Чем отличается кривошип от шатуна

16

Чем отличается кривошип от шатуна

Как работает и устроен кривошипно-шатунный механизм двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

Устройство КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
2. Шатун.
3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

Шатун

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

Коленчатый вал

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

Принцип работы механизма

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

• коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
• шатун;
• и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Особенности работы двигателя. Такты

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

Основные неисправности и обслуживание КШМ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:

• залегание и разрушение колец;
• прогорание поршня;
• трещины стенок гильзы цилиндра;
• изгиб шатуна;
• разрыв коленчатого вала;
• «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:

1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
3. Использовать только качественное топливо.
4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

Работа и устройство кривошипно-шатунного механизма двигателя

Кривошипно-шатунный механизм (сокращенно КШМ) обеспечивает преобразование поступательно-вращательного движения поршня внутри цилиндра во вращательное движение коленчатого вала двигателя. У стандартного четырехцилиндрового мотора КШМ включает в себя блок цилиндров с картером, головку блока цилиндров, поддон картера двигателя, поршни в комплекте с поршневыми кольцами и пальцами, шатуны (на которых крепятся поршни), коленчатый вал и маховик.

Главная часть КШМ (да и двигателя вообще) — это блок цилиндров. Он состоит не только из цилиндров (рис. 2.7) и деталей поршневой группы, но и целого ряда прочих элементов: каналов, заглушек, подшипников, сверлений. Коленвал, который установлен на специальных подшипниках, вращается именно в блоке цилиндров.

Внизу блока цилиндров расположен картер. Внутри блока цилиндров во время работы двигателя постоянно циркулирует охлаждающая жидкость: летом это может быть простая вода, в холодный же сезон необходимо использовать тосол или антифриз. Также внутри блока цилиндров проходят масляные каналы, которые относятся к системе смазки двигателя.

Примечание.

Немалая доля навесного моторного оборудования монтируется именно на блоке цилиндров, и при включенном двигателе работает с ним как единое целое.

Что касается назначения и принципа работы поршня и иных деталей поршневой группы, то об этом мы уже говорили выше. Напомним лишь, что под силой мощного давления, которое образуется в цилиндре после сгорания рабочей смеси, поршень движется вниз и передает свое движение через шатун (на котором он установлен) на коленчатый вал, образуя тот самый крутящий момент, с помощью которого автомобиль и приводится в движение.

Знайте, что двигатель внутреннего сгорания работает в довольно жестком режиме. На холостых оборотах (т. е. когда мотор работает, но машина стоит на месте, находясь на нейтральной передаче) коленчатый вал вращается со скоростью 600–900 оборотов в минуту (или около 10–16 оборотов в секунду). Во время движения со средней скоростью мотор работает еще интенсивнее, и коленчатый вал крутится со скоростью от 2000 до 3000 оборотов в минуту. А у современных спортивных авто скорость вращения коленвала может зашкаливать за 200 оборотов в секунду (10 000 — 13 000 оборотов в минуту).

Следовательно, поршни в цилиндрах перемещаются вверх-вниз очень быстро. Ранее мы уже отмечали, что за один полный оборот коленвала поршень успевает дважды пройти расстояние между ВМТ и НМТ. Так вот: эти движения он выполняет буквально за какие-то доли секунды. Если к этому добавить мощное давление, а также высокую температуру в каждом цилиндре, то условия работы двигателя внутреннего сгорания можно назвать экстремальными.

Краткая история возникновения

Первые свидетельства о применении кривошипа найдены ещё в III веке нашей эры, в Римской Империи и Византии в VI веке нашей эры. Ярким примером является пилорама из Иераполиса, на которой был применен коленчатый вал. Металлический кривошип был найден в римском городе Августа-Раурика на территории современной Швейцарии. Как бы то ни было, запатентовал изобретение некий Джеймс Пакард в 1780 году, хотя свидетельства его изобретения были найдены еще в древности.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Основная же задача лежит на этом механизме, ведь он преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня во вращение коленчатого вала, того вала, от движения которого и производится полезное действие.

Чтобы было более понятно, в двигателе есть цилиндро-поршневая группа, состоящая из гильз и поршней. Сверху гильза закрыта головкой, а внутри ее помещен поршень. Закрытая полость гильзы и является пространством, где производится сгорание топливной смеси.

При сгорании объем горючей смеси значительно возрастает, а поскольку стенки гильзы и головка являются неподвижными, то увеличение объема воздействует на единственный подвижный элемент этой схемы – поршень. То есть поршень воспринимает на себя давление газов, выделенных при сгорании, и от этого смещается вниз. Это и является первой ступенью преобразования – сгорание привело к движению поршня, то есть химический процесс перешел в механический.

И вот далее уже в действие вступает кривошипно-шатунный механизм. Поршень связан с кривошипом вала посредством шатуна. Данное соединение является жестким, но подвижным. Сам поршень закреплен на шатуне посредством пальца, что позволяет легко шатуну менять положение относительно поршня.

Шатун же своей нижней частью охватывает шейку кривошипа, которая имеет цилиндрическую форму. Это позволяет менять угол между поршнем и шатуном, а также шатуном и кривошипом вала, но при этом смещаться шатун вбок не может. Относительно поршня он только меняет угол, а на шейке кривошипа он вращается.

Поскольку соединение жесткое, то расстояние между шейкой кривошипа и самим поршнем не изменяется. Но кривошип имеет П-образную форму, поэтому относительно оси коленвала, на которой размещен этот кривошип, расстояние между поршнем и самим валом меняется.

За счет применения кривошипов и удалось организовать преобразование перемещения поршня во вращение вала.

Но это схема взаимодействия только цилиндро-поршневой группы с кривошипно-шатунным механизмом.

На деле же все значительно сложнее, ведь имеются взаимодействия между элементами этих составляющих, причем механические, а это значит, что в местах контакта этих элементов будет возникать трение, которое нужно по максимуму снизить. Также следует учитывать, что один кривошип неспособен взаимодействовать с большим количеством шатунов, а ведь двигатели создаются и с большим количеством цилиндров – до 16. При этом нужно же и обеспечить передачу вращательного движения дальше. Поэтому рассмотрим, из чего состоит цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Начнем с ЦПГ. Основными в ней являются гильзы и поршни. Сюда же входят и кольца с пальцами.

Как устроен кривошипно-шатунный механизм

Механизм состоит из деталей, как подвижных, так и неподвижных.

Детали подвижного типа:

• поршень;
• маслосъемное кольцо (1);
• компрессионные кольца (2);
• поршневой палец (3);
• стопорное кольцо (4);
• шатун;
• крышка шатуна (5);
• крепежный болт (6);
• вкладыши (7);
• втулка (8);
• коленчатый вал;
• шатунная шейка (9);
• противовес (10);
• коренная шейка (11);
• маховик

Детали неподвижного типа:

• блок и головка цилиндров;

Поршень с кольцами и пальцем

Поршень – это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.

Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).

Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.

Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.

Шатун

Шатун – еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.

Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).

Кривошип (колено)

К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.

Коленчатый вал

Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.

Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.

Маховик

Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.

В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа – два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.

Блок цилиндров

Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.

Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.

Головка цилиндров

Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.

Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.

Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.

Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:

• рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
• V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
• оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
• VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
• W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали

От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.

Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, как работает

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) представляет собой важный механизм автомобильного двигателя, который преобразовывает поступательные движения поршневой системы во вращательное движение коленчатого вала двигателя, от которого, в свою очередь, это движение передается на колеса автомобиля, что и приводит машину в движение.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Под давлением газов, которые образуются в цилиндрах двигателя при сгорании топливно-воздушной смеси, поршень совершает поступательное движение по направлению к коленчатому валу.

Важные детали механизма, а именно: поршень, шатун и вал помогают преобразовывать движения поступательного характера в движения вращательного, что в свою очередь запускает вращение колес автомобиля.

В обратном порядке взаимодействие вала и поршня выглядит следующим образом: вал при вращательном движении через детали механизма – вал, шатун и поршень, преобразовывает энергию в поступательное поршневое движение.

Как устроен кривошипно-шатунный механизм

Механизм состоит из деталей, как подвижных, так и неподвижных.

Детали подвижного типа:

• поршень;
• маслосъемное кольцо (1);
• компрессионные кольца (2);
• поршневой палец (3);
• стопорное кольцо (4);
• шатун;
• крышка шатуна (5);
• крепежный болт (6);
• вкладыши (7);
• втулка (8);
• коленчатый вал;
• шатунная шейка (9);
• противовес (10);
• коренная шейка (11);
• маховик

Детали неподвижного типа:

• блок и головка цилиндров;

Поршень с кольцами и пальцем

Поршень – это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.

Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).

Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.

Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.

Шатун

Шатун – еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.

Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).

Кривошип (колено)

К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.

Коленчатый вал

Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.

Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.

Маховик

Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.

В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа – два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.

Блок цилиндров

Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.

Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.

Головка цилиндров

Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.

Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.

Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.

Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:

• рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
• V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
• оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
• VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
• W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали

От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.

Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.

Разрушители легенд. Двигатель внутреннего сгорания. Часть №6. Кривошипно-шатунный механизм. Часть №2. Кривошип.

Вторая часть Марлезонского балета.
Первая часть тут.

Продолжить свой опус я хочу басней Крылова:

Известный русский баснописец, судя по всему намного лучше разбирался в физике, чем многие современные "учёные". На рисунке мы видим, как три "двигателя", пыхтя и потея, вырабатывают колоссальное количество энергии, которая, будучи просуммированной, оказывается равной нулю и не производит никакой ПОЛЕЗНОЙ работы.

Вряд ли Крылов сам рисовал стрелочки сил на иллюстрации к басне. Тем не менее со стрелочками у него всё в порядке(значит живы ещё люди, понимающие в них толк), чего не скажешь о стрелочках сил в многочисленных учебниках по ДВС. Наука теплотехника так сильно зациклилась на сопромате, экологии во всех её видах и прочих тонкостях ДВС-ного бытия, что давно перестала видеть лес за тремя соснами. Я конечно понимаю, что у каждого узкого специалиста своё видение камня преткновения, но у семи нянек — дитя без глаза, и потому ситуация с ДВС мне видится такой:

Довольно тяжело с помощью одной плоской картинки рассказать о многомерном объекте. А ДВС — это несомненно очень многомерная штука. Многомерная даже не столько в плане конструкции, сколько в плане сосредоточения и пересечения многих наук.
Именно поэтому в каждом своём рассказе я стараюсь освещать только ОДНУ подобную проекцию. А вы уже сами складывайте у себя в головах этот пазл в многомерную композицию…

Сегодня мы займёмся вторым узлом, манипулирующим силами давления газов на поршень в нашем двигателе:

Второй узел — это сочленение ШАТУН-КРИВОШИП.
Тут картина намного запутаннее, чем в первом сочленении.
Дело в том, что сочленение ПОРШЕНЬ-ШАТУН совершает только возвратно-поступательное движение вдоль некоей прямой — потому РАБОТА, передаваемая через это сочленение, однозначно определяется довольно примитивной формулой. Эта формула ещё и обратима — работает однотипно в обоих направлениях — и при передаче мощности с поршня на кривошип(на такте расширения), и при передаче мощности с кривошипа на поршень(на такте сжатия).
Сочленение же ШАТУН-КРИВОШИП движется по сложной круговой траектории — при этом значительно трансформируются и моменты передаваемых сил, и расстояния — в итоге все только делают вид, что понимают, как этот узел фунциклирует.

Судя по всему — теорию КШМ начали городить, когда ещё никаких двигателей и в помине не было. Зато уже были первые лесопилки, ручные швейные машинки и прочие подобные устройства, которые преобразовывали ВРАЩАТЕЛЬНОЕ движение в движение ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ.

Именно поэтому вся кинематика КШМ и ЦПГ пляшет от ВЫХОДНОГО ВАЛА к поршню.
Именно поэтому угловая скорость КРИВОШИПА считается константой.
Именно поэтому везде изучают кинематику поршня относительно КШМ, а не наоборот, что было бы логично, раз это ПОРШЕНЬ у нас в двигателе крутит кривошип…

Зря КШМ в двигателе обзывают преобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное — это ложное утверждение запутывает мозги уже в самом начале. На самом деле в четырёхтактном двигателе КШМ три такта выполняет функцию преобразователя ВРАЩАТЕЛЬНОГО движения в движение ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ, и только один такт — функцию преобразователя ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО движения в движение ВРАЩАТЕЛЬНОЕ!
Отсюда и значительная доля возникающей путаницы — ведь протекающие процессы совершенно не симметричны!

Распространённое заблуждение — многие полагают, что функционирование КШМ аналогично работе рычага или блока. Как известно — и у рычага и у блока СУММАРНАЯ совершаемая РАБОТА не меняется и не теряется. Т.е. если мы увеличим момент силы за счёт рычага в два раза — то проиграем два раза в расстоянии и скорости.
То же самое происходит и в механической ПЕРЕДАЧЕ — усилие от одной шестерни передаётся на другую шестерню под стабильным углом, БЛИЗКИМ(не буду останавливаться на этом) к 90 градусам:

Именно поэтому, как ни крути редуктор — положение шестерён или шкивов никак на работу этого механизма не влияет, передаточное отношение в любой момент времени будет константой, а работа(момент*расстояние), подводимая к редуктору ВСЕГДА точно равна работе(момент*расстояние), снимаемой с редуктора за минусом потерь на трение.

КШМ хоть и имеет в своей конструкции явные рычаги — работает совсем на другом принципе.
У КШМ, также как и у редуктора, соотношение ДЛИНЫ рычагов не меняется, но у него ПОСТОЯННО меняется УГОЛ приложения сил в сочленении ШАТУН-КРИВОШИП. Угол меняется циклически от 0 до 360 градусов — поэтому преобразование и сил и расстояний выполняется по тригонометрическим законам. При этом расстояние(скорость) преобразуется по одним формулам, а силы(момент) — по другим.
В отличие от рычага или блока — коэффициент трансформации сил(КТС) и коэффициент трансформации расстояния(КТР) не пропорциональны друг другу ни в общем случае, ни в каждый отдельный момент времени.
Так что откуда растут ноги у этого суеверия я не понимаю категорически…

Коэффициент трансформации СИЛ(КТС) в сочленении ШАТУН-КРИВОШИП определяется текущим УГЛОМ между ШАТУНОМ и КРИВОШИПОМ, рассчитывается по формуле T=Pt*sin(φ+β) и сильно ПОХОЖ на синусоиду. "Похож" — потому что настоящая синусоида получится только при бесконечно длинном шатуне или в так называемых "бесшатунных" двигателях.
В современных реалиях длина шатуна обычно находится в диапазоне 3-3.5R.
Максимума КТС достигает тогда, когда шатун образует прямой угол с кривошипом:

При бесконечно длинном шатуне пик момента, передаваемого сочленением ШАТУН-КРИВОШИП, находился бы при 90 градусах по коленвалу от ВМТ. При длинном(5R) шатуне этот пик находится в районе 79 градусов после ВМТ, при среднем(3.5R) — в районе 74 градусов, при коротком(2R) — в районе 63 градусов. Максимальный КТС во ВСЕХ этих случаях равен 1, но ПЛОЩАДЬ графиков максимальна при максимально длинном шатуне. По мере удаления от точки максимального КТС, передаваемая через шатун на кривошип сила уменьшается до нуля и в ВМТ и в НМТ. В эти моменты давление газов, каким бы большим оно не было, не способствует вращению коленвала ВООБЩЕ, так как замыкается накоротко через детали двигателя и только деформирует их, не совершая НИКАКОЙ полезной работы.
Вот так распределяются силы при разных положениях кривошипа:

Чем короче шатун — тем сильнее искажается синусоида, тем ближе пик момента к ВМТ:

Если построить СУММАРНЫЙ график коэффициента трансформации сил ОБЕИМИ сочленениями(и сочленением ПОРШЕНЬ-ШАТУН и сочленением ШАТУН-КРИВОШИП) — то окажется, что графики ещё сильнее смещены в строну ВМТ. С точки зрения передачи момента такое смещение к ВМТ может только приветствоваться — в области ВМТ давление газов максимально и такой сдвиг мог бы увеличить суммарный передаваемый момент(об этом поговорим ниже), но короткий шатун на корню хоронит весь получаемый эффект:

Как видно из графика — при длинном(5R) шатуне СУММАРНЫЙ пик передаваемого КШМ момента находится в районе 78 градусов после ВМТ(теряя около 2% силы давления газов), при среднем(3.5R) — в районе 73 градусов(теряя около 4%), при коротком(2R) — в районе 59 градусов(теряя около 10%). В итоге у системы с коротким шатуном катастрофически скукоживается ПЛОЩАДЬ графика — двигатель с коротким шатуном в итоге просерает почти на 10% СУММАРНОГО крутящего момента больше, чем двигатель с длинным шатуном! 🙁

Напомню — вышепонаписанное действительно только для 4-ого такта 4-ёх тактного двигателя, когда ГАЗЫ приводят в движение кривошип. В течение 1, 2 и 3-его тактов КРИВОШИП приводит в движение поршень и потому раскладка сил меняется на противоположную.

Когда кривошип образует прямой угол с шатуном на 1-3 тактах — КТС также как и на 4-ом такте становится равным 1. Но по мере поворота кривошипа к ВМТ или к НМТ на 1-3 тактах происходит не уменьшение(как подразумевается во всех учебниках), а увеличение КТС практически до бесконечности. Я не силён в математике и не умею делить на ноль, но реальные силы получаются настолько большими, что при попадании в камеру сгорания воды или других плохо сжимаемых предметов эти силы просто размалывают двигатель изнутри — гнут шатуны, ломают коленвал, коробят головку блока цилиндров…
Все детали, что рассчитаны на десятилетия работы под импульсами давления в сотни атмосфер, мгновенно разрушаются даже хиленьким электромоторчиком стартера. И это всё происходит при смешном плече кривошипа, редко превышающем 5 см…
Именно такая особенность работы КШМ позволяет воспламенять топливо задолго до ВМТ — даже детонационное сгорание не может ни то что остановить кривошип, а даже серьёзно замедлить его вращение…

Коэффициент трансформации РАССТОЯНИЯ(КТР) КШМ — это зависимость УГЛА ПОВОРОТА выходного вала двигателя от РАССТОЯНИЯ, на которое сместился поршень в цилиндре.
Если трансформацию СИЛЫ давления сгорающих газов в крутящий МОМЕНТ в специализированной литературе освещают пусть и однобоко, но худо-бедно вменяемо, то трансформации ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ поршня в ПОВОРОТ выходного вала как будто вообще не существует при том, что именно ЭТО — основное предназначение всего механизма.
Есть такие, кто хотя бы краем уха слышал про эту хрень?
Мне лично ни разу не попадалась хоть сколько-нибудь осмысленная писанина на эту тему… 🙁

С расстоянием в КШМ всё очень не однозначно.
С одной стороны — некий фиксированный ход поршня от ВМТ до НМТ приводит к фиксированному же повороту кривошипа на 180 градусов. Потому некий СУММАРНЫЙ коэффициент трансформации расстояния ВСЕГДА равен 1 вне зависимости от конструкции КШМ. Получается, что у всех двигателей он одинаковый.
А вот с текущим КТР всё непросто…
Я уже писал выше, что КТС и КТР в КШМ живут по своим индивидуальным законам — и потому КТР от длины шатуна не зависит никак. КТР становится равен 1 в тот момент, когда КРИВОШИП становится перпендикулярен оси движения поршня:

В этих двух точках не важно — в каком направлении осуществляется преобразование.
Вне этих точек картина становится зеркальной.
Когда осуществляется преобразование ВРАЩАТЕЛЬНОГО движения в ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ, то КТР по мере приближения к мёртвым точкам УМЕНЬШАЕТСЯ до нуля.
В мёртвых точках поворот кривошипа не вызывает движения поршня!

Закон движения ПОРШНЯ от угла поворота кривошипа никакой тайны не составляет.
Вот так перемещается поршень по цилиндру по мере поворота кривошипа от ВМТ до НМТ в зависимости от длины шатуна:

Полный ХОД ПОРШНЯ определяется радиусом кривошипа и потому одинаков при любом шатуне, а вот СКОРОСТЬ перемещения поршня довольно сильно зависит от длины шатуна — потому середины хОда поршень при коротком шатуне достигает почти на 10 градусов поворота кривошипа раньше, чем при длинном шатуне.

При худо-бедно постоянной угловой скорости кривошипа — поршень в "мёртвых" точках на мгновение останавливается(скорость становится равной 0), а затем разгоняется до приблизительно середины своего хода и вновь тормозится до нулевой скорости в противоположной "мёртвой" точке:

Когда осуществляется преобразование ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО движения во ВРАЩАТЕЛЬНОЕ, то КТР по мере приближения к мёртвым точкам УВЕЛИЧИВАЕТСЯ до бесконечности.
Бесконечность бесконечно смущает наших "учёных". Чего с ней делать — они не понимают, ведь эта бесконечность себя практически никак не проявляет. Чуют они в ней некий подвох — потому стараются держаться от неё подальше и даже говорить про неё не хотят… Ну а мне терять нечего — потому слушайте.

Если мы сместим поршень на очень маленькую величину(скажем, на 1мкм) при 90 градусах после ВМТ — то и сочленение ШАТУН-КРИВОШИП сместится также на 1мкм. При этом кривошип повернётся на некий микроскопический градус. В этой области КТР равен 1.
По мере приближения к НМТ(или к ВМТ) каждый 1мкм перемещения поршня будет приводить ко всё большему углу поворота кривошипа. "Мёртвые" точки по всем канонам русских сказок обращаются в "живые" — минимальное смещение поршня в зоне "мёртвых" точек вызывает невероятно большое смещение кривошипа.
Например, чтобы повернуть кривошип от ВМТ на 1 градус — нужно опустить поршень на 0,00762% его хода. Следующий градус потребует уже 0.02284% хода поршня, что почти в три раза больше. И так далее…
Чтобы повернуть коленвал на 1 градус в точке, близкой к 90 градусам по коленвалу, поршню придётся пройти 8.7262% хОда — почти в 115 раз большее расстояние, чем у ВМТ!
Если играться не с градусами, а с минутами или секундами поворота коленвала — то разница будет уже в тысячи раз…

Для наших трёх шатунов графики КТР выглядят так:

На графике сложно разглядеть, что происходит с КТР на участке от 10 до 170 градусов — потому я сделал график с обрезанными зонами ВМТ и НМТ:

В сказках добро побеждает зло. Жизнь побеждает смерть… Каждый раз…
Но чисто математически — ни в одной, ни в другой "мёртвой" точке не возможно создать достаточное усилие на поршень, чтобы повернуть кривошип хоть на йоту. Потому и поршень в этих точках остаётся неподвижен навечно. 🙁
Шутка.

В реальной жизни на мгновенный разгон даже элементарной частицы требуется неимоверное количество энергии. А как раз в "мёртвых" точках энергии нет — крутящий момент там равен нулю. Зато инерционная МАССА всех движущихся деталей двигателя(поршни, пальцы, шатуны, кривошип, ГРМ и сотоварищи, маховик, вся трансмиссия вплоть до колёс, и даже масса самого автомобиля — всё это хозяйство страшно сопротивляется изменению СКОРОСТИ кривошипа.
По мере удаления от "мёртвых" точек КТР лавинообразно снижается, а вот КТС нарастает ооочень плавно(хоть и с ускорением) и по факту близок к нулю всё то время, пока КТР значительно выше 1.
В итоге работа КШМ в подавляющей степени определяется кривой КТС! :(((

Шерсти клок пытаются вырвать у КТР только некоторые энтузазисты, максимально облегчающие маховик, шатуны и поршневую — они утверждают, что так двигатель "легче" раскручивается. В таком облегчённом виде двигатель действительно быстрее раскрутится за счёт того, что меньше энергии затрачивается на разгон облегчённых деталей — но мне сдаётся, что и КТР тоже вставляет в этот процесс свои пять копеек и двигатель легче раскручивается и за счёт подросшего КПД движка…

Подведём промежуточные итоги.
Кривошипно-шатунный механизм в процессе преобразования ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО движения в движение ВРАЩАТЕЛЬНОЕ при длинном шатуне передаёт на выходной вал не более 62% сил давления сгорающих газов при умеренно длинном(5R) шатуне и не более 53% при коротком(2R) шатуне.
Теряется почти ПОЛОВИНА энергии!

На САМОМ ДЕЛЕ теряется больше.
КШМ вращается с относительно стабильной скоростью и в нём мало дополнительных ДИНАМИЧЕСКИХ потерь, так характерных для поршневой группы. Но это не значит, что только что озвученные цифры потерь неверные или неточные. Проблема в том, что они — среднепотолочные.
Они действительны только для одного режима работы ДВС(что характерно — совершенно невозможного в реальном двигателе), когда давление газов в цилиндре одинаково на всём протяжении хода поршня.

В условиях реального двигателя максимальное давление газа в цилиндре создаётся вблизи ВМТ.
Но именно вблизи ВМТ кривошипно-шатунный механизм ВООБЩЕ не передаёт давление газов на коленвал.
По мере опускания поршня вниз — резко увеличивается ОБЪЁМ камеры сгорания и так же резко падает давление в цилиндре, воздействующее на поршень. КШМ по мере поворота кривошипа стремительно наращивает передаточный коэффициент, но значительная часть энергии уже потеряна безвозвратно…

Чтобы лучше понимать картину и не отвлекаться более на шатуны и прочее — шатун у нас будет длиной 3.5R. Объём "камеры сгорания" будет определять степень геометрического сжатия — 3, 6, 12, 24 и 48.
Режима работы двигателя будет 2 — первый(изобарный) будет идти при неизменном(100атм) давлении в цилиндре, а второй(квазиадиабатический) будет чисто "детонационный" — давление(100атм) будет создаваться в ВМТ и снижаться по мере расширения "камеры сгорания".

Вот такой график у меня получился:

На что желательно обратить внимание?
1). Чем выше степень геометрического сжатия расширения — тем ниже давление газов в НМТ. Соответственно — тем выше КПД двигателя. Если при СР=3 двигатель преобразует только около 66% энергии давления, то при СР=12 уже больше 90%. При бОльших СР рост КПД происходит всё медленнее.
2). Чем выше степень сжатия расширения — тем стремительнее падает давление газов в цилиндре.
Потому и момент всех двигателей с ростом степени расширения планомерно ПАДАЕТ.
Неожиданно, правда? Вся околоавтомобильная литература прямо захлёбывается слюнями, описывая как современные двигатели становятся одновременно и экологичнее(экономичнее) и мощнее.
Но чудес не бывает — среднее давление цикла с ростом степени расширения уменьшается, уменьшается и вырабатываемый двигателем за рабочий такт суммарный момент.
Литровая мощность среднепотолочного двигателя на одинаковых оборотах при повышении степени расширения с 6 до 12 очень значительно снизится, а не возрастёт! Так что забудьте весь бред про длинноходые старые бензиновые двигатели — их "паровозная" тяга обуславливалась не столько здоровенным плечом коленвала, сколько "паровозным" же рабочим циклом с высоким СРЕДНИМ давлением.

После того, как КШМ преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение кривошипа у нас останется в сухом остатке вот что:

На глаз сложно оценить всю катастрофичность ситуации.
Зона максимального давления в цилиндре бездарно обрезана.
И чем Уже была зона высокого давления(читай — чем выше степень расширения) — тем больше безвозвратные потери.

ДВС со степенью расширения 3 теряет в итоге около 41% условного момента — остаётся 59%.
ДВС со степенью расширения 6 теряет в итоге около 44% условного момента — остаётся 56%.
ДВС со степенью расширения 12 теряет в итоге около 50% условного момента — остаётся 50%.
ДВС со степенью расширения 24 теряет в итоге около 56% условного момента — остаётся 44%.
ДВС со степенью расширения 48 теряет в итоге около 63% условного момента — остаётся 37%.

С коротким шатуном потери будут ещё выше.
Понятно, что в реальном двигателе картина несколько отличается от теоретической в худшую сторону — но общие тенденции, я думаю, понятны. Чем выше геометрическая степень сжатия ДВС — тем выше потери в КШМ.

Наверняка теперь большинству моих читателей окончательно станет понятна значительно меньшая литровая мощность дизелей по сравнению с бензинками, а так же маниакальное стремление производителей всеми правдами-неправдами снизить у дизелей степень сжатия ниже всякого разумного предела.
Это только кажется, что разработчики двигателей безумны, на самом же деле перед ними стоит вполне однозначная задача — повышать литровую мощность всеми возможными способами. Они и стараются.
Как только задачу поменяют и во главу развития поставят КПД — расход ДВС одномоментно упадёт раза в два.

Я в прошлой статье показывал, что реальная степень расширения обычной современной(с геометрической степенью сжатия равной 8) бензинки не превышает 6 — т.е. вроде как наращивать степень сжатия ещё очень даже есть куда. Но именно КШМ просерает почти всю выгоду, полученную от лучшего сгорания топлива, от более эффективной работы ЦПГ и других систем… Всё усилия конструкторов по повышению геометрической степени сжатия(читай — по повышению КПД) коту под хвост — в движке просто лавинообразно нарастают внутренние механические напряжения и температура, а ни КПД ДВС, ни мощность практически не растут…
Отсутствие дальнейшего роста литровой мощности немного замаскировали оборотистостью современных движков, турбированием и, как ни странно прозвучит, экологией. ВСЕ современные разработки направлены на замедление сгорания топлива с целью уменьшения образования окислов азота — а это, как я уже писал, фактически равнозначно уменьшению степени сжатия. Именно поэтому снижение геометрической степени сжатия уже начинает в массовой технической литературе преподноситься как несомненное благо, хотя ещё лет десять назад все читатели покрутили бы у виска…

Но снижение степени сжатия и в самом деле благо. Для производителя.
Низкие максимальные давления цикла и высокие средние позволяют заметно экономить на весе и прочности механизмов двигателя. Можно делать почти весь двигатель из дешёвого говна типа силумина. Литраж двигателей планомерно снижают в борьбе с расходом топлива на холостом ходу и около — за максимальную мощность потому всё чаще отвечает турбокомпрессор. Сегодня турбокомпрессор — неотъемлемая часть ФАКТИЧЕСКОГО литража и ФАКТИЧЕСКОЙ степени сжатия современного двигателя. Геометрическая степень сжатия в двигателе с высоким наддувом снижается производителем на 2-3-4 единицы для того, чтобы вернуть процессы сгорания к экологическим стандартам — одновременно с этим частично решается и проблема низкой эффективности КШМ. Хитрожопые современные инженера льют нам в уши сладкую песню про научно-технический прогресс, а сами по факту возвращаются к техническим решениям 30-40-ых годов прошлого века.

КШМ для современного ДВС давно стал ахиллесовой пятой и нужно срочно от КШМ отказываться.
Есть правда одна проблема — до сих пор никто так и не сумел построить двигатель на иных принципах преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
Оттого и весь сегодняшний ступор двигателестроения.

Прототипы двигателей вообще без КШМ, конечно уже давно есть.
Вот концепция реечного ДВС:

Кривошип и шатун: главные различия и особенности

Кривошип и шатун — это два известных элемента в сфере механики. Они играют важную роль в механизмах, таких как зажигание двигателя и насоса. Хотя эти понятия иногда используются в качестве синонимов, они имеют свои собственные особенности и отличия.

Кривошип — это компонент механизма, который используется для изменения вращательного движения в поступательное. Шатун, с другой стороны, служит для соединения кривошипа с рукояткой или поршнем, чтобы передать движение.

В этой статье мы рассмотрим различия между кривошипом и шатуном, а также узнаем, как они работают вместе, чтобы создать движение.

Кривошип и шатун — это ключевые элементы машин, которые занимают важное место в мире техники. Понимание их отличий и свойств может помочь вам лучше понять, как механизмы работают и как они могут быть использованы для создания различных устройств. Давайте начнем разбираться в этих концепциях более подробно!

Основные различия кривошипа и шатуна

Кривошип

Кривошип является неразъемной деталью двигателя и представляет собой приводной механизм, который производит круговое движение поступательным движением поршня. Одна из главных особенностей кривошипа заключается в том, что она имеет форму несимметричного трапециевидного профиля.

В зависимости от типа двигателя, кривошип может быть расположен в верхней или нижней части блока цилиндров. От правильной работы кривошипа зависит производительность и долговечность двигателя. Если кривошип выходит из строя, то единственным выходом является его замена.

Шатун

Шатун также является важной деталью двигателя и выполняет функцию связующего звена между кривошипом и поршнем. Его основное назначение заключается в преобразовании линейного движения поршня в круговое движение кривошипа.

В отличие от кривошипа, шатун имеет более простую форму, представляющую собой жесткий стержень с двумя шарами на концах. Шатун может использоваться в течение достаточно длительного времени, но при обнаружении дефектов или износов его также следует заменить.

Итак, основные различия между кривошипом и шатуном заключаются в их форме и функциональных особенностях. Несмотря на то, что они являются разными элементами двигателя, оба они играют ключевую роль в обеспечении его надежной работы.

Как работает кривошип

Кривошип — это элемент механизма, который преобразует поступательное движение во вращательное. Кривошип состоит из двух частей: стержня и диска. На диске расположен овал, который называется шлицем. Шлиц позволяет присоединить кривошип к другим деталям сверху и снизу.

Кривошип используется в механизмах, которые должны превращать движение вращательного типа в поступательное или наоборот. Например, кривошип используется в двигателе внутреннего сгорания, где он преобразует вращательное движение коленчатого вала в поступательное движение поршня.

Вместе с шатуном кривошип образует основу механизма, который называется кривошипно-шатунным механизмом. Кривошип и шатун позволяют передавать силу от одной точки механизма к другой без потерь искажения формы.

• Принцип работы кривошипа — при вращении диска кривошип двигается по круговой траектории. Стрелка кривошипа при этом описывает механические хода постоянной величины.
• Как работает кривошип в двигателе — кривошип, к которому присоединен шатун, превращает вращательное движение коленчатого вала в поступательное движение поршня. Кривошип избавляет коленчатый вал от прямого штока и обеспечивает гладкое движение поршня в цилиндровом блоке.

Что такое шатун

Шатун — это деталь механизма двигателя с внутренним сгоранием, которая связывает кривошип с поршнем. Он представляет собой стержень, который имеет раздвоенный конец.

Один конец шатуна крепится к кривошипу, а другой — к поршню. При вращении коленвала кривошип передает свое движение на шатун, который, в свою очередь, переводит его на поршень. Такое соединение позволяет поршню передвигаться в цилиндре и осуществлять рабочий ход двигателя.

Шатун изготавливается из высокопрочной стали и имеет очень точную форму, что позволяет ему выдерживать большие нагрузки. Неправильный монтаж или некачественное изготовление шатуна может привести к его поломке, что приведет к серьезным последствиям для двигателя.

Шатун обычно имеет дорожки для крепления подшипников, которые обеспечивают надежную работу и продолжительный срок службы механизма. Крепление подшипников также позволяет шатуну свободно вращаться вокруг оси.

Важно помнить, что шатун — это одна из ключевых деталей механизма двигателя, поэтому ее соответствующее качество и исправность имеют принципиальное значение для безопасной и длительной работы мотора.

Преимущества и недостатки кривошипа

Преимущества кривошипа

• Простота конструкции. Кривошип — одна из самых простых частей двигателя, которая не требует сложного обслуживания и установки.
• Высокая надежность. Кривошип, как правило, изготавливается из прочных материалов и имеет высокую износостойкость, что позволяет ему работать долгое время.
• Высокая эффективность. Кривошип, благодаря своей конструкции, позволяет реализовать высокую эффективность двигателя, что приводит к экономии топлива и уменьшению вредных выбросов.

Недостатки кривошипа

• Ограничение в скорости. Кривошип ограничивает максимальную скорость двигателя, так как его конструкция не позволяет достичь очень высоких оборотов.
• Вибрации и шум. Кривошип может привести к появлению вибраций и шума в работе двигателя, что может быть неприятным и даже опасным в некоторых случаях.
• Ограниченный ход поршня. Кривошип ограничивает ход поршня, что может повлиять на объем двигателя и затруднить увеличение мощности.

Преимущества использования кривошипа

Кривошип — это элемент механизма, позволяющий преобразовывать круговое движение во возвратно-поступательное. Применение кривошипа позволяет увеличить эффективность работы механизмов, уменьшить трение и избежать излишнего нагрева деталей.

Одним из основных преимуществ использования кривошипа является возможность изменения хода движения. Это позволяет настраивать механизмы на определенные параметры работы, что делает процесс более эффективным и удобным в использовании.

Кроме того, кривошип позволяет передавать силу со стороны двигателя на другие механизмы или устройства, что является необходимым для работы различных механизмов, таких как автомобили или промышленные установки.

Также использование кривошипа обеспечивает более плавное движение, что значительно уменьшает нагрузку на детали механизмов и повышает их долговечность.

В конечном итоге, использование кривошипа является необходимым условием для создания эффективных и надежных механизмов, которые способны работать на высокой производительности в течение продолжительного времени.

Недостатки использования кривошипа

Несмотря на то, что кривошип — один из основных механизмов двигателя, у него есть несколько недостатков, которые следует учитывать при его использовании.

• Высокая вибрация. Кривошип создает значительную вибрацию, а это может привести к различным проблемам, включая повреждение других деталей двигателя или требование дополнительных усилий для контроля вибрации.
• Высокая нагрузка на подшипники. Использование кривошипа приводит к высокой нагрузке на подшипники, которые могут износиться быстрее, если их не заменять регулярно или не использовать высококачественные детали.
• Неэффективность при высоких скоростях. Кривошип имеет ограничения по скорости, и использование его при высоких скоростях может привести к неполадкам или поломкам двигателя. Это особенно важно для двигателей, заточенных под высокую мощность.

Учитывая эти недостатки, при выборе механизма двигателя следует учитывать как его плюсы, так и минусы, чтобы избежать проблем в будущем.

Преимущества и недостатки шатуна

Преимущества шатуна

• Повышение крутящего момента: Шатун, совместно с кривошипным валом, обеспечивает оптимальное перемещение поршня и значительно увеличивает крутящий момент двигателя.
• Уменьшение нагрузки на поршень: Благодаря шатуну, обеспечивающему более плавное перемещение поршня, нагрузка на поршень уменьшается, что ведет к увеличению срока службы двигателя.
• Простота конструкции: Шатун состоит из двух элементов — головки и шейки, что делает его простым в изготовлении и установке.

Недостатки шатуна

• Вибрации: Шатун, в связке с кривошипным валом, может приводить к вибрациям двигателя, что негативно влияет на работу системы гасения вибраций и ухудшает качество езды автомобиля.
• Трение: Из-за большого трения между шатуном и кривошипом, может произойти износ или перегрев элементов, что приведет к необходимости замены и высоким расходам на ремонт.

В целом, шатун является важным элементом двигателя и, несмотря на некоторые недостатки, обладает рядом преимуществ, которые сделали его неотъемлемой частью конструкции двигателя.

Преимущества использования шатуна

Шатун представляет собой соединительный элемент между кривошипом и поршнем, имеющий ряд значимых преимуществ перед другими видами соединительных элементов.

• Увеличение мощности двигателя: благодаря повышению степени свободы движения поршня, шатун позволяет увеличить мощность двигателя. Это особенно важно в автомобилях, где мощность является одним из ключевых параметров.
• Уменьшение температурного напряжения: шатун позволяет более равномерно распределять нагрузку на поршень, что позволяет уменьшить температурное напряжение и повысить надежность двигателя в целом.
• Улучшение динамики движения: за счет повышения степени свободы движения поршня, шатун способствует улучшению динамики движения. Это особенно важно в спортивных автомобилях и других транспортных средствах, где динамические характеристики являются одними из основных факторов.
• Уменьшение шума и вибрации: благодаря более равномерному распределению нагрузки на поршень, шатун способствует уменьшению шума и вибрации, что является особенно важным для повышения комфорта в автомобиле.

В целом, использование шатуна имеет множество преимуществ перед другими видами соединительных элементов и активно применяется в автомобильной промышленности и других областях, где нужно обеспечивать высокую мощность, надежность и динамику движения.

Недостатки использования шатуна

Хотя шатун является важной частью системы коленчатого вала в двигателе, он также имеет несколько недостатков.

• Износ: Шатун, как и любая другая деталь двигателя, подвержен износу. Если износ становится слишком велик, то это может привести к поломке двигателя.
• Шум: Из-за сложного дизайна и механизма работы, шатун может создавать неприятный шум, который может быть не приятен для водителя и пассажиров.
• Вибрация: По-скольку шатун является причиной движения коленчатого вала, он может вызывать вибрацию в двигателе и трансмиссии. Это может снижать комфортность вождения и вести к повреждению других компонентов двигателя.

Несмотря на эти недостатки, шатун и кривошип являются огромными достижениями в мире механики и являются ключевыми компонентами любого двигателя внутреннего сгорания.

Отзывы

Maximus

Как мужчина, всегда интересовали меня устройства и механизмы, в том числе и двигатели. Поэтому статья о кривошипе и шатуне вызвала у меня большой интерес. Конечно, я знал, что это два компонента двигателя, но не знал, как они взаимодействуют друг с другом и какие есть особенности каждого из них. Статья же раскрыла все тонкости и далеко не простые детали о каждом элементе, что, как мне кажется, очень полезно для людей, увлекающихся автомобилями и двигателями.

Особенно понравилось, что автор описал сравнение двигателей с разными типами соотношения между кривошипом и шатуном и рассказал о технологиях, которые сегодня используются для улучшения производительности двигателей и снижения износа.

Кроме того, статья иллюстрирована хорошими фотографиями, что позволяет увидеть все компоненты и понять, как они взаимодействуют между собой. Я уверен, что эта информация будет полезна не только для меня, но и для многих моих друзей.

Александр

Я, как мужчина, всю свою жизнь увлекаюсь автомобилями и постоянно интересуюсь, как устроены и работают двигатели. Чтение статьи на тему «Кривошип и шатун: главные различия и особенности» было для меня интересным и полезным опытом. Отлично, что автор простыми словами расписал каждый компонент, что не только понятно, но и достаточно важно. В статье подробно описано, как именно происходит процесс двигателя благодаря взаимодействию кривошипа и шатуна, что является главным элементом двигателя.

Сергей Петров

Статья про кривошип и шатун была для меня познавательной. Я не знал, что кривошип и шатун это такие важные элементы двигателя. Теперь понимаю, как именно происходит работа двигателя благодаря этим деталям.

Чем отличается кривошип от шатуна: основные различия

В механике устройства двигателей, кривошип и шатун — это два главных компонента по которым двигатель передвигает энергию внутри системы. Несмотря на то, что они работают совместно и имеют похожие функции, кривошип и шатун имеют ряд важных различий друг от друга.

Кривошип — это основной элемент внутреннего двигателя, сердцевина системы. Он представляет собой деталь со сложным механизмом, который преобразует движение прямолинейное движение поршня в крутящее момент двигателя. Кривошип является основой устройства двигателя и его основным функциональным элементом.

Шатун, с другой стороны, это компонент, который связывает крыльчатку и поршень. Он служит последним звеном, передавая энергию от поршня к коленчатому валу, где и происходит основная работа преобразования этой энергии. Шатун также несет на себе нагрузки от поршня, поэтому он должен быть достаточно прочным, чтобы не выжить в процессе эксплуатации двигателя.

Таким образом, основные различия между кривошипом и шатуном заключаются в том, что кривошип является основным устройством двигателя, отвечающим за преобразование движения поршня в крутящий момент двигателя, а шатун — это компонент системы, который передает энергию от поршня к валу.

Кривошип и шатун: в чем разница?

Кривошип

Кривошип является одним из элементов механизма двигателя. Он представляет собой деталь в форме планетарного колеса, которая может вращаться вокруг своей оси.

Главная функция кривошипа — это преобразование линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, который передает механическую энергию на привод автомобиля или другую технику.

Кривошип обеспечивает плавное и эффективное движение поршня и является одной из главных составляющих двигателя.

Шатун

Шатун — это деталь, соединяющая поршень с коленчатым валом. Она обеспечивает передачу механической энергии, полученной от горения топлива, на коленчатый вал.

Шатун представляет собой длинную стержневую деталь, один конец которой соединен с поршнем, а другой с коленчатым валом.

Главная функция шатуна — это преобразование линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, который передает механическую энергию на привод автомобиля или другую технику.

Отличия кривошипа от шатуна

• Кривошип является деталью в форме планетарного колеса, а шатун — стержневой деталью.
• Кривошип преобразует линейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, а шатун передает механическую энергию от поршня к коленчатому валу.
• Кривошип вращается вокруг своей оси, а шатун соединен с поршнем и коленчатым валом.

Несмотря на отличия, кривошип и шатун являются важными элементами механизма двигателя. Они обеспечивают передачу энергии от горения топлива на коленчатый вал и приводят в движение автомобиль или другую технику.

Описание деталей

Кривошип

Кривошип представляет собой элемент механизма, который связывает вал коленчатого механизма с шатуном. Он имеет выступ в форме лепестка, называемый кривой, который приводит в движение шатун при вращении вала. Кривошип изготавливается из стали и подвергается термической обработке для придания ему нужной прочности и твердости.

Особенности кривошипа:

• имеет кривую форму;
• соединяет вал коленчатого механизма с шатуном;
• изготавливается из стали;
• приводит в движение шатун при вращении вала.

Шатун

Шатун — это элемент двигателя, который связывает поршень с коленчатым валом. Шатун состоит из трех частей: корпуса, крыльчатки и шейки. Внутри корпуса находится вкладыш, который при контакте с коленчатым валом увеличивает износостойкость шатуна. Шатун изготавливается из легких металлов для снижения массы двигателя и повышения его производительности.

Особенности шатуна:

• связывает поршень с коленчатым валом;
• состоит из корпуса, крыльчатки и шейки;
• имеет внутренний вкладыш;
• изготавливается из легких металлов.

Чем отличается кривошип от шатуна: основные различия

Принцип работы

Кривошип — это элемент механизма, в котором основным является круглая рабочая поверхность, расположенная под углом к другой рабочей поверхности и связанная с валом. При вращении круглая поверхность обеспечивает линейное движение другой поверхности, что позволяет преобразовывать крутящий момент и двигать различное оборудование.

Шатун — это элемент механизма, который связывает две другие составляющие механизма. Шатун и кривошип взаимодействуют между собой, чтобы двигать механизм. Таким образом, шатун связывает коленчатый вал с поршнем двигателя, передавая кинетическую энергию от одной составляющей к другой.

Таким образом, кривошип и шатун работают вместе для преобразования движения и крутящего момента в другой тип движения, например, линейное движение поршня в двигателе. Они отличаются друг от друга своей структурой и ролью в механизме, но без обоих элементов эффективность работы механизма будет снижена.

Назначение кривошипа и шатуна в механизме двигателя

Кривошип

Кривошип является одной из важнейших деталей механизма двигателя внутреннего сгорания. Его главная задача заключается в преобразовании поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Именно благодаря кривошипу возможно выполнять циклические движения поршня, которые в результате приводят к вращению коленчатого вала.

Кроме того, кривошип выполняет и другие функции. Например, он обеспечивает передачу усилий, которые возникают при движении поршня, на коленчатый вал. Также кривошип выполняет функцию балансировки, ограничивая боковые колебания поршня и снижая вероятность поломки двигателя.

Шатун

Шатун – это деталь механизма двигателя, которая соединяет поршень и кривошипный вал. Его главная задача заключается в передаче энергии от поршня к кривошипу для создания вращательного движения коленчатого вала. Таким образом, шатун играет важную роль в процессе преобразования поступательного движения вращательного движения.

Кроме того, шатун выполняет и другие функции, такие как балансировка. Благодаря своей конструкции, шатун способен сокращать колебания и вибрации, которые возникают при движении поршня. Это позволяет уменьшить нагрузку на другие детали двигателя и повысить его надежность и долговечность.

Применение кривошипа и шатуна в механизмах

Кривошип — это основной элемент механизма, который используется для преобразования вращательного движения в поступательное движение и обратно. Он часто применяется в двигателях внутреннего сгорания, где он приводит в движение поршень.

Шатун же служит для передачи крутящего момента от кривошипа к поршню или другому элементу механизма. Он также часто используется в двигателях внутреннего сгорания и механических прессах.

Кривошип и шатун вместе образуют кривошипно-шатунный механизм, который обычно применяется для приведения в движение механизмов, требующих поступательного движения. Примерами могут служить механизмы дверей, окон и штор, которые движутся вверх и вниз.

Также кривошипно-шатунный механизм часто используется в механических прессах, где кривошип обеспечивает поступательное движение рабочей заготовки.

Выбор правильной детали: ключевой момент в изготовлении механизмов

Изготовление механизмов — это процесс, требующий максимальной точности и внимательности, особенно когда дело касается кривошипа и шатуна. Необходимо не только знание техники и правильное понимание материалов, но и умение выбирать правильную деталь.

Кривошип и шатун — важные элементы многих механизмов. Они выступают как ключевые звенья в системе, обеспечивая передачу движения от одной детали к другой. Их правильный выбор и точное изготовление существенно влияют на работу механизма в целом.

Например, кривошип должен быть изготовлен с максимальной точностью и учитывать различные факторы, такие как нагрузка, скорость и давление. Неверный выбор кривошипа или его неправильное изготовление может привести к чрезмерному износу и выходу из строя механизма.

Аналогичным образом, шатун также требует аккуратной обработки и точного изготовления. Выбор несоответствующего шатуна может привести к различным проблемам, таким как повреждение поршня, утечки масла или даже поломке мотора.

Поэтому правильный выбор детали является ключевым моментом в изготовлении механизмов. Если вы не уверены в своей способности выбрать правильную деталь, лучше доверьтесь профессионалам. Только тогда вы сможете быть уверены в работе вашего механизма на протяжении всего периода эксплуатации.