Калькулятор скорости поршня

Скорость поршня — практический показатель механической напряжённости поршневого двигателя. Коленвал вращается, а поршень многократно разгоняется из состояния покоя в верхней мёртвой точке, достигает высокой линейной скорости около середины хода, снова останавливается в нижней мёртвой точке и меняет направление. Калькулятор использует ход и обороты в минуту, чтобы описать это движение в метрах в секунду, а затем длину шатуна для оценки особенно высокого ускорения около верхней мёртвой точки. Чаще всего сравнивают среднюю скорость поршня. За один оборот коленвала поршень проходит полный ход вниз и полный ход вверх, то есть удвоенную длину хода. Поэтому средняя скорость равна удвоенному ходу в метрах, умноженному на RPM и делённому на шестьдесят. Это средняя пройденная дистанция за единицу времени, а не мгновенная скорость при конкретном угле коленвала. Двигатели с сильно различающимися диаметром цилиндров, их числом или рабочим объёмом могут иметь одинаковую среднюю скорость поршня при одинаковом произведении хода и RPM. Отображаемая максимальная скорость использует приближение простого гармонического движения: пи, умноженное на ход и RPM и делённое на шестьдесят. Это примерно пи пополам от средней скорости. Конечная длина шатуна делает реальное движение кривошипно-ползунного механизма асимметричным, смещает точный пик скорости относительно девяноста градусов поворота коленвала и слегка меняет его величину. Приближение удобно для быстрых сравнений, но подробный анализ напряжений, трения и газообмена требует расчёта полной геометрии механизма на протяжении цикла. Пиковое ускорение в верхней мёртвой точке оценивается по радиусу кривошипа, угловой скорости и отношению шатуна к кривошипу. Угловая скорость равна двум пи, умноженным на RPM и делённым на шестьдесят. Формула для ВМТ умножает радиус кривошипа на квадрат угловой скорости и поправку, основанную на отношении радиуса кривошипа к длине шатуна. Поскольку ускорение растёт пропорционально квадрату RPM, небольшое повышение оборотов может значительно увеличить инерционные нагрузки на поршень, палец, шатун, подшипники и коленвал. Отношение шатуна к кривошипу — это длина шатуна, делённая на радиус кривошипа, равный половине хода. Большое отношение уменьшает наклон шатуна и эффекты движения второго порядка, но может увеличить высоту и массу двигателя. Малое отношение позволяет компактно разместить длинный ход, однако обычно повышает боковую силу и асимметрию ускорений между верхней и нижней половинами хода. Одна лишь средняя скорость поршня не определяет безопасный предел RPM. Важны материалы, масса поршня, прочность шатуна и крепежа, смазка, температура, давление сгорания, балансировка, работа клапанного механизма и требуемый ресурс. Используйте калькулятор для сравнения сочетаний и понимания тенденций, а при проектировании или доработке двигателя опирайтесь на подтверждённые пределы деталей и полный динамический анализ.