какое звено является ведущим в кривошипно ползунном механизме поршневого компрессора
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Кривошипно-ползунный механизм
Кривошипно-ползунные механизмы применяют различного типа. Чаще всего при непрерывном неопределенно длительном вращении кривошипа / с заданной угловой скоростью ползун совершает возвратно-поступательное движение. Такого типа механизмы ( рис. 5.1) используют в поршневых двигателях, насосах, компрессорах и других машинах. [31]
Кривошипно-ползунный механизм имеет две зоны мертвых положений, соответствующих диаметрально противоположным положениям кривошипа. [33]
Кривошипно-ползунный механизм часто используется в приборостроении как передаточный механизм между датчиком и стрелкой. На рис. 5.35 приведена схема пишущего манометра, регистрирующего изменение давления в газгольдере. При изменении давления мембранная коробка 1 прогибается до тех пор, пока разность давлений внутри и снаружи коробки не будет уравновешена силами упругости. Перемещение точки М коромысла записывается на диске 4, совершающем вращательное движение. Применение указанного механизма позволяет увеличить перемещение конца коромысла по сравнению с перемещением мембранной коробки. [35]
Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев: кривошипа ОА, шатуна АВ, ползуна В, станины и четырех кинематических пар: вращательной пары станина-кривошип, вращательной пары кривошип-шатун, вращательной пары шатун-ползун и поступательной пары ползун-станина. [36]
Кривошипно-ползунный механизм можно образовать из шарнир-ного четырехзвенкика, если одну из вращательных кинематических пар заменить поступательной. [40]
Кривошипно-ползунный механизм с цилиндрическим ползуном ( поршнем) имеет две избыточные связи. Устранение их улучшает пуск двигателя и уменьшает износ поршневых колец и втулок цилиндров. Устранение избыточных связей достигается постановкой двух добавочных шарниров на шатуне или заменой пары V2 на пару П12 на поршне и пары 2 на пару IV2 на пальце кривошипа или комбинацией того и другого. [44]
Кривошипно-ползунный механизм расположен в горизонтальной плоскости и состоит из кривошипа ОА массой т, и шатуна АВ массой та, принимаемых за однородные стержни. В момент, когда / BOA 90, точка А имеет скорость и. [45]
Кривошипно-ползунный механизм: устройство, принцип работы, применение
Кривошипно-ползунный механизм (КПМ) представляет собой частный случай рычажного устройства с четырьмя звеньями. Вращающаяся на валу часть — кривошип — шарнирно соединена с совершающей продольные движения частью- шатуном. Он зафиксирован в направляющих, оставляющих одну степень свободы для линейного движения. Устройство служит для преобразования вращения кривошипного звена в линейное перемещение ползуна. Механизм обратим, то есть и линейное движение ползуна может быть превращено во вращение вала кривошипа. Он широко используется в технике — в автомобильных моторах и паровых машинах, технологических установках и измерительных приборах.
Принцип действия кривошипно-ползунного механизма
Для прямой схемы кривошипно-ползунного механизма принцип работы состоит в следующем:
В случае обратной схемы работы принцип таков:
При построении кривошипно- ползунного механизма, его закона движения, статических и кинематических схем они должны удовлетворять требованиям по ГОСТ 2144-76.
Кинематический анализ кривошипно-ползунного механизма
Целью кинематического анализа КПМ является проектирование взаимных положений, траекторий передвижения, скоростей и ускорений всех его деталей. Для этого реальные физические тела заменяются моделями- рычагами и поверхностями, имеющими абсолютную жесткость, шарнирами и поверхностями с нулевым трением. Масса детали полагается сконцентрированной в условной точке- центре масс, как правило, совпадающей с геометрическим центром моделируемой детали.
Кинематическое моделирование разбивается на следующие основные этапы:
При построении плана скоростей руководствуются следующими рекомендациями:
При построении плана скоростей возникает возможность стоить перпендикуляры и касательные к линии перемещения какой-либо точки кривошипно-ползунного механизма без изображения самой траектории.
Поскольку ускорение является производной от скорости, то векторные изображения ускорений для каждой точки перпендикулярны соответствующим тем же точкам векторам, изображенными на плане скоростей.
В ходе кинематического моделирования проводится также анализ на наличие избыточных связей в кривошипно-ползунном механизме. Под ними понимают связи, которые не добавляют степеней свободы и могут быть исключены из схемы без потери функциональности. Однако к удалению таких связей следует подходить осторожно. Например, дополнительные подшипники или опоры направляющих могут быть необходимы в реальном механизме исходя их больших величин перемещения во время рабочего хода. без них будет невозможно удовлетворить проектные требования по жесткости, прочности, температурной стойкости и т. д.
Статическое уравновешивание кривошипно-ползунного механизма
Во время перемещения звеньев механизма с изменяющимися скоростями (ускоренного движения) в них возникают инерционные силы и моменты. Их называют динамическими нагрузками. Такие нагрузки приводят к появлению вибраций, колеблющиеся детали излучают свои колебания в воздух, вызывая воздушный шум.
Динамические нагрузки приводят также к многократным деформациям деталей, их повышенному износу, накоплению усталости материала и преждевременному разрушению.
Шум и вибрация оказывают также негативное влияние на людей и точные механизмы, находящиеся рядом с источником. И, наконец, на возбуждение колебаний и излучение шума тратится энергия, это снижает КПД кривошипно-ползунного механизма.
Причины возникновения вибрации делятся на:
Виброактивность делится на
Для устранения причин возникновения вибрации проводят статическое уравновешивание кривошипно-ползунного механизма. Механизм должен находиться в равновесии в состоянии покоя, при этом силы трения полагаются нулевыми.
Для этого вычисляют массы всех звеньев и строят график сил, действующих на них в состоянии покоя, прежде всего сил тяжести. Массы звеньев должны быть уравновешены с учетом длины рычагов (расстояния от центра вращения).
В ходе статического уравновешивания массы звеньев полагаются сосредоточенными в геометрическом центре звена.
Если общий центр масс системы совершает ускоренное движение, механизм считают неуравновешенным. Цель процедуры — достижение нулевого значения ускорения центра масс. Для этого к движущимся частям добавляют уравновешивающие массы, сводящие ускорение к нулю.
После статического уравновешивания наступает этап динамического уравновешивания кривошипно-ползунного механизма. При этом расчеты ведутся уже с учетом реальной пространственной конфигурации деталей.
В ходе производства реального изделия из-за дефектов материала, погрешностей отливки, механообработки и сборки возникают дополнительные разбалансировки звеньев. Для их устранения применяется балансировка кривошипно-ползунного механизма. Она заключается в:
Цикл операций повторяется до тех пор, пока подвижные части не будут удовлетворительно уравновешены.
Построение КПМ
Построение эффективно работающих кривошипно- ползунных устройств, несмотря кажущуюся простоту их конструкции, требует большой расчетной и конструкторской работы.
В ее ходе учитывают такие моменты, как:
Поскольку перечисленные аспекты взаимосвязаны и влияют друг на друга, проектирование ползунного четырехзвенного механизма представляет собой многоэтапный итеративный процесс. Зачатую конструктору приходится возвращаться на более ранний этап проектирования рычажного механизма и уточнять параметры схемы по результатам расчетов на более поздних стадиях процесса.
Иногда даже приходится менять вид кривошипно- ползунного механизма. В высокооборотных дизелях требуется снизить скорость движения поршня на некоторых фазах рабочего цикла. Как правило, это требуется при прохождении верхней части цилиндра, чтобы обеспечить более полное сгорание топливной смеси. Для этого применяют дезаксиальную схему кривошипно-ползунного устройства. В ней оси цилиндров расположены со смещением смещена относительно оси коленвала на некоторое расстояние по ходу вращения.
Для лучшего уравновешивания многоцилиндровых V-образных двигателей используют схему двигателя с прицепным шатуном.
В ней прицепного шатун бокового цилиндра сопряжен с шатуном главного цилиндра. Это позволяет снизить вес, размеры и момент инерции части подвижных звеньев.
Построение включает в себя такие расчетно- модельные процедуры, как:
Обязательным этапом является проверка на соответствие нормам безопасности и охраны труда.
Традиционный расчет и построение такого сложного механизма, как кривошипный, представляет собой трудоемкий процесс, требующий от конструктора внимательности и достаточного опыта. Современные элементы программных продуктов семейства CAD — CAE позволяют избавиться от большей части рутинных и однообразных ручных операций, графических построений и расчетов. Конструктору достаточно выбрать из библиотеки трехмерную модель того или иного типа кривошипно- ползунной пары и провести параметрическое моделирование, задав необходимые размеры. Модуль графической симуляции проведет и статическое уравновешивание, и кинематический расчет, и выдаст рекомендации по оптимизации звеньев.
Область применения
Кривошипно-ползунные механизмы впервые стали применять в античности, на римских пильных мельницах. Там вращение колеса, приводимого в действие силой падающей воды, преобразовывалась в возвратно-поступательное движение полотна пилы.
В средние века конструкция была незначительно улучшена. Настоящий расцвет кривошипно-ползунные пары пережили в эпоху паровых машин. Детали стали производить из чугуна и стали, возросла их прочность и надежность. Учены стали разрабатывать методы расчета таких устройств.
В наши дни самым широким полем применения являются поршневые бензиновые и дизельные двигатели. Они используются в каждом автомобиле, тепловозе, большинстве судов, винтовых самолетах и вертолетах. В крупных судовых дизелях применяют как обычную, так и дезаксиальную схему.
Еще одна область использования-поршневые компрессоры для производства сжатого воздуха и других газов. В них используется обратная схема действия кривошипно-шатунной пары.
Такая же схема применяется и в конструкции горизонтально-ковочных установок.
Используются кривошипно-шатунные пары и в разнообразных гидравлических и пневматических инструментах и станках.
Кривошипный механизм
Полезное
Смотреть что такое «Кривошипный механизм» в других словарях:
КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ — механизм для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Является составной частью большинства поршневых двигателей, т. е. машин с прямолинейно возвратным движением поршней. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.:… … Морской словарь
КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ — механизм, преобразующий вращательное движение в поступательное, неравномерное вращательное, качательное и др. Вращающееся звено механизма, выполненное в виде (см.) или коленчатого (см.), связано со стойкой и др. звеном вращательными… … Большая политехническая энциклопедия
КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ — преобразует один вид движения в другой (напр., равномерное вращательное в поступательное, неравномерное вращательное, качательное и др.). Имеет вращающееся звено в виде кривошипа или коленчатого вала, которое связано со стойкой (неподвижным… … Большой Энциклопедический словарь
кривошипный механизм — преобразует один вид движения в другой (например, равномерное вращательное в поступательное, неравномерное вращательное, качательное и др.). Имеет вращающееся звено в виде кривошипа или коленчатого вала, которое связано со стойкой (неподвижным… … Энциклопедический словарь
КРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ — механизм с низшими кинематическими парами, в к ром есть вращающееся звено, выполненное в виде кривошипа. В зависимости от числа кинематич. пар, их типов, расположения, характера движения звеньев различают шарнирные 4 звенные (кривошипно… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Кривошипный пресс — машина с кривошипно ползунным механизмом, предназначенная для штамповки различных деталей. Рабочей частью (инструментом) К. п. является Штамп, неподвижную часть которого крепят к столу, подвижную к ползуну пресса (рис. 1). Ползун… … Большая советская энциклопедия
кривошипный — см. кривошип; ая, ое. Кривоши/пный механизм (механизм, преобразующий один вид движения в другой) … Словарь многих выражений
ПЛОСКИЙ МЕХАНИЗМ — механизм, в к ром движущиеся точки всех звеньев перемещаются в плоскостях, параллельных одной и той же неподвижной плоскости. П. м. широко применяют в машинах и приборах для преобразования движения и передачи сил. К П. м. относятся кривошипный… … Большой энциклопедический политехнический словарь
кривошипно-ползунный механизм — кривошипный механизм, в состав которого входит ползун звено, образующее со стойкой (неподвижным звеном) поступательную кинематическую пару. Кривошипно ползунный механизм преобразует вращательное движение в прямолинейно поступательное или… … Энциклопедический словарь
Кулисный механизм — шарнирный механизм, в котором два подвижных звена кулиса и кулисный камень связаны между собой поступательной (иногда вращательной при дуговой кулисе) кинематической парой (См. Кинематическая пара). Наиболее распространённые… … Большая советская энциклопедия
Кривошипно-ползунный механизм
Владельцы патента RU 2655124:
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах с изменяемым ходом исполнительного звена.
Известны кривошипно-ползунные механизмы, в которых в качестве исполнительного звена использован ползун, связанный с рабочим инструментом и снабженный устройством для изменения своего хода и скорости при непрерывном вращении кривошипа /см., например, АС СССР №630470, кл. F16H 21/20, 1977 [1]; АС СССР №903630, кл. F16H 21/20, 1982 [2]; Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 2, М., «Наука», 1971, с. 444, рис. 1477 [3]; АС СССР №920303, кл. F16H 21/20, 1980 [4]; АС СССР №777285, кл. F16H 21/28, 1978 [5]/.
Недостатками известных устройств являются значительные сложности конструкций и невозможность автоматического адаптивного изменения хода и скорости ползуна в зависимости от нагрузок на рабочий инструмент.
При этом известны, например, устройства для автоматического адаптивного управления металлорежущими станками, автоматически изменяющими величину подачи режущего инструмента при изменении нагрузки /усилия при резании/ на последний /см. АС СССР №1172675, кл. B23Q 15/12, 1984 [6]; АС СССР №889385, кл. B23Q 15/013, 1979 [7]/, а также машины ударного действия с кривошипно-ползунными механизмами/ см., например, АС СССР №1047676, кл. B25D 11/12, 1982 [8]; АС СССР №1590368, кл. B25D 11/04, 1988 [9]/, в которых перемещение рабочего инструмента автоматически связано с плотностью и твердостью разрушаемого материала.
Однако использование в известных адаптивных устройствах ползуна кривошипно-ползунного механизма в качестве автоматически управляемого исполнительного звена приведет к предельному усложнению конструкций за счет применения специальных систем регулирования.
Кроме того, известны кривошипно-ползунные механизмы, содержащие устройства, предохраняющие механизмы от перегрузок либо за счет создания условий для изгиба дополнительных элементов /см. АС СССР №227811, кл. F16H 35/40, 1968 [10]/, либо для их разрушения /см. АС СССР №209165, кл. F16H 35/10, 1966 [11]/.
Однако данные устройства сложны, имеют ограниченные возможности, не позволяют автоматически и адаптивно изменять свою кинематическую структуру и требуют значительных материальных и временных затрат на восстановление после разрушения.
Известны принципы действия ряда способов, согласно которым интенсивность режимов осуществления различных процессов механической обработки, регулировки и т.п. оценивают по температуре саморазогрева различных деталей и узлов /например, шпиндельных узлов токарных станков/, участвующих в данных процессах /см., например, АС СССР №1294569, кл. B23Q 11/14, 1985, [12]/.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является кривошипно-ползунный механизм, состоящий из установленных на основании кривошипа в качестве ведущего звена, ползуна в качестве ведомого исполнительного звена, связанного с рабочим инструментом, и шарнирно соединенного с кривошипом с помощью шатуна /см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. т. 2, М., «Наука», 1979, с. 436, рис. 1404 [13]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является невозможность автоматической адаптивной перестройки его конструктивно-кинематических параметров непосредственно в процессе работы для защиты от поломок и заклиниваний при перегрузках на ведомом звене.
Сущность изобретения заключается в создании простой конструкции кривошипно-ползунного механизма, обеспечивающей возможность адаптивной перестройки конструктивно-кинематических параметров шатуна при заданном увеличении температуры рабочего инструмента, приводящей к формированию упругого состояния ползуна с автоматической защитой механизма от поломок при перегрузках.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном кривошипно-ползунном механизме, содержащеми кривошип в качестве ведущего звена, ползун в качестве ведомого исполнительного звена, связанного с рабочим инструментом и шарнирно соединенного с кривошипом с помощью шатуна, особенность заключается в том, что в теле шатуна вблизи места его шарнирного соединения с ползуном между двумя жесткими участками сформирована упругая перемычка, снабженная концентрично охватывающей ее и плотно надетой на жесткие участки шатуна винтовой цилиндрической пружиной сжатия, выполненной из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризующейся релейным срабатыванием с уменьшением своей длины при повышении температуры до заданного порогового значения, при этом пружина зафиксирована на шатуне только своим обращенным к ползуну концом с обеспечением возможности ее постоянного контакта с ползуном и освобождения пружиной при ее релейном срабатывании упругой перемычки шатуна.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
На фиг. 1 показан предлагаемый механизм в рабочем текущем положении с заданным выходом рабочего инструмента 4 вправо из корпуса 1, при этом упругая перемычка 9 шатуна 7, 8, 9 с натягом охвачена плотно надетой на жесткие участки 7, 8 шатуна 7, 8, 9 пружиной 10 значительной жесткости на изгиб и кручение, так что шатун представляет собой практически недеформируемое твердое тело. В случае возникновения сложного режима работы инструмента 4 с большой перегрузкой /участки с высокой твердостью и плотностью обрабатываемого материала, наличие посторонних внедрений и т.п./, и, соответственно, большой вероятностью его поломки или заклинивания, происходит разогрев инструмента 4 вместе с ползуном 3 и пружиной 10 до температурного порога срабатывания пружины 10, в результате чего пружина 10 релейно срабатывает /сжимается/, принимая положение, показанное на фиг. 2. Так как обращенный к ползуну 3 конец пружины 10 зафиксирован на шатуне 7, 8, 9, а остальное тело пружины 10 не зафиксировано, то сжатие пружины 10 приведет к сосредоточению всей ее сократившейся длины на жестком участке 8 шатуне /см. фиг. 2/, то есть к освобождению упругой перемычки 9. 3а счет этого шатун 7, 8, 9 сразу же приобретает изгибную степень свободы в упругой перемычке 9. Поэтому под действием нагрузки на рабочий инструмент 4 в опасном режиме работы ползун 3 уходит назад, сгибая шатун 7, 8, 9, в результате чего механизм автоматически адаптивно изменяет свою геометрическую структуру, рабочий инструмент уходит влево в корпус 1, срывая тем самым опасный режим и устраняя возможность поломки и заклинивания. После устранения причины возникновения опасного режима и остывания механизм автоматически приходит в исходное рабочее положение.
Предлагаемое устройство, имея сравнительно простую конструкцию, позволяет за счет автоматической адаптации режимов обработки к параметрам обрабатываемой среды расширить эксплуатационные возможности механизма, увеличить надежность, безопасность и стабильность работы, уменьшить вероятность поломок и заклинивания рабочего инструмента при различных характеристиках обрабатываемых сред.
Кривошипно-ползунный механизм с кривошипом в качестве ведущего звена, ползуном в качестве ведомого исполнительного звена, связанного с рабочим инструментом и шарнирно соединенного с кривошипом с помощью шатуна, отличающийся тем, что в теле шатуна вблизи места его шарнирного соединения с ползуном между двумя жесткими участками сформирована упругая перемычка, снабженная концентрично охватывающей ее и плотно надетой на жесткие участки шатуна винтовой цилиндрической пружиной сжатия, выполненной из сплава с эффектом термомеханической памяти формы и характеризующейся релейным срабатыванием с уменьшением своей длины при повышении температуры до заданного порогового значения, при этом пружина зафиксирована на шатуне только своим обращенным к ползуну концом с обеспечением возможности ее постоянного контакта с ползуном и освобождения пружиной при ее релейном срабатывании упругой перемычки шатуна.
Кривошипно-ползунный механизм
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
Читайте также
Зубчатый механизм
Зубчатый механизм Сложный зубчатый механизм представляет собой приспособление с зубчатыми передачами, в которых участвует свыше двух зубчатых колес. Устройства могут разрабатываться как своеобразной структурной технологией, так и при помощи последовательного,
Кривошипно-коромысловый механизм
Кривошипно-коромысловый механизм Кривошипно-коромысловый механизм выполняется в виде четырехзвенного механизма, в состав которого входят кривошип и коромысло. Данный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа АВ в качательное движение
Кулачковый механизм
Кулачковый механизм Кулачковый механизм – механизм, в состав которого входит кулачок. В различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России широко применяются кулачковые механизмы в разных вариантах.Вариант первый: в механизме кулачок имеет рабочую
Кулисный механизм
Кулисный механизм Кулисный механизм – рычажный механизм, в состав которого входит кулиса. В различных машинах, станках и другом оборудовании широко применяются различные виды кулисного механизма: 1) кулисно-ползунный механизм; 2) кривошипно-кулисный
Механизм
Механизм Механизм – система, состоящая из нескольких элементов (или звеньев) и предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых элементов в требуемые движения других элементов данной системы. Для механизмов характерны: 1) механические
Рычажный механизм
Рычажный механизм Рычажный механизм – механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Примером рычажного механизма является кулачково-рычажный механизм – устройство, представляющее собой соединение
Фрикционный механизм
Фрикционный механизм Фрикционный механизм – устройство, в котором передачу движения, разгон или торможение осуществляют благодаря силам трения между прижимаемыми друг к другу элементами. Во фрикционном механизме, состоящем из жестких элементов (в передаче, муфте,
Храповый механизм
Храповый механизм Храповый механизм – устройство, в котором относительное движение звеньев возможно только в одном направлении, а в другом направлении звенья такого механизма взаимодействуют благодаря давлению их элементов и не могут перемещаться относительно друг
Цевочный механизм
Цевочный механизм Цевочный механизм – механизм, имеющий цевочное зацепление в виде зубчатого зацепления посредством цилиндрических круговых элементов – цевок и зубьев с сопряженным профилем. Примером цевочного механизма является цевочная передача, в которой
Шарнирный механизм
Шарнирный механизм Шарнирный механизм – механизм, имеющий в своей конструкции один или несколько шарниров в виде звеньев – вращательных пар. Шарнирные механизмы подразделяются на: 1) двухзвенные (самые простые); 2) трехзвенные; 3) четырехзвенные.Четырехзвенные