатта получила сложную систему связанных тяг, а планетарная зубчатая передача преобразовывала возвратно-поступательное
|
|
|
движение поршня во вращательное движение маховика (большого тяжелого колеса). Данная паровая машина получила широкое распространение на ткацких фабриках, в металлургии, при строительстве первых паровозов для железных дорог XVIII века.
Паровая машина Джеймса Уатта
Нужно сказать, что паровыми машинами занимались в те времена очень многие изобретатели. Так, в Российской Империи свою двухцилиндровую паровую машину изобрел инженер Иван Иванович Ползунов (1728-1766).
В XIX веке паровую машину Уатта упростили, заменив сложный планетарный механизм на кривошипно-шатунный механизм.
 |
Паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом
Паровая машина с КШМ нашла широкое применение при строительстве первых автомобилей на паровой тяге и паровозов, перевозящих грузы по железной
дороге.
 |
Кривошипно-шатунный механизм паровоза
КШМ в двигателях внутреннего сгорания
До этого мы рассматривали использование кривошипно-шатунного механизма в паровых двигателях. В паровом двигателе топливо сгорает в печи (вне цилиндра) и нагревает водяной котел, и уже водяной пар в цилиндре толкает поршень.
В двигателе внутреннего сгорания топливная смесь (воздух + газ, или воздух + бензин и т.д.) поджигается внутри цилиндра и продукты горения толкают поршень. Сокращенно такие двигатели называют ДВС.
|
|
|
Первый одноцилиндровый ДВС на газовом топливе построил в 1860 году в Париже французский изобретатель Жан Ленуар.
Двигатель внутреннего сгорания Жана Ленуара (внешне очень похож на паровую машину)
Однако широкое применение двигатели внутреннего сгорания нашли в конце XIX века после получения керосина и бензина из нефти. Появление жидкого топлива позволило создать экономичные двигатели небольшой массы, которые можно было использовать для привода транспортных машин.
В 1881-1885 гг. российский изобретатель Огнеслав Костович сконструировал и построил в России восьмицилиндровый двигатель мощностью 59 кВт.
 |
Двигатель внутреннего сгорания Огнеслава Костовича
В 1897 г. немецким инженером Рудольфом Дизелем был спроектирован и построен первый двигатель с воспламенением от сжатия. Это был компрессорный двигатель, работающий на керосине, впрыскиваемом в цилиндр при помощи сжатого воздуха.
 |
Рудольф Дизель и его двигатель внутреннего сгорания
Все эти ДВС имели схожие черты и использовали кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во
|
|
|
вращательное движение коленвала.
Давайте посмотрим на схему устройства современного двигателя внутреннего сгорания.
 |
Поршень совершает возвратно-поступательное движение вдоль цилиндра – он ходит вверх и вниз.
Шатун – деталь, связывающая кривошип и поршень.
Кривошип – условная деталь, которая связывает шатун с коленвалом.
Противовес снижает вибрации при вращении коленвала.
Блок цилиндров – корпус, в котором находятся цилиндры двигателя.
Поршневой палец – цилиндрическая деталь, ось вращения шатуна относительно поршня.
Коленвал (коленчатый вал) – ось вращения ступенчатой формы.
Верхняя мертвая точка – крайнее верхнее положение поршня, где меняется направление его движения.
Нижняя мертвая точка - крайнее нижнее положение поршня, где меняется направление его движения.
Ход поршня - расстояние между крайними положениями поршня. Равно удвоенному радиусу кривошипа.
 |
Блок цилиндров, поршень с шатуном и коленвал
Видео:
1. Старинная русская прялка с кривошипно-шатунным механизмом
https://youtu.be/odHEGyzd8CI
2. Принцип работы паровой машины с КШМ
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Steam_engine_in_action.gif
3. Паровая машина. Джеймс Уатт https://youtu.be/u94tBrdWQWM
4. Противовесы (наглядный пример) https://youtu.be/Ofg21LDNxdU
Литература:
1. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА КРИВОШИПНОШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ http://window.edu.ru/resource/807/65807/files/dinamika.pdf
Часть 2. Сборка кривошипно-шатунного механизма
| 1 | Начнем сборку с установки балок на средний мотор. Они будут выполнять роль опоры x1 x2 15M x4 x2 |
| 2 | С помощью детали с штифтами закрепи балку на 15 модулей на среднем моторе x1 15M x1 |
| 3 | На вал среднего мотора установи ось длиной 4 модуля x1 4M |
| 4 | Установи на ось зубчатое колесо. Закрепи на зубчатом колесе серый штифт, который будет выполнять роль кривошипа x1 x1 z24 |
| 5 | Собери шатун x2 x1 3M |
| 6 | Закрепи один конец шатуна на зубчатом колесе x1 |
| 7 | Собери «поршень» - деталь, которая будет совершать возвратно- поступательное движение относительно «цилиндра» x1 x1 7M x1 |
| 8 | Соедини поршень с шатуном x1 |
| 9 | Собери «блок цилиндров» x1 x1 x1 9M x4 |
| 10 | Установи две трехмодульные балки на «блок цилиндров» x2 3M |
| 11 | Установи «блок цилиндров» на нужной высоте так, чтобы шатун в верхней мертвой точке не задевал его x1 |
 |
| 12 | Соедини средний мотор с блоком EV3 с помощью кабеля. Порт «А» используется по умолчанию для соединения со средним мотором |
Задача 1. Запрограммируй средний мотор. Пронаблюдай, как работает механизм на 100% мощности мотора.
Задача 2. Установи повышающую зубчатую передачу. Пронаблюдай, как работает механизм на 100% мощности среднего мотора. Что изменилось в работе установки? Во сколько раз выросла частота хода поршня?
Дата добавления: 2023-02-21; просмотров: 36; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!