Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот.
Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:
 Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
 Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия 
Прямая схема:
Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.
Коленчатый вал состоит из:
 шатунных шеек
 коренных шеек
 противовеса

Обратная схема:
Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразуется в поступательное движение поршня.

Типы и виды КШМ 
 Центральный КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
 Смещенный КШМ, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину;
 V-образный КШМ (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.

По соотношению хода и диаметра поршня различают:
 короткоходные(S/D<1) КШМ;
 длинноходные (длинноходовые) (S/D>1) КШМ. 

В автомобильных высокооборотистых ДВС преобладает короткоходная схема.

По наличию бокового усилия на гильзе КШМ бывает:
 тронковый(с боковым усилием);
 крейцкопфный (разгруженный поршень);

История

В природе 
Задние конечности кузнечиков представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.
Бедро и голень человека и роботов-андроидов тоже представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.

В Римской империи 

Самые ранние свидетельства появления на машине рукоятки в сочетании с шатуном относятся к пилораме из Иераполиса, 3-й век нашей эры, римский период, а также византийским камнережущим пилорамам в Герасе, Сирии и Эфесе, Малая Азия (6-й век нашей эры). Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип.

Уравнения движения поршня (для центрального КШМ)

Определения 
l — длина шатуна (расстояние между шатуннопоршневой осью и кривошипношатунной осью)
r — радиус кривошипа (расстояние между кривошипношатунной осью и центром кривошипа, то есть половина хода поршня
A — угол поворота кривошипа (от «верхней мёртвой точки» до «нижней мёртвой точки»)
x — положение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
v — скорость шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
a — ускорение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
ω — угловая скорость кривошипа в радианах в секунду (рад/сек)

Угловая скорость 
Угловая скорость кривошипа в оборотах в минуту (RPM):

Отношения в треугольнике 
Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.
Из теоремы косинусов следует, что:

Уравнения по отношению к угловому положению кривошипа (для центрального КШМ) 
Уравнения, которые описывают циклическое движение поршня по отношению к углу поворота кривошипа.
Примеры графиков этих уравнений показаны ниже.

Положение 
Положение относительно угла кривошипа (преобразованием отношений в треугольнике):

Скорость 
Скорость по отношению к углу поворота кривошипа (первая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции):

Ускорение 
Ускорение относительно угла кривошипа (вторая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции и частное правило):

Пример графиков движения поршня 
График показывает x, x', x" по отношению к углу поворота кривошипа для различных радиусов кривошипа, где L — длина шатуна (l) и R — радиус кривошипа (r):

Анимация движения поршня с шатуном одинаковой длины и с кривошипом переменного радиуса на графике выше:

Применение 

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах, в приводе задвижек некоторых квартирных и сейфовых дверей. Также кривошипно-шатунный механизм применялся в брусовых косилках.

См. также 
 Двигатель внутреннего сгорания

Другие способы преобразования вращательного движения в прямолинейное 
Здесь была возможность смены Хойкена.
 Механизм Чебышёва
 Механизм Хойкена
 Механизм Липкина — Посселье
 Механизм Ватта
 Механизм Саррюса
 Шотландский механизм
 Механизм планшайба-стержни
 Кулачковый механизм
 Качающий подшипник

Примечания

Литература

Ссылки 
 
 

Двигатель внутреннего сгорания
Механизмы
Детали машин и механизмов
Кривошипно-шатунный механизм