Шатун
Шатун , также называемый «шатун», [1] [2] [3] Часть поршневого двигателя , соединяющая поршень с коленчатым валом . Вместе с кривошипом шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала. [4] Шатун необходим для передачи сжимающих и растягивающих усилий от поршня. В своей наиболее распространенной форме, в двигателе внутреннего сгорания , он позволяет поворачивать конец поршня и вращение конца вала.
Предшественником шатуна является механическое соединение, используемое водяными мельницами для преобразования вращательного движения водяного колеса в возвратно-поступательное движение. [5]
Шатуны чаще всего используются в двигателях внутреннего сгорания или паровых двигателях .
Происхождение
[ редактировать ]
Кривошип шатуна был найден в кельтской Оппиде в Поле в Бретани и датирован 69 годом до нашей эры. [6]
Предшественником соединительной длины является механическое соединение, использовавшееся на водяных мельницах римской эпохи . Ранний пример этой связи был обнаружен на лесопилке в Иераполисе конца III века в Римской Азии (современная Турция) и на лесопилках VI века в Эфесе в Малой Азии (современная Турция) и в Герасе в римской Сирии. Кривошипно -шатунный механизм этих машин преобразовывал вращательное движение водяного колеса в линейное движение пильных полотен. [7]
Ранняя документация конструкции произошла где-то между 1174 и 1206 годами нашей эры в штате Артукид (современная Турция), когда изобретатель Аль-Джазари описал машину, которая включала в себя шатун с коленчатым валом для перекачки воды как часть водоподъемной машины. [8] [9] хотя устройство было более сложным, чем типичные конструкции кривошипа и шатуна. [10] : 170 Есть также документация о шатунах с шатунами в альбомах для рисования Такколы из Италии эпохи Возрождения и художника 15 века Пизанелло . [10] : 113
Паровые двигатели
[ редактировать ]
1712 года В атмосферном двигателе Ньюкомена (первый паровой двигатель) вместо шатуна использовалась цепная передача, поскольку поршень создавал силу только в одном направлении. [11] Однако большинство паровых двигателей после этого становятся двойного действия , поэтому сила создается в обоих направлениях, что приводит к использованию шатуна. В типичной конструкции используется большой блок скользящих подшипников, называемый траверсой, с шарниром между поршнем и шатуном, расположенным снаружи цилиндра, что требует уплотнения вокруг штока поршня . [12]
В паровозе кривошипы обычно устанавливаются непосредственно на ведущих колесах . Шатун используется между шатунным пальцем на колесе и крейцкопфом (где он соединяется со штоком поршня ). [13] Эквивалентные шатуны на тепловозах называются «боковые тяги» или «соединительные тяги». На паровозах меньшего размера шатуны обычно имеют прямоугольное поперечное сечение. [14] однако иногда использовались стержни морского типа круглого сечения.
На гребных пароходах шатуны называются «шатунами» (не путать с шатунами ).
Двигатели внутреннего сгорания
[ редактировать ]
Шатун двигателя внутреннего сгорания состоит из «большого конца», «шатуна» и «малого конца». Маленький конец прикрепляется к поршневому пальцу (также называемому в США «поршневым пальцем» или «запястным пальцем»), что обеспечивает вращение шатуна и поршня. Обычно большой конец соединяется с шатунной шейкой с помощью подшипника скольжения для уменьшения трения; однако в некоторых двигателях меньшего размера вместо этого может использоваться подшипник качения , чтобы избежать необходимости в насосной системе смазки. Шатуны с подшипниками качения обычно представляют собой цельную конструкцию, в которой коленчатый вал должен быть спрессован через них, а не конструкцию из двух частей, которая может быть закреплена болтами вокруг шейки цельного коленчатого вала. [ нужна ссылка ]
Обычно на большом конце шатуна в подшипнике просверлено точечное отверстие, благодаря которому смазочное масло выливается на упорную сторону стенки цилиндра, смазывая ход поршней и поршневых колец .
Шатун может вращаться на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может меняться, когда шатун движется вверх и вниз и вращается вокруг коленчатого вала .
Материалы
[ редактировать ]Материалы, используемые для изготовления шатунов, широко различаются, включая углеродистую сталь, спеченный металл на железной основе, микролегированную сталь, чугун с шаровидным графитом. [15] В серийных автомобильных двигателях шатуны чаще всего изготавливаются из стали . В высокопроизводительных приложениях можно использовать шатуны «заготовки», которые изготавливаются из цельной заготовки металлической , а не отливаются или куются.
Другие материалы включают алюминиевый сплав T6-2024 или алюминиевый сплав T651-7075 , которые используются из-за легкости и способности поглощать сильные удары за счет долговечности. Титан — более дорогой вариант, который снижает вес. Чугун можно использовать для более дешевых и менее производительных устройств, таких как мотороллеры.
Сбой во время эксплуатации
[ редактировать ]
Во время каждого вращения коленчатого вала шатун часто подвергается воздействию больших и повторяющихся сил: сил сдвига, возникающих из-за угла между поршнем и шатунной шейкой, сил сжатия при движении поршня вниз и сил растяжения при движении поршня вверх. [16] Эти силы пропорциональны квадрату частоты вращения двигателя (об/мин).
Выход из строя шатуна, часто называемый «выбрасыванием шатуна», часто выталкивает сломанный шатун через стенку картера, что делает двигатель не подлежащим ремонту. [17] Распространенными причинами выхода из строя шатуна являются разрушение при растяжении из-за высоких оборотов двигателя, сила удара при ударе поршня о клапан (из-за проблемы с клапанным механизмом), выход из строя подшипника шатуна (обычно из-за проблемы со смазкой) или неправильная установка шатуна. . [18] [19] [20] [21]
Износ цилиндров
[ редактировать ]Боковая сила, действующая на поршень через шатун со стороны коленчатого вала, может привести к тому, что цилиндры изнашиваются и приобретают овальную форму. Это значительно снижает производительность двигателя, поскольку круглые поршневые кольца не могут должным образом прилегать к стенкам цилиндра овальной формы.
Величина боковой силы пропорциональна углу наклона шатуна, поэтому более длинные шатуны уменьшат боковую силу и износ двигателя. Однако максимальная длина шатуна ограничена размером блока двигателя; длина хода плюс длина шатуна не должны приводить к перемещению поршня мимо верхней части блока цилиндров.
Ведущие и ведомые стержни
[ редактировать ]
В радиальных двигателях обычно используются шатуны типа «главный и подчиненный», при этом один поршень (самый верхний поршень в анимации) имеет главный шатун, напрямую прикрепленный к коленчатому валу. Остальные поршни прикрепляют крепления своих шатунов к кольцам по краю главного шатуна.
Многорядные двигатели со многими цилиндрами, такие как двигатели V12 , имеют мало места для многих шатунных шеек на коленчатом валу ограниченной длины. Самое простое решение, используемое в большинстве двигателей дорожных автомобилей, состоит в том, чтобы каждая пара цилиндров имела общую кривошипную шейку , но это уменьшает размер шатунных подшипников и означает, что совпадающие (т.е. противоположные) цилиндры в разных рядах слегка смещены вдоль оси. ось коленчатого вала (которая создает качающуюся пару ). Другое решение - использовать шатуны «главный-ведомый», где главный шатун также включает в себя один или несколько кольцевых штифтов, которые соединены с большими концами ведомых шатунов на других цилиндрах. Недостатком главных-ведомых шатунов является то, что длина хода всех ведомых поршней, не расположенных на 180° от главного поршня, всегда будет немного больше, чем у главного поршня, что увеличивает вибрацию в V-образных двигателях.
Одним из наиболее сложных примеров главных и ведомых шатунов является 24-цилиндровый Junkers Jumo 222, экспериментальный авиадвигатель разработанный для Второй мировой войны. Этот двигатель состоял из шести рядов цилиндров, по четыре цилиндра в каждом. В каждом «слое» из шести цилиндров использовался один главный шатун, а в остальных пяти цилиндрах - ведомые шатуны. [22] Было построено около 300 испытательных двигателей, однако в производство двигатель так и не поступил.
Стержни с вилками и лезвиями
[ редактировать ]
 | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Август 2022 г. ) |
Шатуны с вилкой и лезвием, также известные как «разъемные шатуны», использовались в мотоциклетных двигателях V-twin и V12 . авиационных двигателях [23] Для каждой пары цилиндров стержень «вилки» разделен на две части на большом конце, а «лезвийный» стержень противоположного цилиндра утончен, чтобы вписаться в этот зазор в вилке. Такое расположение устраняет раскачивание пары , возникающее при смещении пар цилиндров вдоль коленчатого вала.
Обычно подшипник шатуна имеет одну широкую опорную втулку, охватывающую всю ширину стержня, включая центральный зазор. Затем стержень лезвия проходит не непосредственно по шатунной шейке, а по внешней стороне втулки. Это заставляет два стержня колебаться вперед и назад (вместо вращения относительно друг друга), что снижает силы на подшипник и скорость поверхности. Однако движение подшипника также становится возвратно-поступательным, а не непрерывно вращающимся, что представляет собой более сложную проблему для смазки.
Известные двигатели, в которых используются вилочные стержни, включают авиационный двигатель Rolls-Royce Merlin V12, EMD двухтактные дизельные двигатели Harley Davidson и различные мотоциклетные двигатели V-twin.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Шатуны и подшипники» . Журнал «Двигателестроитель» . 25 октября 2010 г. Проверено 21 августа 2022 г.
- ^ «Шатуны соединяют поршни и коленчатый вал | Перкинс» . www.perkins.com . Проверено 21 августа 2022 г.
- ^ «Что такое Кон Род?» . www.accurateeng.com . 22 ноября 2019 года. Архивировано из оригинала 5 февраля 2023 года . Проверено 21 августа 2022 г.
- ^ Ямагата, Х. (2005). Наука и технология материалов в автомобильных двигателях . Публикации Вудхеда в области материалов. Наука и технология материалов в автомобильных двигателях. Эльзевир Наука. п. 207. ИСБН 978-1-84569-085-4 .
- ^ Лион, Роберт Л. Steam Automobile Vol. 13, № 3 . САКА.
- ^ Выставка «Первые города Запада», в нескольких словах…
- ^ Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007). Рельеф каменной лесопилки с водяным приводом на саркофаге в Иераполисе и его значение . Том. 20. с. 161.
Из-за находок в Эфесе и Герасе изобретение системы кривошипа и шатуна пришлось перенести с 13-го на 6-й век; теперь рельеф Иераполиса возвращает нас еще на три столетия назад, что подтверждает, что водяные каменные пилорамы действительно использовались, когда они изменили мир двигателей. Авзоний написал свою Мозеллу.
{{cite book}}:|periodical=игнорируется ( помогите ) - ^ Ахмад И Хасан . «Система кривошипно-шатунной машины непрерывного вращения» .
- ^ Салли Ганчи; Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 978-1-4358-5066-8
- ^ Jump up to: а б Уайт, Линн младший (1962). Средневековые технологии и социальные изменения . Оксфорд: В Clarendon Press.
Однако о том, что аль-Джазари не совсем понял смысл кривошипа для соединения возвратно-поступательного движения с вращательным, свидетельствует его чрезвычайно сложный насос, приводимый в движение посредством зубчатого колеса, эксцентрично установленного на его оси.
- ^ «Словарь паровозов» . www.railway-technical.com . Архивировано из оригинала 28 января 2008 г. Проверено 5 февраля 2016 г.
- ^ Демпси, Джорджия; Кларк, Д. Киннер (2015). Викторианский паровоз: его проектирование и разработка 1804-1879 гг . Барнсли, Англия: Транспортировка ручки и меча. стр. 27–28. ISBN 978-1-47382-323-5 – через Google Книги.
- ^ Аронс, Э.Л. (1921). Нил, Р.Э. (ред.). Строительство и обслуживание паровозов . Серия технических учебников Pitman. Лондон: The Locomotive Publishing Co. Ltd., стр. 74–78 – через Google Книги.
- ^ Уайт, Джон Х. младший (1979). История американского локомотива: его развитие, 1830–1880 гг . Нью-Йорк: Dover Publications. п. 185. ИСБН 9780486238180 – через книги Google.
- ^ Ямагата 2005 , с. 7
- ^ «Причины неисправности шатуна» . www.itstillruns.com . Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ «Что значит «бросить удочку»?» . Автомобильный разговор . Апрель 1990 года . Проверено 5 февраля 2016 г.
- ^ «Предотвращение выхода из строя шатунов» . www.enginebuildermag.com . 15 марта 2017 года . Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ «Как устранить неисправности шатунов» . www.hotrod.com . Ноябрь 2003 года . Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ «Вероятная причина большинства отказов стержней» . www.arcracing.blogspot.com . 1 июня 1999 года . Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ «Подшипники Emerson для экстремальных условий применения» . www.emersonbearing.com . Проверено 5 февраля 2016 г.
- ^ "Изображение" . Архивировано из оригинала 13 апреля 2014 г. Проверено 11 июля 2014 г.
- ^ «Дрисдейл Годзилла V-твин» . thekneeslider.com . Проверено 26 сентября 2019 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
