Коромысло (механизм)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Коромысло клапана

Коромысло (англ. rocker arm, нем. kipphebel) — звено плоского механизма, которое образует вращательную пару с неподвижной осью, но не может совершать полный оборот вокруг этой оси. Обычно имеет вид двуплечего рычага и совершает качательное движение. Одно из применений коромысло находит в двигателях внутреннего сгорания, где коромысло клапана используется для преобразования движения распределительного вала в открытие и закрытие клапанов.

Коромысло в механизме «журавль»

История[править | править код]

Двуплечий рычаг применялся со времен глубокой древности, однако прообразом коромысла может считаться только рычаг на фиксированной оси (примитивный без втулок, с подшипником скольжения, с подшипником качения). Около 1500 года до н. э. в Египте и Индии появляется шадуф (колодец с «журавлём»), прообраз современных кранов, устройство для поднятия сосудов с водой.[1]

Эта схема применялась в подъёмных механизмах, осадных машинах и везде, где надо было поменять направление движения звена на противоположное (тогда как в чистом рычаге основной упор делался на усиление и соотношение плечей велико). В современных ДВС, например, в коромыслах соотношение плечей относительно мало и находится в диапазоне 1:1 — 1:2.

Описание[править | править код]

Конструкция[править | править код]

В различных схемах ГРМ ДВС[править | править код]

  • Исторически коромысло присутствует в газораспределительном механизме определенного типа — с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. Такой тип обозначается аббревиатурой OHV. Оно призвано инвертировать направление движения толкателя (вверх) на требуемое направление движения клапана (вниз)[2][3].
  • В схеме с верхним расположением распределительного вала при одном вале (схема SOHC) распредвал приводит впускной клапан (слева на схеме) непосредственно, а выпускной (справа) — через коромысло[4][3].
    Images.png Внешние изображения
    Image-silk.png Коромысло (рокер) с роликом в центре и опорой на конце
    • В схеме с верхним расположением коленвала (SOHC или DOHC) коромысло может опираться концом полусферическую опору (обычно с гидрокомпенсатором), роликом на кулачок распредвала, а вторым концом на торец клапана. Это сделано для снижения трения и износа кулачков распредвала[5][3].
    • Наконец, в десмодромном газораспределительном механизме применяют два коромысла на клапан (одно отвечает за подъём клапана, второе за опускание).[6].

    По управлению тепловым зазором[править | править код]

    • В архаичных ГРМ с открытым расположением вала коромысел и низкой теплонагруженностью такие узлы отсутствовали.
    • В классических ГРМ середины XX века устанавливался винтовой механизм, позволяющий регулировать начальный тепловой зазор[7].
    • В современных ГРМ в коромысле может быть установлен гидрокомпенсатор теплового зазора[8].
    Images.png Внешние изображения
    Image-silk.png Гидрокомпенсатор в коромысле

    По узлу контакта с клапаном[править | править код]

    • Узел скольжения, шлифованный полуцилиндрический боёк коромысла и плоский торец клапана.
    • Узел скольжения, шлифованный полусферический боёк коромысла и полусферический торец клапана.
    • Узел качения, ролик на шариковом или игольчатом подшипнике. За ним закрепилось название рокер — калька с английского[5].

    Система смазки[править | править код]

    В ранних тихоходных ДВС смазка ГРМ, и в частности коромысел, осуществлялась мотористом периодически вручную из маслёнки.
    Images.png Внешние изображения
    Image-silk.png Каналы смазки коромысла

    С появлением систем смазки под давлением, смазка коромысла осуществляется через каналы оси коромысел, далее через радиальное сверление оси ко втулке коромысла и далее по круговой проточке втулки[9].

    Если в коромысле установлен гидрокомпенсатор теплового зазора к нему идет ещё один канал подачи масла[8].

    Материалы, технологии изготовления и термообработки[править | править код]

    Images.png Внешние изображения
    Image-silk.png Штамповка. Матрицы коромысел на заводе КамАЗ

    В коромыслах используются среднеуглеродистые, легированные стали, ранее использовались чугуны. Получение заготовок осуществляется штамповкой с последующей механической обработкой. Далее проводится поверхностная цементация бойка и закалка, например токами высокой частоты (ТВЧ). После этого поверхность бойка подвергается шлифовке[3].

    Показатели качества изготовления в Российский Федерации регламентируются ГОСТ Р 53812-2010. Двигатели автомобильные. Толкатели клапанов. Технические требования и методы испытаний[10].

    Использование в измерительных приборах[править | править код]

    В лабораторных аналитических весах применяются равноплечие коромысла (соотношение плечей 1:1)[11].

    В промышленных механических весах применяются неравноплечие коромысла (соотношение плечей 1:10 — 1:100). Однако термин неравноплечее коромысло чаше заменяют термином неравноплечий рычаг[12].

    В первых механических часах XII—XVI веков роль осцилятора выполнял особый вид коромысла — билянец, позднее он уступил место маятниковому осцилятору Гюйгенса.[13]

    Кинематика соединений с другими деталями[править | править код]

    Исходя из классификации И. И. Артоболевского в соединениях деталей выделяют кинематические пары двух типов:

    • низшие, (контакт в точке или по линии);
    • высшие, (контант по поверхности)[14].

    Коромысло имеет, в зависимости от конструктивного исполнения, оба вида кинематических пар:

    • высшие: ось коромысла — втулка, полусферическая опора — полусферическое отверстие коромысла.
    • низшие: боек коромысла — торец клапана или кулачок распределительного вала — боёк коромысла (в зависимости от схемы).
    Images.png Внешние изображения
    Image-silk.png Износ бойка коромысла

    В низших парах высокие удельные нагрузки, что вызывает увеличенный износ (характерный наклеп бойка коромысла[15]), высшие сложнее в изготовлении. В малонагруженных соединениях разница в износе несущественна.

    Перспективы применения в ГРМ[править | править код]

    В современных двигателях наблюдается устойчивая тенденция к постепенному повышению частоты вращения[16]. Применение схемы ГРМ OHV сейчас ограничено относительно тихоходными ДВС с большими рабочими объёмами. Схема SOHC уступает место DOHC. Применимость коромысел в быстроходных ДВС поэтому уменьшается, что обусловлено такими причинами:

    • чем больше деталей между кулачком и клапаном, тем выше инерция привода;
    • чем больше деталей между кулачком и клапаном, тем меньше жёсткость.

    В тихоходных, например судовых, ДВС применение схемы OHV является основным поэтому коромысла сейчас используют все основные производители[17].

    См. также[править | править код]

    Примечания[править | править код]

    1. Lever: World Invention Summary (англ.). Дата обращения 6 мая 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
    2. Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя. — М.: «Академия», 2003. — С. 197. — 816 с.
    3. 1 2 3 4 Коромысла клапанов ГРМ ДВС. Железный конь. Портал о сельхозтехнике.
    4. Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя.. — М: "Академия", 2003. — С. 199—200. — 816 с.
    5. 1 2 Газораспределительный механизм. Роликовые рычаги. Системы современного автомобиля.
    6. Десмодромный механизм. Системы современного автомобиля.
    7. Регулировка зазоров в клапанах ГРМ. https://www.trans-service.org.
    8. 1 2 Гидрокомпенсаторы зазоров - устройство и принцип работы, рис.2 в. http://bymotors.info.
    9. Система смазки автомобиля. Ремонт автомобилей.
    10. Разработан ФГУП "НАМИ". ГОСТ Р 53812-2010. Двигатели автомобильные. Толкатели клапанов. Технические требования и методы испытаний. — Дата введения 2010-09-15.
    11. Лабораторные рычажные весы. kilogramus.ru.
    12. Механические промышленные весы. kilogramus.ru.
    13. Сергей Апресов. Сердце времени: Механика вечности. От билянца к маятнику. Популярная механика (20 апреля 2007).
    14. Артоболевский И. И. Теория механизмов. — М.: Наука, 1965. — 776 с.
    15. Восстановление коромысел и осей коромысел. Основные дефекты.. https://ustroistvo-avtomobilya.ru.
    16. Буров А.Л. Тепловые двигатели. — МГИУ, 2008. — С. 212—213. — 224 с. — ISBN ISBN 978-5-2760-1604-7.
    17. Газораспределительный механизм судовых дизелей. http://mirmarine.net.

    Литература[править | править код]

    • Артоболевский И. И. Теория механизмов. — М.: Наука, 1965. — 776 с.
    • Архангельский В.М., Вихерт М.М., Воинов А.Н., Степанов Ю.А., Трусов В.И., Ховах М.С. Автомобильные двигатели. — М.: Машиностроение, 1977.
    • Вахламов В. К., Шатров М. Г., Юрчевский А. А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя. — М.: Академия, 2003. — 816 с.
    • Дмитриевский А. В. Автомобильные бензиновые двигатели. — М.: Астрель, 2003. — 128 с. — ISBN 5-17-017673-2..
    Коромысло (механизм) — статья из Большой советской энциклопедии