Кривошип

Пистолет Люгера. При совместном откате ствола и затвора кривошипный механизм выводится из положения «мёртвой точки» боковыми выступами рамки, воздействующими на цилиндрические выступы кривошипа в месте его подвижного соединения с шатуном. Кривошип начинает вращаться и отправляет затвор в крайнее заднее положение.

Конструктивная схема простейшего поршневого насоса одностороннего действия

Кривошип — звено кривошипно-шатунного механизма, совершающее циклическое вращательное движение на полный оборот вокруг неподвижной оси. Используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное и наоборот. Как правило, выступает в роли ведущего звена рычажных и зубчато-рычажных механизмов. Название кривошипа у коленчатых валов тяжелых двигателей - мотыль. Переход от коренной к шатунной шейке который и образует кривошип также может называться щека.

Кинематика кривошипа

Изображение на кинематической схеме

При рассмотрении кривошипа в качестве входного звена механизмов, независимой переменной является угол поворота кривошипа φ. Его движение может быть как односторонним, так и реверсивным.

Из геометрических параметров выделяют радиус кривошипа r. В центральном кривошипно-шатунном механизме он находится в простейшем кинематическом соотношении с ходом поршня (ползуна):

$S=2r$

Динамика кривошипа

Как правило, в динамических расчетах ДВС все детали вращательного движения сводят к группе кривошипа с приведенной массой m_к сведенной в точку на радиусе r.

На кривошип действует внешние силы, приложенные к шатунному шарниру (сила давления газов, силы сопротивления резанию и т.д.). При анализе их обычно раскладывают на тангенциальную и радиальную составляющие.

Также на кривошип действует центробежная сила, функция угловой скорости кривошипа:

K_R = m_к ω² r

Эта сила является одним из факторов неуравновешенности КШМ. С ней борются установкой противовесов на шейке коленвала.

Изгибающий момент на кривошип может передаваться только в границах сил трения в шарнире, как правило в реальных конструкциях он незначителен.

В коренной шейке кривошипа возникают реакции, при анализе раскладываемые на горизонтальную и вертикальную.

В расчетах на прочность обычно проверяют кривошип на сжатие и на разрыв. Кручение как правило отсутствует, а изгиб может появиться у тонких длинных стержней при потере устойчивости.

История

Античные зернотерки. В зернотерках кривошип представлен неявно, как часть диска. Отверстия вне центра указывают на не сохранившиеся рукояти - аналоги шатунной шейки коленчатого вала.

Римская кривошипная ручная дрель из Augusta Raurica, датированная 2-м веком до н.э.

Одним из первых примеров применения идеи кривошипа являются зернотерки. Первоначально в них использовалось поступательное движение жерновов, но в позднем каменном веке изобретены дисковые жернова с приводом от кривошипа.

В античности имелся большой набор инструментов использующих кривошип, например дрели-коловороты, в т.ч. для хирургических целей.

Кривошипы применялись в подъемных механизмах, метательных машинах и т.д. Распространение в странах с системами ирригации получили насосы с круговым приводом от упряжки животных или группы людей, которая воздействовала на кривошип. Аналогично действовали механизмы подъема якоря.

Технология изготовления

В современных машинах кривошип выступает как отдельная деталь, так и как часть коленчатого вала.

Основные методы получения кривошипного колена в составе коленчатого вала:

• литье;
• ковка;
• токарная обработка (требуется центросместитель);
• сборные конструкции.

См. также

• Теория механизмов и машин
• Кривошипно-шатунный механизм
• Шатун