theoretischer Wuchtfaktorvergleich - Einzylinder
- Autor:
- Gert Irrasch
Anmerkung: Es handelt sich um eine rein theoretische, idealisierte Darstellung und behandelt keine Uhrzeitwellen (Schwerpkt. ausserhalb der Zapfen-Zapfen-Achse). Das Verhalten von Uhrzeitwellen kann man aber mittels der Wuchtpunktverschiebung (+-180° aus der, dem Hubzapfen gegenüberliegenden Stellung) darstellen.
Dargestellt werden die am Kurbelzapfen angreifenden, sich durch die translatorische Masse und der,durch den Wuchtfaktor bestimmten Wuchtmasse ergebende resultierende Radialkraft F (rot) und auch die zugrundeliegende vertikale Fv (blau) und horizontale Fh (magenta) Komponente in Abhängigkeit des Drehwinkels DW. In der linken Ansicht als Graph der Funktionswerte und rechts, etwas anschaulicher als Polardarstellung der Kraftvektoren und deren Spur.
Es lassen sich einige Variablen anpassen (z.B. Pleuellänge bis 5000mm zur Veranschaulichung des Einflußes des Hub/Pleuellänge-Verhälnisses) , wobei nur der Drehwinkel für die Darstellung der Spur von Interesse ist.
Also Schieberegler-Drehwinkel DW mit Rechtsklick Animation Ein oder manuell hin- und herbewegen malt eine Spur in der KuWe-Ansicht. Wenn fertig, Animation Aus, DW auf Null schieben, Wuchtfaktor WF oder sonst was, wie gewünscht ändern und wieder DW Animation Ein oder schieben.... usw... Wenn zu viele Spuren die Übersicht beeinträchtigen <Spur löschen> klicken. Einige Werte lassen sich alternativ zu den Schiebereglern auch via numerischer Eingabe in die vorgesehenen Textfelder eintragen.
Wenn Werte zu groß für die Anzeige werden, Zoom bzw. Achsenskalierung via Rechtsklick in eine freien Bereich der jeweiligen Ansicht auswählen und entsprechend anpassen. Reset-Button (Symbol rechts oben pro Ansicht) setzt die Grafik in den Ausgangszustand zurück.
Edit 13.11.2015:
Nunmehr wird der Verlauf der Radialkraft in der Polardarstellung für die aktuellen Einstellungen ständig, also auch ohne den Drehwinkel DW zu bemühen, als Ortslinie angezeigt. Eine Spur kann aber, wie oben beschrieben, nach wie vor erzeugt werden und durch Verwendung des Schiebereglers "Spurfarbe", zur besseren Unterscheidbarkeit der Spuren zu verschiedenen Einstellungsvarianten, individuell eingefärbt werden. Das dient dazu, da die Spur auch bei Einstellungsänderungen, vornehmlich des Wuchtfaktors WF, bestehen bleibt, Veränderungen im Kraftverlauf zu veranschaulichen.
In Anlehnung dazu wird nun auch in der linken Darstellung des Graphen die Radialkraft vorangegangener Einstellungsvarianten als Spur, ebenfalls in der oben erwähnten "Spurfarbe" hinterlegt.
Im Zuge dessen sind die Spuren für die vertikale und horizontale Kraftkomponente in der Polardarstellung entfallen.
Ergänzende Anmerkung zur Anpassung der Anzeige bei zu großen Kraftwerten (die Zoomfunktionalität von GeoGebra scheint ein wenig zickig zu sein):
Allgemein ist hier anzumerken, dass bei großen Drehzahlwerten (Schieberegler DZ, Standard ist 3000) die Kräfte schnell zu groß für die Anzeige werden. Änderungen der Drehzahl haben keinerlei Einfluss auf die Proportionen der Kraftverläufe, sondern lediglich auf den absoluten Wert der Kräfte. D.h., wenn man nicht am absoluten Kraftwert interessiert ist, lässt sich alleine durch verändern der Drehzahl ein gewisser Zoomeffekt erreichen.
FScale-Schieberegler, Polardarstellung: Standard ist 0,05. Dieser Schieberegler dient lediglich zur Skalierung der Kräfte in der Polardarstellung zur Anpassung an die x/y-Achsen, welche an sich die Dimension der Kurbelwellengeometrie in [mm] beschreiben, und auch um nicht den Bildbereich zu sprengen. Die absoluten Kraftwerte werden zusätzlich als Text angezeigt. Am bequemsten und genausten lässt sich der Wert durch Aktivieren des Reglers mittels Mausklick und Verändern der Werte mittels der Pfeil-rauf-runter-Tasten justieren.
"xAchse:yAchse", Graphdarstellung: Durch Rechtsklick in einen freien Bereich der linken Darstellung, vorausgesetzt, dass keine Element aktiv ist, erhält man ein Menü mit unter Anderem dem Eintrag "xAchse:yAchse", dem Darstellungsverhältnis der beiden Achsen zueinander. Standard ist 1:200. Durch Auswahl anderer Werte lässt sich auch hier ein gewisser Zoomeffekt erreichen.