Смещение поршневого пальца: Повреждения на фиксаторах поршневых пальцев · Technipedia · Motorservice

Повреждения на фиксаторах поршневых пальцев · Technipedia · Motorservice

Установки

Назад к поиску

Информация о диагностике

Почему ломается поршневой палец и бобышка поршня? Отверстие для пальца в области упорных колец также повреждено под действием ударов? Кроме того, повреждены концы отверстий для пальца с обеих сторон поршня? Видно ли бочкообразный износ торцевой поверхности поршня? Объяснение возможных причин приводится в этой статье.

Общая информация о повреждениях на стопорах поршневых пальцев

Для фиксации поршневого пальца используются проволочныепружинные замковые кольца или так называемые кольца Зегера. Кольца обоих видов могут поломаться или выскочить из канавки поршня, или же они могут быть выбиты.

Поломка упорных колец или отламывание концов колец связаны с чрезмерной нагрузкой или ненадлежащим выполнением работ при установке упорных колец. Упорные кольца подвергаются нагрузке в осевом направлении только в том случае, если поршневой палец принудительно выполняет осевое движение. Это происходит тогда, когда из-за несоосного шатуна или качающегося, большей частью асимметричного шатуна ось поршневого пальца и ось коленчатого вала выводятся из параллельного положения. Поршневой палец быстро, попеременно ударяет о стопоры поршневого пальца и постепенно выталкивает их из канавки. Затем они дальше прижимаются к рабочей поверхности цилиндра и истираются. В конце концов упорные кольца ломаются. Обломки колец защемляются между поршнем и цилиндром. Некоторые обломки под действием силы инерции перебрасываются в разные стороны в выемках бобышек поршней и вызывают там значительную эрозию материала. Нередко обломки попадают также через внутреннее отверстие поршневого пальца на другую сторону поршня, вызывая там сильные повреждения.

Повреждения поршней из-за поломанных стопоров поршневых пальцев

Описание повреждения 1

Рис. 1

Рис. 2

• На обеих сторонах поршня концы отверстия для пальца сильно повреждены, отчасти вплоть до зоны колец (рис. 1).
• Упорное кольцо выскочило из канавки для упорного кольца и сломалось.
• Второе упорное кольцо повреждено.
• Поршневой палец выходил наружу до рабочей поверхности цилиндра из-за отсутствия стопора поршневого пальца.
• Бочкообразный износ торцевой поверхности поршневого пальца в результате длительного контакта с рабочей поверхностью цилиндра (рис. 2).
• Несимметричное пятно контакта поршня.

Описание повреждения 2

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

• Несимметричное пятно контакта поршня (рис. 4).
• Поломанные бобышка поршня и поршневой палец (рис. 5 и 6).
• Отверстие для пальца в области упорных колец повреждено под действием ударов.

Оценка повреждения

Стопоры поршневых пальцев, выполненные в виде проволочных пружинных замковых колец или колец Зегера, во время эксплуатации выдавливаются или выбиваются только в результате осевого смещения поршневого пальца.

Условием для этого является их правильная установка и отсутствие у них повреждений. Поперечное ускорение поршневого пальца возникает всегда в том случае, если ось поршневого пальца не параллельна оси коленчатого вала. Это обычно имеет место тогда, когда из-за изогнутого шатуна возникает сильное наклонное положение поршня. В результате этого во время хода поршня происходит переменное осевое смещение, из-за которого выбивается упорное кольцо. Выскочившее упорное кольцо защемляется между выходящим наружу поршневым пальцем, поршнем и рабочей поверхностью цилиндра.

Там оно подвергается износу и в конце концов ломается на несколько частей. В течение очень короткого времени обломки разрушают материал поршня под действием своей силы инерции во время движения поршня вверх и вниз (рис. 2). Отдельные обломки перемещаются через пустотелый поршневой палец и вызывают также на противоположной стороне поршня соответствующие повреждения.

Bозможныe причины

• Осевое смещение поршневого пальца при работе двигателя в результате:
  • изгиба или скручивания шатуна.
  • косо просверленного отверстия в головке шатуна (непараллельность осей).
  • расположения оси цилиндра не перпендикулярно оси коленчатого вала.
  • слишком большого люфта шатунного подшипника, особенно в случае асимметричных шатунов.
  • расположения шатунной шейки не параллельно оси коленчатого вала (ошибка при обработке).
• Использование старых или поврежденных упорных колец.
• Ненадлежащий монтаж упорных колец.

Ключевые слова
:

поршень

,

поршневое кольцо

,

комплект поршневых колец

,

поршневой палец

,

зазор поршневого кольца

,

кольцевая канавка

,

бобышка поршня

Группы продуктов
:

Поршни и компоненты

Группы продуктов на ms-motorservice.

com

Это вас тоже могло бы заинтересовать

Информация о диагностике

Повреждения поршней и их причины

Только для специалистов. Мы сохраняем за собой право на изменения и несоответствие рисунков. Информацию об идентификации и замене см. в соответствующих каталогах или в системах, основанных на TecAlliance.

Использование куки и защита данных

Группа Motorservice использует на Вашем устройстве файлы куки с целью оптимального оформления и постоянного улучшения своих веб-страниц, а также в статистических целях.
Здесь Вы найдете дополнительную информацию об использовании куки, наши Выходные данные и Указания по защите персональных данных.

Нажатием кнопки «OK» Вы подтверждаете, что Вы приняли к сведению информацию о файлах куки, заявление о защите данных и выходные данные. Ваши настройки в отношении файлов куки для данного веб-сайта Вы можете изменитьв любое время [ссылка]

Установки приватности

Мы придаем большое значение прозрачности в вопросе защиты персональных данных. На наших страницах Вы получите точную информацию о том, какие настройки Вы можете выбрать и какие функции они выполняют. Выбранную Вами настройку Вы можете изменить в любое время. Независимо от выбранной Вами настройки, мы не будем определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах). Информацию об удалении файлов куки Вы найдете в справке Вашего браузера. Дополнительная информация приводится вЗаявлении о защите данных.

Измените свои настройки приватности путем нажатия на соответствующие кнопки

• Необходимость
• Комфорт
• Статистика

Необходимость

Файлы куки, необходимые для работы веб-сайта, обеспечивают его надлежащее функционирование. При отсутствии файлов куки возможно появление ошибок и сообщенийоб ошибках.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять настройки, выполненные Вами на данном сайте.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.
• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Комфорт

Файлы куки делают посещение Вами веб-сайта более удобным и комфортным, сохраняя, например, определенные настройки, чтобы Вам не приходилось заново выполнятьих каждый раз при посещении сайта.

Данный веб-сайт будет выполнять следующее:

• сохранять файлы куки, необходимые для работы веб-сайта.
• сохранять Ваши настройки, например, выбор языка или баннер куки, чтобы Вы не выполняли их заново.

При этой настройке данный веб-сайт ни в коем случае не будет выполнять следующее:

• анонимно анализировать посещаемость нашего веб-сайта и использовать эту информацию для его оптимизации.
• определять Вашу личность (за исключением тех случаев, когда Вы однозначно ввели свои данные, например, в контактных формах).

Разумеется, что мы всегда согласны с настройкой Do Not Track (DNT) Вашего браузера. В этом случае не устанавливаются отслеживающие файлы куки и не загружаются функции отслеживания.

Повреждения на стопорах пальцев | Официальный сайт Камского Моторного Завода

Общие сведения о повреждениях на стопорах поршневых пальцев

Для фиксации поршневого пальцев используются проволочные пружинные кольца или так называемые кольца Зегера. Оба исполнения могут поломаться при эксплуатации или выйти из канавки поршня или могут быть выбиты.

Стопорные кольца или концы колец всегда отламываются в результате перегрузки или ненадлежащего обращения при вставке стопорных колец.

Стопорные кольца подвергаются нагрузке в осевом направлении только в том случае, если поршневой палец принудительно выполняет осевое движение.

Несоосность шатуна или качающийся, большей частью несимметричный, стержень шатуна выводит ось поршневого пальца и ось вала поршня из параллельного положения и вызывает именно такие осевые движения пальца.

Поршневой палец очень быстро попеременно ударяет о стопоры поршневого пальца и постепенно выталкивает их из канавки. Затем они дальше прижимаются к рабочей поверхности цилиндра и истираются. В конце концов, стопорные кольца ломаются.

Частицы заклиниваются между поршнем и цилиндром или толкаются туда и обратно динамическими силами в выемке бобышек поршневого пальца и вызывают там значительное вымывание материала. Нередко обломки попадают также через внутреннее отверстие поршневого пальца на другую сторону поршня и сильно повреждают его.

Повреждения поршней из-за поломанных стопоров пальцев

Описание повреждения I

На обеих сторонах поршня концы отверстия пальцев сильно изношены. Повреждения распространяются отчасти вверх до участка колец (рис. 1).

При демонтаже поршней в выточке для стопорного кольца не было стопорного кольца. Он выскочил в работе и поломался.

Второе стопорное кольцо повреждено, но при демонтаже поршней оно еще находилось в выточке. Поршневой палец в работе выходил наружу до рабочей поверхности из-за отсутствия стопора пальца.

Очевидно палец своей торцевой стороной долгое время имел контакт с рабочей поверхностью цилиндра. Из-за этого торцевая сторона имеет бочкообразную поверхность от износа (рис. 3).

Поверхность поршня выполнена крайне несимметрично.

Описание повреждения II

В этом случае перемещение под наклоном также привело к выбиванию стопора пальца. Из-за перемещения поршня в цилиндре под наклоном и односторонней нагрузки поршневого пальца последний поломался (рис. 6) и вслед за этим также поломался поршень (рис. 5). На рис. 4 очень четко показана асимметричная поверхность как следствие движения поршня в цилиндре под наклоном.

Оценка повреждения

Стопоры пальцев, выполненные в виде проволочных пружинных колец или колец Зегера, в работе выталкиваются или выбиваются только в результате осевого смещения поршневого пальца.

Предпосылкой является их правильная вставка и отсутствие повреждений. Осевое смещение в поршневом пальце возникает всегда в таком случае, если в работе ось поршневого пальца не параллельна оси вала коленчатого вала. Это обычно имеет место в том случае, если из-за изогнутого шатуна возникает сильное наклонное положение поршня.

В результате этого в ходах возникает переменное осевое смещение, от которого стопорное кольцо, находящееся в основном направлении давления, все-таки выбивается из выточки.

Выскочившее стопорное кольцо заклинивается между выходящим наружу поршневым пальцем, поршнем и рабочей поверхностью цилиндра. Вследствие износа оно ломается на несколько частей.

Как показано на рис. 2, частицы разрушают материал поршня во время его хода вверх и вниз своими динамическими силами в течение очень короткого времени.

Отдельные обломки при этом перемещаются через пустотелый поршневой палец и вызывают на противоположной стороне поршня также соответствующие повреждения.

Возможные причины повреждения

осевое смещение поршневого пальца в работе двигателя в результате:

• прогиба или скручивание шатуна
• косо просверленных бобышек шатунов (непараллельность осей)
• косо расточенных цилиндров
• слишком большого зазора шатунов, особенно в сочетании с асимметричными стержнями шатунов
• использование изношенных или поврежденных стопорных колец.
• ненадлежаще установленные стопорные кольца.

Понимание длины штока, высоты сжатия поршня и хода коленчатого вала

Внутренняя часть двигателя представляет собой непостоянную экосистему, где каждый компонент напрямую влияет на другой. Длина штока, ход коленчатого вала и высота сжатия поршня являются тремя переменными, которые являются ключевыми для выбора идеального вращающегося узла. Вот глубокое погружение в их определение и эффекты.

Взаимосвязь между длиной шатуна, высотой сжатия поршня и степенью сжатия часто понимается неправильно, в основном из-за неправильного использования термина «сжатие». Честно говоря, его, вероятно, вообще не следует применять к поршневой терминологии, за исключением случаев, когда он относится к объему поверхности днища поршня. Сжатие — это термин, связанный с объемом, который относится к степени сжатия. Он не имеет никакого отношения к механической связи, создаваемой определенным ходом коленчатого вала и расстоянием между центрами шатуна, или положением штифта, благодаря которому головка поршня практически совмещается с верхней частью отверстия.

Если вы изучите прилагаемую диаграмму, вы заметите, что существует четыре основных размера, определяющих взаимосвязь кривошипа, штока и поршня.

Мы часто говорим, что двигатель имеет определенную степень сжатия, например, 10:1. Но это неуместное использование, когда речь идет о механическом взаимодействии хода кривошипа и длины штока. Высота штифта является предпочтительным термином, и вы можете увидеть взаимосвязь на приведенной выше иллюстрации. При фиксированной длине хода изменение длины штока влияет на две вещи, ни одна из которых не влияет на степень сжатия. Он определяет необходимую высоту штифта, чтобы головка поршня находилась на одном уровне с поверхностью блока в ВМТ. Это также влияет на скорость подхода и выхода поршня относительно ВМТ и, в некоторой степени, на время пребывания поршня в ВМТ.

 Ключевые размеры двигателя 

• Высота блока блока
• Длина хода
• Длина стержня от центра до центра
• Высота штифта

Ход кривошипа, шатун и поршень должны соответствовать размеру высоты блока так, чтобы платформа поршня находилась почти заподлицо с поверхностью платформы в ВМТ. Поскольку ход кривошипа вращается вокруг своего собственного центра на коренном подшипнике, вы можете видеть, что используется только половина длины хода, когда поршень находится в ВМТ. Остальное расстояние занимает длина штока и высота штифта поршня. Таким образом, окончательный размер узла возвратно-поступательного движения рассчитывается как:

½ длины хода + длина штока + высота штифта

Поскольку высота блока фиксирована в пределах узкого окна, доступного для фрезерования палубы, комбинация длины хода, длины штока и высоты штифта должна в сумме давать одинаковую высоту с небольшим допуск на желаемую высоту деки и зазор между поршнем и головкой цилиндра, который также включает толщину прокладки. Распространенной практикой в ​​кругах производительности является нулевая колода блока. Это означает, что комбинация половины длины хода, длины штока и высоты штифта равна фиксированной высоте блока. Плоская часть верхней части поршня точно совпадает с поверхностью деки блока. Это вынуждает производителя выбирать соответствующую толщину сжатой прокладки для контроля зазора между поршнем и головкой. Неудивительно, что большинство прокладок головки блока цилиндров имеют размер 0,039.- до 0,042 дюйма толщиной при сжатии. Общепринятый минимальный зазор между поршнем и головкой со стальными шатунами составляет 0,035 дюйма.

Более длинные стержни неизменно перемещают штифт в более высокое положение в поршне, где он пересекает канавку маслосъемного кольца. Производители поршней, такие как Diamond, предлагают простое решение с опорной планкой маслосъемного кольца. Опорные рельсы отлично справляются со своей задачей и позволяют использовать поршень очень малой высоты.

Длина хода почти всегда выбирается первой, поскольку она связана с комбинацией диаметра и хода для желаемого рабочего объема. Длина стержня обычно указывается следующей в зависимости от применения. Теория по этому поводу широко обсуждается и часто противоречива, но, как правило, обычно выбирают более короткие штоки, чтобы обеспечить более быстрое отклонение от ВМТ, когда поршень начинает опускаться в отверстие. Это открывает большее пространство для заполнения цилиндра быстрее, так что система впуска с высокой скоростью может начать заполнение цилиндра быстрее. Он часто используется для улучшения отклика дроссельной заслонки в приложениях, которые часто дросселируются.

Поршни с более короткими штоками быстрее приходят в ВМТ и не задерживаются надолго, а быстро уходят. Поршень достигает максимальной скорости раньше и при меньшем угле поворота коленчатого вала, что уменьшает воздействие объема цилиндра в точке максимального перепада давления. Для обеспечения оптимальной эффективности в этих условиях требуется соответствующая синхронизация впускных клапанов. Поскольку поршень быстрее достигает максимальной скорости, впускной клапан может открываться раньше, чтобы воспользоваться перепадом давления в цилиндре. В этой точке открывается меньший общий объем цилиндра, но раннее начало потока будет толкать поршень вниз по каналу ствола, поскольку объем воздействия быстро увеличивается. Обычно это называют тем, что поршень сильнее дергает заряд из-за его повышенного ускорения.

Более длинные штоки могут улучшить коэффициент хода штока, уменьшая осевую нагрузку на поршень. Популярным заблуждением является то, что длина штока влияет на смещение, а на самом деле это не так. Только диаметр цилиндра и ход коленчатого вала влияют на рабочий объем двигателя.

Во многих гоночных двигателях используются более длинные шатуны, что позволяет уменьшить вес поршня, положительно влияя на форму и положение кривой крутящего момента, а также на эффективность сгорания. Для более длинных штоков обычно требуются более короткие и легкие поршни. Это толкает пакет колец выше на поршень. В обычных аспирационных установках строители ценят это, потому что им нравится перемещать пакет колец вверх, чтобы облегчить возвратно-поступательный узел, улучшить стабильность поршня и свести к минимуму несгоревшие газы в объеме щели над верхним кольцом. Тем не менее, более длинные штоки в системах с наддувом могут быть проблематичными, поскольку в системах с наддувом необходимо сместить пакет колец вниз по поршню, чтобы отодвинуть его от чрезмерного нагрева. Более длинные штоки затрудняют выполнение этой задачи, поскольку отверстие под палец пересекает канавку маслосъемного кольца. Во многих случаях более короткий шток может быть указан для приложений с наддувом, потому что давление наддува снижает потребность в критических соотношениях настройки шток/ход, необходимых для эффективной работы без наддува.

По сути, шатуны являются дополнительным компонентом настройки двигателя для соревнований. Поскольку длина штока (от центра к центру) варьируется, это влияет на движение поршня, поэтому его можно использовать в качестве инструмента настройки. Влияя на ускорение и скорость поршня, он определяет скорость, с которой создается перепад между атмосферным давлением (над карбюратором) и давлением в цилиндре во время такта впуска. Соответственно, он влияет на основные составляющие уравнения VE, то есть на поперечное сечение впускного и выпускного трактов, синхронизацию клапанов и оптимальную точку воспламенения.

Этот размер блока от центральной линии основного отверстия определяет окончательную длину пакета кривошипа, штока и поршня в сборе. Это включает в себя длину штока, половину длины хода и высоту штифта. Длину стержня и высоту штифта можно варьировать в зависимости от применения, но окончательный размер всегда определяется высотой блока.

Более быстрое воздействие атмосферного давления улучшает наполнение цилиндров, и, таким образом, при условии VE размеры впускного тракта и синхронизация клапанов имеют соответствующие размеры и синхронизируются. Важно понимать, что ускорение и скорость поршня равны нулю в ВМТ и НМТ. Во всех промежуточных точках ускорение и скорость определяются длиной стержня. При любой заданной длине штока поршень достигает максимальной скорости в точной точке хода относительно угла поворота коленчатого вала, где ось штока равна 90° к ходу кривошипа (обычно около 70-75° угла поворота кривошипа). Эта точка представляет собой самую высокую скорость падения давления в цилиндре и тесно связана с синхронизацией впускного клапана для оптимального наполнения цилиндра.

После выбора длины стержня уравнение состоит из двух частей. Поскольку длина штока и ход теперь фиксированы, высота штифта остается переменной. Чтобы найти необходимую высоту штифта, сложите длину стержня и половину хода и вычтите результат из высоты настила блока. Блоки, которые не были деформированы, обычно обеспечивают фактор выдумки около 0,020 дюйма. Это часто удаляется, когда блок имеет нулевую деку, чтобы соответствовать днищу поршня. На этом этапе строитель может оценить доступное место для пакета колец и определить, не повлияет ли более длинный стержень отрицательно на расположение кольца.

Хотя эти поршни выглядят почти одинаково, поршень слева рассчитан на более длинный шток (или ход поршня). Это видно из-за более короткой высоты компрессии, т.е. штифт на запястье выточен ближе к коронке.

Обратите внимание, что ничто из этого не влияет на степень сжатия. Головка поршня по-прежнему останавливается на поверхности деки блока, таким образом, пространство сгорания (объем) над ней остается неизменным, если вы не измените толщину прокладки головки блока цилиндров. Степень сжатия можно изменить только за счет увеличения или уменьшения объема камеры сгорания над поршнем в ВМТ. И, поскольку отношения механически фиксированы, динамическая степень сжатия может зависеть только от синхронизации кулачка.

Вы можете использовать калькулятор на веб-сайте Diamond, чтобы подсчитать все эти цифры и определить наилучшую комбинацию для вашего приложения. При заказе поршней ваш технический представитель также может помочь вам подобрать наилучшую комбинацию. Технический специалист также может помочь вам с размещением пакета колец, чтобы избежать проблем с предохранительными клапанами. Существует несколько способов упаковки этих компонентов в зависимости от требований вашего приложения, и технические специалисты будут держать вас в необходимых пределах, чтобы защитить ваши инвестиции.

Stroker Наука о двигателестроении: скорость поршня, угол штока и увеличенный рабочий объем, объясненные Wiseco

Интенсивный взгляд на ход коленчатого вала и его влияние на среднюю скорость поршня, инерцию и контроль огромных разрушительных сил, действующих внутри двигателя.

Производители двигателей уже давно рассчитывают среднюю скорость поршня своих двигателей, чтобы определить возможную потерю мощности и опасные пределы оборотов. Это математическое упражнение было особенно важно при увеличении полного рабочего объема с помощью коленчатого вала с поршнем, потому что средняя скорость поршня будет увеличиваться по сравнению со стандартным ходом, работающим при тех же оборотах в минуту.

Но что, если бы была другая динамика двигателя, которая могла бы дать строителям лучшее представление о долговечности возвратно-поступательного узла?

На видео выше показаны два двигателя, один с короткоходным коленчатым валом, а другой со значительно более длинным ходом. Обратите внимание, что оба поршня достигают ВМТ и НМТ одновременно, но поршень в двигателе с более длинным ходом поршня (слева) должен двигаться значительно быстрее.

«Вместо того, чтобы сосредотачиваться на средней скорости поршня, обратите внимание на влияние силы инерции на поршень», — предлагает Дэйв Фасснер, руководитель отдела исследований и разработок K1 Technologies.

Давайте сначала рассмотрим определение средней скорости поршня, также называемой средней скоростью поршня. Это эффективное расстояние, которое поршень проходит в заданную единицу времени, и для целей сравнения оно обычно выражается в футах в минуту (fpm). Стандартное математическое уравнение довольно простое:

Средняя скорость поршня (фут/мин) = (ход x 2 x об/мин)/12

Есть более простая формула, но о математике позже. Скорость поршня постоянно изменяется по мере его перемещения от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и обратно в ВМТ за один оборот коленчатого вала. В ВМТ и НМТ скорость равна 0 футов в минуту, и в какой-то момент во время хода вниз и вверх он будет ускоряться до максимальной скорости, прежде чем замедлиться и вернуться к 0 футов в минуту.

Когда поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, он на короткое время полностью останавливается. Это создает огромную нагрузку на пальцы запястья. На изображении эти штифты Trend предлагаются с различной толщиной стенок, чтобы выдерживать требуемую нагрузку.

Существуют формулы для расчета скорости поршня при каждом градусе поворота коленчатого вала, но обычно это гораздо больше информации, чем требуется большинству производителей двигателей. Традиционно они смотрят на среднюю или среднюю скорость поршня при вращении кривошипа и, возможно, рассчитывают максимальную скорость поршня.

Средняя скорость поршня равна общему расстоянию, которое проходит поршень за один полный оборот коленчатого вала, и умножается на число оборотов двигателя. Скорость поршня, очевидно, увеличивается с увеличением оборотов, и скорость поршня также увеличивается с увеличением хода. Давайте посмотрим на быстрый пример.

Чтобы просмотреть все предложения коленчатых валов K1 Technologies, нажмите ЗДЕСЬ

Большой блок Chevy с коленчатым валом с ходом 4000 дюймов, работающим со скоростью 6500 об/мин, имеет среднюю скорость поршня 4333 фута в минуту. Давайте еще раз рассмотрим формулу, используемую для расчета этого результата. Умножьте ход на 2, а затем умножьте это число на число оборотов в минуту. Это даст вам общее количество дюймов, пройденных поршнем за одну минуту. В этом случае формула 4 (ход) x 2 x 6500 (об/мин), что равняется 52 000 дюймов. Чтобы прочитать это в футах в минуту, разделите на 12. Вот полная формула:

(4 x 2 x 6 500)/12 = 4 333 футов в минуту

Вы можете упростить формулу с помощью небольшого математического трюка. Разделите числитель и знаменатель в этом уравнении на 2, и вы получите тот же ответ. Другими словами, умножьте ход поршня на число оборотов в минуту, а затем разделите на 6.

(4 x 6500)/6=4333 футов в минуту

С помощью этой более простой формулы мы рассчитаем среднюю скорость поршня при увеличении хода до 4.500 дюймов.

(4,5 x 6500)/6=4875 футов в минуту

Как видите, средняя скорость поршня увеличилась почти на 13 процентов, хотя число оборотов не изменилось.

Уменьшение веса поршня играет огромную роль в создании вращающегося узла, способного выдерживать высокие обороты. Кажущийся незначительным вес поршня в граммах экспоненциально увеличивается с увеличением числа оборотов в минуту.

Опять же, это средняя скорость поршня за весь ход. Чтобы рассчитать максимальную скорость, которой достигает поршень во время хода, требуется немного больше вычислений, а также длина шатуна и угловатость шатуна в зависимости от положения коленчатого вала. Существуют онлайн-калькуляторы, которые вычисляют точную скорость поршня при любом заданном вращении коленчатого вала, но вот основная формула, которую часто используют производители двигателей, не требующая длины штока:

Максимальная скорость поршня (fpm)=((Ход x π)/12)x об/мин

Рассчитаем максимальную скорость поршня для нашего ходера BBC: 7 658 футов в минуту

Путем преобразования футов в минуту в мили в час (1 футов в минуту = 0,011364 мили в час) этот поршень разгоняется от 0 до 87 миль в час примерно за два дюйма, а затем возвращается к нулю в оставшемся пространстве глубиной 4,5 дюйма. цилиндр. Теперь представьте, что поршень BBC весит около 1,3 фунта, и вы можете получить представление об огромных силах, воздействующих на коленчатый вал, шатун и поршневой палец, поэтому Фусснер предлагает смотреть на силу инерции.

«Инерция — это свойство материи, заставляющее ее сопротивляться любым изменениям в своем движении», — объясняет Фусснер. «Этот физический принцип особенно важен при разработке поршней для высокопроизводительных приложений».

Удлиненный шатун обеспечивает более мягкий переход при изменении направления поршня. Более длинный шатун также уменьшает компрессионную высоту поршня и помогает снять вес с вращающегося узла.

Сила инерции является функцией массы, умноженной на ускорение, и величина этих сил увеличивается пропорционально квадрату скорости двигателя. Другими словами, если вы удвоите скорость вращения двигателя с 3000 до 6000 об/мин, силы, действующие на поршень, не удвоятся, а увеличатся вчетверо.

«Начав подниматься вверх по цилиндру, поршень и связанные с ним компоненты пытаются продолжить движение», — напоминает Фусснер. «Его движение останавливается и сразу же реверсируется только действием шатуна и импульса коленчатого вала».

Из-за угловатости штока, на которую влияет длина шатуна и ход двигателя, поршень не достигает максимальной скорости вверх или вниз до 76 градусов до и после ВМТ, причем точное положение зависит от длины штока до -коэффициент хода», — говорит Фусснер.

Шатуны Stroker, такие как эта кованая деталь LS7 от K1 Technologies, — отличный способ увеличить рабочий объем. Однако, когда ход увеличивается, поршень должен ускоряться с каждым оборотом быстрее, чтобы покрыть большую рабочую площадь стенки цилиндра.

«Это означает, что поршень имеет около 152 градусов поворота кривошипа, чтобы перейти от максимальной скорости к нулю и обратно к максимальной скорости в верхней половине хода. А затем примерно 208 градусов, чтобы пройти ту же последовательность в нижней половине хода. Следовательно, сила инерции, направленная вверх, больше, чем сила инерции, направленная вниз».

Если не учитывать шатун, существует формула для расчета основной силы инерции:

0,0000142 x Вес поршня (фунты) x RPM2 x Ход (дюймы) = Сила инерции

Вес поршня включает кольца, штифт и фиксаторы. Давайте рассмотрим простой пример одноцилиндрового двигателя с ходом поршня 3000 дюймов (такой же, как у малоблочных двигателей Chevy 283ci и 302ci) и поршнем в сборе весом 1000 фунтов (453,5 грамма), работающим со скоростью 6000 об/мин:

0,0000142 х 1 х 6000 х 6000 х 3 = 1534 фунта

С некоторыми дополнительными математическими вычислениями, используя длину штока и ход, можно получить поправочный коэффициент для повышения точности результатов силы инерции.

Радиус кривошипа÷длина штока

«Из-за влияния шатуна сила, необходимая для остановки и перезапуска поршня, максимальна в ВМТ», — говорит Фусснер. «Эффект шатуна заключается в увеличении первичной силы в ВМТ и уменьшении первичной силы в НМТ на этот коэффициент R/L».

В этом примере радиус равен половине хода коленчатого вала (1,5 дюйма), деленной на длину штока 6000 дюймов, что дает коэффициент 0,25 или 383 фунта (1534 x 0,25 = 383). Этот коэффициент добавляется к исходной силе инерции при движении вверх и вычитается при движении вниз.

Кривошип слева и справа находятся в одной и той же точке при соответствующем вращении. Однако поршень слева должен двигаться намного быстрее, чтобы достичь верхней мертвой точки одновременно с поршнем справа.

«Итак, фактическая восходящая сила в ВМТ становится равной 1917 фунтам, а фактическая направленная вниз сила в НМТ становится равной 1151 фунту», — говорит Фусснер. «Эти силы изменяются прямо пропорционально весу поршня в сборе и длине хода штока, а также пропорционально квадрату частоты вращения двигателя. Поэтому эти цифры можно принять за базовые для простой оценки сил, создаваемых в двигателе любого другого размера».

Кстати, средняя скорость поршня для этого одноцилиндрового двигателя при 6000 об/мин составляет 3000 футов в минуту, а максимальная скорость поршня (используя нашу предыдущую формулу) — 4712 футов в минуту.

Что произойдет, если увеличить ход с 3000 дюймов до 3250 дюймов? Во-первых, средняя скорость поршня увеличивается до 3250 футов в минуту, а максимальная скорость поршня подскакивает до 5105 футов в минуту. Затем первичная сила увеличивается с 1534 фунтов до 1661 фунтов. Также есть изменения при добавлении нового коэффициента R/L 0,27 (1,625 ÷ 6,000). Фактическая восходящая сила в ВМТ становится равной 2109 фунтов, а фактическая нисходящая сила в НМТ становится равной 1213 фунтам.

«Если мы увеличим скорость двигателя с ходом 3,250 дюйма до 7000 об/мин, оставив все остальные детали равными, основная сила увеличится до 2261 фунта», — говорит Фусснер. «Затем примените коэффициент R / L, равный 0,27, и фактическая сила, направленная вниз, составит 1651 фунт. Фактическая восходящая сила в ВМТ становится равной 2871 фунту. Это почти полторы тонны!»

Теперь рассмотрим эффекты более легкого поршня. При сохранении хода поршня 3,20 дюйма и 7000 об/мин, но переходе на поршень весом 340 граммов (0,750 фунта), максимальное усилие снижается с 2871 фунта до 2154 фунтов, или на 717 фунтов меньше силы. Эта же более легкая конфигурация поршня будет иметь силу 1238 фунтов, необходимую для остановки и перезапуска поршня в НМТ, что на 413 фунтов меньше.

«Таким образом, с каждым полным оборотом двигатель будет испытывать на 1130 фунтов меньше силы инерции с более легким поршневым узлом», — говорит Фусснер. «Это уменьшение силы инерции, конечно, будет применяться к каждому цилиндру в многоцилиндровом двигателе. Двигатель, работающий на 7000 об/мин, будет останавливать и запускать каждый поршень 14 000 раз в минуту».

Когда поршень достигает верхней мертвой точки в такте выпуска, у него нет подушки сжатия, которая могла бы замедлить его. Вместо этого шатун принимает на себя всю тяжесть силы, которая тянет его балку и пытается отделить его крышку.

Средние и максимальные скорости поршня по-прежнему являются ценными расчетами для любого производителя двигателей, который вносит изменения в проверенную формулу. Превышение средней скорости поршня 5000 футов в минуту должно привлечь ваше внимание и побудить переосмыслить выбор деталей. Чрезмерная скорость поршня может привести к непостоянной смазке стенок цилиндра, и в некоторых ситуациях поршень будет ускоряться быстрее, чем фронт пламени во время сгорания. В то время как первое может привести к поломке деталей, второе приводит к потере мощности.

И поршни также должны быть максимально легкими без ущерба для требуемой прочности и долговечности. Силы инерции будут растягивать шатуны и препятствовать ускорению коленчатого вала, что опять же может привести к выходу из строя деталей и снижению мощности.

«Нам известно, что в течение многих лет общепринятой мерой, используемой для определения зоны опасности структурной целостности поршня в работающем двигателе, является средняя скорость поршня», — резюмирует Фусснер. «Как сказал инструктор по прыжкам с парашютом своему ученику, больно не от скорости падения, а от внезапной остановки. Так и с поршнями. Поэтому вместо того, чтобы сосредотачиваться только на средней скорости поршня, давайте решим также рассмотреть влияние силы инерции на поршень и то, что мы можем сделать, чтобы уменьшить эту силу. А если это невозможно, убедитесь, что компоненты достаточно прочны, чтобы выдержать поставленную нами задачу».

«Хотя увеличение длины штока смягчит инерционную нагрузку за счет изменения вышеупомянутого соотношения R/L, это не уменьшит среднюю скорость поршня, поскольку до тех пор, пока не изменится ход поршня», — продолжает Фусснер. «Поршень по-прежнему должен проходить одинаковое расстояние за один оборот коленчатого вала, независимо от длины штока. Скорость — это расстояние, пройденное за единицу времени».

Последнее замечание о скорости поршня — не так давно верхним пределом скорости поршня считалось 2500 футов в минуту. Важно учитывать, что средняя скорость поршня также используется в качестве ориентира для рассмотрения других компонентов двигателя, таких как шатуны и коленчатые валы. На заре хот-родинга большинство двигателей имели чугунные кривошипы и шатуны и литые алюминиевые поршни, которые не так прочны, как сегодняшние детали двигателя.

«Таким образом, повышение прочности этих деталей позволило увеличить безопасную среднюю скорость поршня более чем в два раза до 5000 футов в минуту или более», — говорит Фусснер.