Что такое крутящий момент двигателя автомобиля: объяснение простыми словами

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Содержание

Крутящий момент и лошадиная сила

Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке.  Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.

В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.

Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.

Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.

В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.

Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.

Крутящий момент и лошадиная сила

Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.

Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.

Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.

Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.

Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.

Простым языком о крутящем моменте

Если внимательно изучить основные характеристики двигателя авто, то можно столкнуться со следующими понятиями:

  • уровень мощности мотора машины, который измеряется в лошадиных силах;
  • крутящий момент мотора машины (измеряется в ньютонометрах);
  • число оборотов, которые мотор машины делает в течение одной минуты.

Подавляющее большинство людей, которые видят значение в 100 или же в 200 л.с. считают, что это хорошо. И, по большому счету, это действительно так. 100 л.с. или же лошадиных сил являются очень хорошими показателями для городских кроссоверов, которые отличаются компактными размерами, или же для мощных хэтчбеков.

Однако такие характеристики как крутящий момент, число оборотов, которые мотор делает в течение одной минуты, являются не менее важными характеристиками мотора. Потому как уровень мощности в 200 л.с. может быть достигнут, только когда мотор автотранспортного средства работает на пределе. От крутящего момента и будет зависеть быстрота разгона транспортного средства.

Допустим, что вы едете на своей машине по автомобильной трассе на большой скорости, включив четвертую или же пятую передачу. Если вдруг дорога станет подниматься, то уровень мощности мотора вашего транспортного средства может просто оказаться недостаточно.

По этой причине вам придется переходить на низкие передачи, уровень мощности мотора, соответственно, от этого будет увеличиваться. Крутящий же момент обеспечивает увеличение уровня мощности мотора автотранспортного средства, помогая активизировать все его силы на то, чтобы преодолеть препятствие.

Самым большим крутящим моментом на текущий момент времени обладают двигатели, которые работают на бензине. У них он составляет от трех с половиной тысяч оборотов в течение одной минуты, до шести тысяч оборотов в течение одной минуты.

Это будет зависеть главным образом от конкретной марки транспортного средства. Что касается двигателей дизельного типа, то у них максимальный крутящий момент в подавляющем большинстве случаев наблюдается на трех-четырех тысячах оборотов в течение одной минуты.

Соответственно, у них гораздо лучше динамика разгона. Тем не менее, в плане максимального уровня мощности они очень сильного проигрывают двигателям, которые работают на бензине.

Ну и для того, чтобы читателям было совсем понятно, что представляет собой крутящий момент, расскажем о единицах, в которых он измеряется. Это метры и ньютоны. Это та сила, с которой мощность поступает от поршня на маховик через коленвал. И уже от него на трансмиссию (коробку передач). От скорости движения поршня будет непосредственным образом зависеть скорость движения маховика.

Исходя из всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что крутящий момент машины образуется мощностью мотора.

Хотя существуют и такие автотранспортные средства, мотор которых вырабатывает тягу даже при низких оборотах. К таким в частности, можно отнести различного рода трактора, самосвалы, а также внедорожники.

От чего зависит крутящий момент мотора автотранспортного средства

Само собой разумеется, что самые мощные моторы транспортных средств обладают достаточно крупными размерами. Соответственно, если ваше транспортное средство – это малолитражка или же компактный хэтчбек, то у вас не получится ни резко разогнаться, ни «стартануть» с места.

С другой стороны, тут все зависит от того, умеете ли вы правильно переключать передачи и использовать мотор своего транспортного средства на полную мощность.

Исходя из этого, на малолитражках двигатель используется только лишь на половину своей максимальной мощности. В то время как мощные транспортные средства способны разгоняться практически с места. При этом отсутствует необходимость в быстром переключении передач.

Еще одним важным параметром, который оказывает самое непосредственное влияние на крутящий момент мотора автотранспортного средства, является его эластичность. Этот параметр показывает соотношение числа оборотов, которое делает мотор в течение одной минуты, и уровня мощности.

Даже на низкой передаче авто может ехать с достаточно высокой скоростью при двигателе, работающем на полную мощность. Это является особенно актуальным при езде по городским улицам, потому как там водителям приходится постоянно притормаживать, разгоняться, а потом снова притормаживать.

При езде по автомобильной трассе это тоже очень выгодно, потому как можно разогнать двигатель транспортного средства до необходимого количества оборотов всего одним нажатием на педаль.

Что такое мощность двигателя

В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.

Мощность измеряется в ваттах или киловаттах (кВт), а также в лошадиных силах. Стоит отметить, что «лошадиная сила» – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).

Мощность двигателя

Расчет мощности двигателя автомобиля

5 популярных способа как вычислить мощность двигателя автомобиля используя такие данные как: — обороты двигателя, — объем мотора, — крутящий момент, — эффективное давление в камере сгорания, — расход топлива, — производительность форсунок, — вес машины — время разгона до 100 км.

Каждая из формул, по которой будет производиться расчет мощности двигателя автомобиля довольно относительная и не может со 100% точностью определить реальную лошадиную силу движущую машину. Но произведя подсчеты каждым из приведенных гаражных вариантов, опираясь не те или иные показатели, можно рассчитать, по крайней мене, среднее значение будь-то стоковый или тюнингованный движок, буквально с 10-ти процентной погрешностью. Мощность — энергия, вырабатываемая двигателем, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС. Это не постоянная величина. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, при которых можно её достигнуть. Точкой максимума достигается при наибольшем среднее эффективном давлении в цилиндре (зависит от качества наполнения свежей топливной смесью, полноты сгорания и тепловых потерь). Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5500–6500 об/мин. В автомобильной сфере измерять мощность двигателя принято в лошадиных силах. Поэтому поскольку большинство результатов выводятся в киловаттах вам понадобится калькулятор перевода кВт в л.с

Как рассчитать мощность через крутящий момент

Самый простой расчет мощности двигателя авто можно определить по зависимости крутящего момента и оборотов. —Крутящий момент Сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может выдать двигатель для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Определяет быстроту достижения мотором максимальной мощности. Расчетная формула крутящего момента от объема двигателя: Мкр = VHхPE/0,12566, где VH – рабочий объем двигателя (л), PE – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар). —Обороты двигателя — Скорость вращения коленчатого вала. Формула для расчета мощности двигателя внутреннего сгорания автомобиля имеет следующий вид: P = Mкр * n/9549 [кВт], где: Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленчатого вала (об./мин.), 9549 – коэффициент, дабы обороты подставлять именно в об/мин, а не косинусами альфа. Поскольку по формуле, результат получим у кВт, то при надобности также можно конвертировать в лошадиные силы или попросту умножать на коэффициент 1,36. Использование данных формул — это самый простой способ перевести крутящий момент в мощность. А дабы не вдаваться во все эти подробности быстрый расчет мощности ДВС онлайн, можно произвести, используя наш калькулятор. Но, к сожалению, данная формула отражает лишь эффективную мощность мотора которая не вся доходит именно до колес автомобиля. Ведь идут потери в трансмиссии, раздаточной коробке, на паразитные потребители (кондиционер, генератор, ГУР и т.п.) и это без учета таких сил как сопротивление качению, сопротивление подъему, аэродинамическое сопротивление.

Как рассчитать мощность по объему двигателя

Если же вы не знаете крутящий момент двигателя своего автомобиля, то для определения его мощности в киловаттах также можно воспользоваться формулой такого вида: Ne = Vh * pe * n/120 (кВт), где: Vh — объём двигателя, см³ n — частота вращения, об/мин pe — среднее эффективное давление, МПа (на обычных бензиновых моторах оставляет порядка 0,82 — 0,85 МПа, форсированных — 0,9 МПа, а для дизеля от 0,9 и до 2,5 МПа соответственно). Для получения мощности движка в «лошадках», а не киловаттах, результат следует разделить на 0,735.

Расчет мощности двигателя по расходу воздуха

Такой же приблизительный расчет мощности двигателя можно определять и по расходу воздуха. Функция такого расчета доступна тем, у кого установлен бортовой компьютер, поскольку нужно зафиксировать значение расхода, когда двигатель автомобиля, на третьей передаче, раскручен до 5,5 тыс. оборотов. Полученное значение с ДМРВ делим на 3 и получаем результат. Формула как рассчитать мощность ДВС по расходу воздуха в итоге выглядит так: Gв [кг]/3=P[л.с.] Такой расчет, как и предыдущий, показывает мощность брутто (стендовое испытание двигателя без учета потерь), которая выше на 10—20% от фактической. А еще стоит учесть, что показания датчика ДМРВ сильно зависят от его загрязненности и калибровок.

Расчет мощности по массе и времени разгона до сотни

Еще один интересный способ как рассчитать мощность двигателя на любом виде топлива, будь-то бензин, дизель или газ – по динамике разгона. Для этого используя вес автомобиля (включая пилота) и время разгона до 100 км. А чтобы Формула подсчета мощности была максимально приближена к истине нужно учесть также потери на пробуксовку в зависимости от типа привода и быстроту реакции разных коробок передач. Приблизительные потери при старте для переднеприводных составит 0,5 сек. и 0,3-0,4 у заднеприводных авто. Используя этот калькулятор мощности ДВС, который поможет определить мощность двигателя исходя из динамики разгона и массы, вы сможете быстро и достаточно точно узнать мощь своего железного коня не вникая в технические характеристики.

Таблица крутящего момента и мощности

  Марка автомобиля мощность, л.с. при об/мин крутящий момент, Нм приведенный момент, Нм
1 Alfa Romeo 8C Competizione 450 7000 470 470
2 Aston Martin DB9 477 6000 600 514
3 Audi A3 Sedan 2.0 TDI 150 4000 320 183
4 Audi A6 3.0 TDI 204 4500 400 257
5 Audi RS5 Coupe 450 8250 430 507
6 Audi S3 300 6200 380 337
7 Audi S4 333 7000 441 441
8 Audi S8 520 6000 652 559
9 Audi Q7 4.2 TDI 327 3750 760 407
10 Audi R8 4.2 420 7800 430 479
11 Bentley Mulsanne 512 4200 1020 612
12 BMW 330d F30 258 4000 560 320
13 BMW M135i F21 320 5800 450 373
14 BMW M5 F10 560 7000 680 680
15 BMW M550d xDrive F10 381 4400 740 465
16 BMW 750i F01 450 5500 650 511
17 BMW M3 E92 420 8300 400 474
18 BMW X5 M50d E70 381 4400 740 465
19 Bugatti Veyron 16.4 1001 6000 1250 1071
20 Cadillac Escalade 403 5700 565 460
21 Chevrolet Camaro ZL1 580 6000 754 646
22 Chevrolet Corvette Z06 507 6300 637 573
23 Citroën C5 V6 HDi 240 240 3800 450 244
24 Citroën DS5 eHDi 160 160 3750 340 182
25 Dodge Challenger SRT8 392 470 6000 637 546
26 Dodge SRT Viper 650 6150 814 715
27 Ferrari 458 Italia 570 9000 540 694
28 Ferrari 550 Maranello 480 7000 569 569
29 Ferrari F12 Berlinetta 740 8700 690 858
30 Ferrari FF 660 8000 683 781
31 Ford Explorer 2.0L EcoBoost 243 5500 366 288
32 Ford Fiesta ST 182 5700 240 195
33 Ford Focus ST 250 6000 340 291
34 Ford Kuga 1.6 EcoBoost 182 5700 240 195
35 Ford Mondeo 2.2 TDCi 200 3500 420 210
36 Honda Civic Type-R mk8 201 7800 193 215
37 Honda CR-V 190 7000 222 222
38 Honda S2000 240 7800 220 245
39 Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi 197 3800 421 229
40 Infiniti G37 Sport 333 7000 365 365
41 Infiniti FX30d 238 3750 550 295
42 Jaguar XF 3.0 V6 D S 275 4000 600 343
43 Jaguar XJ 5.0 SC Supersport 510 6500 625 580
44 Jaguar XKR-S Coupe 550 6500 680 631
45 Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD 250 4000 570 326
46 Jeep Grand Cherokee SRT8 465 6000 624 535
47 Kia Optima 2.4 180 6000 231 198
48 Kia Sorento 2.2 CRDi 197 3800 421 229
49 Koenigsegg Agera 940 6900 1100 1084
50 Lamborghini Aventador LP700-4 700 8250 690 813
51 Land Rover Discovery 4 5.0 V8 375 6500 510 474
52 Land Rover Discovery 4 SDV6 245 4000 600 343
53 Lexus LF-A 560 8700 480 597
54 Lexus IS-F 423 6600 505 476
55 Maserati 3200GT 370 6250 491 438
56 Maserati Granturismo S 440 7000 490 490
57 Maybach 57 550 5250 900 675
58 Mazda 6 2.2 SkyActiv-D 175 4500 420 270
59 Mazda CX-9 Touring AWD 277 6250 366 327
60 Mclaren F1 627 7500 651 698
61 Mclaren MP4-12C 600 7000 600 600
62 Mercedes-Benz A 45 AMG 360 6000 450 386
63 Mercedes-Benz C 250 CDI W204 201 4200 500 300
64 Mercedes-Benz CLA 250 211 5500 350 275
65 Mercedes-Benz GL63 AMG 558 5250 759 569
66 Mercedes-Benz S 600 W221 517 5000 830 593
67 Mercedes-Benz S 63 AMG W222 585 5500 900 707
68 Mercedes-Benz SL 65 AMG R231 630 5000 1000 714
69 MINI Cooper SD Countryman 143 4000 305 174
70 MINI JCW 211 6000 280 240
71 Mitsubishi Lancer Evolution X 295 6500 422 392
72 Mitsubishi Outlander 3.0 230 6250 291 260
73 Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D 200 3800 441 239
74 Nissan GT-R R35 550 6400 632 578
75 Nissan Patrol 405 5800 560 464
76 Opel Astra OPC 280 5500 400 314
77 Opel Insignia 2.0 CDTI 195 4000 400 229
78 Opel Insignia OPC 325 5250 435 326
79 Peugeot 308 2.0 HDI 140 4000 340 194
80 Peugeot RCZ 200 THP 200 5800 275 228
81 Porsche 911 Carrera S 991 400 7400 440 465
82 Porsche 911 Turbo S 991 560 6750 750 723
83 Porsche Carrera GT 612 8000 590 674
84 Porsche Cayenne S Diesel 382 3750 850 455
85 Porsche Panamera Diesel 300 4000 650 371
86 Range Rover 5.0 Supercharged 510 6500 625 580
87 Range Rover Sport 4.4 TDV8 339 3500 700 350
88 Renault Clio RS 200 7100 215 218
89 Renault Megane dCi 160 160 3750 380 204
90 Rolls-Royce Ghost 570 5250 780 585
91 Rolls-Royce Wraith 635 5600 800 640
92 Skoda Fabia RS 180 6200 250 221
93 Skoda Octavia 2.0 TDI 143 4000 320 183
94 Subaru Impreza WRX STI 300 6200 350 310
95 Subaru Legacy Outback 3.6 250 6000 335 287
96 Toyota GT86 200 7000 205 205
97 Toyota RAV4 180 6000 233 200
98 Volkswagen Golf GTI 230 6200 350 310
99 Volkswagen Touareg 3.0 TDI 204 4750 450 305
100 Volvo S60 T6 304 5600 440 352
101 Volvo XC60 D5 215 4000 420 240

← Круиз-контроль
Ксенон →

  • 1
  • 9001

Расчет крутящего момента двигателя

Т.к. во всех цилиндрах двигателя величина и характер изменения крутящих моментов по углу поворота коленчатого вала одинаковые и отличаются лишь угловым интервалом, то для расчета ?Мкр достаточно построить кривую крутящего момента для одного цилиндра.

Средний крутящий момент двигателя, Н•м,

image015.png

где F – площадь под графиком, заключенная между кривой ?Мкр.и линией ОА, мм;

ОА – длина интервала между величинами на диаграмме, мм;

mМ – масштаб моментов.

image016.png

Действительный эффективный крутящий момент:

image017.png

где – механический КПД двигателя, = 0,79

image018.png

Рисунок 4. – Кривая крутящего момента для одного цилиндра

От чего зависит крутящий момент двигателя

Для определения параметров двигателя задаются характеристики, требуемые на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации.

означает крутящий момент

Крутящий момент двигателя, формула расчета: Мкр = F х L (F – усилие, L – длина плеча).

Чем качественнее и полноценнее сгорают топливные смеси в цилиндрах, тем большее значение имеет сила F, в качестве длины плеча L здесь выступает ход поршня.

От правильности расчета Мкр зависят характеристики двигателя:

  1. Динамика разгона.
  2. Изменение тяги.
  3. Возможность эксплуатации авто в напряженных режимах.

Мкр двигателя зависит от:

типа мотора (дизельный либо бензиновый):

  • объема цилиндров;
  • степени сжатия;
  • количества оборотов.

Максимальный крутящий момент двигателя отмечается на представленном графике до начала его снижения на соответствующих оборотах коленвала. Замечено, что при достижении максимального значения Мкр, последующее увеличение оборотов не приводит к росту момента вращения силового агрегата. На графике это выглядит в виде параболы перевернутого типа.

Физические определения мощности и крутящего момента двигателя

Из курса физики за девятый класс нам известно, что крутящий момент М равняется произведению силы F, прикладываемой к рычагу длиной плеча L. Высчитывается он по формуле: М = F * L.

Определение мощности мотора и понимание данного параметра, сложившееся в науке, звучит следующим образом: это физическая величина, которая характеризует работу двигателя, выполняемую им за определённое время. То есть, мощность показывает, как быстро машина, имеющая определённую массу, сможет преодолеть определённое расстояние. Чем выше мощность, тем большую максимальную скорость разовьёт автомобиль при его неизменной снаряжённой массе. В классической физике мощность измеряют в ваттах или киловаттах, а лошадиная сила является внесистемной единицей измерения.

Крутящий момент двигателя

Понимание крутящего момента сложнее. Крутящим моментом двигателя является качественный показатель, который характеризует силу вращения коленчатого вала мотора. Рассчитывается он как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (т.е. расстояние от центра оси вращения коленвала до места крепления поршня (шатунной шейки). Крутящий момент напрямую зависит от силы давления газов в цилиндре на поршень, а также от рабочего объёма мотора и от степени сжатия топливно-воздушной смеси в цилиндрах. Значительно более высоким крутящий момент получается у дизельных двигателей – как раз потому, что у них чрезвычайно высока степенью сжатия смеси солярки и воздуха в камерах сгорания.

Физические определения мощности и крутящего момента двигателя

Высокий крутящий момент двигателя даёт автомашине лучшую динамику разгона, уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенным образом увеличивает тяговые характеристики мотора: повышает грузоподъёмность машины и её проходимость.

Своего наибольшего значения крутящий достигает при определённых оборотах. Моторам бензиновым оборотов требуется больше, чем дизелям. По сути, мощность двигателя является вторичной рабочей характеристикой мотора, которая является производной крутящего момента. Она линейно зависима от частоты вращения коленвала: чем обороты выше, тем больше и мощность мотора (естественно, до определённых пределов).

Крутящий момент тоже увеличивается при увеличении оборотов двигателя. Но, достигнув своего наивысшего значения (при определённой частоте вращения коленчатого вала), его показатели начинают понижаться, уже вне зависимости от дальнейшего прироста оборотов.

Единицы

Момент силы имеет размерность сила на расстояние, и в системе СИ единицей момента силы является «ньютон-метр». Джоуль, единица СИ для энергии и работы, тоже определяется как 1Н*м, но эта единица не используется для момента силы. Когда энергия представляется как результат «сила на расстояние», энергия скалярная, тогда как момент силы — это «сила, векторно умноженная на расстояние» и таким образом она (псевдо) векторная величина. Конечно, совпадение размерности этих величин не простое совпадение; момент силы 1Н*м, приложенный через целый оборот, требует энергии как раз 2*π джоулей. Математически

E= tau theta ,

где Е — энергия, τ — вращающий момент, θ — угол в радианах.

Откуда берутся «лошадиные силы»?

Измерять мощность моторов в «лошадиных силах» предложил знаменитый английский изобретатель Джеймс Уатт в 1789 году. Во времена начала промышленной революции в Англии на рудниках, в портах и мельницах в качестве источника силы для подъемных машин использовались лошади. Их запрягали в лебедку крана и гоняли по кругу.

Запряженное в механизм животное весом около 500 кг, вышагивая по кругу и натягивая канат через систему блоков, могло обеспечить работу крана, равную подъему груза в 90 кг со скоростью 1 метр в секунду. Груз поднимали бочками или кулями весом от 140,9 до 190,9 кг каждый. Тем самым, за 8 часов работы лошадь, ковыляя вокруг лебедки со скоростью в 3 кмч, не утруждаясь могла перегрузить 33 000 фунтов, что равняется почти 14 тоннам. Эту работу и прописали как эталон «лошадиной силы».

Паровые машины могли совершать такую же работу гораздо быстрее, потому как имели мощность в несколько лошадиных сил. Тем самым, в определении Джеймса Уатта, мощность — это не спортивная динамика машины, не приемистость, а работа, совершенная в единицу времени.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия – «постоянный вращающий момент» – подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» – эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения – мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения – велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность – кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

От чего зависит крутящий момент двигателя?

Не каждый водитель сможет дать определение, что такое крутящий момент двигателя автомобиля. Физический смысл данного понятия можно встретить в учебниках школьной программы. Там же дается формула крутящего момента двигателя. Данный параметр измеряется в ньютоно-метрах. Для определения его величины требуется умножить усилие поршня на расстояние между коленчатым валом и точкой крепления поршня (длина плеча).

Формула момента кручения двигателя:

М кр = F х L

F – усилие;

L – длина плеча.

Отсюда следует ответ на вопрос – как повысить крутящий момент двигателя? Чтобы момент вращения силового агрегата стал больше, нужно увеличить либо усилие, либо плечо, а лучше всего оба показателя.

Крутящий момент и мощность двигателя находятся в прямой зависимости:

Р = М кр х n, где

P – мощность;

М кр – момент вращения;

n – количество об/мин коленвала.

Измерение момента силы[править | править код]

Измерение момента силы осуществляется с помощью специальных приборов — торсиометров. Принцип их действия обычно основан на измерении угла закручивания упругого вала, передающего крутящий момент, либо на измерении деформации некоторого упругого рычага. Измерения деформации и угла закручивания производится различными датчиками деформации — тензометрическими, магнитоупругими, а также измерителями малых перемещений — оптическими, ёмкостными, индуктивными, ультразвуковыми, механическими.

Существуют специальные динамометрические ключи для измерения крутящего момента затягивания резьбовых соединений и регулируемые и нерегулируемые ограничители крутящего момента, так называемые «трещотки», применяемые в гаечных ключах, шуруповёртах, винтовых микрометрах и др.

Момент силы относительно точки

Если имеется материальная точка O_F,!, к которой приложена сила vec F, то момент силы относительно точки O,! равен векторному произведению радиус-вектора vec r, соединяющий точки O и OF, на вектор силы vec F:

vec M_O = left[ vec r times vec F right].

Смотрите также:

  • Инстинкт самосохранения. Тест-драйв Mitsubishi ASX 2015 года →
  • Смена прописки. Тест-драйв Mitsubishi Pajero Sport →
  • Эффект дежавю. Тест-драйв нового Suzuki SX4 →

Оставить комментарий (0)

Способы прироста в крутящем моменте двигателя

Величину, которая необходима для крутящего момента той или иной модели автомобиля, определяют инженеры ещё на предварительном этапе конструкторской разработки мотора. От неё зависят и другие элементы автомобиля: его подвеска, тормозное и рулевое управление, аэродинамика. Поэтому, прежде чем приступать к самостоятельному форсированию двигателя, важно убедиться, что машина не развалится от умощнения двигателя.

Способы прироста в крутящем моменте двигателя

Способов увеличения крутящего момента и, вместе с ним, мощности двигателя, может быть много:

  • изменение геометрических свойств поршневой группы;
  • увеличение компрессии;
  • замена инжекторов или форсунок;
  • установка наддува на атмосферный двигатель;
  • изменения в системе воздухозабора;
  • доработка или замена системы выпуска выхлопных газов;
  • чип-тюнинг, при помощи перепрограммирования топливной карты блока управления мотора.

Однако принудительное увеличение крутящего момента и мощности двигателя в значительной степени уменьшает ресурс его работы.

См. также[править | править код]

  • Момент инерции
  • Момент импульса
  • Теорема Вариньона

Внешние ссылки

  • «Мощность и крутящий момент» Статья, показывающая, как мощность, крутящий момент и передача влияют на характеристики автомобиля.
  • «Крутящий момент против лошадиных сил: еще один аргумент» Автомобильная перспектива
  • Крутящий момент и угловой момент в круговом движении в Project PHYSNET .
  • Интерактивное моделирование крутящего момента
  • Преобразователь крутящего момента
  • Чувство крутящего момента Интерактивность на порядок величины.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...