В этой статье рассказывается, что такое шатунно-кривошипный механизм и для чего он применяется. Кроме того, представлены различные детали, из которых состоит шатунно-кривошипный механизм, и формула этого механизма.
Что представляет собой шатунно-кривошипный механизм?
Шатунно-кривошипный механизм – это механизм, который служит для преобразования кругового движения в поступательное движение или наоборот. То есть шатунно-кривошипный механизм преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное линейное движение и наоборот.
В основном шатунно-кривошипный механизм состоит из шатуна и кривошипа . Таким образом, две механические части объединяются, чтобы перейти от вращательного движения к прямолинейному колебательному движению.
Как вы можете видеть на изображении выше, серая полоса (кривошип) выполняет вращательное движение, а правый конец зеленой полосы (кривошип) выполняет линейное движение. Таким образом, шатунно-кривошипный механизм дает возможность перейти от вращательного движения к прямолинейному.
Система шатун-кривошип не является недавним изобретением, а уже использовалась в Римской империи. Однако, хотя это кажется очень простым типом механизма, он имеет множество применений в технике, например, этот механизм используется в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях.
Элементы шатунно-кривошипного механизма
Преимущественно шатунно-кривошипный механизм включает в себя следующие элементы:
- Кривошип : Это жесткий стержень, один конец которого прикреплен к вращающемуся движению, а другой конец прикреплен к шатуну.
- Шатун : это элемент механизма, который отвечает за преобразование вращательного движения кривошипа в линейное движение.
- Направляющая : ограничивает движение поршня и шатуна, благодаря чему движение поршня является линейным.
- Плунжер (или поршень) : часть шатунно-кривошипного механизма, которая совершает прямолинейное колебательное движение, то есть движется попеременно вперед и назад.
Формула шатунно-кривошипно-шатунного механизма
Увидев определение шатунно-кривошипного механизма и его компонентов, мы увидим, какова математическая формула, позволяющая изучать движение этого механизма.
Для нахождения уравнения шатунно-кривошипного механизма будем использовать параметры, представленные на следующей кинематической схеме механизма.
Принимая за основу фиксированный конец кривошипа, положение конца кривошипа (x) равно горизонтальной проекции кривошипа плюс горизонтальная проекция кривошипа. Следовательно, формула шатунно-кривошипного механизма выглядит следующим образом:
Однако формулу этого типа механизма можно упростить. Потому что если учесть, что длина шатуна намного больше длины кривошипа (l>>r), то выражение будет следующим:
Примеры применения шатунно-кривошипного механизма
Наконец, мы увидим некоторые из наиболее распространенных применений системы шатун-кривошип.
- Поршневой двигатель : Двигатели внутреннего сгорания, безусловно, являются наиболее распространенным применением шатунно-кривошипно-шатунного механизма. Функция этого механизма заключается в преобразовании энергии, образующейся при взрыве топлива, в круговое движение коленчатого вала. В неэлектрических автомобилях используется этот тип двигателя.
- Гидростатические насосы : коленчатый вал приводит в движение систему шатун-кривошип, а поршень вытесняет жидкость из насоса.
- Швейная машина : работа этого типа машин основана на шатунно-кривошипном механизме.
- Автоматизированные игрушки . Большинство игрушек с автоматическими движениями также используют кривошипно-шатунный механизм.