Кривошипно-шатунный механизм. Общие сведения и классификация

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Детали КШМ участвуют в совершении рабочего процесса и воспринимают механические и тепловые нагрузки.

Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. На рис. 1.1 показаны схемы кривошипно-шатунных механизмов, применяемых в двигателях.

Тронковый кривошипно-шатунный механизм (рис. 1.1а) наиболее часто применяется в двигателях простого действия. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно верхней головкой с поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается над поршнем в цилиндре, закрытом крышкой.

Крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм изображен на рис. 1.1б. Поршень в данном механизме соединяется с шатуном при помощи жестко связанного с поршнем штока и крейцкопфа, совершающих поступательное движение. При таком сочленении поршень разгружается от нормальной силы, так как ее действие переносится на крейцкопф; вследствие этого становится возможным создание второй рабочей полости в цилиндре под поршнем. При этом шток должен проходить через нижнюю крышку со специальным сальником, обеспечивающим герметичность полости под поршнем. Крейцкопфная система кривошипно-шатунного механизма применяется в тихоходных двигателях простого действия большой мощности, а также в двигателях двойного действия.

Тронковый кривошипно-шатунный механизм двигателя с V-образным расположением показан на рис. 1.1в.

а б в

Рис. 1.1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов двигателей внутреннего сгорания

На автомобильных и тракторных двигателях применяют центральные (аксиальные) (рис. 1.2а), смещенные (дезаксиальные) (рис. 1.2б) тронковые кривошипно-шатунные механизмы.

В центральном КШМ ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала. В дезаксиальном КШМ ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала, а смещена относительно нее на некоторое расстояние е. Смещение оси цилиндра уменьшает разницу в давлениях на правую и левую стороны цилиндра. Во время рабочего хода давление поршня на стенку цилиндра уменьшается, а во время хода сжатия – увеличивается, что в общем дает более равномерный износ двигателя. К преимуществам дизаксиального механизма следует отнести меньшую скорость поршня около верхней мертвой точки (ВМТ), благодаря чему улучшается процесс сгорания, который приближается к условиям сгорания при постоянном объеме. Величина смещения е обычно откладывается в направлении вращения коленчатого вала. Для современных двигателей относительное смещение, или дезаксаж, – отношение смещения е к радиусу кривошипа r находится в пределах 0.04–0.10. Наибольшее распространение получил центральный КШМ, кинематический и динамический анализ работы которого рассматривается ниже.

а б

Рис. 1.2. Схемы тронковых кривошипно-шатунных механизмов двигателей внутреннего сгорания