Назначение кривошипно-шатунного механизма
В блоках цилиндров рядных двигателей поршни перемещаются вверх и вниз, а в оппозитных, к примеру, в противоположные стороны в горизонтальной плоскости, но общая суть их движения не меняется – на языке физики оно называется возвратно-поступательным. Чтобы это движение преобразовалось во вращение колес, в двигателях внутреннего сгорания, вне зависимости от типа, используется особый механизм, построенный на применении кривошипа – то есть особого рычага, части коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм есть в двигателе внутреннего сгорания и швейной машинке Зингера
История создания кривошипно-шатунного механизма
Кривошипно-шатунный механизм был придуман задолго до появления первых автомобилей. Он использовался еще в восемнадцатом веке в конструкции штамповочных прессов, швейных машинок, приводов колесной пары паровозов и многих других механизмов.
Вопрос преобразования энергии движущихся поршней во вращение колес стоял с самого момента появления двигателя внутреннего сгорания. По аналогии с существовавшими уже паровыми двигателями, инженеры, занимавшиеся его конструированием, решили применить для этих целей кривошипно-шатунный механизм. В современных поршневых двигателях модернизировано очень многое, но КШМ по-прежнему актуален и остается единственно возможной конструкцией.
Устройство кривошипно – шатунного механизма двигателя
Практически все механические части двигателя представляют из себя одновременно части кривошипно-шатунного механизма. К нему относятся блок цилиндров, картер и головка блока цилиндров, шатунно-поршневая группа, коленчатый вал и маховик.
Коленчатый вал
Коленчатый вал представляет собой деталь со сложной конфигурацией. Помимо опорных шеек, позволяющих ему крепко держаться в блоке, коленчатый вал имеет столько кривошипов или, как их называют, колен, сколько цилиндров конструктивно заложено в блоке двигателя.
Кривошип
К каждому колену или кривошипу посредством сложной системы деталей крепится шатун поршня.
Кривошип отстоит от оси коренных шеек на определенный радиус, называемый радиусом кривошипа. От этого параметра зависит ход поршня.
В зависимости от конструкции блока цилиндров двигателя одно колено может служить основанием для крепления одного или более шатунов. Если двигатель рядный, к одному кривошипу крепится один шатун, если V-образный, то два шатуна. Этим, кстати, объясняется относительная компактность блоков цилиндров V-образных двигателей.
Колено и кривошип - одно и то же. Колено дало название коленвалу, а кривошип - кривошипно-шатунному механизму
Шатун
Шатун представляет собой деталь двутаврового сечения, имеющую верхнюю и нижнюю «головки». В верхней «головке» шатуна помещается поршневой палец, посредством которого шатун соединяется с поршнем. Нижняя «головка» шатуна выполнена разъемной, для того, чтобы ее можно было соединить с шатунной шейкой коленчатого вала с помощью шатунных крышек.
Поршень
Поршень представляет собой цилиндрическую деталь, выполненную из алюминиевого сплава, с отверстием под поршневой палец для соединения с шатуном. Поршень надевается на шатун, как стакан, донышком вверх, и закрепляется при помощи пальца.
Принцип действия кривошипно-шатунного механизма
Поступившая в цилиндр двигателя топливная смесь, при подходе поршня к верхней мертвой точке (крайнее верхнее положение поршня в цилиндре), поджигается посредством свечи зажигания или самовоспламеняется от давления, и расширяющиеся под газы, образовавшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень по стенкам цилиндра к нижней мертвой точке.
Так как поршень соединен с шатуном, он передает на него свое усилие и, подходя к нижней мертвой точке (крайнее нижнее положение поршня в цилиндре), шатун, за счет полного оборота кривошипа, к которому он прикреплен, приводит во вращательное движение коленчатый вал.
Вал, в свою очередь, через элементы трансмиссии передает крутящий момент на ведущие колеса автомобиля, приводя его в движение.