Коляно-мотовилковият механизъм

70 / 100

Коляно-мотовилковият механизъм представлява механизъм, при който си взаимодействат два детайла, единият от които извършва ротационно движение (коляновият вал), а другият транслационно движение (буталото), наричано още възвратно-постъпателно движение. Tези два детайла обаче трябва да бъдат свързани помежду си, посредством трети елемент, който да извършва равнинно движение (мотовилката), при което освен да извършва частично завъртане да променя и положението си в рамките на дадена равнина.

В буталните двигатели с вътрешно горене коляно-мотовилковият механизъм е един от основните елементи. Това е и най-разпространения механизъм в света. На практика се среща във всеки чадър, бутален двигател и много други устройства.

Мотовилка

By Abouttools – Own work, CC BY-SA 4.0

В двигателя коляно-мотовилковият механизъм се натоварва от инерционните и газовите сили, които се упражняват върху него. Скоростта му на въртене е от основно значение за големината на тези сили. Поради цикличния характер на работа на двигателя силите непрекъснато сменят големината и посоката си, като тези параметри се определят от ъгъла на завъртане на коляновия вал.

Според това дали оста на коляновия вал пресича оста на цилиндъра коляно-мотовилковият механизъм може да бъде съосен (централен) и несъосен (дезаксиален). В кинематично отношение първият вариант е по-прост. Несъосния механизъм има по-малка скорост на буталото около горно мъртво положение, което значително подобрява процеса на горене.

При работния ход страничната сила между буталото и цилиндъра е по-малка, а при сгъстяването е по-голяма. Това обаче не се отразява значително на износването на буталото, защото износването се дължи основно на газовата корозия. Ходът на буталото е по-голям при равни други условия, освен това при него възможна по-компатна конструкция на картера, разпределителния механизъм и други.

Обикновенно коляновите валове се движат по посока на часовниковата стрелка, гледано от несилоотводния край на двигателя. При горно мъртво положение буталото е най-отдалечено от коляновия вал, а в долно мъртво положение е най-близо.

За кинематичния анализ на коляно-мотовилковият механизъм е необходимо да се определи зависимостта между скоростта, ускорението и пътя на буталото и мотовилката в зависимост от положението на коляновия вал при постоянна ъглова скорост на въртене.

Действието на силите и моментите е от основно значение за оразмеряване на елементите от коляно-мотовилковият механизъм, а това са силите от налягането на газовете, инерционни сили, сили на триене, сили от полезното съпротивление, приложено на коляновия вал и теглото на детайлите от двигателя.

Инерционнитие сили идват от праволинейно-възвратно движещите се маси и от въртящите се маси, като при тях се пораждат и центробежни сили. Конструкцията на двигателя се прави така, че силите от налягането на газовете да се уравновесяват и да не действат на опорите му.

Коляно-мотовилковият механизъм е подложен на инерционни и центробежни сили, които пораждат вибрации и променливи реакции в опорите на двигателя. Върху коляновия вал действа и променлив въртящ момент, който се подава към свързаната с двигателя работна машина. Въртящия момент предизвиква равен по големина, но противолоположен по посока реактивен момент, който действа на корпуса и опорите на двигателя.

Доказателство за това е фактът, че като подадете газ двигателят се разклаща. При многоцилиндровите двигатели инерционните и центробежните сили се уравновесяват до такава степен, че не се предават на опорите, но натоварват коляновия вал и корпуса. Типичен пример за това е шестцилиндровия редови двигател. Газовите сили се определят от налягането на газовете. Газовата сила се счита за положителна, когато действа по посока на коляновия вал, но тя действа и върху стените на работното пространство.

Коляно-мотовилковият механизъм е изложен на действието на сили в буталните двигатели с вътрешно горене, които са променливи по големина и посока, с което предизвикват неуравновесеност и вибрации. Основните са инерционнтие сили, породени от възвратното движение на буталата, центробежните сили от въртящите се маси и тангенциалните инерционни сили на въртящите се маси, възникнали при промяната на ъгловата скорост на коляновия вал.

Газовите сили се уравновесяват и не предизвикват вибрации. При промяна в оборотите се наблюдава и променлив реактивен момент, който е равен по големина и противоположен по посока на въртене на въртящия момент. Реактивният момент се уравновесява с помощта на допълнителни тежести, ексцентрично разположени на вала. Вибрациите се предават от корпуса на двигателя към купето или рамата на превозното средство. Тези вибрации оказват негативно влияние както върху самото превозно средство, така и върху пътниците в него.

При двигателите с повече от един цилиндър коляновият вал има няколко рамена в зависимост от броя на цилиндрите. Тези колена са дефазирани под различен ъгъл според броя на цилиндрите. В коляновия вал се пораждат въртящи и усукващи моменти, определянето на чиито размери са от основно значение за оразмеряване на самия вал.

С цел намаляване на вибрациите по време на работа е важно да се определи походящ ред, в който да се извършва работния ход на отделните цилиндри. Например при четирицилиндровия редови двигател колената са дефазирани на 180 градуса, но двете средни колена и двете крайни се движат заедно. Редът на работа на цилиндрите може да бъде 1-2-4-3-1 или 1-3-4-2-1.

При шестцилиндровият редови двигател колената са дефазирани на 120 градуса и при него за редът на робота има четири варианта: 1-5-3-6-2-4-1; 1-5-4-6-2-3-1; 1-2-3-6-5-4-1; 1-2-4-6-5-3-1. Колкото повече цилиндри има даден двигател то той е по-уравновесен, но на практика няма как да съществува напълно уравновесен бутален двигател с вътрешно горене.

За четиритактовия двигател един пълен цикъл се извършва за 720 градуса от завъртането на коляновия вал, съответно за определяне на ъглите, на които са дефазирани отделните колена 720 се дели на броя на цилиндрите. Освен това валът трябва да е симетричен спрямо средата.

Така за трицилиндров двигател отклонението на колената е 240 градуса (720/3=240). За петцилиндров отклонението е 720/5=144 градуса.

Няма коментари

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.