Коромысло — 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 .

История

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.

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

Конструкция

В различных схемах ГРМ ДВС

• Исторически коромысло присутствует в газораспределительном механизме (ГРМ) 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) .
• 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 .

• В схеме с верхним расположением распредвала (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 .
• Наконец, в десмодромном газораспределительном механизме применяют два коромысла на клапан (одно отвечает за подъём клапана, второе за опускание). .

• 
  Коромысла в ГРМ типа OHV
• 
  Коромысло в ГРМ типа SOHC.
• 
  Коромысла десмодромного ГРМ Дукати

По управлению тепловым зазором

• 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 .
• В современных ГРМ в коромысле может быть установлен гидрокомпенсатор теплового зазора .

Внешние изображения

По узлу контакта с клапаном

• 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 .

• 
  Коромысло с осью в центре и бойком (пара скольжения)
• 
  Коромысло с осью вращения на конце (пара скольжения)
• 
  Коромысло с осью в центре роликом на конце (пара качения)

Система смазки

В ранних тихоходных ДВС смазка ГРМ, и в частности коромысел, осуществлялась мотористом периодически вручную из маслёнки.

Внешние изображения

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 .

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

Материалы, технологии изготовления и термообработки

Внешние изображения

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 .

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

Использование в измерительных приборах

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

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

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

• 
  Аналитические весы с равноплечим коромыслом.
• 
  Рычажные весы с неравноплечим коромыслом (ил. из словаря Брокгауза и Ефрона).
• 
  Коромысло (билянец) в роли осцилятора (первый ряд, третий слева)

Кинематика соединений с другими деталями

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) .

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).

Внешние изображения

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

Перспективы применения в ГРМ

В современных двигателях наблюдается устойчивая тенденция к постепенному повышению частоты вращения . 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 .

См. также

• Толкатель
• Гидрокомпенсатор

Примечания

Литература

• Коромысло // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — ( Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 13).
• 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 ..