Cómo funciona el mecanismo de manivela del motor
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El mecanismo de manivela del motor convierte el movimiento alternativo de los pistones (debido a la energía de combustión de la mezcla de combustible) en la rotación del cigüeñal y viceversa. Este es un mecanismo técnicamente complejo que forma la base de un motor de combustión interna. En el artículo consideraremos en detalle el dispositivo y las características del funcionamiento del KShM.
historia
La primera evidencia del uso de la manivela se encontró en el siglo III d.C., en el Imperio Romano y Bizancio en el siglo VI d.C. Un ejemplo perfecto es el aserradero de Hierápolis, que utiliza un cigüeñal. Se encontró una manivela de metal en la ciudad romana de Augusta Raurica en lo que ahora es Suiza. En cualquier caso, un tal James Packard patentó el invento en 3, aunque se encontraron pruebas de su invento en la antigüedad.
Componentes de KShM
Los componentes del KShM se dividen convencionalmente en partes móviles y fijas. Las partes móviles incluyen:
- pistones y anillos de pistón;
- bielas;
- pasadores de pistón;
- cigüeñal;
- volante.
Las partes fijas del KShM sirven como base, sujetadores y guías. Éstos incluyen:
- bloque de cilindros;
- cabeza de cilindro;
- caja del cigüeñal;
- colector de aceite;
- sujetadores y cojinetes.
Partes fijas de KShM
Cárter y cárter de aceite
El cárter es la parte inferior del motor que contiene los cojinetes y conductos de aceite del cigüeñal. En el cárter, las bielas se mueven y el cigüeñal gira. Un cárter de aceite es un depósito de aceite de motor.
La base del cárter durante el funcionamiento está sujeta a cargas térmicas y de potencia constantes. Por lo tanto, esta parte está sujeta a requisitos especiales de resistencia y rigidez. Para su fabricación se utilizan aleaciones de aluminio o fundición.
El cárter está unido al bloque de cilindros. Juntos forman el marco del motor, la parte principal de su cuerpo. Los propios cilindros están en el bloque. La cabeza del bloque del motor está instalada en la parte superior. Alrededor de los cilindros hay cavidades para refrigeración líquida.
Disposición y número de cilindros
Los siguientes tipos son actualmente los más comunes:
- posición de cuatro o seis cilindros en línea;
- posición en V de 90° de seis cilindros;
- Posición en forma de VR en un ángulo más pequeño;
- posición opuesta (los pistones se mueven uno hacia el otro desde diferentes direcciones);
- Posición W con 12 cilindros.
En una disposición sencilla en línea, los cilindros y pistones están dispuestos en una fila perpendicular al cigüeñal. Este esquema es el más simple y confiable.
Cabeza de cilindro
La cabeza está unida al bloque con pernos o pernos. Cubre los cilindros con pistones desde arriba, formando una cavidad sellada: la cámara de combustión. Hay una junta entre el bloque y la cabeza. La culata también alberga el tren de válvulas y las bujías.
Cilindros
Los pistones se mueven directamente en los cilindros del motor. Su tamaño depende de la carrera del pistón y su longitud. Los cilindros operan a diferentes presiones y altas temperaturas. Durante el funcionamiento, las paredes están sujetas a fricción constante y temperaturas de hasta 2500 °C. También se imponen requisitos especiales a los materiales y al procesamiento de los cilindros. Están hechos de hierro fundido, acero o aleaciones de aluminio. La superficie de las piezas no solo debe ser duradera, sino también fácil de procesar.
La superficie de trabajo exterior se llama espejo. Está cromado y pulido con un acabado de espejo para minimizar la fricción en condiciones de lubricación limitada. Los cilindros se funden junto con el bloque o se fabrican en forma de manguitos extraíbles.
Partes móviles de KShM
Pistón
El movimiento del pistón en el cilindro se produce debido a la combustión de la mezcla de aire y combustible. Se crea una presión que actúa sobre la corona del pistón. Puede diferir en forma en diferentes tipos de motores. En los motores de gasolina, el fondo era inicialmente plano, luego se empezaron a usar estructuras cóncavas con ranuras para válvulas. En los motores diesel, el aire se precomprime en la cámara de combustión, no el combustible. Por lo tanto, la cabeza del pistón también tiene una forma cóncava, que forma parte de la cámara de combustión.
La forma del fondo es de gran importancia para crear la llama correcta para la combustión de la mezcla aire-combustible.
El resto del pistón se llama faldón. Esta es una especie de guía que se mueve dentro del cilindro. La parte inferior del pistón o faldón está realizada de forma que no entre en contacto con la biela durante su movimiento.
En la superficie lateral de los pistones hay ranuras o ranuras para anillos de pistón. Hay dos o tres anillos de compresión en la parte superior. Son necesarios para crear compresión, es decir, impiden la penetración de gas entre las paredes del cilindro y el pistón. Los anillos se presionan contra el espejo, reduciendo el espacio. En la parte inferior hay una ranura para el anillo rascador de aceite. Está diseñado para eliminar el exceso de aceite de las paredes del cilindro para que no ingrese a la cámara de combustión.
Los anillos de pistón, especialmente los anillos de compresión, operan bajo cargas constantes y altas temperaturas. Para su producción se utilizan materiales de alta resistencia, como hierro fundido aleado recubierto de cromo poroso.
Pasador de pistón y biela
La biela está unida al pistón con un pasador de pistón. Es una pieza cilíndrica maciza o hueca. El pasador se instala en el orificio del pistón y en la cabeza superior de la biela.
Hay dos tipos de apego:
- ajuste fijo;
- con rellano flotante.
El más popular es el llamado "dedo flotante". Para su fijación se utilizan anillos de bloqueo. Fijo se instala con un ajuste de interferencia. Por lo general, se utiliza un ajuste por calor.
La biela, a su vez, conecta el cigüeñal al pistón y produce movimientos de rotación. En este caso, los movimientos alternativos de la biela describen el número ocho. Consta de varios elementos:
- varilla o base;
- cabeza de pistón (superior);
- cabeza de manivela (inferior).
Se presiona un buje de bronce en la cabeza del pistón para reducir la fricción y lubricar las piezas de acoplamiento. La cabeza de la manivela es plegable para asegurar el montaje del mecanismo. Las piezas están perfectamente acopladas entre sí y se fijan con pernos y contratuercas. Los cojinetes de biela se instalan para reducir la fricción. Están hechos en forma de dos revestimientos de acero con cerraduras. El aceite se suministra a través de ranuras de aceite. Los cojinetes se adaptan con precisión al tamaño de la junta.
Contrariamente a la creencia popular, las camisas no giran debido a los bloqueos, sino a la fuerza de fricción entre su superficie exterior y la cabeza de la biela. Por lo tanto, la parte exterior del cojinete de manguito no se puede lubricar durante el montaje.
Cigüeñal
El cigüeñal es una pieza compleja, tanto en términos de diseño como de producción. Admite par, presión y otras cargas y, por lo tanto, está hecho de acero de alta resistencia o hierro fundido. El cigüeñal transmite la rotación de los pistones a la transmisión y otros componentes del vehículo (como la polea de transmisión).
El cigüeñal consta de varios componentes principales:
- cuellos indígenas;
- cuellos de biela;
- contrapesos;
- mejillas
- caña;
- brida del volante.
El diseño del cigüeñal depende en gran medida del número de cilindros del motor. En un motor simple de cuatro cilindros en línea, hay cuatro muñones de biela en el cigüeñal, en los que se montan las bielas con pistones. Cinco diarios principales están ubicados a lo largo del eje central del eje. Se instalan en los cojinetes del bloque de cilindros o cárter en cojinetes lisos (revestimientos). Los diarios principales se cierran desde arriba con tapas atornilladas. La conexión forma una U.
Un fulcro especialmente maquinado para montar un muñón de cojinete se llama cama.
Los cuellos principal y de biela están conectados por las llamadas mejillas. Los contrapesos amortiguan las vibraciones excesivas y aseguran un movimiento suave del cigüeñal.
Los muñones del cigüeñal están tratados térmicamente y pulidos para una alta resistencia y un ajuste preciso. El cigüeñal también está equilibrado y centrado con mucha precisión para distribuir uniformemente todas las fuerzas que actúan sobre él. En la región central del cuello de la raíz, a los lados del soporte, se instalan semianillos persistentes. Son necesarios para compensar los movimientos axiales.
Los engranajes de sincronización y la polea impulsora de accesorios del motor están unidos al vástago del cigüeñal.
Volante
En la parte posterior del eje hay una brida a la que se une el volante. Esta es una pieza de hierro fundido, que es un disco masivo. Debido a su masa, el volante crea la inercia necesaria para el funcionamiento del cigüeñal y también proporciona una transmisión uniforme de par a la transmisión. En el borde del volante hay un anillo dentado (corona) para la conexión con el motor de arranque. Este volante hace girar el cigüeñal y acciona los pistones cuando el motor arranca.
El mecanismo de manivela, el diseño y la forma del cigüeñal se han mantenido sin cambios durante muchos años. Como regla general, solo se realizan cambios estructurales menores para reducir el peso, la inercia y la fricción.
