Коромысло (механизм)

У этого термина существуют и другие значения, см. Коромысло (значения).

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.

Коромысло в механизме «журавль»

Коромысло клапана

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.^[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

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)^[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].

Внешние изображения
	Коромысло (рокер) с роликом в центре и опорой на конце

• 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^[5][3].
• Наконец, в десмодромном газораспределительном механизме применяют два коромысла на клапан (одно отвечает за подъём клапана, второе за опускание).^[6].

• 
  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^[7].
• В современных ГРМ в коромысле может быть установлен гидрокомпенсатор теплового зазора^[8].

Внешние изображения
	Гидрокомпенсатор в коромысле

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^[5].

• 
  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
	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

Внешние изображения
	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

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]

• 
  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:

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

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

• низшие: ось коромысла — втулка, полусферическая опора — полусферическое отверстие коромысла.
• высшие: боек коромысла — торец клапана или кулачок распределительного вала — боёк коромысла (в зависимости от схемы).

Внешние изображения
	Износ бойка коромысла

В высших парах высокие удельные нагрузки, что вызывает увеличенный износ (характерный наклеп бойка коромысла^[15]), низшие 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^[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

• Толкатель
• Гидрокомпенсатор