Что плечо в двигатели

Рычаг

Рыча́г — простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры.

Содержание

1 Общие сведения
2 История
3 Принцип действия
4 Составной рычаг
5 Типы рычагов
6 См. также
7 Примечания
8 Литература

Общие сведения [ править | править код ]

Рычаг относится к простейшим механизмам. Представляет собой жёсткую балку, имеющую возможность вращаться вокруг точки опоры (подвеса). Части балки от точки опоры до точки приложения сил, называют плечами рычага. Относительно точки опоры, места приложения сил могут быть по разные стороны (рычаг I рода) или с одной стороны (рычаг II рода) [1] .

Рычаг используется для создания большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече). Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.

Частными случаями рычага являются также два других простейших механизма: Дифференциальный ворот и Блок.

История [ править | править код ]

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку. В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия. [2] [3] Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э. в Египте и Индии появляется шадуф (колодец с «журавлём»), прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой. [4]

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н. э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!» [4] .

В современном мире принцип действия рычага используется повсеместно. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги. Подъёмные краны, двигатели, плоскогубцы, ножницы, а также тысячи других механизмов и инструментов используют рычаги в своей конструкции.

Принцип действия [ править | править код ]

Принцип работы рычага является прямым следствием закона сохранения энергии. Чтобы переместить рычаг на расстояние Δ h 1 > сила, действующая со стороны груза, должна совершить работу равную:

A 1 = F 1 Δ h 1 =F_<1>Delta h_<1>> .

Если посмотреть с другой стороны, сила, приложенная с другой стороны, должна совершать работу

A 2 = F 2 Δ h 2 =F_<2>Delta h_<2>> ,

где Δ h 2 > — это перемещение конца рычага, к которому приложена сила F 2 > . Чтобы выполнялся закон сохранения энергии для замкнутой системы, работа действующей и противодействующей сил должны быть равны, то есть:

A 1 = A 2 =A_<2>> , F 1 Δ h 1 = F 2 Δ h 2 Delta h_<1>=F_<2>Delta h_<2>> .

По определению подобия треугольников, отношение перемещений двух концов рычага будет равно отношению его плеч:

Δ h 1 Δ h 2 = D 1 D 2 >>>=>>>> , следовательно F 1 D 1 = F 2 D 2 D_<1>=F_<2>D_<2>> .

Учитывая, что произведение силы и расстояния от точки опоры до линии действия силы является модулем момента силы, можно сформулировать принцип равновесия для рычага. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил (с учётом знака), приложенных к нему, равна нулю. (Точнее, если векторная сумма моментов сил, приложенных к нему, равна нулю.)

Для рычагов, как и для других механизмов, вводят характеристику, показывающую механический эффект, который можно получить за счёт рычага. Такой характеристикой является передаточное отношение, оно показывает, как соотносятся нагрузка и приложенная сила:

i = F 1 F 2 = D 2 D 1 >>>=>>>> .

Нужно отметить, что как и у любого механизма, у рычага полезная работа меньше полной. Например, у большинства рычагов коэффициент полезного действия (КПД) равен

80 %. Остальные 20 процентов работы расходуются на преодоление силы трения шарнира (подшипника), воздуха и т. п.

Составной рычаг [ править | править код ]

Составной рычаг представляет собой систему из двух и более простых рычагов, соединённых таким образом, что выходное усилие одного рычага является входным для следующего. Например, для системы из двух последовательно связанных рычагов, если на входное плечо первого рычага приложена сила F 1 > , на другом конце этого рычага выходное усилие окажется F 2 > , и связаны они будут с помощью передаточного отношения:

i 1 = F 1 F 2 =>>>> .

При этом на входное плечо второго рычага будет воздействовать такое же усилие F 2 > , а выходным усилием второго рычага и всей системы будет F 3 > , передаточное отношение второй ступени будет равно:

i 2 = F 2 F 3 =>>>> .

При этом механический эффект всей системы, то есть всего составного рычага, будет вычисляться как отношение входного и выходного усилия для всей системы, то есть:

i = F 1 F 3 = F 1 F 3 F 2 F 2 = F 1 F 2 F 2 F 3 = i 1 i 2 >>>=>>>>>>=>>>>>>=i_<1>i_<2>> .

Таким образом, передаточное отношение составного рычага, состоящего из двух простых будет равно произведению передаточных отношений входящих в него простых рычагов.

Такой же подход решения можно применять и для более сложной системы, состоящей, в общем случае из n рычагов. В этом случае в системе будет присутствовать 2n плеч. Передаточное отношение для такой системы будет вычисляться по формуле:

i C = F R 1 F ( 2 n − 1 ) − P = F R 1 F 23 ⋅ F 23 F 45 ⋅ . . . ⋅ F ( 2 n − 2 ) − ( 2 n − 1 ) F ( 2 n − 1 ) − P = B 2 B 1 ⋅ B 4 B 3 ⋅ . . . ⋅ B ( 2 n ) B ( 2 n − 1 ) =>>>=>>>cdot >>>cdot . cdot >>>=>>>cdot >>>cdot . cdot >>>> ,

Читать еще: Что значит двигатель tfsi

B i >— это i-ое плечо системы;
F ( i − 1 ) i >— сила, передаваемая с плеча (i-1) на плечо i;
i C >— передаточное отношение всей системы.

Как видно из формулы для этого случая также верно, что передаточное отношение составного рычага равно произведению передаточных отношений входящих в него элементов.

Типы рычагов [ править | править код ]

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры. Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода [5] , с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути.

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — задняя дверь багажника или капот легковых автомобилей на гидравлических телескопических упорах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.

Что же означает понятие крутящий момент? Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.

Для наглядности: если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу. Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падениям) будет соответствовать 98,1 Нм. Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге? Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику. Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть? Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса. Как создается крутящий момент в двигателе. В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями.

Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топлива — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала). Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень. До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия. Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда крутящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу. К тому же это закрывает такую проблему, как провалы при наборе скорости, так как величина крутящего момента становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями: увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.д.

WO2009096763A1 — Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Google Patents

Classifications

- F — MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01 — MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B — MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B9/00 — Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
- F — MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02 — COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B — INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00 — Other engines
- F02B75/32 — Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Abstract

Description

2. Это значительно само по себе и дает эффект больший, чем идея переменной степени сжатия, реализуемая в двигателе WE — Widе Ехрапsiоп, «увеличенная степень расширения», так как в прелагаемом двигателе эксцентричное смещение основано на величине, равной диаметру, а не на вдвое меньшей величине, равной радиусу, как в двигателе WE, но приобретает еще большее • значение при сочетании с коэффициентом k 2 , так как входит в выражение 2k 2 в виде сомножителя.

Ненадежные автомобили на вторичке. Антирейтинг экспертов

Безумие на российском рынке продолжается: в условиях нарастающего дефицита и дилерских накруток единственно правильной тактикой кажется брать то, на что хватает денег и что доступно прямо сейчас. Но не стоит забывать и о сюрпризах, которые способна принести дальнейшая эксплуатация — покупка подержанного автомобиля может обернуться головной болью.

Совместно с Союзом автоэкспертов и оценщиков, а также компанией AutoExpert, мы составили список самых ненадежных автомобилей в пяти разных категориях — от народных «бюджетников» до премиального сегмента. В выборку попали модели возрастом до семи лет с пробегом, не превышающим 100 тысяч километров. Именно такая дистанция в большинстве случаев заявлена как гарантийный лимит, а при большем километраже (и более преклонном возрасте) надежность начинает зависеть уже скорее от условий эксплуатации и качества обслуживания, чем от конструктивных особенностей.

Нужно понимать, что времена «Москвичей» и «Жигулей», которые было необходимо «протягивать» сразу после конвейера, остались в прошлом — современные автомобили на этом фоне относительно беспроблемны, и статистика, о которой пойдет речь, обычно затрагивает не более 10% владельцев. С другой стороны, каждый десятый — не так и мало. К тому же, некоторые из таких случаев — следствие сознательных инженерных решений.

«Случается так, что при разработке автомобиля производитель конструктивно закладывает малый ресурс в некоторые узлы и агрегаты, чтобы автомобиль не превратился в «вечную телегу», из-за которой люди не хотят покупать новые машины, — объясняет Олег Амиров, президент Союза автоэкспертов и оценщиков и основатель компании AutoExpert. — Иногда это оборачивается тем, что автомобили не успевают проехать срок гарантии, и возвращаются на дорогостоящий гарантийный ремонт».

Безусловно, затраты на такой ремонт лежат на плечи автопроизводителя, но владелец в любом случае расплачивается своим временем и сопутствующими неудобствами, а если поломка произошла чуть позже — рискует лишиться и заметной суммы денег. Итак, какие же автомобили способны доставить больше всего хлопот?

Легковушки и кроссоверы до 1 миллиона рублей

Renault Logan / Sandero / Duster с коробкой DP2
Peugeot и Citroen с коробкой AL4
Ford с моторами EcoBoost и коробками Powershift

Предложений в этом некогда обширном сегменте остается все меньше, и по сути выбор сводится к отечественным моделям, «бюджетникам» и «китайцам», причем даже их надо еще поискать. Среди лидеров продаж традиционно находятся автомобили Renault, но они же — потенциальный источник самых больших проблем, связанных с надежностью.

«Автоматические коробки передач с индексом DP2, которые устанавливались на Renault Logan, Sandero, Duster и другие соплатформенные автомобили, имеют печальную репутацию, комментирует Олег Амиров. — Нередко они требуют ремонта на пробеге менее ста тысяч километров. Причем иногда коробку проще поменять целиком, чем чинить. Причина неисправностей — банальный перегрев. Примечательно то, что если взять такой авто на механике, то это будет эталон надежности».

А что если посмотреть на вторичку? В указанном ценовом диапазоне еще предлагается немало героев прошлых лет, подчас с относительно небольшими пробегами. Здесь тоже бояться стоит в первую очередь «французов» и проблем с силовыми агрегатами.

«Надежностью также не могут побаловать Peugeot и Citroen. На них устанавливались АКПП с индексом AL4, которые идентичны коробкам DP0/DP2, о которых шла речь чуть выше, — разъяснил основатель AutoExpert. — Помимо этого, двигатели мощностью 120 и 150 л.с., которые называются EP6/EP6DT, славятся своей ненадежностью и дороговизной ремонта. Их слабое место — это система охлаждения, механизм ГРМ и механизм бездроссельного впуска Valvetronic».

Наконец, по российским дорогам еще бегает множество автомобилей Ford, у которых даже не истек гарантийный срок — ведь марка покинула наш рынок только в 2019 году. Базовые модификации с атмосферными двигателями и механическими коробками опасений по части надежности не вызывают, а вот желание купить на вторичном рынке что-то более динамичное чревато внеплановыми визитами в сервис.

«Почти на всю линейку своих автомобилей Ford устанавливал турбомоторы EcoBoost и роботизированные коробки передач PowerShift. Об их надежности уже складывают легенды, — делится наблюдениями Олег Амиров. — Уже на небольших пробегах автомобили требовали дорогостоящего ремонта, причем ремонт не дает гарантий, что автомобиль снова не сломается в скором времени».

Компактные кроссоверы сегмента C

Volkswagen Tiguan с коробкой DSG (ранние серии)
Kia Sportage и Hyundai Tucson с моторами 2.0 и 2.4 л

Золотая середина для многих покупателей — автомобили на все случаи жизни, способные удовлетворить большинство запросов. Достаточно вместительные, динамичные, проходимые и еще относительно недорогие — словом, без проблем с надежностью тут особо и пожелать сверху нечего.

Один из лидеров сегмента, Volkswagen Tiguan, в былые годы страдал от ненадежности роботизированных коробок DSG, но со временем эта болячка прошла и остались разве что небольшие глюки электрики. А вот относительно свежие корейские кроссоверы еще совсем недавно огорчали владельцев задирами на стенках цилиндрах, хотя в новом поколении двигателей, как говорят инженеры, таких проблем быть не должно. Тем не менее, эту особенность надо иметь в виду.

«Корейские кроссоверы Kia Sportage и Hyundai Tucson пользовались большой популярностью, их с удовольствием покупали. Но вскоре выяснилось, что моторы рабочим объемом 2.0 и 2.4 литра имеют конструктивные недостатки, из-за которых часто появляются задиры в цилиндрах, — поясняет президент Союза автоэкспертов и оценщиков. — Известно много случаев, когда двигатель требовал капитального ремонта на пробегах меньше ста тысяч километров».

Седаны класса D, непремиальный сегмент

Ford Mondeo с мотором EcoBoost
Hyundai Sonata и Kia Optima с моторами 2.0 и 2.4 л

Список потенциальных клиентов таких машин охватывает сразу несколько социальных слоев: менеджеры среднего звена, госслужащие и даже водители такси категории «Комфорт». Многие годы здесь безраздельно господствовали «японцы» — в первую очередь, Toyota Camry, а когда-то и Nissan Teana. С точки зрения надежности к ним не было и нет больших претензий, а Ford Mondeo, который тоже входил в список бестселлеров, уже не отвечает нашим критериям в плане возраста и пробега, не считая отдельных экземпляров. Зато на арену ворвались «корейцы», предлагая яркий дизайн и богатое оснащение по весьма привлекательным ценам. Увы, зачастую в комплекте с не самой выдающейся надежностью.

«В этом, довольно узком, сегменте можно отметить как не самые надежные разве что автомобили концерна Kia-Hyundai, — уточняет Олег Амиров. — А именно их моторы, которые иногда не выхаживали гарантию. Проблема в том, что после перегрева может деформировать гильзы, из-за чего начинается масложор. А также этот мотор любит задрать цилиндры. У остальных игроков этого сегмента каких-то серьезных проблем с надежностью нет. Некоторых моделей продано так мало, что никакой статистики собрать не получится».

Премиальные седаны класса E

Jaguar XE и XF
BMW 5 с мотором N63

Как ни удивительно, путешествие вверх по иерархии классов и цен не приносит улучшения надежности — скорее, наоборот. Частично за это в ответе техническая сложность автомобилей, которые должны быть мощнее, быстрее и прогрессивнее своих конкурентов, чтобы не проиграть борьбу за покупателя. Это, в частности, касается высокофорсированных «немцев», в то время как «британцы» традиционно не блещут общим качеством изготовления. Но сюрпризы могут преподнести даже некогда неубиваемые «шведы».

«У благородных английских Jaguar ХЕ и XF есть проблемы с надежностью, при этом стоимость их устранения может быть очень высокой. И дизельные, и бензиновые моторы доставляют множество проблем своим владельцам. Немецкий BMW могу отметить восьмицилиндровым мотором N63, который ставился на BMW M550i. Это очень проблемный агрегат, он мог умереть до конца гарантии несколькими разными способами. Тут и вытягивание резьбы болтов ГБЦ, и гидроудар из-за льющих форсунок, и слабый ГРМ. А еще в развале блока установлены две турбины, которые значительно повышают рабочую температуру мотора, из-за чего его ресурс значительно уменьшается. Шведские Volvo славятся повышенным расходом масла», — заключил президент Союза автоэкспертов и оценщиков.

Семиместные SUV, вэны и микроавтобусы

Land Rover Discovery с дизельным мотором
BMW X7 M50i

Этим автомобилям критически важно оставаться выносливыми и беспроблемными, ведь поломка в дальнем путешествии с большой семьей принесет владельцу куда больше головной боли, чем если бы он ехал один. Семиместные кроссоверы давно стали альтернативой традиционным минивэнам и почти вытеснили их с рынка, но если посмотреть с точки зрения надежности, то именно на них приходится наибольшее количество неприятных случаев — причем это касается как масс-маркета (снова преимущественно корейского), так и премиальных моделей.

«На английских внедорожниках Land Rover Discovery бывают случаи поломки коленвалов у трехлитровых дизельных моторов, — поясняет Олег Амиров. — А на бензиновых двигателях нередко требует замены натяжитель цепи ГРМ. Снова напомним про восьмицилиндровый мотор N63, который устанавливается в BMW X7 M50i. И добавлю сюда Volvo XC90, который в целом надежен, но многие жалуются на повышенный расход масла».

голоса

Рейтинг статьи