- Noções básicas de movimento do pistão -
Curso, Velocidade, Aceleração, Vibração
Traduzido do original em:
http://www.epi-eng.com/piston_engine_technology/piston_motion_basics.htm
TDC - Ponto Morto Superior
BDC - Ponto Morto Inferior
ATDC - Após o TDC
BTDC - Antes do TDC
ABDC - Após o BDC
BBDC - Antes do BDC
(CCP) - O conjunto virabrequim, biela e pistão
N/T - Notas do Tradutor
O virabrequim,
bielas, pinos de pistão e pistões em um motor compreendem o mecanismo que
captura uma parte da energia liberada pela combustão e converte essa energia em
movimento rotativo útil que tem a capacidade de realizar trabalho. Esta
página descreve as características do movimento alternativo que o conjunto do
virabrequim e biela transmite aos pistões.
Um virabrequim
contém dois ou mais munhões cilíndricos coaxiais ("principais")
localizados centralmente e um ou mais moentes de pino de manivela cilíndricos
deslocados ("biela"). O virabrequim V8 mostrado na Figura 1 tem cinco
munhões principais e quatro moentes.
figura 1
Os munhãos
principais do virabrequim giram em um conjunto de mancais de apoio
("mancais principais"), fazendo com que os moentes girem em um
caminho circular em torno dos centros do munhão principal, cujo diâmetro é duas
vezes o deslocamento dos moentes da biela. O diâmetro desse caminho é o
"curso" do motor, que é a distância que o pistão se move de uma
extremidade à outra de seu cilindro. As extremidades grandes das bielas contêm rolamentos (casquilhos) que se deslocam sobre os moentes.
Para obter
detalhes sobre a operação dos rolamentos do virabrequim, consulte nossa
página ROLAMENTOS DO MOTOR . Para obter
detalhes sobre o projeto e implementação do virabrequim, consulte nossa página CRANKSH\\HAFT
DESIGN .
A extremidade
pequena da biela é presa ao pistão por meio de um pino cilíndrico flutuante
("pino do pistão"). A rotação da extremidade grande da biela no moente
faz com que a extremidade menor, que é restringida pelo pistão e é coincidente com o eixo do cilindro, mova o pistão para cima e para baixo no
eixo do cilindro.
Figura 2: TDC
A descrição a
seguir explica as características não tão óbvias do movimento que o mecanismo
do virabrequim / biela confere ao pistão.
A
Figura 2 mostra
uma vista final em corte de um mecanismo de virabrequim, biela e pistão (CCP)
quando o pistão está na maior extensão de seu deslocamento ascendente (longe do
virabrequim), conhecido como posição do ponto morto superior (TDC)
(mesmo em motores invertidos e horizontais).
A maior
extensão do curso descendente do pistão (em direção ao virabrequim) é conhecida
como a posição do ponto morto inferior (BDC).
No mecanismo
CCP mostrado, o virabrequim tem um curso de 4.000 polegadas (2 x 2.000) e o
comprimento de centro a centro da biela é de 6.100 polegadas. A relação R/L
é o comprimento centro a centro da biela dividido pelo curso. Neste
exemplo, o R/L é 6,100/4,000 = 1,525.
Essa relação é
importante porque tem uma influência significativa na assimetria do movimento
do pistão (explicada abaixo) e nas características de vibração e equilíbrio
resultantes, bem como certas características de desempenho.
Para os
propósitos desta discussão, a linha central estendida do diâmetro do cilindro
cruza o centro do mancal principal do virabrequim, e o pino do pistão é coincidente com a
linha central do cilindro (definida como deslocamento zero do pino). Embora
as descrições a seguir se apliquem estritamente a configurações com
deslocamento zero de pino do pistão, as observações gerais também se aplicam a
configurações de deslocamento diferente de zero.
É importante
entender que o movimento do pistão dentro de 90° antes e depois do TDC não é simétrico com
o movimento de 90° antes e depois do BDC. A rotação do virabrequim, quando
o virabrequim se move da posição TDC para 90° após o TDC (e de 90° BTDC para
TDC), move o pistão substancialmente MAIS da metade do valor do curso. Por
outro lado, a rotação do virabrequim de 90° ATDC (ou 90° BBDC) para a posição
BDC move o pistão substancialmente MENOS da metade do valor do curso. Essa
assimetria de movimento é importante porque é a fonte de várias propriedades
interessantes relacionadas à operação, desempenho e longevidade de um motor a
pistão.
Figura 3: 90° Após TDC
A
Figura 3 mostra
o CCP em questão com o pino de manivela girado 90° além do TDC. Observe
que o pistão se moveu mais de 58% de seu curso total (2,337
polegadas). Isso porque, além do movimento descendente de 2.000"
(meio curso) do pino de manivela (movimento projetado no plano vertical), o
pino de manivela também se moveu horizontalmente para fora em 2.000",
colocando a biela em ângulo com o plano vertical.
O efeito
cosseno do ângulo entre o eixo da biela e o plano vertical reduz o comprimento
projetado da biela no plano vertical em 0,337", dos 6,100" reais para
os 5,763" mostrados na figura. Este "encurtamento" dinâmico da
biela tem o efeito de adicionar 0,337" de movimento descendente aos
2,000" de movimento descendente transmitidos pela rotação do pino de
manivela, conforme ilustrado pelas duas linhas verticais azuis na Figura 3.
Para
quem estiver interessado, aqui está como esse "comprimento efetivo" é
calculado. O comprimento real da biela { 6,100 polegadas }, o comprimento
projetado no plano vertical e o deslocamento horizontal de 2,00 polegadas
causado pela rotação do virabrequim formam um triângulo retângulo no qual a
dimensão do comprimento da biela de 6,100 é a hipotenusa e a
2,00" meio curso é uma perna desse triângulo retângulo. O Teorema de
Pitágoras { geometria do
ensino médio} afirma que para um triângulo retângulo, a
hipotenusa é igual à raiz quadrada da soma dos quadrados dos dois catetos
perpendiculares, expressos em forma de equação como:
A²
+ B² = C²
onde
A é um cateto do triângulo retângulo, B é o outro cateto e C é a hipotenusa.
Resolver essa
equação para a perna desconhecida (o "comprimento efetivo" da biela)
fornece a seguinte solução:
B
= √(C² - A²)
ou
√(6,1²-2,0²)
= 5,763
Observe que em
posições de rotação da manivela diferentes de 0, 90, 180 e 270, o cálculo é um
pouco mais complicado, exigindo o cálculo do ângulo entre o plano vertical e a
linha central da biela, multiplicando o comprimento da linha central da biela
pelo cosseno desse ângulo ( novamente, trigonometria simples do ensino médio ).
Agora, de volta ao movimento do pistão. Uma vez que o pistão já se moveu cerca de 58% do curso durante os primeiros 90° de rotação da manivela, é lógico que durante os próximos 90° de rotação da manivela (para BDC) o pistão terá que percorrer apenas os 42% restantes o curso para atingir o BDC, conforme mostrado na Figura 4.
Figura
4: 180° Após TDC
A razão é que,
à medida que a manivela gira em direção ao BDC, o pino da manivela também se
move horizontalmente de volta para o centro do cilindro e "restaura"
o comprimento efetivo da haste. Esse efeito cosseno de "alongamento" da biela se opõe ao movimento descendente do pistão,
subtraindo 0,337 do meio curso do movimento vertical produzido de 90° para
BDC. Esse efeito é ilustrado pelas duas linhas azuis verticais inferiores
na Figura 4.
Claramente, então, quando o virabrequim está em qualquer posição diferente de TDC ou BDC, o eixo da biela não é mais paralelo à linha central do cilindro (a linha ao longo da qual o pistão, o pino do pistão e a extremidade pequena da haste são limitados a mover). Portanto, o "comprimento efetivo" da biela em qualquer ponto que não seja TDC ou BDC é o comprimento real de centro a centro da biela multiplicado pelo cosseno do ângulo entre a haste e a linha central do cilindro. É claro que a mudança dinâmica no comprimento efetivo da biela adiciona-se e subtrai-se ao movimento puramente senoidal causado pela rotação do virabrequim.
Figura 5: Meio curso
A Figura 5 mostra que, com o R/L (1.525) neste exemplo de PCC, a posição de meio curso do pistão ocorre a cerca de 81° de rotação da manivela após o TDC. A rápida mudança no volume da câmara de combustão após a posição do TDC tem algumas ramificações interessantes em relação ao diagrama PV e eficiência térmica (discutido em uma página diferente).
N/T: À medida que a relação entre haste e curso aumenta, a posição do virabrequim para meio curso se aproxima de 90˚.
VELOCIDADE
DO PISTÃO
A velocidade é, por definição, a taxa instantânea de mudança de posição em relação a uma variável de referência. A velocidade do pistão é simplesmente uma medida de quão rapidamente a posição do pistão está mudando em relação à variável de referência. Esta taxa de mudança de posição é comumente conhecida como " a primeira derivada da curva de posição ". (Para uma explicação mais completa de velocidade e aceleração e derivadas, consulte nossa página VELOCIDADE e ACELERAÇÃO , ou qualquer texto básico de cálculo, como ref-1:2:39.)
N/T: Normalmente, a referência é o tempo, e todos estamos familiarizados com expressões cotidianas de velocidade (aceleração), como milhas por hora, pés por segundo, rotações por minuto, metros por segundo, etc.
Além do tempo, outra variável de
referência comum é a
rotação ou posição angular. Por exemplo, a mudança na
posição de um pistão em relação ao movimento angular do virabrequim é uma
maneira conveniente de estudar o movimento do pistão. Da mesma forma, a
mudança na posição de um seguidor de came em relação à posição angular da
árvore de cames é uma maneira conveniente de estudar o movimento do trem de
válvulas.
Para
simplificar, optei por usar a rotação
da manivela como referência para esses
gráficos. Normalmente, está-se interessado na taxa de mudança da posição
do pistão em relação ao tempo,
o que produziria velocidade em polegadas ou pés por segundo, e o valor
dependeria da velocidade de rotação do virabrequim.
É óbvio que, à medida
que o pistão se move do TDC para o BDC e vice-versa, a velocidade muda
constantemente e que a velocidade do pistão é zero no TDC e no BDC. O
valor e a localização da velocidade máxima em relação à rotação da manivela (a
inclinação máxima da curva de posição) são influenciados pela relação R/L.
Figura 6: Velocidade Máxima
A
Figura 6 mostra
a localização do ponto de velocidade máxima do pistão, em graus do virabrequim
antes e depois do TDC, para a configuração usada neste exemplo (curso de 4 polegadas,
comprimento da haste de 6,100", R/L = 1,525). Nessa posição ( 73,9°
antes e depois do TDC), o pistão percorreu apenas 43,9% (1,756") do curso
total (4,000"). Para esta configuração (R/L = 1,525), a 4000 RPM, a
velocidade máxima do pistão é de 4390 pés por minuto. Para um curso mais longo com a mesma
R/L, a localização do pico de velocidade do pistão seria a mesma, mas o valor
real dessa velocidade seria maior (na mesma RPM, é claro).
N/T: Como mencionado anteriormente, a relação haste/curso influencia a velocidade máxima e o faz da seguinte maneira: uma relação haste/curso menor atinge uma velocidade máxima mais alta, e a velocidade máxima ocorre mais perto do TDC do que uma relação haste/curso maior. Isso pode ser observado no gráfico 6.1. Como a mudança do comprimento da biela e do curso, individualmente, afeta a velocidade? Encurtar o comprimento da biela resulta no aumento da velocidade do pistão, mas também aumenta as tensões de tração na biela. Aumentar o curso do motor como um efeito semelhante; isso resulta em um aumento da velocidade do pistão, mas também um aumento do estresse nas bielas.
N/T - Resumo:
Mesmo curso,
diferentes comprimentos de biela:
Reduzir o comprimento
da biela è diminui a relação
R/L è
·
aumenta a velocidade máxima,
·
faz com que a velocidade máxima aconteça mais cedo
Mesmo comprimento de
biela, diferentes cursos:
Aumentar o curso è diminui a relação R/L è
· aumento da velocidade do pistão
· mantem-se o ponto de velocidade máxima
A
Figura 7 mostra
gráficos da posição do pistão e da velocidade instantânea em função da rotação
do virabrequim. A linha azul ("posição") mostra a localização do
pistão (como % do curso) em qualquer ponto durante uma rotação do
virabrequim. A linha azul é orientada artificialmente para mostrar a posição
em um sentido intuitivo (superior, inferior), portanto os sinais "-"
devem ser ignorados em relação à posição. A linha de velocidade verde
mostra a velocidade relativa do pistão (como % do máximo) em qualquer
ponto. A velocidade com um sinal de "mais" é um movimento EM DIREÇÃO ao virabrequim; a velocidade com um sinal de "menos" é o
movimento para LONGE do virabrequim.
Observe
novamente que no TDC e novamente no BDC, a velocidade do pistão é zero, porque
o pistão inverte a direção nesses pontos e, para mudar de direção, o pistão deve
ser parado em algum ponto.
O ponto de rotação da manivela em que a velocidade máxima ocorre também pode ser visto com o gráfico, mas o mais importante, permite uma compreensão de como é a velocidade e a distribuição do pistão, e que não é simétrica como o deslocamento do pistão.
Observe também que o gráfico de posição (azul) mostra que, para esta relação R/L ( 1,525 ), as posições de meio-curso (curso de 50%) ocorrem em aproximadamente 81° antes e depois do TDC (como ilustrado na Figura 5 acima). O gráfico de velocidade (linha verde) mostra que as velocidades máximas do pistão ocorrem em cerca de 74° antes e depois do TDC (como ilustrado na Figura 6 acima). A linha de velocidade também mostra que a velocidade do pistão em qualquer ponto de rotação desde o TDC até a velocidade máxima é maior do que no mesmo número de graus desde o BDC. Por exemplo, compare a velocidade a 30° após o TDC (62%) com a velocidade a 30° antes do BDC (34%).
O perfil da
curva de velocidade e, portanto, a localização da velocidade máxima, são
influenciados pela razão R/L. À medida que a haste fica mais curta em
relação ao curso (uma relação R/L menor), acontecem duas coisas interessantes
que podem ter efeitos importantes no enchimento do cilindro:
(1) o ponto de velocidade
máxima do pistão se aproxima do TDC e
(2) o pistão se afasta do
TDC mais rápido, criando um pulso de admissão mais forte.
A localização
da velocidade máxima do pistão influencia o design dos perfis do lóbulo da
árvore de cames (especialmente a admissão) para otimizar o evento de admissão
em uma determinada faixa de velocidade e pode influenciar as características de
admissão no que diz respeito à força e à forma do pulso de admissão para ajuste
de ram.
VELOCIDADE
MÉDIA DO PISTÃO
Há outra
velocidade do pistão que é usada mais como uma "regra de ouro" nas
avaliações do motor. É chamado de "velocidade média do pistão",
que é um valor calculado que mostra a velocidade média de um pistão a uma RPM
conhecida em um motor com um comprimento de curso conhecido.
Tendo em mente
que a cada revolução do virabrequim, o pistão percorre uma distância igual a
duas vezes o comprimento do curso, então a Velocidade Média do Pistão ( MPS ) é calculada
por:
MPS (pés por minuto) = RPM x 2 x curso (polegadas) / 12
(polegadas por pé) = RPM x curso / 6
MPS = RPM x curso / 6 Sistema Imperial
MPS = 2 x Curso x RPM/60 Sistema Métrico
A velocidade
média do pistão a 4000 RPM para o exemplo de motor de curso de 4.000 polegadas
é:
MPS (pés por minuto) = 4000 x 4/6 = 2667 pés por minuto.
Para fins de regras práticas, é geralmente aceito que, para um motor em serviço de aeronave, 3.000 fpm é um MPS máximo confortável e a experiência mostrou que motores com um MPS substancialmente superior a esse valor sofreram problemas de confiabilidade. Observe que R/L não tem influência no MPS, embora afete a velocidade de PICO do pistão (4390 fpm para o motor de exemplo {R/L = 1,525} a 4000 RPM).
Gráfico 6.2: Velocidade média do pistão vs várias velocidades instantâneas do pistão da relação haste/curso. Nota: o eixo horizontal representa a rotação do virabrequim e o eixo vertical é a velocidade do pistão
ACELERAÇÃO
DO PISTÃO
A força
necessária para acelerar um objeto é proporcional ao peso do objeto vezes a
aceleração. A partir disso, fica claro que a aceleração do pistão é
importante porque muitas das forças significativas exercidas nos pistões, pinos
do pistão, bielas, virabrequim, mancais e bloco estão diretamente relacionadas à
aceleração do pistão. A aceleração do pistão também é a principal fonte de
certas vibrações externas produzidas por um motor.
A vibração de
torção do virabrequim é causada principalmente pelas forças de combustão,
combinadas com as forças de aceleração do pistão quando elas ficam grandes
(pense em altas RPM). A vibração de torção é discutida separadamente em
nossa página de VIBRAÇÃO DE TORÇÃO .
A aceleração é,
por definição, a primeira derivada da curva de velocidade e a segunda derivada
da curva de posição. Em outras palavras, a aceleração é a inclinação
(instantânea) da curva de velocidade em qualquer ponto ao longo do eixo de
referência. Mais simplesmente, é uma medida de quão rapidamente a velocidade
está mudando, geralmente expressa com referência ao tempo. Se a velocidade
não muda em relação à referência, não há aceleração. Por outro lado, se a
velocidade muda muito rapidamente em relação à referência, há uma grande
aceleração. (Veja nossa página VELOCIDADE e ACELERAÇÃO para uma explicação
mais completa.)
Está claro
na Figura 7 que
a velocidade do pistão varia constantemente em relação a uma mudança constante
na posição angular do virabrequim (rotação). Portanto, para passar do
ponto de velocidade zero (TDC) para o ponto de velocidade máxima, o pistão deve
ser submetido a uma grande função de aceleração que varia com a rotação angular
do virabrequim.
A Figura 8 mostra os gráficos de aceleração, velocidade e posição para o exemplo de PCC em discussão. (Todos os valores numéricos apresentados são para o R/L 1.525 neste exemplo.)
OBSERVE
que, para uma determinada configuração de motor, as magnitudes dos valores de
velocidade e aceleração dependem da velocidade angular instantânea do
virabrequim (RPM). Portanto, nos gráficos a seguir, as curvas de
velocidade e aceleração são mostradas como uma porcentagem do valor máximo que
ocorrerá em qualquer RPM. As magnitudes mudarão com RPM, mas as
porcentagens de pico não mudam.
O valor máximo positivo de aceleração (100%) ocorre no TDC. Entre o TDC e a velocidade máxima do pistão (74° neste caso), a aceleração é positiva mas diminui em direção a zero (a velocidade do pistão ainda está aumentando, mas menos rapidamente). Na velocidade máxima do pistão (74° neste R/L), o pistão para de acelerar e começa a desacelerar. Nesse ponto, a aceleração muda de direção (de um número "positivo" para um número "negativo") e, ao fazê-lo, passa momentaneamente por zero.
Neste R/L, a
aceleração negativa máxima não ocorre no BDC, mas cerca de 40° de cada lado do
BDC. O valor desta aceleração negativa máxima é apenas cerca de 53% da
aceleração positiva máxima vista no TDC. A aceleração no BDC é apenas 49%
do TDC máximo. A aceleração desde a velocidade máxima do pistão (74°) até o BDC
é negativa, e essa aceleração está diminuindo a velocidade do pistão para
zero. Portanto, pode ser (incorretamente) chamado de
desaceleração. No entanto, essa mesma aceleração negativa é aplicada ao
pistão após o BDC e está fazendo com que sua velocidade aumente.
O ponto de aceleração zero ocorre (por definição) no ponto de velocidade máxima do pistão (74° Antes/Após TDC), onde a velocidade está invertendo a direção, mas a taxa de variação da velocidade (a inclinação da curva) é zero.
A forma um
tanto estranha na parte inferior da curva de aceleração total do pistão
(magenta) é o resultado do fato de que a aceleração total do pistão é a soma de
várias ordens de aceleração, sendo as duas primeiras as mais
significativas. As duas solicitações principais que se combinam para
produzir este perfil de aceleração total são importantes porque podem produzir
desafios de vibração significativos para o projetista do motor (abordado
em MANIVELAS ).
A
Figura 8 mostra
a mesma curva de aceleração total do
pistão (linha magenta) mostrada na Figura
7, juntamente com as duas ordens significativas de acelerações
do pistão (primeira e segunda ordem) que se combinam para produzir essa
curva. A curva de aceleração total do pistão (magenta) é a soma das duas
ordens de aceleração separadas: primária (azul) e secundária (verde).
Figura 8Conforme
explicado em Movimento do Pistão acima, o movimento do pistão nos primeiros 90°
de rotação consiste na soma do efeito do movimento de meio curso do virabrequim
projetado no plano vertical (2.000") e o efeito do movimento aparente de
0,337" "encurtamento" do comprimento da haste projetada no plano
vertical. Os segundos 90° de rotação também produzem um movimento de meio
curso no plano vertical, mas o alongamento do efeito cosseno da biela no plano
vertical produz um movimento de 0,337" que subtrai do meio curso.
A aceleração
primária (linha azul) é o resultado do movimento do pistão produzido pelo
componente do movimento do virabrequim projetado no plano vertical. Esta
curva é uma senóide que se repete uma vez por revolução do virabrequim
(primeira ordem) e compreende a maior parte da aceleração. Observe que a
curva de aceleração primária cruza zero nos pontos de rotação de 90° e atinge o
pico em TDC e BDC.
A aceleração
secundária (linha verde) é o resultado do movimento adicional do pistão causado
pela mudança de comprimento efetivo dinâmico do efeito cosseno da biela. Este
movimento adiciona ao movimento do pistão entre o TDC e o ponto de velocidade
máxima e subtrai do movimento do pistão entre o ponto de velocidade máxima e o
BDC. Esta curva também é senoidal e se repete duas vezes por rotação do
virabrequim (segunda ordem) e cruza zero nos pontos de rotação de 45°, 135°,
225° e 315°. A aceleração total do pistão em qualquer ponto é a soma dos
valores das curvas de aceleração primária e secundária.
Motores de
pistão contemporâneos tendem a ter relações R/L em uma faixa aproximada de 1,5
a 2,0. Observe que uma relação haste / curso inferior a 1,3 é, para
aplicações práticas, impossível devido a restrições físicas, como a necessidade
de anéis de pistão e um pino de pistão, comprimento suficiente da saia do
pistão e a inconveniência de o pistão não entrar em contato com o contrapeso do
virabrequim, para não mencionar a carga lateral excessiva que uma proporção
tão pequena produziria.
Aqui estão dois
exemplos práticos comparando os efeitos de R/L na aceleração e na
velocidade. O motor 1 ("E1") é um Lycoming IO-360 (ou IO-540)
com um comprimento de biela de 6,75" e um curso de 4,375", para uma
relação R/L de 1,543, que está próxima da extremidade inferior do espectro no
design contemporâneo. Na outra extremidade desse espectro, o Motor 2
("E2") é um motor V8 de Fórmula 1 de 2,4 litros e 755 HP típico (por
volta de 2007), no qual o comprimento da biela é de 4,010" (o que seu mecânico
médio de motor de corrida chamaria de "haste muito curta") porém, o
curso nesse motor de F1 é de 1,566", o que produz uma relação R/L muito grande de 2,56. Os
efeitos dessas duas razões R/L extremas são mostrados na Figura 9 abaixo.
Na Figura 9, as linhas
vermelhas representam as acelerações do pistão (em % do pico-total) para o
Motor 1 (o 1,543 R/L): Primário (traços grandes), Secundário (traços pequenos)
e Total (sólido). As linhas azuis mostram as acelerações do pistão para o
Motor 2 com 2.560 R/L (em % do pico-total): primária (traços grandes),
secundária (traços pequenos) e total (linha contínua).
É bastante
claro a partir desse gráfico que o motor com a relação R / L muito pequena de
1,543 (a biela "longa" de
6,75 polegadas) tem uma aceleração primária de pico substancialmente mais baixa
(76 vs 84%), mas uma aceleração secundária mais alta (24 vs. 16%), e a inversão
de aceleração muito distinta em torno do BDC, confirmando o componente de
vibração secundária substancial.
Compare isso com as grandes linhas azuis de R/L 2,56 (a haste "curta" de 4,01 polegadas), mostrando uma aceleração primária de pico substancialmente mais alta (84 vs 76%), mas uma aceleração secundária mais baixa (16 vs 24%) e uma curva total de aceleração mais próxima da simetria, confirmando a componente de vibração secundária substancialmente reduzida.
A
Figura 9 também
demonstra claramente o absurdo de discutir o comprimento da biela como um
absoluto.
A
Figura 10 é um gráfico que lista os principais efeitos das relações R/L
variando de 1,40 a 2,55. Eu escolhi R / L = 2,0 para ser o ponto de
referência para essas comparações de Vmax
% , PPA
max-positivo % e PPA
max-negativo % porque essa razão é a mais baixa em que a
aceleração negativa máxima ocorre no BDC. Observe que em relações R/L
acima de 2,00, a curva de aceleração se torna mais simétrica, mas a velocidade
de pico não muda muito.
Os Efeitos da Razão R/L
NOTA: Todos os cálculos e
explicações nesta página e na próxima página assumem deslocamento zero do pino
do pistão. Um deslocamento diferente de zero alterará ligeiramente os
cálculos, sendo LEVEMENTE a palavra operativa.
Os efeitos
vibratórios que essas forças primárias e secundárias produzem são explicados.
N/T: De acordo com os valores disponibilizados nas figs. 2-6 e gráficos complementares acima estudados, apresenta-se abaixo um breve resumo de conclusões importantes para que se execute uma configuração acertada das partes do trem de força do motor:
O pistão afasta-se do PMS onde a velocidade inicialmente é zero, já que o pistão apenas inverteu o sentido de movimento.
As velocidades máximas do pistão ocorrem em cerca de 73,9° antes e
depois do TDC
As posições de meio-curso (curso de 50%) ocorrem em aproximadamente 81° antes e depois do TDC. Consequentemente, a 90° depois do PMS o pistão já terá atingido anteriormente a velocidade máxima e já terá percorrido mais de 50% do curso descendente.
Uma relação haste/curso menor atinge uma velocidade máxima mais alta, e
a velocidade máxima ocorre mais perto do TDC do que uma relação haste/curso
maior.
Para um curso mais longo com a mesma R/L, a localização do pico de velocidade do pistão seria a mesma, mas o valor real dessa velocidade seria maior.
Para atingir uma velocidade máxima mais alta e manter o ponto de velocidade máxima, o curso deve ser aumentado mantendo a mesma relação haste / curso.
A velocidade do pistão em qualquer ponto de rotação desde o TDC até a velocidade máxima é maior do que no mesmo número de graus antes do BDC.
À medida que a relação entre haste e curso aumenta, a posição do
virabrequim para meio curso (50% do curso) se aproxima de 90˚.
NOTA: Links relacionados ao assunto
https://youtu.be/C_YNn3ZkJmU?list=PLbsU-PVaYMW2im-r6vu93FGTXOA1LlCeF
https://www.hpacademy.com/previous-webinars/153-rod-to-stroke-ratio-explained/
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