Πώς λειτουργεί ο μηχανισμός στροφάλου του κινητήρα

Ο μηχανισμός στροφάλου του κινητήρα μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων (λόγω της ενέργειας καύσης του μείγματος καυσίμου) σε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα και αντίστροφα. Αυτός είναι ένας τεχνικά πολύπλοκος μηχανισμός που αποτελεί τη βάση ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης. Στο άρθρο θα εξετάσουμε λεπτομερώς τη συσκευή και τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας του KShM.

Ιστορία της δημιουργίας

Τα πρώτα στοιχεία της χρήσης του στροφάλου βρέθηκαν τον 3ο αιώνα μ.Χ., στη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία και στο Βυζάντιο τον 6ο αιώνα μ.Χ. Τέλειο παράδειγμα είναι το πριονιστήριο της Ιεράπολης που χρησιμοποιεί στροφαλοφόρο άξονα. Μια μεταλλική μανιβέλα βρέθηκε στη ρωμαϊκή πόλη Augusta Raurica στη σημερινή Ελβετία. Σε κάθε περίπτωση, κάποιος Τζέιμς Πάκαρντ κατοχύρωσε την εφεύρεση με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1780, αν και αποδείξεις της εφεύρεσής του βρέθηκαν στην αρχαιότητα.

Συστατικά του KShM

Τα εξαρτήματα του KShM χωρίζονται συμβατικά σε κινητά και σταθερά μέρη. Τα κινούμενα μέρη περιλαμβάνουν:

• έμβολα και δακτύλιοι εμβόλου.
• μπιέλες?
• πείροι εμβόλου?
• στροφαλοφόρος άξων;
• τροχός κανονίζων την ταχύτητα.

Τα σταθερά μέρη του KShM χρησιμεύουν ως βάση, συνδετήρες και οδηγοί. Αυτά περιλαμβάνουν:

• μπλοκ κυλίνδρων;
• κυλινδροκεφαλή?
• στροφαλοθάλαμος;
• λαδόκολα?
• συνδετήρες και ρουλεμάν.

Σταθερά μέρη του KShM

Στροφαλοθάλαμος και λαδόκολλα

Ο στροφαλοθάλαμος είναι το κάτω μέρος του κινητήρα που περιέχει τα ρουλεμάν και τις διόδους λαδιού του στροφαλοφόρου άξονα. Στον στροφαλοθάλαμο, οι μπιέλες κινούνται και ο στροφαλοφόρος άξονας περιστρέφεται. Μια λεκάνη λαδιού είναι μια δεξαμενή για λάδι κινητήρα.

Η βάση του στροφαλοθαλάμου κατά τη λειτουργία υπόκειται σε σταθερά θερμικά φορτία και φορτία ισχύος. Επομένως, αυτό το μέρος υπόκειται σε ειδικές απαιτήσεις αντοχής και ακαμψίας. Για την κατασκευή του χρησιμοποιούνται κράματα αλουμινίου ή χυτοσιδήρου.

Ο στροφαλοθάλαμος είναι στερεωμένος στο μπλοκ κυλίνδρων. Μαζί σχηματίζουν το πλαίσιο του κινητήρα, το κύριο μέρος του σώματός του. Οι ίδιοι οι κύλινδροι βρίσκονται στο μπλοκ. Η κεφαλή του μπλοκ κινητήρα είναι τοποθετημένη στην κορυφή. Γύρω από τους κυλίνδρους υπάρχουν κοιλότητες υγρής ψύξης.

Διάταξη και αριθμός κυλίνδρων

Οι παρακάτω τύποι είναι επί του παρόντος οι πιο συνηθισμένοι:

• εν σειρά θέση τεσσάρων ή έξι κυλίνδρων.
• Εξακύλινδρος 90° V-θέση;
• Θέση σε σχήμα VR σε μικρότερη γωνία.
• αντίθετη θέση (τα έμβολα κινούνται το ένα προς το άλλο από διαφορετικές κατευθύνσεις).
• Θέση W με 12 κυλίνδρους.

Σε μια απλή εν σειρά διάταξη, οι κύλινδροι και τα έμβολα είναι διατεταγμένα σε μια σειρά κάθετα στον στροφαλοφόρο άξονα. Αυτό το σχέδιο είναι το απλούστερο και πιο αξιόπιστο.

Κυλινδροκεφαλή

Η κεφαλή είναι στερεωμένη στο μπλοκ με καρφιά ή μπουλόνια. Καλύπτει τους κυλίνδρους με έμβολα από πάνω, σχηματίζοντας μια σφραγισμένη κοιλότητα - τον θάλαμο καύσης. Υπάρχει ένα παρέμβυσμα μεταξύ του μπλοκ και της κεφαλής. Η κυλινδροκεφαλή φιλοξενεί επίσης το σύστημα βαλβίδων και τα μπουζί.

Κύλινδροι

Τα έμβολα κινούνται απευθείας στους κυλίνδρους του κινητήρα. Το μέγεθός τους εξαρτάται από τη διαδρομή του εμβόλου και το μήκος του. Οι κύλινδροι λειτουργούν σε διαφορετικές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες. Κατά τη λειτουργία, οι τοίχοι υπόκεινται σε συνεχή τριβή και θερμοκρασίες έως 2500 ° C. Ειδικές απαιτήσεις επιβάλλονται επίσης στα υλικά και την επεξεργασία των κυλίνδρων. Είναι κατασκευασμένα από χυτοσίδηρο, χάλυβα ή κράματα αλουμινίου. Η επιφάνεια των εξαρτημάτων πρέπει να είναι όχι μόνο ανθεκτική, αλλά και εύκολη στην επεξεργασία.

Η εξωτερική επιφάνεια εργασίας ονομάζεται καθρέφτης. Είναι επιχρωμιωμένο και γυαλισμένο σε φινίρισμα καθρέφτη για ελαχιστοποίηση της τριβής σε περιορισμένες συνθήκες λίπανσης. Οι κύλινδροι χυτεύονται μαζί με το μπλοκ ή κατασκευάζονται με τη μορφή αφαιρούμενων μανικιών.

Κινητά μέρη του KShM

έμβολο

Η κίνηση του εμβόλου στον κύλινδρο συμβαίνει λόγω της καύσης του μίγματος αέρα-καυσίμου. Δημιουργείται πίεση που δρα στην κορώνα του εμβόλου. Μπορεί να διαφέρει ως προς το σχήμα σε διαφορετικούς τύπους κινητήρων. Στους βενζινοκινητήρες, ο πυθμένας ήταν αρχικά επίπεδος, στη συνέχεια άρχισαν να χρησιμοποιούν κοίλες κατασκευές με αυλακώσεις για βαλβίδες. Στους κινητήρες ντίζελ, ο αέρας προσυμπιέζεται στον θάλαμο καύσης και όχι το καύσιμο. Επομένως, η κορώνα του εμβόλου έχει επίσης ένα κοίλο σχήμα, το οποίο αποτελεί μέρος του θαλάμου καύσης.

Το σχήμα του πυθμένα έχει μεγάλη σημασία για τη δημιουργία της σωστής φλόγας για την καύση του μείγματος αέρα-καυσίμου.

Το υπόλοιπο έμβολο ονομάζεται φούστα. Αυτό είναι ένα είδος οδηγού που κινείται μέσα στον κύλινδρο. Το κάτω μέρος του εμβόλου ή της ποδιάς είναι κατασκευασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μην έρχεται σε επαφή με τη μπιέλα κατά την κίνησή του.

Στην πλαϊνή επιφάνεια των εμβόλων υπάρχουν αυλακώσεις ή αυλακώσεις για δακτυλίους εμβόλου. Υπάρχουν δύο ή τρεις δακτύλιοι συμπίεσης από πάνω. Είναι απαραίτητα για τη δημιουργία συμπίεσης, εμποδίζουν δηλαδή τη διείσδυση αερίου μεταξύ των τοιχωμάτων του κυλίνδρου και του εμβόλου. Οι δακτύλιοι πιέζονται στον καθρέφτη, μειώνοντας το κενό. Στο κάτω μέρος υπάρχει μια εγκοπή για τον δακτύλιο ξύστρας λαδιού. Έχει σχεδιαστεί για να αφαιρεί την περίσσεια λαδιού από τα τοιχώματα του κυλίνδρου ώστε να μην εισέρχεται στον θάλαμο καύσης.

Οι δακτύλιοι εμβόλου, ειδικά οι δακτύλιοι συμπίεσης, λειτουργούν υπό σταθερά φορτία και υψηλές θερμοκρασίες. Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούνται υλικά υψηλής αντοχής, όπως κραματοποιημένος χυτοσίδηρος επικαλυμμένος με πορώδες χρώμιο.

Πείρος εμβόλου και μπιέλα

Η μπιέλα συνδέεται στο έμβολο με έναν πείρο εμβόλου. Είναι ένα συμπαγές ή κοίλο κυλινδρικό τμήμα. Ο πείρος τοποθετείται στην οπή στο έμβολο και στην επάνω κεφαλή της μπιέλας.

Υπάρχουν δύο τύποι προσάρτησης:

• σταθερή εφαρμογή?
• με πλωτή προσγείωση.

Το πιο δημοφιλές είναι το λεγόμενο "αιωρούμενο δάχτυλο". Για τη στερέωσή του χρησιμοποιούνται δακτύλιοι ασφάλισης. Το Fixed εγκαθίσταται με προσαρμογή παρεμβολής. Συνήθως χρησιμοποιείται θερμική προσαρμογή.

Η μπιέλα, με τη σειρά της, συνδέει τον στροφαλοφόρο άξονα με το έμβολο και παράγει περιστροφικές κινήσεις. Σε αυτή την περίπτωση, οι παλινδρομικές κινήσεις της μπιέλας περιγράφουν τον αριθμό οκτώ. Αποτελείται από πολλά στοιχεία:

• ράβδος ή βάση?
• κεφαλή εμβόλου (πάνω)?
• μανιβέλα κεφαλή (κάτω).

Ένας μπρούτζινος δακτύλιος πιέζεται στην κεφαλή του εμβόλου για να μειώσει την τριβή και να λιπάνει τα ζευγαρωμένα μέρη. Η κεφαλή του στρόφαλου είναι πτυσσόμενη για να εξασφαλίσει τη συναρμολόγηση του μηχανισμού. Τα μέρη ταιριάζουν τέλεια μεταξύ τους και στερεώνονται με μπουλόνια και παξιμάδια κλειδώματος. Τα ρουλεμάν μπιέλας τοποθετούνται για τη μείωση της τριβής. Κατασκευάζονται με τη μορφή δύο χαλύβδινων επενδύσεων με κλειδαριές. Το λάδι παρέχεται μέσω αυλακώσεων λαδιού. Τα ρουλεμάν προσαρμόζονται με ακρίβεια στο μέγεθος της άρθρωσης.

Σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, οι επενδύσεις δεν περιστρέφονται λόγω κλειδαριών, αλλά λόγω της δύναμης τριβής μεταξύ της εξωτερικής τους επιφάνειας και της κεφαλής της μπιέλας. Έτσι, το εξωτερικό μέρος του ρουλεμάν του χιτωνίου δεν μπορεί να λιπαίνεται κατά τη συναρμολόγηση.

Στροφαλοφόρος άξων

Ο στροφαλοφόρος άξονας είναι ένα πολύπλοκο κομμάτι, τόσο σχεδιαστικά όσο και από άποψη παραγωγής. Αναλαμβάνει ροπή, πίεση και άλλα φορτία και επομένως είναι κατασκευασμένο από χάλυβα υψηλής αντοχής ή χυτοσίδηρο. Ο στροφαλοφόρος άξονας μεταδίδει την περιστροφή από τα έμβολα στο κιβώτιο ταχυτήτων και σε άλλα εξαρτήματα του οχήματος (όπως η τροχαλία κίνησης).

Ο στροφαλοφόρος άξονας αποτελείται από πολλά κύρια εξαρτήματα:

• ιθαγενείς λαιμοί?
• λαιμοί μπιέλας?
• αντίβαρα?
• μάγουλα
• γάμπα;
• φλάντζα σφονδύλου.

Ο σχεδιασμός του στροφαλοφόρου άξονα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό των κυλίνδρων στον κινητήρα. Σε έναν απλό τετρακύλινδρο σε σειρά κινητήρα, υπάρχουν τέσσερις στροφείς μπιέλας στον στροφαλοφόρο άξονα, στους οποίους είναι τοποθετημένες οι μπιέλες με τα έμβολα. Πέντε κύριοι κρίκοι βρίσκονται κατά μήκος του κεντρικού άξονα του άξονα. Τοποθετούνται στα ρουλεμάν του μπλοκ κυλίνδρων ή του στροφαλοθαλάμου σε απλά ρουλεμάν (χιτώνια). Τα κύρια γεμιστήρια είναι κλειστά από πάνω με βιδωμένα καλύμματα. Η σύνδεση σχηματίζει σχήμα U.

Ονομάζεται ένα ειδικά επεξεργασμένο υπομόχλιο για την τοποθέτηση ενός περιοδικού ρουλεμάν κρεβάτι.

Ο κύριος και ο λαιμός της μπιέλας συνδέονται με τα λεγόμενα μάγουλα. Τα αντίβαρα μειώνουν τους υπερβολικούς κραδασμούς και εξασφαλίζουν την ομαλή κίνηση του στροφαλοφόρου άξονα.

Τα γεμιστήρες στροφαλοφόρου έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία και γυαλισμένο για υψηλή αντοχή και ακριβή εφαρμογή. Ο στροφαλοφόρος άξονας είναι επίσης με μεγάλη ακρίβεια ισορροπημένος και κεντραρισμένος ώστε να κατανέμει ομοιόμορφα όλες τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτόν. Στην κεντρική περιοχή του λαιμού της ρίζας, στα πλάγια του στηρίγματος, τοποθετούνται ωστικοί μισοί δακτύλιοι. Είναι απαραίτητα για την αντιστάθμιση των αξονικών κινήσεων.

Τα γρανάζια χρονισμού και η τροχαλία μετάδοσης κίνησης του αξεσουάρ κινητήρα είναι συνδεδεμένα στο στέλεχος του στροφαλοφόρου.

Τροχός κανονίζων την ταχύτητα

Στο πίσω μέρος του άξονα υπάρχει μια φλάντζα στην οποία είναι στερεωμένος ο σφόνδυλος. Αυτό είναι ένα μέρος από χυτοσίδηρο, το οποίο είναι ένας τεράστιος δίσκος. Λόγω της μάζας του, ο σφόνδυλος δημιουργεί την αδράνεια που απαιτείται για τη λειτουργία του στροφαλοφόρου άξονα και παρέχει επίσης ομοιόμορφη μετάδοση της ροπής στο κιβώτιο ταχυτήτων. Στο χείλος του σφονδύλου υπάρχει δακτύλιος γραναζιών (κορώνα) για σύνδεση με τη μίζα. Αυτός ο σφόνδυλος περιστρέφει τον στροφαλοφόρο άξονα και κινεί τα έμβολα όταν ξεκινά ο κινητήρας.

Ο μηχανισμός του στροφάλου, η σχεδίαση και το σχήμα του στροφαλοφόρου έχουν παραμείνει αμετάβλητα για πολλά χρόνια. Κατά κανόνα, γίνονται μόνο μικρές δομικές αλλαγές για τη μείωση του βάρους, της αδράνειας και της τριβής.