活塞行程、速度和加速度

翁德沃彭：

介绍
主要和次要活塞运动
活塞速度
活塞加速度
活塞行程、速度和加速度的完整概述

内嵌：
活塞的上下（平移）运动通过曲柄连杆机构转换为旋转运动。活塞沿直线上下运动。这称为主活塞运动。然而，连杆不仅可以上下移动，还可以横向移动。由于连杆的横向运动，活塞将移动稍大的距离。除了距离增加之外，活塞此时也达到了最高运动速度。这个额外的距离称为二次活塞运动。

该图显示了活塞的运动。顶部蓝色活塞指示 TDC（上止点）所在位置。右中的蓝色活塞表示主活塞运动的距离（即连杆尚未倾斜的距离）。下方的红色活塞表示曲轴旋转和连杆倾斜产生的额外距离；这是二次活塞运动。

当曲轴旋转90度时，活塞的运动速度达到最高。辅助活塞运动可确保行驶更远的距离。通过将次要运动的距离与主要运动的距离相加，可以确定活塞行进的总距离。

曲柄轴颈的长度与连杆的长度之比决定了二次运动的大小。次级活塞运动也对活塞速度和活塞加速度有影响。

主要和次要活塞运动：
主活塞运动和辅助活塞运动在本节的图表中显示为行进距离。主活塞运动和副活塞运动的总和是总活塞运动。下面解释总活塞路径的结构。

主活塞运动：
TDC 到 TDC 方向上的力以及从 ODP 到 TDC 的力共同引起曲轴每转一圈发生一次的振动。这就是为什么这个力也被称为主要力。主要力产生主要运动。

主活塞运动在曲轴旋转 0° 时为 0，在 180° 时也为 0；
如果我们专门观察主活塞运动，曲轴旋转 90° 时，活塞位于冲程的一半（也是气缸的一半），即 90 毫米。

二级活塞运动：
连杆的横向运动提供了辅助活塞运动。曲柄销与连杆长度之间的比率越大，辅助力越大，因此辅助运动也越大。

在 TDC 处，辅助运动为 0；
曲轴旋转 90° 时，二次运动最大；
我们将二次运动期间活塞所经过的距离添加到主要运动中。这是活塞实际行进的路径。

实际活塞运动：
实际的活塞运动由主活塞运动和副活塞运动之和形成。这在图中可以理解为“总计”。

在曲轴转动 90 度之前，活塞已经完成其在气缸中的冲程的一半。在图中，我们看到活塞以 110 度移动了 90 毫米。这是总中风的 61%；
曲柄轴颈的长度以及曲柄连杆比（通常称为 lambda）决定了次级活塞行程，从而决定了总活塞行程。

次级活塞运动放大了发动机振动。在具有四个或更少气缸的发动机中，二次力相对较大，平衡轴用于限制发动机振动。

活塞速度：
工作过程中，活塞在ODP和TDC处反转其运动方向。在 ODP 和 TDC 处，活塞速度为零。这是因为活塞在这些点改变方向。当活塞从 TDC 移动到 ODP 时，活塞速度增加。主活塞速度在曲轴旋转 90 度左右达到最大值。这是活塞在向下运动过程中正加速的结果。然而，随着连杆角度的增加，辅助活塞速度开始发挥作用。第二活塞速度与连杆的倾斜有关，并对总活塞速度产生额外的影响。该副活塞速度使得总活塞速度比单独的主活塞速度更快地达到其最大值。这通常发生在 90 度曲轴角之前。在下图中，我们看到总活塞速度已经达到最大值，约为 75%。

活塞加速度：
活塞速度已在上一段中讨论过。图中显示，活塞在TDC和ODP处的速度为0，并且在向下和向上运动过程中速度增大和减小。通过活塞加速度，我们可以看到活塞在气缸中的加速度和减速度。

当曲柄角为 0 度时，活塞位于其冲程的顶部，准备开始向下运动。此时活塞加速度最大。这是由于活塞运动方向突然改变，从停止在最高点到开始向下运动。当向 TDC 移动时，加速度减小。曲轴旋转 0 度时主活塞加速度为 90。在上一段中我们可以看到活塞速度在 90 度时再次降低。在 90 到 180 曲轴度之间，活塞制动直至到达上止点。在图中，我们将制动视为负加速度。

第二活塞加速度再次由连杆的倾斜产生。在具有离轴连杆的发动机中，当活塞位于上止点时，连杆已经处于一个小角度。由于第二活塞加速度，总活塞加速度在第一曲轴度数中增加。

活塞行程、速度和加速度的总体概述：
前面的段落讨论了每个图表的主要、次要和总体运动和速度。在此概述中，我们在一张图表中看到总数。

当活塞向下运动时，活塞重量增加（从0°到180°）；
活塞在前一个冲程和当前冲程之间反转了其运动方向。由于运动方向突然改变，活塞加速度从0曲轴度开始最大；
活塞速度逐渐增加，在曲轴旋转90°之前达到最大值；
180°时，活塞速度和活塞加速度均为0；
当向上移动到上止点时，活塞加速度和速度图表相反。