Какие бывают двигатели в физике

Дви́гатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX в. наряду со словом «мотор», которым с середины ХХ века чаще называют электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания.

Двигатели подразделяют на первичные и вторичные.

К первичным относят непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую работу, например, ветрянное колесо, водяное колесо; тепловые двигатели — в них химическая энергия топлива или атомная энергия преобразуются в другие виды энергии ,а ко вторичным относятcя двигатели преобразующие энергию, выработанную или накопленную другими источниками (электридвигатель, пневмодвигатель,гидродвигатель).

В зависимости от используемого вида энергии двигатели делятся на:

тепловые
гидравлические
электрические.

Современная техника использует три типа тепловых машин:

поршневые
турбинные
и реактивные.

Виды тепловых двигателей:

паровая машина,
двигатель внутреннего сгорания,
паровая и газовая турбины,
реактивный двигатель.

По конструктивным особенностям двигатели подразделяются на:

поршневые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, дизельныe,бензиновыe)
роторныe двигатели (паровые турбины, большинство электромоторов)
реактивныe двигатели (воздушно-реактивные, pакетные двигатели).

Поршневые двигатели также разделяются на три группы:

на двигатели, которые работают по циклу Отто (карбюраторные),
циклу Дизеля (дизельные)
и по циклу Тринклера с использованием форсунки.

Основными состабляющими двигателя внутреннего сгорания являются:

цилиндр
впускной клапан
выпускной клапан
впускной коллектор
свеча
камера сгорания
поршень
шатун
каленвал

Каждое движение поршня называется тактом. Цикл, создающий энергию для работы двигателя, состоит из четырех тактов: вниз, вверх, вниз, вверх. Соответственно этот процесс называется четырехтактным циклом.

Наиболее широко используются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания – это тепловая машина, в которой топливо сжигается в цилиндре под поршнем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров и т.д.

Рассмотрим теперь конструктивные особенности станков.

Станок — машина, используемая (как правило, в промышленности) для обработки различных материалов, либо приспособление для выполнения чего-либо.
Большинство деталей машин обрабатываются на металлорежущих станках.
Металлорежущий станок — это технологическая машина, предназначенная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданной формы и размеров..

Основные составляющие станка:
Сyппорт, предназначенный для крепления и ручного либо автоматического перемещения инструмента.
Шпи́ндель — вращающийся вал металлорежущего станка с устройством для закрепления обрабатываемого изделия или режущего инструмента;
Привод — совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин.
Ба́бка — предназначается для точного поддержания и перемещения обрабатываемой на станке детали относительно режущего инструмента или обрабатывающей поверхности. Располагается и крепится на станине.
Бабка передняя (бабка шпиндельная или бабка изделия) — узел связан с шпинделем, который сообщает вращательное движение обрабатываемой заготовке, детали или инструменту.
Бабка задняя (упорная) — используется для закрепления инструмента (например, сверл, зенкеров, разверток) для обработки детали по оси с внешней стороны.
Бабка шлифовальная представляет из себя узел шлифовальных станков.
Резец — режущий инструмент с одним прямым, изогнутым или фасонным главным режущим ребром.
Станки могут быть классифицированы по разным признакам.

По степени специализации они относятся к одной из следующих групп:

универсальные
специализированные
специальные.

По степени точности станки делят на пять классов:

нормальной точности
повышенной точности
высокой точности
особо высокой точности
особо точные станки, иначе мастер-станки.

По степени автоматизации различают механизированные и автоматизированные станки, в том числе автоматы и полуавтоматы:

По расположению шпинделя станки делятся на горизонтальные, вертикальные, наклонные и комбинированные.

В зависимости от массы различают станки легкие (до 1т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т), среди которых можно выделить особо тяжелые или уникальные (более 100 т).
Совокупность всех типов и размеров выпускаемых станков называется типажом.

По виду обработки металлорежущие станки делятся на:

Токарные
Сверлильные и расточные
Шлифовальные, полировальные, доводочные
Комбинированные, электро- и физико-химические
Зубо- и резьбо-обрабатывающие
Фрезерные
Строгальные, долбежные, протяжные
Разрезные

Металлорежущие станки почти всех типов выпускаются как с ручным управлением, так и с числовым программным управлением (ЧПУ).

Вопросы.

Что такое двигатель?
Назовите основные составляющие двигателя внутреннего сгорания?
Что такое металлорежущий станок?
Какие металлорежущие станки по виду обработки Вы знаете?

Дви́гатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX в. наряду со словом «мотор», которым с середины ХХ века чаще называют электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания.
Основными состабляющими двигателя внутреннего сгорания являются: цилиндр, впускной клапан, выпускной клапан, впускной коллектор, свеча, камера сгорания, поршень, шатун, каленвал.
Металлорежущий станок — это технологическая машина, предназначенная для обработки материалов резанием с целью получения деталей заданной формы и размеров. На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» является условным.
По виду обработки металлорежущие станки делятся на токарные; cверлильные и расточные; шлифовальные, полировальные, доводочные; комбинированные, электро- и физико-химические; зубо- и резьбо-обрабатывающие; фрезерные; cтрогальные, долбежные, протяжные ; paзрезные.

Просто о сложном. Двигатель

Двигатель – это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.

Двигатели разделяют на первичные и вторичные.

К первичным относятся те виды двигателей, которые преобразуют природные энергетические ресурсы в механическую работу. Это ветряное и водяное колесо, гиревой механизм, тепловые двигатели.

Вторичные – двигатели, которые преобразуют выработанную или накопленную энергию другими источниками. К ним относят электрические, пневматические и гидравлические.

Первичные двигатели, такие как парус и водяное колесо, были известны с незапамятных времен и использовались повсеместно.

До середины XVII века человек обходился первичными двигателями и довольствовался силой воды, ветра и тяжести.

Первым шагом на пути к двигателю стала пароатмосферная машина, созданная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери, которая сама по себе не могла служить механическим приводом, и к ней необходимо было водяное колесо.

В 1763 году механик Иван Ползунов по собственному проекту изготовил стационарную паровую машину, которая хоть и была далека от совершенства, но работала без сбоев.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, которая была названа универсальным паровым двигателем.

В машине был предусмотрен жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Подача пара происходила автоматически, а поршень через кривошипно-шатунную систему вращал маховик, который обеспечивал плавность хода. Такая модификация машины Севери не была привязана к водонапорной башне и могла стать самостоятельным приводом различных механизмов. Уатт создал элементы, которые в дальнейшей истории двигателестроения в той или иной вариации входили во все паровые машины, получившие широкое распространение. Их использовали как приводы станков, экипажей для перевозки людей и грузов, судов и локомотивов на железных дорогах.

Следующим шагом в двигателестроении стала паровая турбина, изобретенная в конце XIX века, которая применялась на морских судах и на электростанциях в начале XX века.

Индустрия двигателестроения не стояла на месте, и в конце XIX века на первый план вышли двигатели внутреннего сгорания.

Первым в семействе ДВС стал механизм, созданный французским инженером Этьеном Ленуаром в 1860 году. Его конструкция представляла собой одноцилиндровый двухтактный газовый двигатель. Ленуар использовал принцип работы поршня двигателя Уатта, но рабочим телом служил не пар, а продукты сгорания смеси воздуха и светильного газа, вырабатываемого газогенератором.

Двигатель Ленуара стал первым в истории серийно выпускавшимся ДВС.

В 1897 году инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, который был впоследствии назван его именем.

Двигатели внутреннего сгорания стали основой развития автомобильного транспорта в XX веке.

В первой половине XX века были созданы новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 1950-х и ядерные силовые установки.

В 1834 году русский ученый Борис Якоби создал первый пригодный для практического использования вторичный двигатель – электродвигатель постоянного тока.

Двигатели можно классифицировать по источнику энергии, по типам движения, по устройству, по назначению и т.д.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее развивающихся. В год по всему миру подается до 50 заявок на патентование в категории «Двигатели». В основном это модификации существующих механизмов с новым соотношением элементов либо с принципиальными новинками. Новые конструкции же появляются редко.

А вместо сердца – пламенный мотор

В авиации используются в основном тепловые двигатели, которые создают тягу, необходимую для поднятия летательного аппарата в воздух.

По способу создания тяги авиационные двигатели можно разделить на три группы: винтовые, реактивные и комбинированные.

Винтовые двигатели создают тягу вращением воздушного винта, а реактивные преобразуют энергию топлива в кинетическую энергию вытекающей из двигателя газовой струи, вызывающей силу реакции, непосредственно используемой в качестве движущей силы. Воздушно-реактивные двигатели используют для сгорания кислород атмосферного воздуха.

Комбинированные создают тягу, складывающуюся из силы реакции потока продуктов сгорания, вытекающих из двигателя, и тяги, создаваемой обычным или специальным воздушным винтом. Комбинированные двигатели разделяются на турбовинтовые, турбореактивные и винтовентиляторные. Также их называют газотурбинными авиадвигателями.

Такие двигатели с легкостью поднимают в небо трансатлантические лайнеры, но их мощности недостаточно для того, чтобы поднять ракету в космос.

Для ракет используют реактивные двигатели, в них для сгорания топлива используется окислитель, транспортируемый самим летательным аппаратом.

Кроме того, сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды, а также от скорости самой ракеты.

Взлетные технологии

Развитие отрасли двигателестроения в России, стремящейся к независимости от импортных механизмов, началось в 1980-х гг. Такие предприятия, как УМПО, НПП «Мотор», рыбинское НПО «Сатурн», включились в мировую гонку за создание передового двигателя, который составит конкуренцию продукции таких гигантов промышленности, как Pratt & Whitney, которой комплектуют самолеты линейки Boeing и Airbus.

В результате многолетней кропотливой работы всех предприятий и НИИ отрасли, а также интеграции частного и государственного капитала был создан авиационный двигатель ПД-14. Он предназначен для новейшего российского среднемагистрального самолета МС-21, который в конце 2017 года совершил тестовый перелет с аэродрома корпорации «Иркут» на аэродром Жуковский для проведения дальнейших испытаний.

ПД-14 представляет собой турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель. Взлетная тяга ПД-14 может достигать 18 тонн.

Эксперты сравнивают ПД-14 с двигателями для среднемагистральных самолетов компаний Pratt & Whitney и Rolls-Royce.

На базе ПД-14 ведутся разработки вертолетного двигателя ВК-2500М. Подготовка демонстрационной модели двигателя нового поколения запланирована на 2021 год. Как и в ПД-14, в конструкции ВК-2500М будут использованы новейшие материалы, что позволит облегчить массу на 15% по сравнению с существующими аналогами без потери мощности.

Первая модификация указанного двигателя ВК-2500 активно вводится в эксплуатацию, а также выводится на международный рынок путем валидации сертификатов в странах-импортерах.

Мы наращиваем объемы производства двигателей ВК-2500 в интересах государственного заказчика, а также планируем существенно нарастить экспорт. При этом сборка ведется полностью из российских комплектующих

Анатолий Сердюков, индустриальный директор авиационного кластера Госкорпорации Ростех

В отличие от своего предшественника, новый вертолетный двигатель оснащен цифровой системой автоматического управления с современным электронным блоком автоматического регулирования и новейшими датчиками. Использование современных технологий и новейших материалов позволило обеспечить поддержание режимов в более широком диапазоне температур наружного воздуха, повысить ресурсы и показатели топливной экономичности. Такие двигатели позволят вертолетам семейства Ми-17 и аналогичным расширить потенциал своих возможностей в высокогорных районах и районах с жарким климатом.

Российское двигателестроение развивается в направлении как гражданской, так и военной авиации. В апреле 2018 года завершились работы по стендовым испытаниям опытного двигателя АЛ-41Ф-1.Данная разработка предприятия «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» является двигателем первого этапа для истребителя пятого поколения Су-57. АЛ-41Ф-1 является авиационным турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.

Несмотря на гонку технологий, существуют системы, проверенные временем и доказавшие свою эффективность даже спустя многие годы. Ракетные двигатели РД 107/108 на протяжении более полувека являются основой пилотируемой космонавтики в России.

Именно благодаря РД 107/108 Юрий Гагарин совершил свой легендарный полет. Двигатели РД-107 устанавливаются на блоках первой ступени, а РД-108 – второй.

РД-107/108 показали себя как одни из самых надежных и удачных двигателей, поднимающих космические корабли. Они стоят на серийном производстве и доставляют на орбиту российских космонавтов, американских астронавтов и космических туристов.

Российский ракетный двигатель уже назван рекордсменом. За 60 лет использования он не утратил своего первенства в отрасли. На основе первых двигательных систем разработано 18 модификаций.

Когда в 2011 году США прекратили использование шаттлов, единственным способом отправки космонавтов на МКС остались корабли «Союз», оснащенные двигателями РД-107/108.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее востребованных и перспективных как для развития промышленности страны, так и для выхода на международный рынок.
Внедрение частного капитала и интеграция научно-технической базы предприятий, занимающихся разработкой и производством двигательных систем и комплектующих, позволили создать полный производственный цикл отечественных двигателей, способных составить конкуренцию мировым аналогам.

Рекомендации

Интеграция научно-технических достижений и новейших технологий в области двигателестроения для оперативного реагирования отрасли на запросы гражданской и военной авиации, а также космонавтики и своевременного ввода в эксплуатацию новых двигательных систем, отвечающих вызовам времени и не уступающих мировым аналогам.
Создание и поддержание научно-технической базы, способной обеспечить российскую авиационную отрасль двигательными системами отечественного производства, сокращение объемов импорта, а также вывод конкурентоспособной продукции на мировой рынок.

ДВИ́ГАТЕЛЬ ВНУ́ТРЕННЕГО СГОРА́НИЯ

ДВИ́ГАТЕЛЬ ВНУ́ТРЕННЕГО СГОРА́НИЯ (ДВС), тепловой двигатель , в котором химическая энергия топлива, сгорающего в его рабочей полости (камере сгорания), преобразуется в механическую работу. Различают ДВС: поршневы е, в которых работа расширения газообразных продуктов сгорания производится в цилиндре (воспринимается поршнем, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала) или используется непосредственно в машине, приводимой в действие; газотурбинны е, в которых работа расширения продуктов сгорания воспринимается рабочими лопатками ротора; реактивны е, в которых используется реактивное давление, возникающее при истечении продуктов сгорания из сопла . Термин «ДВС» применяют преимущественно к поршневым двигателям.

Двигатели и передача механической энергии (к параграфу 14)

Двигатель – одна из самых важных автомобильных систем.

Двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля.

Для того, чтобы получить механическую энергию, в двигателе автомобиля преобразуется другой вид энергии (энергия сгорания топлива, электрическая энергия и др.). Источник энергии при этом должен находиться непосредственно на автомобиле и периодически пополняться.

Передача механической энергии от двигателя на ведущие колеса осуществляется через трансмиссию. Силовая установка – это конструктивное объединение двигателя и трансмиссии носит устоявшееся название.

В зависимости от вида преобразуемой энергии различают следующие основные виды автомобильных двигателей:

двигатели внутреннего сгорания (ДВС)
электродвигатели
комбинированные двигатели, т.н. гибридные силовые установки

Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу. Известными типами ДВС являются:

поршневой двигатель
роторно-поршневой двигатель
газотурбинный двигатель

Наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве источника энергии жидкое топливо (бензин, дизельное топливо) или природный газ.

Автомобиль, использующий в качестве двигателя электродвигатель, называется электромобилем. Для работы электродвигателя требуется электрическая энергия, источником которой могут быть аккумуляторные батареи или топливные элементы. Основным недостатком электромобилей, ограничивающим их широкое применение, является небольшая емкость источника электрической энергии и соответственно низкий запас хода.

Гибридная силовая установка объединяет двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, связь которых осуществляется через генератор. Передача энергии на ведущие колеса в гибридном автомобиле может производиться последовательно (ДВС – генератор – электродвигатель – колесо) или параллельно (ДВС – трансмиссия – колесо и ДВС – генератор – электродвигатель – колесо). Предпочтительной является параллельная компоновка гибридной силовой установки.

:: :: ::

Какие бывают двигатели в физике