13) Vridmoment – Effekt

Torsionsvridning, vridmoment, hästkrafter och kedjor eller remmar.

Det kanske är någon som funderat på varför jag använder kedjor istället för tandremmar mellan min grova axel i tråget och vevaxeln… Låt mig först förklara lite beträffande just vevaxeln.

Det finns en anledning till att det inte byggts raka motorer med mer än 12 cylindrar. (förutom att det blir en djäkligt opraktiskt lång motorhuv…) Redan vid 6 cylindrar förekommer skadlig så kallad torsionsvridning av vevaxeln, alltså den liksom fjädrar i ”snurriktningen”. Detta har inget att göra med obalans, det är något helt annat. Den här fjädringen i ”snurriktningen” måste dämpas bort för att inte vevaxeln till slut ska gå av. Det är som att böja på en järntråd… till slut går den av, av utmattning. Till och med Volvos B30, alltså den 6-cylindriga motorn, trots sin oerhört kraftiga vevaxel, hade dämpare (av gummi) framme vid remskivan. Moderna motorer har det ofta (för att inte säga alltid…). Min personliga gissning är att de flesta fabrikanter vill tillverka så lätta och billiga vevaxlar som möjligt, alltså mindre stål och följaktligen skapas lättare ”torsions-vridning-fjädring”.  Därför sitter det nuförtiden svängningsdämpare på allt från 4-or till stora V8-or.

I Herkules har jag skarvat originalvevarna till en drygt två meter lång grunka, så torsionsvridningen blir alltså gigantisk, men jag dämpar bort den med min parallellkopplade, vridstyva axel. Från början tänkte/trodde jag att jag skulle kunna sätta svängningsdämpare i varje skarv, men det gick inte. Det jag pratar om var tex en typ som är som en burk med silikonolja, men även andra typer har varit aktuella. Dock ALDRIG ett gummielement, som någon på något forum trodde. Och vevaxlarna skall monteras ihop till en lång enhet av stumt stål. Hur detta skall gå till tänker jag inte avslöja, eftersom jag har kommit på en fiffig grej som jag tänkt patentsöka, så nog om det. Alltså har vi nu i motorn en drygt två meter lång axel som kan ”rotationsfjädra”.
Därför vidare till axeln i tråget. Den är tillverkad av ett Ovako axlelstål. Jag kom alltså på att låta den ligga parallellt med vevaxeln och kopplas samman i varje skarv (plus längst bak) Och, när jag ändå hade en dylik axel, tänkte jag, att det är ju fiffigare att använda den som kraftöverföring, eftersom det är lättare att få fast ett bamsigare svänghjul där än bak på vevaxeln. Sagt och gjort, jag började räkna på krafterna som kan påverka den transmissionen. Ganska snabbt kunde jag konstatera att remdrift av något slag inte är praktiskt möjligt, på grund av det stora vridmomentet.
Låt oss för en stund stanna upp och begrunda vad vridmoment är för något… Jag brukade för mina elever, på den tiden jag var yrkesskollärare, förklara det så här: Ta en (attans) kraftig skruvnyckel. sätt fast den mot tex en (stoor) skruv i ett (lika) kraftigt skruvstycke, och låt den peka vågrätt ut åt sidan. Om vi nu låter nyckeln vara EN METER lång, och precis på en meter låter någon som väger 68 kg hänga där, så påverkar nyckeln ett vridande moment på skruven med det vi kallar 68 Kilogrammeter (skrivs kgm). Det är samma sak som Kilopondmeter (skrivs kpm). Detta har inget att göra med tex amerikanska ”pound” det är något helt annat. För att få ett modernare värde måste vi multiplicera (alltså gångra) med tio. Alltså, ett kilo är samma sak som 10 Newton. Jag kan komplicera resonemanget ytterligare, men det finns ingen anledning, utan vi stannar med att ett kilo är tio Newton. Vridmomentet i HERKULES 1934 är 680 Newtonmeter. Som läsare har du nu säkert listat ut att det är alltså som att motorn skulle dra i en EN meter lång hävarm med 68 kilo.
Begrunda nu också det faktum att VRIDMOMENT alltid är VRIDMOMENT. Det är INTE någon skillnad på om vridmomentet kommer från en lastbils- eller en motorcykelmotor. Den enda skillnaden är att högvolymmotorn tar ut momentet vid lägre varv. Alltså, Newtonmeter är ALLTID Newtonmeter.
Det finns de som påstår att det är ”starkare” Newtonmetrar från lastbilsmotorer. Detta är helt falskt!
 .
 Resonemanget leder mig osökt in på effekt, alltså hästkrafter, eller det som i den moderna världen heter Watt (kiloWatt) Själv gillar jag det gamla bättre, eftersom jag lättare kan se det ”inne i huvudet”. En hästkraft är samma sak som att lyfta 75 kilo en meter upp i luften på en sekund. Om vi tänker oss en brant backe. Hur brant den är kan kvitta, men vi mäter ut en sträcka som gör att backen blir en meter hög (alltså uppåt i luften). Nu tänker vi oss en moped som väger 75 kilo, med en förare på ytterligare 75 kilo och så låter vi dem åka uppför backen. Om de klarar att åka sträckan (som lyfter dem en meter upp) på en sekund, så har moppen 2 hästkrafter. (Hade det varit en spinkig moppe och en spinkig förare så de totalt vägt 75 kilo, så hade det blivit 1 hästkraft.) Om vi återgår till en motor så är alltså en hästkraft samma sak som75 kpm/sek.  
.
Om man ska konstruera grejor som ska hålla i en bils drivlina, tex en kardanstång, motorfästen, koppling, bakaxel mm. så är hästkrafterna helt oväsentligt. Det enda ni måste ha koll på är VRIDMOMENTET. Ökat antal hästkrafter kommer av ökat varvtal. Om vi för ett ögonblick leker med tanken att vi har en motor med samma vridmoment över heeela varvtalsregistret, så blir det dubbla antalet hästkrafter om vi dubblar varvtalet. I en förbränningsmotor är inte vridmomentet lika över hela registret, men i stort kan vi ändå säga att det är höga varv som ger hög effekt.
.
Not* Uppdaterad med bild 2016-08-28
Effekt

Jag fann en film på tuben där jag saxat den här bilden. Den visar på ett ungefär det jag menar med att ökat varvtal ger ökad effekt. Ni ser att vridmomentet inte skiljer sig så vansinnigt mycket, men att hästkrafterna kommer vartefter varvet stiger. När sedan momentet dalar, så hjälper inte varvtalet längre, då dalar också effekten.

.

Åter till Herkules. För att vara säker på att kraftöverföringen mellan Vevaxeln (den långa) och Huvudaxeln håller, måste jag beräkna att driften ska hålla även om inte alla drivningar (läs kedjor) tar fullt moment samtidigt. Då faller remdrift som ett korthus, om jag inte använder en väääldigt bred rem. Återstår kedjor eller kugghjul. Det senare är dyrt och komplicerat, men jag har tänkt en hel del på det. Återstår alltså kedjor. Men inte heller det är en lek. Jag skall förklara vad man måste tänka på i beräkningen av kedjedrifterna:
.
  • Bestäm driftseffekten  –  Motorns effekt i kW
  • Bestäm utväxlingsförhållandet  –  Bör vara minst någon tands skillnad, för att inte kedjan skall slitas in med samma kedjerulle i samma tandbotten. (Jag utreder om detta är en myt)
  • Bestäm kedjehjulens tandantal  –  Med annan diameter, ändras hävarmen (se ovan) alltså vridmomentet, alltså kraften i kedjan. Större hjul ger mindre drag i kedjan men då också högre kedjehastighet.
  • Bestäm axelavståndet – Kort kedja är dåligt… men ett måste i en Herkules.
  • Bestäm kedjelängden  –  Så det inte behövs en halvlänk på slutet…
  • Kontrollera lagertrycket  –  Det är alltså trycket på pinnen inne i kedjans rulle. (Kommer alltså av kraften i kedjan, vilken kommer av moment och keddjehhjulsradie)
Till och i detta måste man ta hänsyn till:
  • Brottbelastning  –  För att få en kedja som håller över tid, så bör man utnyttja max en tiondel av brotthållfastheten
  • Utmattningshållfasthet  –  (se ovan)
  • Slitstyrka
  • Antal driftstimmar  –  Inom industrin räknar man med 15.000 timmar. Kortare är acceptabelt i en Herkules, eftersom 15.000 tim x medelhast av 6 mil/tim = 90.000 mil. En femtedel av det skulle räcka och bli över.
  •  Belastningsfaktor  –  Alltså, en förbränningsmotor ger stötpulser i jämförelse med en elmotor)
  • Centrifugalkraft  –  I Herkules går nästan hälften av kedjans belastning till att hålla i den egna vikten. I alla fall vid de högre varvtalen. Detta pga den höga kedjehastigheten.
  • Monteringsläge  –  En kedjedrift med axlarna ovanpå varandra, kort avstånd mellan axlarna och med den drivande axeln överst, är det allra sämsta monteringsläget. Detta för att slakparten hamnar längst ner i det drivna (alltså inte det drivande) hjulet. När kedjan klättrar längst ut på tandtopparna  (alltså ramlar ur kedjedrevet), så slits det som mest.
  • Kedjehastighet  –  Kedjehastigheten för Herkules är nästan dubbelt så hög som för normala drifter som förekommer i industrin. Bortåt 30meter/sek mot normalt max 15m/sek. Detta medför högre slitage i kedjans lagring, högre temperatur, högre centifugalkraft mm.
  • Typ av smörjning  –  Det finns fyra typer av smörjning. Oljekanna/pensel, dropp, oljebad och till sist cirkulationspump med oljesprut. Det sistnämnda skall byggas för Herkules. Det är nödvändigt för kedjehastigheter över 12m/sek.
  • Kedjespännanordning – Super-superviktigt när axlarna sitter vertikalt (se ovan) för att få kedjeslacken att stanna kvar mot tandbottnen.
Som ni ser så är det ingen lätt uppgift att bestämma rätt kedjedrift. De olika parametrarna som skall bestämmas medför en hel del räknande med ett flertal formler som ska tröskas igenom. För mina kedjedrifter samt Huvudaxeln i Herkules har jag fått handräkna mig fram, vilket i slutänden ledde till 14st  A4-sidor med formler, konstanter och kurvor. Så ni som trodde att det bara är att slänga ihop något har inte riktigt full insikt vad det har inneburit. Men det är ju så att … ”ju mer man lärt sig, desto mer förstår man hur lite man vet”…