Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Κινήσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος εμβόλου
- Ταχύτητα εμβόλου
- Επιτάχυνση εμβόλου
- Πλήρης επισκόπηση της διαδρομής, της ταχύτητας και της επιτάχυνσης του εμβόλου
Εισαγωγή:
Η κίνηση προς τα πάνω και προς τα κάτω (μεταφραστική) του εμβόλου μετατρέπεται σε περιστροφική κίνηση από τον μηχανισμό της μπιέλας στροφάλου. Το έμβολο κινείται πάνω-κάτω σε ευθεία γραμμή. Αυτό ονομάζεται κίνηση του πρωτεύοντος εμβόλου. Ωστόσο, η μπιέλα δεν κινείται μόνο πάνω-κάτω, αλλά και πλάγια. Λόγω της πλευρικής κίνησης της μπιέλας, το έμβολο θα διανύσει ελαφρώς μεγαλύτερη απόσταση. Εκτός από την αυξημένη απόσταση, το έμβολο έχει επίσης φτάσει στην υψηλότερη ταχύτητα κίνησης σε αυτό το σημείο. Αυτή η επιπλέον απόσταση ονομάζεται δευτερεύουσα κίνηση εμβόλου.
Το σχήμα δείχνει την κίνηση του εμβόλου. Το επάνω μπλε έμβολο υποδεικνύει πού βρίσκεται το TDC (Top Dead Center). Το μπλε έμβολο στη μέση δεξιά υποδεικνύει την απόσταση της κίνησης του πρωτεύοντος εμβόλου (δηλαδή στην οποία η μπιέλα δεν έχει γίνει λοξή). Το κάτω κόκκινο έμβολο δείχνει την επιπλέον απόσταση που δημιουργείται από την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα και την κλίση της μπιέλας. αυτή είναι η δευτερεύουσα κίνηση του εμβόλου.
Όταν ο στροφαλοφόρος άξονας έχει περιστραφεί κατά 90 μοίρες, η ταχύτητα κίνησης του εμβόλου είναι στο υψηλότερο επίπεδο. Η κίνηση του δευτερεύοντος εμβόλου εξασφαλίζει μεγαλύτερη διανυθείσα απόσταση. Προσθέτοντας την απόσταση της δευτερεύουσας κίνησης σε αυτήν της κύριας κίνησης, μπορεί να προσδιοριστεί η συνολική απόσταση που διανύει το έμβολο.
Η αναλογία μεταξύ του μήκους του στροφάλου και του μήκους της μπιέλας καθορίζει το μέγεθος της δευτερεύουσας κίνησης. Η κίνηση του δευτερεύοντος εμβόλου έχει επίσης επίδραση στην ταχύτητα του εμβόλου και στην επιτάχυνση του εμβόλου.
Κινήσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος εμβόλου:
Η κίνηση του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος εμβόλου φαίνονται στα γραφήματα αυτής της ενότητας ως η απόσταση που διανύθηκε. Το άθροισμα της κίνησης του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος εμβόλου είναι η συνολική κίνηση του εμβόλου. Η δομή της συνολικής διαδρομής του εμβόλου εξηγείται παρακάτω.
Κίνηση πρωτεύοντος εμβόλου:
Η δύναμη στην κατεύθυνση TDC προς TDC και η δύναμη από ODP προς TDC μαζί προκαλούν μια δόνηση που εμφανίζεται μία φορά ανά περιστροφή του στροφαλοφόρου. Γι' αυτό η δύναμη αυτή ονομάζεται και πρωταρχική δύναμη. Η πρωταρχική δύναμη κάνει μια πρωταρχική κίνηση.
- Η κίνηση του πρωτεύοντος εμβόλου είναι 0 στην περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα 0° και επίσης 180 στις 0°.
- Αν κοιτάξουμε αποκλειστικά την κίνηση του πρωτεύοντος εμβόλου, με περιστροφή στροφαλοφόρου 90° το έμβολο βρίσκεται στη μέση της διαδρομής (επίσης στη μέση του κυλίνδρου), δηλαδή στα 90 mm.
Δευτερεύουσα κίνηση εμβόλου:
Η πλευρική κίνηση της μπιέλας παρέχει τη δευτερεύουσα κίνηση του εμβόλου. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία μεταξύ του πείρου του στρόφαλου και του μήκους της μπιέλας, τόσο μεγαλύτερη είναι η δευτερεύουσα δύναμη και επομένως η δευτερεύουσα κίνηση.
- Στο TDC η δευτερεύουσα κίνηση είναι 0.
- Σε περιστροφή στροφαλοφόρου 90° η δευτερεύουσα κίνηση είναι μέγιστη.
- Προσθέτουμε την απόσταση που καλύπτει το έμβολο κατά τη δευτερεύουσα κίνηση στην κύρια κίνηση. Αυτή είναι η πραγματική διαδρομή που έχει διανύσει το έμβολο.
Πραγματική κίνηση εμβόλου:
Η πραγματική κίνηση του εμβόλου σχηματίζεται από το άθροισμα της κίνησης του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος εμβόλου. Αυτό μπορεί να διαβαστεί ως "σύνολο" στο γράφημα.
- Το έμβολο βρίσκεται ήδη στα μισά της διαδρομής του στον κύλινδρο πριν ο στροφαλοφόρος άξονας στρίψει 90 μοίρες. Στο γράφημα βλέπουμε ότι το έμβολο έχει ταξιδέψει 110 mm στις 90 μοίρες. Αυτό είναι το 61% του συνολικού εγκεφαλικού.
- Το μήκος του στροφαλοφόρου στροφάλου, και επομένως η αναλογία στροφάλου-μπιέλας (συχνά αναφέρεται ως λάμδα), καθορίζει τη δευτερεύουσα, και επομένως τη συνολική διαδρομή του εμβόλου.
Η δευτερεύουσα κίνηση του εμβόλου ενισχύει τους κραδασμούς του κινητήρα. Σε έναν κινητήρα με τέσσερις ή λιγότερους κυλίνδρους, όπου οι δευτερεύουσες δυνάμεις είναι σχετικά μεγάλες, άξονες ισορροπίας εφαρμόζεται για τον περιορισμό των κραδασμών του κινητήρα.
Ταχύτητα εμβόλου:
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εργασίας, το έμβολο αντιστρέφει την κατεύθυνση της κίνησής του σε ODP και TDC. Σε ODP και TDC η ταχύτητα του εμβόλου είναι μηδέν. Αυτό συμβαίνει επειδή το έμβολο αλλάζει κατεύθυνση σε αυτά τα σημεία. Καθώς το έμβολο μετακινείται από το TDC στο ODP, η ταχύτητα του εμβόλου αυξάνεται. Η ταχύτητα του πρωτεύοντος εμβόλου φτάνει τη μέγιστη τιμή της γύρω στις 90 μοίρες περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα. Αυτό είναι το αποτέλεσμα της θετικής επιτάχυνσης του εμβόλου κατά την καθοδική κίνηση. Ωστόσο, καθώς η γωνία της μπιέλας αυξάνεται, η ταχύτητα του δευτερεύοντος εμβόλου μπαίνει στο παιχνίδι. Η ταχύτητα του δευτερεύοντος εμβόλου σχετίζεται με την κλίση της μπιέλας και προκαλεί πρόσθετη συμβολή στη συνολική ταχύτητα του εμβόλου. Αυτή η δευτερεύουσα ταχύτητα εμβόλου αναγκάζει τη συνολική ταχύτητα του εμβόλου να φτάσει στη μέγιστη τιμή της νωρίτερα από ό,τι θα προκαλούσε μόνο η ταχύτητα του πρωτεύοντος εμβόλου. Αυτό συμβαίνει συνήθως πριν από τη γωνία στροφαλοφόρου άξονα 90 μοιρών. Στο παρακάτω γράφημα βλέπουμε ότι η συνολική ταχύτητα του εμβόλου είναι ήδη μέγιστη στο 75%.
Επιτάχυνση εμβόλου:
Η ταχύτητα του εμβόλου συζητήθηκε στην προηγούμενη παράγραφο. Το γράφημα δείχνει ότι η ταχύτητα του εμβόλου στο TDC και το ODP είναι 0, και η ταχύτητα αυξάνεται και μειώνεται κατά την κίνηση προς τα κάτω και προς τα πάνω. Με την επιτάχυνση εμβόλου εξετάζουμε την επιτάχυνση και την επιβράδυνση του εμβόλου στον κύλινδρο.
Όταν η γωνία στροφάλου είναι 0 μοίρες, το έμβολο βρίσκεται στην κορυφή της διαδρομής του, έτοιμο να ξεκινήσει την καθοδική του κίνηση. Η επιτάχυνση του εμβόλου είναι μέγιστη σε αυτό το σημείο. Αυτό οφείλεται στην απότομη αλλαγή της κατεύθυνσης κίνησης του εμβόλου, από το σταμάτημα στο υψηλότερο σημείο μέχρι την έναρξη της προς τα κάτω κίνησης. Ενώ κινείστε προς το TDC η επιτάχυνση μειώνεται. Η επιτάχυνση του πρωτεύοντος εμβόλου είναι 0 στις 90 μοίρες περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα. Στην προηγούμενη παράγραφο μπορούμε να δούμε ότι η ταχύτητα του εμβόλου μειώνεται ξανά στις 90 μοίρες. Μεταξύ 90 και 180 μοίρες στροφαλοφόρου το έμβολο φρενάρει μέχρι να φτάσει στο TDC. Στο γράφημα βλέπουμε το φρενάρισμα ως αρνητική επιτάχυνση.
Η επιτάχυνση του δευτερεύοντος εμβόλου δημιουργείται και πάλι από την κλίση της μπιέλας. Σε έναν κινητήρα με μπιέλα εκτός άξονα, η μπιέλα βρίσκεται ήδη σε μικρή γωνία όταν το έμβολο βρίσκεται στο TDC. Ως αποτέλεσμα της επιτάχυνσης του δευτερεύοντος εμβόλου, η συνολική επιτάχυνση του εμβόλου αυξάνεται στις πρώτες μοίρες του στροφαλοφόρου άξονα.
Συνολική επισκόπηση της διαδρομής, της ταχύτητας και της επιτάχυνσης του εμβόλου:
Οι προηγούμενες παράγραφοι εξέτασαν τις κύριες, δευτερεύουσες και συνολικές κινήσεις και ταχύτητες για κάθε γράφημα. Σε αυτήν την επισκόπηση βλέπουμε τα σύνολα σε ένα γράφημα.
- Καθώς το έμβολο κινείται προς τα κάτω, το βάρος του εμβόλου αυξάνεται (από 0 σε 180°).
- Το έμβολο έχει αντιστρέψει την κατεύθυνση της κίνησής του μεταξύ της προηγούμενης διαδρομής και της τρέχουσας διαδρομής. Λόγω της ξαφνικής αλλαγής κατεύθυνσης κίνησης, η επιτάχυνση του εμβόλου είναι μέγιστη από 0 βαθμό στροφαλοφόρου άξονα.
- Η ταχύτητα του εμβόλου αυξάνεται σταδιακά, φτάνοντας στο μέγιστο πριν ο στροφαλοφόρος άξονας περιστραφεί κατά 90°.
- Στις 180°, τόσο η ταχύτητα του εμβόλου όσο και η επιτάχυνση του εμβόλου είναι 0.
- Ενώ ανεβαίνουμε στο TDC, τα γραφήματα επιτάχυνσης και ταχύτητας του εμβόλου αντιστρέφονται.
Σχετικές σελίδες:
