Teorie: výkon, točivý moment, otáčky, převody
Zdroj: Simson v Iglů, Autor: Ritsi
aktualizováno: 9.11.2016
Článek je sice převzatý z cizího webu zaměřeného na Simsony, avšak fyzika platí pro všechny stroje stejně.
Slovo úvodem
Tááákže úvodem… pouštím se na pro mě ne zcela pevnou půdu pod nohama. Proto pokud by někdo věděl víc, mile rád přijmu jeho kritiku a článek doplníme. Je to vše velice zjednodušené, spíš pro hrubší představu a vytvoření potuchy „co to vůbec dělá“. Pokud někoho zajímá více, doporučuji níže uvedené odkazy.
Snad se Vám článek bude líbit.
Ritsi
Základní pojmy – otáčky, výkon, točivý moment
Jsou to hodnoty, které nám naznačují co můžeme od motoru čekat. A díky nim můžeme celkové úpravy motoru, sání a výfuku porovnávat (je to přesnější než „jede mi to fakt vole dobře“ :o) ).
Točivý (krouticí) moment (M)
Jednotka: [Nm] – newton-metr
Točivý moment je síla působící na rameno o délce jeden metr v Newtonech. Neboli vezměte si metrovou tyč a na její konec zavěste 1 kg závaží. A máte představu o točivém momentu 10 Nm (neboť síla jakou působí gravitace na 1 kg závaží je 10 N).
Pro příklad: 1 N působících na rameno o délce 10 m = 10 N působících na rameno o délce 1 m = 20 N působících na rameno o délce 0,5 m.
U motoru nám v podstatě udává sílu, jakou motor dokáže vyvinout na jedno protočení. Když bychom to zjednodušili, určuje nám schopnost akcelerovat. Můžeme ho ovlivňovat převody.
Výkon (P)
Jednotka: [kW] – kilowatt; [HP] – horse power, [PS] – Pferdestärke …čili „koně“
Vychází z otáček a točivého momentu. Zjednodušeně ovlivňuje maximální rychlost – dodá potřebnou „práci“ která překoná jízdní odpory – protlačí motorku stoupáním, vzduchem atd. Výkon v určitých otáčkách je pevný a neovlivňují ho převody.
1 [kw] = 1,35962 [PS]… to je německý kůň. Používá se častěji a překvapivě i u německých firem :o)
1 [kw] = 1,34 [HP]… anglický kůň. Obvykle se z důvodů malých rozdílů používá při přepočtu hodnota německého koně 1,36 i u této jednotky.
Tzn. Simson S51 má výkon v koních?
2,72 kW * 1,36 = 3,64 [PS]
Tedy 3,7 německého koně.
Otáčky (n)
Jednotka: otáčky za minutu (obvyklejší), nebo otáčky za vteřinu
To je myslím jasné již z definice jednotky – kolikrát se otočí klikovka za jednu minutu, respektive sekundu.
5000 [ot/min] = 5000/60 = 83,333 [ot/s]
Vztahy mezi nimi
Trocha fyziky nikoho nezabije.
P = 2 * π * M * n … [n] je v otáčkách za vteřinu
P = (M * n) / 9550 … [n] je v otáčkách za minutu
2,72 [kW]= (4,72 [Nm] * 5500 [ot/min]) / 9550
… všechno souvisí se vším. Tady je to myslím hezky vidět. A je z toho taky jasné, že údaj „motor má výkon 12,5 PS“ je sám o sobě vcelku o ničem. 12,5 PS v 8500 ot/min už zní líp a dá se s tím i něco dělat.
Odečítání z grafu
Abychom zjistily výkon a točivý moment, musíme se podívat do grafu. U výbušných motorů, na rozdíl od elektromotorů, jsou tyto hodnoty podle otáček různé a jejich průběh („čára grafu“) se obvykle nedá vyjádřit matematickou funkcí. Proto se odečítají z grafu.
Hodnoty výkonu, točivého momentu a otáček jsou obvykle a povětšinou měřeny přímo na klice (zatím možná nechápete co z toho… pochopíte dále – jde o to, že je to ještě před jakýmkoliv převodem). Můžeme je vyčíst z grafů, které najdeme kupříkladu od výrobce v DP, nebo, pokud si necháme motorku v servise „odbrzdit“, z grafu z tiskárny motorové brzdy.
(Pro hloubavce nad otázkou, jak je možné, že se jedná o hodnoty „na klice motoru“ i v případě motorové brzdy, kde zadní kolo roztáčí jakýsi válec – v tomto případě jsou opravdu měřeny hodnoty na zadním kole, ale nakonec je vytisknuta počítačem dopočítaná hodnota na klice díky zadání jednotlivých převodů a odhadu ztrát.)
Ukážeme si graf z motorové brzdy… díky, Martine .o)
Jak je uvedeno v legendě vpravo nahoře, modrá je pro serii, červená pro 60 ccm. Díky takovémuto grafu můžeme vyčíst, že například v 5500 ot/min má motor 60 ccm výkon 5 HP. A tak dál… Z podobných grafů se dají odečíst i hodnoty točivého momentu.
Převody
Co je lepší? Pětikvalt, 17 z kolečko, primár z S70… záleží jak pro koho, na to vám nějakou „univerzální odpoveď“ nedám. Ale pokusím se trochu napomoci alespoň tím, že zkusím vysvětlit, co tyhle věci vlastně dělají. Nejdřív trochu teorie, teprve potom začneme trhat asfalt ze silnice .o)
Výpočet převodových poměrů …máme dvě ozubená kola, č. 1 a č. 2…
Jedno má 20 zubů, druhé 65 zubů (což odpovídá primárnímu převodu S51čky). Jaký je jejich převodový poměr? Pokud nám síla působí na to menší z nich (jak tomu v případě primárního převodu vskutku je) bude tomu tak:
počet zubů kola na které se bude síla přenášet (tedy č. 2) / počet zubů kola na které síla působí (tedy č. 1) = převodový poměr daných kol
Tedy 65 / 20 = 3,25 jest převodový poměr pro primární převod… račte si překontrolovat v DP :o)
Stejně tak si můžeme propočítat převodové poměry pro všechny převody, které na motocyklu jsou (primární převod, převodovku, sekundární převod… stačí jen znát počty zubů ozubených kol).
Pár převodových poměrů uvedu v následující tabulce:
| Primární převody |
|---|
| Pro S51 – 3,25 |
| Pro S70 – 2,95 |
| Převodovka |
| I. rychlostní stupeň – 4,4 |
| II. rychlostní stupeň – 2,43 |
| III. rychlostní stupeň – 1,89 |
| IV. rychlostní stupeň – 1,54 |
| Sekundární převod |
| Simson S51 – 2,26 (34/15) |
| Simson S70 – 2,12 (34/16 |
| Simson Skútr SR50 – 1,94 (31/16) |
Ještě si řekneme, co je to celkový převodový poměr. Je to převodový poměr všech převodů dohromady – v našem motocyklistickém příkladě místo samostatných hodnot pro primární převod, převodovku a sekundární převod budeme mít hodnotu, která vyjadřuje převodový poměr primárního převodu, převodovky a sekundárního převodu dohromady. Vypočítá se snadno, stačí vynásobit všechny dílčí převodové poměry dohromady.
Vypočítáme si celkový převodový poměr pro sériový Simson S51 se zařazeným čtvrtým rychlostním stupněm. Tedy:
Primární převod – 3,25
Převodovka IV. rychlostní stupeň – 1,54
Sekundární převod – 2,26 (34/15)
3,25 * 1,54 * 2,26 = 11,3113
A ještě jednou, ale tentokrát nasadíme řetězové kolečko se 16 zuby:
Primární převod – 3,25
Převodovka IV. rychlostní stupeň – 1,54
Sekundární převod – 2,125 (34/16)
3,25 * 1,54 * 2,125 = 10,63563
Proč vlastně řadíme?
Obecně převodovka slouží ke změně poměru otáček motoru a kola. Čímž se nám tedy bude měnit točivý moment přenášený na kolo a rychlost otáčení kola.
A proč vlastně řadíme? Tak to zkuste, neřadit… podle převodového stupně co tam zůstane to buďto nerozjedete (malá hodnota točivého momentu), nebo vás i při „plném plynu“ zuřivým „wzhůůůůům“ předjede i hlemýžď (protože bude převodový poměr moc lehký, bude se zadní kolo otáčet pomalu – pojede pomalu i celý motocykl). Navíc by to nedělalo dobře motoru a nebylo by to ideální ani pro nás, pokud ho chceme využívat co nejefektivněji.
Jak jsem řekl výše, řazením můžeme kupříkladu po rozjezdu snížit poměr přeneseného točivého momentu (velká „síla“ byla pro rozjezd motorky nutná) ve prospěch rychlosti otáčení zadního kola – pojede to rychleji, než to jelo. Síla bude sice menší, ovšem teď už není tak nutná.
Řazení nám také umožňuje držet se pásma otáček, ve kterých má motor nejlepší výkon. Takhle ve chvíli, kdy se motor začíná vytáčet, kopneme těžší kvalt, takže se otáčky přehoupnou zpátky do oblasti otáček, ve kterých je maximální výkon. Jistě můžeme to točit až co to dá… to ale není ideální ani pro motor, ani pro spotřebu, a obvykle ani pro výkon a točivý moment – čím víc to budeme přetáčet, tím menší vlastně bude (podívejte se na grafy z brzdy pro Simsona a porovnejte 5500 a 7500 otáček…). Proto, pokud ještě máme kam, raději přeřadíme.
Tohle bylo trochu obecnější, naznačili jsme si, co to asi bude dělat, tak teď zpátky k Simsonům:
V případě naší S51 má motor při 5000 ot/min točivý moment zhruba 5 Nm. Jak jsme si již naznačili výše, pro představu si můžete vzít do ruky metrovou tyč a na její konec zavěsit závaží o hmotnosti 0,5 kg. Ano :o) tak tuto sílu poskytuje motor při 5000 ot/min… masivní, co :o). S tím by jsme asi moc daleko nedojeli… jak jsme už naznačil, od toho aby ji zvětšili jsou tu převody. A my si můžeme vcelku snadno spočítat, co nám zhruba s točivým momentem provedou a proč tedy vlastně při rozjezdu dáváme „za jedna“…
… ale ještě předtím si dovolím malou odbočku, která nám za chvíli umožní trochu zpřesnit výpočty:
Ztráty výkonu, točivého momentu a otáček na převodech
Píst, který bude vlivem exploze směsi benzínu a vzduchu posunut směrem dolů roztočí přes ojnici kliku a jeho síla jde dál přes primární převod, spojku, kolečka převodovky, sekundární převod (tedy řetězové kolečko, řetěz, zadní ozubené kolo) až na kolo samotné… a přece se točí :o)
…docela dlouhá štreka, kterou musí výkon a točivý moment projít, aby mohli pomocí zadního kola motorky trochu poškádlit asfalt. A bude to stát nějaké to mýtné – ztráty, vzniklé třením ozubených kol v převodovce, si odeberou daň v podobě 10-15 % výkonu a točivého momentu. (Proto se mimo jiné vyplácí kvalitní převodový olejíček – proč zbytečně zvyšovat ztráty na už tak dost malém výkonu – jak se říká, kdo maže, ten jede .o))
Tedy z z grafu vyčtených 2,72 kW výkonu na motoru máme při 15 % ztrátách po projití převody 2,312 kw, které se teprve dostanou na kolo…
A jak je to z mizením otáček? Taky 10-15 % ? Kdepak… Převody jsou vlastně jen hromada do sebe zapadajících ozubených kol a koleček. Kam by se tedy otáčky poděly? V normálním případě nemají kam, jsou zde sice ztráty vlivem tření, ale ty se projeví – jak jsme si řekli – na výkonu a točivém momentu. Na otáčkách se projevit nemohou, prostě se to bude všechno točit přesně podle vypočítaného převodového poměru.
…i když teda takhle. Jsou dvě možnosti, kde by se eventuelně mohly otáčky oproti výpočtu ztrácet. Buďto by musely být na ozubených kolech vylámané zuby, s čímž by výpočet nepočítal. A nebo by musela prokluzovat spojka – nedošlo by k přenosu tolika otáček z motoru, kolika by mělo.
Vliv převodů na točivý moment, výkon a otáčky přenášené na kolo
Vliv převodů na točivý moment přenášený na kolo
Používat v motorce motor bez převodovky by snad šlo, ne? Kliku roztočí, hodili bychom na ní kolo a bylo by… Tak proč že tam ten krám je :o)? Řazení má víc výhod, to jsme si už naznačili výše. Nadhodil jsem také, že to má něco společného se změnou točivého momentu… Jak že to s tím krouťákem vlastně je?
Motor Simsona sám o sobě rozhodně nějaký převratně mohutný točivý moment nemá. Můžete mi oponovat tím, že třeba 1602 ccm motor pohánějící WildStar má vrchol krouťáku v 2250 ot/min při 134,0 Nm. Zní to drsně co? A když vám řeknu, že sériový Simson S51 má v 5000 otáčkách za minutu dokonce ještě víc .o). No, budete si možná říkat, že mám o kolečko víc. Neříkám, že ne :oP ale mnohem víc jich je v převodovce Simsona a ty se postarají o to, aby nám krouťák trošku narostl… Jak to?
Jak jsme si již řekli na začátku článku, točivý moment lze měnit s pomocí převodů a výsledek této změny lze také vypočítat – s těmi převodovými poměry jsme se vážně nepočítali jen tak pro legraci .o). Pokud vezmete hodnotu točivého momentu a vynásobíte jí celkovým převodovým poměrem, vyjde vám hodnota točivého momentu po průchodu všemi převody, tedy hodnota přenesená na zadní kolo.
Hodnotu točivého momentu vyčteme z grafu, pouze bych rád připomenul, že (jak jsme řekli výše) vlivem ztrát nám na převodech 10-15 % točivého momentu uteče. Pokud tedy chcete počítat reálnější číselný výsledek se zanedbáním ztrát, nezapomeňte je odečíst!
Pokud nám stačí nějaký přibližný výsledek typu bude to asi tak víc, nebo stejně, nebo míň a zhruba kolikrát, můžeme se na ztráty klidně vykašlat, ty ovlivní výsledek pouze v případě toho, že by jsme počítali skutečně přesně jaká síla tam na tom kole v reálu bude. Pokud nám pro hrubou představu stačí, že bude 2x větší, než v případě jiného převodu, není nutné je uvažovat – protože ono to bude 2x pokud je počítat budeme stejně, jako to bude 2x kdybychom je neuvažovali, tak proč si přidělávat práci .o)
Takže jakže je to s těmi 134 Nm? Z grafu z DP můžeme vyčíst, že Simson má v 5000 ot/min točivý moment zhruba 5 Nm. Kopneme tam za jedna, čímž dostaneme celkový převodový poměr 31,41333 (3,25*4,4*(34/15)) a trochu potáhneme za ply… eh kalkulačku:
(5/100)*(100-15) = 4,25 [Nm] (snížení původní hodnoty točivého momentu o 15 % ztráty.)
4,25 * 32,41333 = 137,7567 [Nm]
…a pojď WildStare!!!… z tohohle výpočtu nám vyplývá, že Simson S51 – 50 ccm – má se zařazenou jedničkou na kole větší točivý moment než WildStar – 1602 ccm – na klice.
…Jenže na klice u motoru… a on má v sobě taky pár koleček… O:)
Každopádně jsme si myslím vcelku názorně ukázali, co těch pár koleček dokáže a přidali si další důvod, proč se s nima tahat .o). Jen ještě pro porovnání uvedu příklad, jak by tomu bylo v případě zařazeného čtvrtého převodového stupně u toho samého motocyklu:
(5/100)*(100-15) = 4,25 [Nm]
4,25 * 11,3113 = 48,07303 [Nm]
Primární i sekundární převod byl stejný, jen změnou zařazeného stupně (jehož převodový poměr je oproti jedničce skoro třikrát menší) získáme skoro třikrát menší hodnoty celkového převodového poměru a skoro třikrát menší výsledný točivý moment. Jak to násobení hezky funguje, že :o).
Také je na tom myslím hezky vidět, že vyšší převodový poměr znamená vyšší točivý moment a naopak.
Nezní to ale trochu jako perpetum mobile? Podřadím a hůrá! Kde se vzal, tu se vzal, nárůst točivého momentu. Tak tomu rozhodně není, budeme mít sice větší „sílu“, ale zase zaplatíme daň na otáčkách, kde ztratíme tolikrát, kolikrát jsme v Newton-metrech získali. Převodový poměr totiž znásobí hodnotu točivého momentu. Stejně tak ale vydělí původní otáčky motoru, takže z původních 5000 ot/min na motoru jsme v případě sériové S51 a zařazené jedničky na zhruba 154 otáčkách kola za minutu.
5000 / 32,41333 = 154,2575
V případě zařazeného čtvrtého převodového stupně provede kolo (že by skoro třikrát více oproti předchozímu příkladu? :o)) zhruba 442 otáček za minutu.
5000 / 11,3113 = 442,0358
Z toho že se zvýší otáčky kola za minutu vyplývá, že se zvýší i rychlost… ale o kolik a tak dál, to si řekneme až za chvíli. Teď bych se totiž ještě rád věnoval vlivu převodů na výkon motoru.
Vliv převodů na výkon přenášený na kolo
Oproti předchozí části bude tahle zatraceně krátká. Stručně by se dalo říct, že žádný. To bychom ovšem zanedbali ztráty. Které jsou 10-15 %, jak jste si vybrali – stejné jako ztráty počítané u točivého momentu (který je s výkonem spjat, jeden záleží na druhém, jak jsme si řekli výše).
Možná vás trochu mate, jak může být výkon pořád stejný, i když s hodnotou točivého momentu můžeme pomocí převodů hýbat. Podívejte se ještě jednou na vzorec
P = (M * n) / 9550
Co je to vlastně výkon? Je to jednotka, která záleží na síle a čase po který ta síla působila. A jak jsme si již řekli, pokud změnou převodů zvýšíme točivý moment, snížíme otáčky kola. A naopak.
Z čehož plyne, budu mít velkou sílu, která bude působit úměrně tomu méně často. A nebo menší sílu, která bude působit úměrně častěji. Polopaticky, bude to podle změny převodů zabírat víc, nebo míň, kolo se bude podle změny převodů točit míň nebo víc, ale výsledná odvedená práce za určitý čas bude při stejných otáčkách motoru vždycky stejná. Na jedné straně přidám, na druhé uberu. Ale ve výsledku to vyjde co se výkonu týče stejně.
Vliv převodů na otáčky přenášené na kolo
Hodně vyplynulo již výše v textu, teď to zkusím trochu ucelit a řekneme si, jak se dá propočítat změna rychlosti motocyklu v určitých otáčkách podle změny převodu.
Jak jsme si řekli, podle převodového poměru můžeme vypočítat, kolikrát se nám otočí zadní kolo za minutu. Z čehož tedy snadno můžeme dopočítat jakou rychlostí se točí zadní kolo – jakou rychlostí motorka pojede (k tomu si ještě něco dodáme níže, ale v podstatě je to tak), či jaké otáčky bude mít motor při určité rychlosti. Stačí jen přidat jednu proměnnou – obvod kola – a trochu to upravit do vzorce. A dostaneme:
Vzorec pro výpočet výsledné rychlosti při určitých otáčkách
Rychlost [km/h] = otáčky [ot/min] / (primární převod * zařazený rychlostní stupeň * (počet zubů řetězové kolo / počet zubů řetězové kolečko)) * obvod kola [m] * (60/1000)
Vzorec pro výpočet výsledných otáček při určité rychlosti
Otáčky [ot/min] = rychlost [km/h] / (obvod kola [m] * 3,6) * (primární převod * zařazený rychlostní stupeň * (počet zubů řetězové kolo / počet zubů řetězové kolečko))*60
(poznámka pro hloubaly, ony pevné číselné konstanty slouží k převodům otáček za minutu na otáčky za hodinu a metrů na kilometry)
Seriový Simson S51 má udávanou maximální rychlost 60 km/h. Tak s kolika otáčkami za minutu výrobci pro tuto rychlost počítali? Jako obvod kola dosadíme 1,7 m. To že pojedeme na čtyřku snad říkat nemusím :o)
n = 60 / (1,7 * 3,6) * (3,25*1,54*(34/15))*60
n = 6673,333 [ot/min]
…a je to. Stejně tak si můžete propočítat kolik by při těchto otáčkách „jela“ sériová S70. Obvod kola opět 1,7 m…
v = 6673,333 / (2,95 * 1,54 * (34 / 16)) * 1,7 * (60/1000)
v = 70,5 [km/h]
…I když na to “jela, pojede atd.” bych si měl dát raději pozor. Protože tímhle vzorcem vlastně nepočítám jakou rychlostí motocykl pojede, ale jakou rychlostí se točí zadní kolo. Ale kolo se ještě musí odpíchnout od země a to už není převod mezi ozubenými koly, takže tam ještě nějaké ztráty budou. A hlavně se nám tu mohou krásně načítat chyby při dosazování hodnot… nu překročím k další části:
Praktické výpočty rychlosti v určitých otáčkách a naopak
Jak jsem již nastínil výše, rychlost jakou se bude otáčet zadní kolo motocyklu při určitých otáčkách můžeme – pokud je motocykl v dobrém technickém stavu – spočítat zcela bezchybně.
…jenomže pokud si to v praxi zkusíte, pravděpodobně vám to až tak přesně nevyjde. Budete muset motor vytočit o trochu víc? Čím to? Než začneme rozebírat převodovku aby jste zjistili, které kolečko má o zub méně, či překontrolovali spojku, rad bych upozornil na pár menších problémů s těmito výpočty:
Tolerance mechanického tachometru a otáčkoměru
Asi víte, že tachometr „kecá“ – neměří přesně. Je to tak, již z výroby mají tachometry toleranci okolo 0-10 %. A to sice proto, že se tachometr vyrobí s odchylkou +/- 5 %. Jenomže to možné –5 % je problém, podle předpisů nikdy nesmí podměřovat – ukazovat nižší rychlost, než jaká ve skutečnosti je. Takže aby vyrušili tuto nepřesnost, raději tachometru ještě těch 5 % navrch přidají, takže se dostaneme na 0-10 % odchylky od skutečnosti.
Tohle vědí asi všichni. Raději ještě připomenu už méně zmiňovaný fakt (hůř se to ověřuje), že otáčkoměr je na tom podobně. Taky má svou „úchylku“ :oP.
A tyhle „úchylky“ od reálné situace nám mohou vnést do přesného výpočtu zmatek. Možná se to na první pohled nezdá, ale sebemenší prkotina vám už výpočet více či méně ovlivní. Tedy takhle zas tak hrozné to nebude a pro představu vám to snad postačí. Ale aby jste mě pak nekamenovali „že to nevychází a místo 6500 je na otáčkoměru 7000“ .o)
Řešením pro dosažení větší přesnosti by mohlo být užití elektronického otáčkoměru. A co se tachometru týče, klasickým přesnějším řešením jsou digitální tachometry – ať už pro kola, nebo přímo pro motocykly. Jen si zvažte, jestli je pro vás taková přesnost tachometru důležitá a jestli by vám to stálo za ty peníze…
(Jinak pro zajímavost, jak je veliká nepřesnost měření tachometru se dá zjistit třeba na motorové brzdě. A policie někdy na různých akcích – tím nemyslím přímo Kryštofa :o) – nabízí možnost nechat si změřit svou rychlost policejním radarem. Výsledek si potom můžete porovnat s tím, co vám tvrdil tachometr. Ovšem i policejní radar má jistou toleranci.)
Teď mě napadá možný problém s nepřesným měřením rychlosti a to i u digitálních tachometrů. Pokud chceme, aby tachometr měřil přesně, je krom jeho pečlivé montáže důležité také…
Přesné změření obvodu kola
(pokud se to někomu zdá jako triviální, omlouvám se)
Způsobů je samozřejmě vícero. Ale pokud chceme počítat co nejpřesněji, je ideální následujíci:
Najděte si klidný kus asfaltu a udělejte si na kolo, u kterého máte upevněný tachometr, křídou čáru. Potom nasedněte na motorku (vaší hmotností se obvod kola trochu změní) a pěkně jemně a pomaličku (aby vám neklouzalo kolo) jeďte rovně (buďto z ruky, nebo podle nějaké čáry na silnici), až se vám ona čára několikrát obtiskne na zem. Pokud uděláte třeba 5 obtisků (+/- … ale prostě čím víc, tím líp. Protože z nich pak získáme průměrnou hodnotu. A čím víc měření, tím bude výsledná hodnota reálnější), změřte vzdálenost mezi prvním a posledním, vydělte to čtyřmi a máte tu reálnější a tedy i pro výpočet přesnější hodnotu než je provázek okolo kola, výpočet přes 2πr apod…
Ztráty při prokluzu kola
Tohle je v podstatě asi jediné místo, kde může dojít ke ztrátám na otáčkách oproti výpočtu. Kolo se bude točit přesně rychlostí, kterou jsme si vypočetli. Ale motorka stejně pojede pomaleji. Proč? Může za to prokluz kola. To je, jak sám název napovídá, mírné prokluzování zadního kola, aniž by motorku pořádně „odpíchlo“ od asfaltu. Dá se říct, že čím je větší točivý moment na zadním kole, tím jsou větší ztráty vlivem prokluzu kol. Proto se vám protočí kolo („turn out“) snáze na jedničku (kdy velký točivý moment snáze „urve“ pneumatiku od asfaltu) než na čtyřku. Prokluz kola však patří spíš mezi problémy „velkých motorek“. Svou roli tu hrají ovšem i vlastnosti pneumatiky a povrch vozovky.
(Ještě mě tak napadá k těm vlastnostem pneumatiky… víte v čem spočívá tajemství nahříváků na kola? Jsou to takové… jak to nazvat… topné polštáře, do kterých se kolo zabalí. K vidění hlavně v depu na závodech. Se zvýšením teploty pneumatiky se zvýší i koeficient tření, tedy adheze (přilnavost) mezi pneumatikou a silnicí. Takže motorka lépe sedí – dá se o malinko víc klopit – může jet na okruhu rychleji. A také se zlepší přenos sil mezi pneumatikou a vozovkou – zmenší ztráty sil vlivem prokluzu kola.)
Jízdní odpory
Mezi jízdní odpory spadá vlastně všechno co působí silami proti jedoucímu motocyklu a tak znesnadňuje jeho jízdu. Kupříkladu odpor aerodynamický (odpor vzduchu), stoupání, hmotnost motocyklu, ztráty vlivem prokluzu kol atd… souhrně se všechny dohromady nazývají celkové jízdní odpory. Pozastavil bych se nad jedním z nich:
Aerodynamický odpor
Jedná se o odpor, který klade projíždějícímu motocyklu vzduch. Možná se vám bude zdát, že vzduch je zanedbatelná hodnota… tak si rychle poopravte své mylné představy. Aerodynamický odpor je z odporů působících na motocykl při jízdě asi ten nejvýznamnější. Zkusme si ho trochu přiblížit.
Aerodynamický odpor stoupá se čtvercem rychlosti. Stručně…ten čtverec označuje „na druhou“, tedy odpor vzduchu nestoupá pomalu a plynule, ale čím větší rychlost tím bude mnohem mnohem větší odpor vzduchu.
Odhad nutného výkonu motoru pro dosažení určité rychlosti pomocí vztažného vozidla
Aby mohla motorka určité rychlosti dosáhnout musí mít motor dostatečný výkon, který jí dokáže prostrkat přes všechny odpory, které jí budou v této rychlosti kladeny. Tedy jak jsme si řekli na začátku tohoto článku, výkon je tím, co nám určuje maximální rychlost.
V honbě za vyšší rychlostí se lidé tedy snaží motocykly upravovat aby z nich vyždímali ještě víc. Ale: „Kdy mi to pojede těch 90?“
Na tuhle otázku se sice v našich polních podmínkách (tedy pokud nemáte garáž přestavěnou na aerodynamický tunel, ve sklepě nemáte motorovou brzdu atd. :o)) nedá odpovědět přesně, není to jednoduché spočítat ani pro profesionály (vypočítejte si všechny faktory které na motorku za jízdy působí), ale dá se to odhadnout. Jak?
Jak jsem naznačil výše, jízdních odporů je hodně. Složitě se počítají, měří a odhadují… jak tedy zjistit, kdy to ještě pojede a kdy ne? V našem případě pokusem za pomoci vztažného vozidla.
Principem je to, že výsledný upravený stroj na tom bude zvenčí v podstatě stejně jako stroj původní. Nijak zásadně nezmění svůj tvar, hmotnost se nikterak zvlášť nezmění… čímž pádem zůstane i většina jízdních odporů podobná jako u původního Simsona.
Téhle vzhledové podobnosti mezi strojem před úpravou a po ní využijeme, celkové jízdní odpory trochu zanedbáme a vybereme si z nich pro výpočet pouze aerodynamický odpor (který má ale stejně největší podíl). Víme o něm, že stoupá s druhou mocninou a využijeme toho k odhadu potřebného výkonu. A místo laboratorních podmínek a týmu vědců nám pomůže s odhadem reálných odporů náš Simson – nyní v roli vztažného vozidla.
Nejdřív si musíme připravit naši testovací dráhu. Najděte si kus klidného asfaltu s řekněme průměrnými podmínkami – rovinka, přiměřeně normální asfalt, žádná větrná hůrka…
Vezměte své vztažné vozidlo – tedy simíka :o) – a projeďte ho tak, aby jste zjistili v kolika km/h a v jakých otáčkách (tady nám výpočty opět ovlivní problém zmíněný výše – nakolik přesně budíky měří) se akcelerace zastaví a rychleji už to nepojede – v této chvíli je výkon motoru = odporu vzduchu. Leč výkon už stoupat nemůže a „odporný vzduch“ motorku už rychleji jet nenechá.
Podle otáček zjistíme výkon motoru, upravíme o ztráty a už je skoro hotovo.
Takže jsme pokusem zjistili, že náš Simson S51 jede kupříkladu 68 km/h v 7500 otáčkách za minutu. Co s tím?
Podíváme se do grafu pro S51 abychom zjistili, jaký je výkon motoru v 7500 otáčkách za minutu. Já jsem vyčetl, že má motor při těchto otáčkách výkon 2 kW. V tomto případě nemusíme brát v potaz ztráty na převodovce, protože stejná (stejně ztrátová) převodovka bude pohánět i upravený motor. Takže to vyjde na stejno. Připomínám, neupravovat převodovým poměrem, jedná se o výkon.
Nuže dále… podívejme se na vzorec:
(plánovaná rychlost [km/h] / vztažná rychlost [km/h] )2 * vztažný výkon [kW] = potřebný výkon
Plánovaná rychlost – kolik chceme aby to jelo
Vztažná rychlost – maximální rychlost našeho vztažného vozidla
Vztažný výkon – výkon, který měl náš motor v daných otáčkách, viz výše
Takže dosadíme:
(90 / 68) 2 * 2 = 3,50 [kW/h]
Tedy pro dosažení 90 km/h potřebuje motor v námi zvolených podmínkách výkon skoro 3,5 kW. Což je skoro dvakrát víc, než původně, i když rychlost stoupla přibližně o třetinu… já říkal, že je odpor vzduchu mrcha .o).
Ale berte v potaz, že je to zhruba! Spíš pro odhad a představu…
Slovo na závěr a poděkování
…tak a máme to za sebou. Doufám, že se vám článek líbil a pokud jste se třeba i něčemu novému přiučili, budu jen rád. Každopádně tímto momentem přestávám počítat „kolik mi to asi tak pojede se 17z zubem“ apod. :oP teď už máte návod máte tady! .o)
Ještě bych chtěl poděkovat Martinovi a Firešnekovi za to, že si článek pročetli a zkoukli, že se v něm nenachází nějaký přepis, chyba, či mýlka. Díkes, chlapi…
Mějte se!
Ritsi
