Motormatematik

[Ginis]

Visst går det undan!!!
Kolla det här klippet/det finns fler.. Tänk på att kammarna går bara HÄLFTEN så fort som vevaxlen.
http://www.youtube.com/watch?v=nsa6kq-qqIE

 

[Deztallica]

Så är ser det ut på andra sidan samma motor

 

[elwe]

Blev lite nyfiken nu.

Min Suzuki har en slaglängd på 62,6 mm = 0,0626 m vilket innebär att när motorn gått ett varv, så har nedre delen av vevstaken (den som sitter i vevaxeln) gått pi * 0,0626 m = 0,19666 m. När kolven är precis mellan vändlägena kommer kolvhastigheten vara lika stor som hastigheten på nedre delen av vevstaken, och detta är den högsta hastigheten kolven kommer uppnå, och vid 10 000 varv (maxvarv) blir den:
0,19666 * 10 000 = 1967 meter/minut vilket innebär 1967/60 = 33 m/s.

Medelaccelerationen från att kolven är mitt emellan vändlägena på väg nedåt tills att den är i samma läge igen fast på väg uppåt blir då:
Hastighetsändringen är 66 m/s eftersom den först åker med 33 m/s nedåt och sedan samma hastighet uppåt.
Ett helt varv tar (10 000/60)^-1 = 0,006 s, och det halva varv som kolven gör i detta exempel tar då 0,003 s.
a = 66/0,003 = 21852 meter per sekundkvadrat.

Jag vet inte riktigt vad kolven väger, men säg att den väger 0,2 kg. I sådana fall är medelkraften på kolven (och motkraften på vevstaken) under denna tid 21852 * 0,2 = 4370 Newton, vilket motsvarar att man skulle ställa en vikt på ca 450 kg på vevstaken. Så det borde inte vara några problem att balansera två fullstora hojar på vevstaken, eller på kolvbulten med kolven liggandes uppochner på golvet!

Accelerationen på kolven är störst när den står still i nedre vändläget.
Man kan hjälpligt se det genom att anta att rörelsen sammanfaller med en sinusrörelse och derivera denna.
Nu är det inte en ren sinusrörelse för vevaxeln eftersom den tappar fart efter att trycket på kolvtoppen klingar av.
Varvtal är ett medeltal över varvet eftersom vinkelhastigheten inte är konstant över varvet.
Sedan, om man ritar upp geometrin, så ser man att kolvrörelsen och vevaxeln är sammanbundna på ett sätt som ytterligare inför störningar på den rena sinusvågen ...
Det är 30 år sedan jag slutade högskolan, men vill minnas att man hamnade i uttryck som innehöll ø*tan(ø) (vad det nu hette) och fick iterera fram svaret ...
Undrar var mina gamla böcker är

 

[Jörgen Karlsson]

Accelerationen på kolven är störst när den står still i nedre vändläget...

Tvärtom, accelerationen är störst i tdc. Ty där har vevstaksbidraget (sekundära accelerationen) samma tecken som primäraccelerationen.

Se ånyo illustrationen längst ned här för ett bra exempel på hur olika vevstaksförhållanden (rod ratios) förändrar vevstaksbidraget

http://www.epi-eng.com/piston_engine_technology/piston_motion_basics.htm

 

[klippans]

Blev lite nyfiken nu.

Min Suzuki har en slaglängd på 62,6 mm = 0,0626 m vilket innebär att när motorn gått ett varv, så har nedre delen av vevstaken (den som sitter i vevaxeln) gått pi * 0,0626 m = 0,19666 m. När kolven är precis mellan vändlägena kommer kolvhastigheten vara lika stor som hastigheten på nedre delen av vevstaken, och detta är den högsta hastigheten kolven kommer uppnå, och vid 10 000 varv (maxvarv) blir den:
0,19666 * 10 000 = 1967 meter/minut vilket innebär 1967/60 = 33 m/s.

Medelaccelerationen från att kolven är mitt emellan vändlägena på väg nedåt tills att den är i samma läge igen fast på väg uppåt blir då:
Hastighetsändringen är 66 m/s eftersom den först åker med 33 m/s nedåt och sedan samma hastighet uppåt.
Ett helt varv tar (10 000/60)^-1 = 0,006 s, och det halva varv som kolven gör i detta exempel tar då 0,003 s.
a = 66/0,003 = 21852 meter per sekundkvadrat.

Jag vet inte riktigt vad kolven väger, men säg att den väger 0,2 kg. I sådana fall är medelkraften på kolven (och motkraften på vevstaken) under denna tid 21852 * 0,2 = 4370 Newton, vilket motsvarar att man skulle ställa en vikt på ca 450 kg på vevstaken. Så det borde inte vara några problem att balansera två fullstora hojar på vevstaken, eller på kolvbulten med kolven liggandes uppochner på golvet!

Helt Fel!
Vad har pi med saken att göra?
Kolvhastigheten = slaglängd x 2 x varvtal / 60

 

[Two stroke man]

Helt Fel!
Vad har pi med saken att göra?
Kolvmedelhastigheten = slaglängd x 2 x varvtal / 60

Rättade dig

 

[FettSnok]

Alltid intressant att räkna på sina motorer, vad kolven väger vid maxvarv och så vidare... Sen undrar man inte längre om varför man vill låta motorn bli sådär lagom genomvarm innan man ger'na fullt

 

[Grusfalt]

Helt Fel!
Vad har pi med saken att göra?
Kolvhastigheten = slaglängd x 2 x varvtal / 60

Lugn nu, det är inte fel. Det du räknar ut är kolvmedelhastigheten (som Two stroke man påpekade). Kolvens hastighet är 0 både i det övre och nedre dödläget, därför måste ju kolvmaxhastigheten vara större än kolvmedelhastigheten. Pi har med saken att göra eftersom talet hjälper till att ge omkretsen på cirkelbanan som den nedre delen av vevstaken åker runt, och därmed också dess roterande hastighet. Jag antog att den hastigheten var någorlunda samma som kolvens hastighet mitt emellan vändlägena eftersom både kolvens och nedre delen av vevstakens hastighet då har samma riktning. Jörgens länk undersöker dock det hela mycket mer ingående och gör det utan "ungefär".

 

[elwe]

Tvärtom, accelerationen är störst i tdc. Ty där har vevstaksbidraget (sekundära accelerationen) samma tecken som primäraccelerationen.

Se ånyo illustrationen längst ned här för ett bra exempel på hur olika vevstaksförhållanden (rod ratios) förändrar vevstaksbidraget

http://www.epi-eng.com/piston_engine_technology/piston_motion_basics.htm

Mmmmm, men den motorn är lite speciell eftersom cylinderns centrumlinje sammanfaller med vevaxelns centrumlinje ...
Ska se (när jag får tid) om jag kan hitta de beräkningarna som jag tycker mig minnas ...

 

[FettSnok]

Mmmmm, men den motorn är lite speciell eftersom cylinderns centrumlinje sammanfaller med vevaxelns centrumlinje ...

är den verkligen det? Båda varianterna är väl rätt frekvent förekommande. Eller så kan man lägga offset på kolvbulten.

 

[bensinskalle]

Mmmmm, men den motorn är lite speciell eftersom cylinderns centrumlinje sammanfaller med vevaxelns centrumlinje ...
Ska se (när jag får tid) om jag kan hitta de beräkningarna som jag tycker mig minnas ...

Mja, de flesta motorer ser väl ut så, så det är väl inte den som är speciell

 

[G-L]

Mja, de flesta motorer ser väl ut så, så det är väl inte den som är speciell

För att minska belastningen på stake, kolv(-bult) och vevlager sitter grejerna ofta med en liten förskjutning. Fyndigt...

 

[Jörgen Karlsson]

Mmmmm, men den motorn är lite speciell eftersom cylinderns centrumlinje sammanfaller med vevaxelns centrumlinje ...
Ska se (när jag får tid) om jag kan hitta de beräkningarna som jag tycker mig minnas ...

Vevstaksbidraget överstiger tyvärr vida effekten av såväl normal cylinderoffset som normal kolvbultsoffset. Det fodras vevstakslängd som går mot oändligheten för att accelerationen vid TDC ska konvergera mot accelerationen vid BDC.

Ett pedagogiskt exempel är att tänka sig vad som händer när vevtappen roterar från BDC (180) till 270. Dels har vevtappen rört sig halva sträckan uppåt, men den har också fört ut storändan i sidled en sträcka motsvarande halva slaglängden. Kolven har således inte rört sig halva vertikala sträckan, utan blott halva slaglängden minus "vevstaksfelet".

Det som händer från 270 till TDC, är doc att båda dessa bidrag får samma rikting. Dvs kolven ska dels stanna upp vid TDC men innan dess tillryggalägga dels andra halva slaglängden, dels vevstaksfelet. Det är denna assymetri som gör att dwelltime vid TDC är mindre än vid BDC. Och att accelerationen vid BDC ofta är blott 50-70% av den vid TDC (beroende på vevstaksförhållandet (rod ratio:n))

 

[Jörgen Karlsson]

För att minska belastningen på stake, kolv(-bult) och vevlager sitter grejerna ofta med en liten förskjutning. Fyndigt...

Precis.
Kolvbulten förskjuts ofta mot kolvens trycksida, speciellt vid låg rod ratio (korta stakar i förh till slaget). Fördelen med en sådan kolvbultsoffset är att man jämnar ut snärten vid TDC, genom att låta kolven nå TDC ngt före den oscillerande (fram- och återgående) delen av vevstaken når TDC.

Av samma orsak bidrar kolvbultsoffseten till att kolven byter sida i loppet mjukare.
Nackdelen med kolvbultsoffset är dock att det ytterligare ökar vevstaksvinkeln under förbränningstakten, och därmed även sidokraften på kolven.

Hög rod ratio är därför bra för slitstyrka och varvtålighet, men nacdelen är att motorn blir högre, och att dwelltime vid för hög rod ratio blir så stor att (bensin)motorn kan bli knackbegränsad. Det sistnämnda pga av att kolven lämnar TDC så långsamt att tryckuppbyggnaden blir för stor.

På min nya motor planerar jag 4 1/8" i slag och 8" stakar, det ger en rod ratio på 1.93.

 

[Skrotnisse]

Länge ansåg man att en motor inte kunde varva mer än 3600 (eller var det 3200) varv i minuten.
Låter löjligt.
Men det räcker att titta på en öppen ventilmekanism eller ett tändstift vid det varvtalet för att inse att det borde vara omöjligt att varva mer.

 

[G-L]

Humlans flygförmåga...

Likadant med helikopetrar och avancerade mc-motorer: Man får nöja sig med att det funkar. Grubblar man för mycket hamnar man på hispan till slut alternativt blir en verklig motor-guru, typ Jörgen o många andra här.

 

[Jörgen Karlsson]

Humlans flygförmåga...

Likadant med helikopetrar och avancerade mc-motorer: Man får nöja sig med att det funkar. Grubblar man för mycket hamnar man på hispan till slut alternativt blir en verklig motor-guru, typ Jörgen o många andra här.

Jag fattar ingenting heller.

Översta kolvringen tex: hett som helvet, högt tryck (högre än förbränningstrycket) mot cylinderväggen, just ingen oljefilm alls, hög hastighet följd av stopp och smörjfilmsgenombrott två ggr per vevaxelvarv, förbränningsrester och sotpartiklar. Det borde skära fortare än ett grisblink. Sjuka grejer.
Människor är enklare att förstå sig på.

 

[Skrotnisse]

Jag fattar ingenting heller.

Översta kolvringen tex: hett som helvet, högt tryck (högre än förbränningstrycket) mot cylinderväggen, just ingen oljefilm alls, hög hastighet följd av stopp och smörjfilmsgenombrott två ggr per vevaxelvarv, förbränningsrester och sotpartiklar. Det borde skära fortare än ett grisblink. Sjuka grejer.
Människor är enklare att förstå sig på.

Jag utgår ifrån att du menar lite allvar.
Det är inte jättesvårt att förstå hur det funkar i teorin.
Men när man ser det i verkligheten så börjar man tvivla.
Jag kan fortfarande bli fascinerad av en stroboskoplampa till tändningsinställning.
Redan vid ganska låga varv, så lyser den med ett hyfsat stadigt sken.
När man använder den, så är det exact.
Mindfuck.

 

[elwe]

Vevstaksbidraget överstiger tyvärr vida effekten av såväl normal cylinderoffset som normal kolvbultsoffset. Det fodras vevstakslängd som går mot oändligheten för att accelerationen vid TDC ska konvergera mot accelerationen vid BDC.

Ett pedagogiskt exempel är att tänka sig vad som händer när vevtappen roterar från BDC (180) till 270. Dels har vevtappen rört sig halva sträckan uppåt, men den har också fört ut storändan i sidled en sträcka motsvarande halva slaglängden. Kolven har således inte rört sig halva vertikala sträckan, utan blott halva slaglängden minus "vevstaksfelet".

Det som händer från 270 till TDC, är doc att båda dessa bidrag får samma rikting. Dvs kolven ska dels stanna upp vid TDC men innan dess tillryggalägga dels andra halva slaglängden, dels vevstaksfelet. Det är denna assymetri som gör att dwelltime vid TDC är mindre än vid BDC. Och att accelerationen vid BDC ofta är blott 50-70% av den vid TDC (beroende på vevstaksförhållandet (rod ratio:n))

Menar du på fullt allvar att jag minns fel?!?

I början av 70-talet så var det gokart-motorerna som var mest trimmade. De hade då det problemet att om tändningen eller bensintillförseln fallerade vid fullvarv så var risken överhängande att vevstaken helt enkelt drogs av pga bortfallet av förbränningstrycket. Det indikerar att det faktiskt är högre påkänningar vid TDC även om nu drag är en vanligare haveriorsak än tryck ...
Ibland är det dock så att det är trycket som mosar materialet och draget som avslutar jobbet. Ett kugghjul, t ex, har störst påkänningar i roten på trycksidan. Det innebär att man har olika dimensioneringsfilosofier om en kuggväxel alltid roterar åt ett håll, jämfört med om den roterar åt båda under last.

Är förresten krafterna i länkens exempel uppmätta eller teoretiska?
Gissar att man i det senare fallet inte tagit hänsyn till vinkelhastighetens gradient som gör att vevaxelns vinkelhastighet är lägre efter BDC ...
Skulle man försöka så hamnar man i ett besvärligt läge eftersom gradienten beror på friktionen.
Friktionskoefficienter för ett specifikt fall kan inte beräknas och inte mätas eftersom den ändrar sig hela tiden pga mängden av påverkande parametrar. Det finns därför bara ett sätt att bestämma en friktionskoefficient för ett specifikt fall.
Friktionskoefficienter bestäms på möten.

 

[elwe]

Dubbelpost pga av nån databas ...