Как узнать крутящий момент двигателя: гидравлика, гидравлические оборудование, пневматические оборудование, смазочное оборудование, фильтры

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

Виды крутящих моментов:

• Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
• Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
• Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Таблица крутящих моментов электродвигателей

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Двигатель	кВт/об	Мном, Нм	Мпуск, Нм	Ммакс, Нм	Минн, Нм
АИР56А2	0,18/2730	0,630	1,385	1,385	1,133
АИР56В2	0,25/2700	0,884	1,945	1,945	1,592
АИР56А4	0,12/1350	0,849	1,868	1,868	1,528
АИР56В4	0,18/1350	1,273	2,801	2,801	2,292
АИР63А2	0,37/2730	1,294	2,848	2,848	2,330
АИР63В2	0,55/2730	1,924	4,233	4,233	3,463
АИР63А4	0,25/1320	1,809	3,979	3,979	3,256
АИР63В4	0,37/1320	2,677	5,889	5,889	4,818
АИР63А6	0,18/860	1,999	4,397	4,397	3,198
АИР63В6	0,25/860	2,776	6,108	6,108	4,442
АИР71А2	0,75/2820	2,540	6,604	6,858	4,064
АИР71В2	1,1/2800	3,752	8,254	9,004	6,003
АИР71А4	0,55/1360	3,862	8,883	9,269	6,952
АИР71В4	0,75/1350	5,306	13,264	13,794	12,733
АИР71А6	0,37/900	3,926	8,245	8,637	6,282
АИР71В6	0,55/920	5,709	10,848	12,560	9,135
АИР71В8	0,25/680	3,511	5,618	6,671	4,915
АИР80А2	1,5/2880	4,974	10,943	12,932	8,953
АИР80В2	2,2/2860	7,346	15,427	19,100	13,223
АИР80А4	1,1/1420	7,398	16,275	17,755	12,576
АИР80В4	1,5/1410	10,160	22,351	24,383	17,271
АИР80А6	0,75/920	7,785	16,349	17,128	12,457
АИР80В6	1,1/920	11,418	25,121	26,263	20,553
АИР80А8	0,37/680	5,196	10,393	11,952	7,275
АИР80В8	0,55/680	7,724	15,449	16,221	10,814
АИР90L2	3/2860	10,017	23,040	26,045	17,030
АИР90L4	2,2/1430	14,692	29,385	35,262	29,385
АИР90L6	1,5/940	15,239	30,479	35,051	28,955
АИР90LА8	0,75/700	10,232	15,348	20,464	15,348
АИР90LВ8	1,1/710	14,796	22,194	32,551	22,194
АИР100S2	4/2850	13,404	26,807	32,168	21,446
АИР100L2	5,5/2850	18,430	38,703	44,232	29,488
АИР100S4	3/1410	20,319	40,638	44,702	32,511
АИР100L4	4/1410	27,092	56,894	65,021	43,348
АИР100L6	2,2/940	22,351	42,467	49,172	35,762
АИР100L8	1,5/710	20,176	32,282	40,352	30,264
АИР112М2	7,5/2900	24,698	49,397	54,336	39,517
АИР112М4	5,5/1430	36,731	73,462	91,827	58,769
АИР112МА6	3/950	30,158	60,316	66,347	48,253
АИР112МВ6	4/950	40,211	80,421	88,463	64,337
АИР112МА8	2,2/700	30,014	54,026	66,031	42,020
АИР112МВ8	3/700	40,929	73,671	90,043	57,300
АИР132М2	11/2910	36,100	57,759	79,419	43,320
АИР132S4	7,5/1440	49,740	99,479	124,349	79,583
АИР132М4	11/1450	72,448	173,876	210,100	159,386
АИР132S6	5,5/960	54,714	109,427	120,370	87,542
АИР132М6	7,5/950	75,395	150,789	165,868	120,632
АИР132S8	4/700	54,571	98,229	120,057	76,400
АИР132М8	5,5/700	75,036	135,064	165,079	105,050
АИР160S2	15/2940	48,724	97,449	155,918	2,046
АИР160М2	18,5/2940	60,094	120,187	192,299	2,884
АИР180S2	22/2940	71,463	150,071	250,119	4,288
АИР180М2	30/2940	97,449	214,388	341,071	6,821
АИР200М2	37/2950	119,780	275,493	383,295	16,769
АИР200L2	45/2940	146,173	380,051	584,694	19,003
АИР225М2	55/2955	177,750	408,824	710,998	35,550
АИР250S2	75/2965	241,568	628,078	966,273	84,549
АИР250М2	90/2960	290,372	784,003	1161,486	116,149
АИР280S2	110/2960	354,899	887,247	1171,166	212,939
АИР280М2	132/2964	425,304	1233,381	1488,563	297,713
АИР315S2	160/2977	513,268	1231,844	1693,786	590,259
АИР315М2	200/2978	641,370	1603,425	2116,521	962,055
АИР355SMA2	250/2980	801,174	1281,879	2403,523	2163,171
АИР160S4	15/1460	98,116	186,421	284,538	7,457
АИР160М4	18,5/1460	121,010	229,920	350,930	11,375
АИР180S4	22/1460	143,904	302,199	402,932	15,110
АИР180М2	30/1460	196,233	470,959	588,699	27,276
АИР200М4	37/1460	242,021	532,445	847,072	46,952
АИР200L4	45/1460	294,349	647,568	941,918	66,229
АИР225М4	55/1475	356,102	997,085	1317,576	145,289
АИР250S4	75/1470	487,245	1218,112	1559,184	301,605
АИР250М4	90/1470	584,694	1461,735	1871,020	467,755
АИР280S4	110/1470	714,626	2072,415	2429,728	578,847
АИР280М4	132/1485	848,889	1697,778	2886,222	1612,889
АИР315S4	160/1487	1027,572	2568,931	3802,017	2363,416
АИР315М4	200/1484	1287,062	3217,655	4247,305	3603,774
АИР355SMA4	250/1488	1604,503	3690,356	4492,608	8985,215
АИР355SMВ4	315/1488	2021,673	5054,183	5862,853	12534,375
АИР355SMС4	355/1488	2278,394	5012,466	6151,663	15493,078
АИР160S6	11/970	108,299	205,768	314,067	12,021
АИР160М6	15/970	147,680	339,665	443,041	20,675
АИР180М6	18,5/970	182,139	400,706	546,418	29,324
АИР200М6	22/975	215,487	517,169	711,108	50,209
АИР200L6	30/975	293,846	617,077	881,538	102,846
АИР225М6	37/980	360,561	721,122	1081,684	186,050
АИР250S6	45/986	435,852	784,533	1307,556	440,210
АИР250М6	55/986	532,708	1012,145	1811,207	633,922
АИР280S6	75/985	727,157	1454,315	2326,904	1090,736
АИР280М6	90/985	872,589	1745,178	2792,284	1657,919
АИР315S6	110/987	1064,336	1809,372	2873,708	4044,478
АИР315М6	132/989	1274,621	2166,855	3696,400	5735,794
АИР355МА6	160/993	1538,771	2923,666	3539,174	11848,540
АИР355МВ6	200/993	1923,464	3654,582	4423,968	17118,832
АИР355MLA6	250/993	2404,330	4568,228	5529,960	25485,901
AИР355MLB6	315/992	3032,510	6065,020	7278,024	40029,133
АИР160S8	7,5/730	98,116	156,986	235,479	13,246
АИР160М8	11/730	1007,329	1712,459	2417,589	181,319
АИР180М8	15/730	196,233	333,596	529,829	41,994
АИР200М8	18,5/728	242,685	509,639	606,714	67,952
АИР200L8	22/725	289,793	579,586	724,483	88,966
АИР225М8	30/735	389,796	701,633	1052,449	214,388
АИР250S8	37/738	478,794	861,829	1196,985	481,188
АИР250М8	45/735	584,694	1052,449	1520,204	695,786
АИР280S8	55/735	714,626	1357,789	2143,878	1071,939
АИР280М8	75/735	974,490	1754,082	2728,571	1851,531
АИР315S8	90/740	1161,486	1509,932	2671,419	4413,649
АИР315М8	110/742	1415,768	2265,229	3964,151	6370,957
АИР355SMA8	132/743	1696,635	2714,616	3902,261	12215,774
AИР355SMB8	160/743	2056,528	3496,097	4935,666	18097,443
AИР355MLA8	200/743	2570,659	4627,187	6940,781	26991,925
AИР355MLB8	250/743	4498,654	7647,712	10796,770	58032,638

Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Расчет онлайн

Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)

тут будет калькулятор

После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»

Мощность и крутящий момент — что это?

ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?

— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.

Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.

Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили

И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.

Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к  самобеглым экипажам.

Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем

По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch. .. При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…

КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?

Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.

Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.

Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской

Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?

Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?

На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.

Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам

Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента

Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.

И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.

Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность

Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.

Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.

Мощность и крутящий момент | Тюнинг ателье VC-TUNING

Мощность и крутящий момент…  Эти термины часто вводят в ступор многих посетителей автомобильных форумов. Энцо Феррари однажды сказал: «Лошадиные силы продают автомобиль, крутящий момент выигрывает гонки».

 

Мы не собираемся представлять здесь все уравнения и формулы, позволяющие рассчитать мощность и крутящий момент: объяснить многие вещи в одной статье достаточно трудно. Да это вам и не понадобится, если, конечно, вы не планируете стать крупным специалистам в данной области. Но мы постараемся доступным языком объяснить, как мощность и крутящий момент соотносятся друг с другом и как они влияют на производительность автомобиля.

 

Лошадиная сила

Термин «лошадиная сила» был впервые использован Джеймсом Уаттом, британским изобретателем, чье имя неразрывно связано с созданием парового двигателя. Строго говоря, лошадиная сила – это скорость, с которой может быть выполнена работа. Уатт использовал этот термин для сравнения мощности парового двигателя с мощью рабочей лошадки. Наравне с лошадиными силами сегодня используется и системная единица измерения мощности – ватт (Вт).

1 л.с. = 746 Вт

Эффективная мощность двигателя измеряется на коленчатом валу с помощью динамометра. Производители автомобилей, как правило, используют для ее обозначения термин «пиковая мощность» (максимальная мощность при определенном числе оборотов в минуту).

 

Мощность рассчитывается путем умножения крутящего момента двигателя на число оборотов и последующего деления на 5252. Откуда взялась последняя цифра? Если вы не хотите скучных и путаных объяснений, просто поверьте на слово и запомните эту константу.

                         крутящий момент * угловая скорость (RPM)

мощность =      —————————————————

                                                    5252

Здесь не мешало бы упомянуть о динамометрических роликовых стендах, но из-за большого разнообразия стендовых динамометров, мы опишем основные из них в другой статье. Следует отметить, что существует немало причин, по которым цифры, наблюдаемые при езде по дороге, оказываются ниже полученных на стенде. Автомобиль на стенде неподвижен, а на открытой дороге свой вклад вносят давление воздуха, перепады температуры и многие другие факторы, которые сложно учесть при испытаниях, хотя многие пытаются компенсировать их отсутствие с помощью вентиляторов и т. д.

 

  

Крутящий момент

Крутящий момент – вращательное усилие, которое будет применено к ведущим колесам автомобиля. Крутящий момент можно рассматривать в качестве меры способности двигателя выполнить работу. Единицы измерения крутящего момента – фунт*фут и Ньютон*метр (Нм). Один фунт*фут крутящего момента представляет собой усилие, необходимое для поворота 1-футовой оси, на конце которой прикреплен груз весом 1 фунт. Если на конце 1-футовой оси находится груз весом 200 фунтов, крутящий момент будет составлять 200 фунтов*фут. Очевидно, что чем больше это число, тем больше вращательное усилие на колесах.

1 фунт*фут = 1.36 Н*м

 

 

Однако важно понимать, что по мере увеличения крутящего момента вашего двигателя возрастает вероятность самопроизвольного поворота колес. Это довольно частое явление у мощных переднеприводных (FWD) автомобилей с большим крутящим моментом. Поскольку в данном случае передние колеса задействованы также и в управлении автомобилем, вы можете столкнуться с эффектом, называемым паразитным силовым подруливанием. В принципе проблема «непослушания» приводных колес свойственна не только переднеприводным машинам, а любым мощным автомобилям с большим крутящим моментом. Однако, разделив крутящий момент на все четыре колеса (в случае полноприводных (4WD) автомобилей), вы можете уменьшить этот эффект и больше мощности передать дороге.  Хотя есть еще много факторов (например, размер и структура шин, настройка подвески и ходовой части, передаточные числа), которые могут помочь переднеприводным (FWD) или заднеприводным (RWD) автомобилям эффективно использовать свою мощность.

 

Сравнение мощности и крутящего момента

(Как мощность и крутящий момент влияют на производительность)

Причина недопонимания ряда вопросов автолюбителями кроется в том, что в качестве характеристики двигателя автомобиля производители, как правило, приводят пиковые показатели мощности. Это ведет к путанице, люди пытаются сравнивать производительность автомобиля с его мощностью. «Моя машина имеет большее количество лошадиных сил, поэтому она будет быстрее вашей» – некорректное, но достаточно распространенное сравнение.

Есть много факторов, влияющих на производительность автомобиля, и крутящий момент, безусловно, один из них. Кроме того, и мощность, и крутящий момент будут зависеть от передаточных чисел. И, конечно же, большую роль играет то, как и для чего используется автомобиль.

Если вы когда-либо управляли машиной с высоким крутящим моментом (например, автомобилем с большим объемом двигателя или турбодизелем), вы, вероятно, заметили, что способны с легкостью ускоряться на большинстве передач. Это является результатом того, что имеется достаточно мощности в виде крутящего момента, чтобы автомобиль двигался при более широком диапазоне оборотов. Ускорение прямо пропорционально крутящему моменту, т.е. машина, будет ускоряться в соответствии с кривой крутящего момента.

Однако, если вы используете численно более высокое передаточное отношение для увеличения крутящего момента, вы на самом деле уменьшаете максимальную скорость вращения привода. Это может привести к тому, что автомобиль с высоким крутящим моментом (допустим, 680 НМ) достигнет своего предела уже при 30 км/ч.

При всем этом разговоры о крутящем моменте не просто игра слов. Следует понять, что лошадиная сила – просто другой способ измерения мощности (вспомните приведенное выше уравнение: лошадиная сила – это крутящий момент, умноженный на угловую скорость и деленный на 5252). Однако двигатель может быть рассчитан на более высокие обороты и более высокую мощность и, таким образом, на создание большего крутящего момента.

Из всего вышесказанного следует, что лошадиные силы и крутящий момент связаны друг с другом, однако это не одно и то же. Автомобиль с большим крутящим моментом будет ускоряться иначе, чем автомобиль с большим числом лошадей под капотом, с разными точками переключения передач и диапазонами оборотов в минуту. Автомобили с меньшим крутящим моментом (большим числом лошадиных сил), как правило, набирают больше оборотов, но максимальная мощность достигается только на больших оборотах. Машины с большим крутящим моментом (меньшим числом лошадиных сил) имеют меньшую мощность, но сравнительно более широкий диапазон оборотов. Все очень запутано: вроде бы крутящий момент и лошадиные силы – это одно и то же, но разгоняют машину по-разному. Хорошим автомобилем можно считать тот, что имеет оптимальное соотношение крутящего момента и лошадиных сил и возможность повышения обоих параметров.

Что еще влияет на ускорение

• Вес автомобиля. Многие ошибочно полагают, что чем больше весит машина, тем больше нужно энергии, чтобы сдвинуть ее с места.
• Аэродинамика. Снова требуется много энергии, чтобы машина могла преодолевать сопротивление встречным потокам воздуха.
• Сопротивление качению. Шины и привод (шестерни, приводные валы, оси и т. д.) требуют энергии, чтобы они могли вращаться с контактирующими поверхностями.
• Шестерни/передачи. Чтобы автомобиль мог разгоняться и ускорятся, он оборудован коробкой передач. Шестеренки в коробке влияют на крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, но они не могут изменить количество лошадиных сил в машине. В коробке передач все начинается с шестерни, которая запускает крутящий момент. Он позволяет ускоряться в относительно умеренном темпе, но избежать быстрых оборотов двигателя. Каждая последующая передача помогает развить скорость. Вот почему автомобиль, например, может разогнаться от 0 до 96 км/час за 5 секунд, но от 0 до 160 км/час разгон уже займет 13 секунд, поскольку ему нужно еще 8 секунд, чтобы набрать добавочную скорость в 64 км/час. При этом важно учитывать кинетическую энергию и аэродинамику (сопротивление ветру).

Динамометр фиксирует хороший крутящий момент не только на низких оборотах, но и во всем диапазоне оборотов. В сочетании с равномерно возрастающей кривой лошадиных сил, такой двигатель дает возможность машине разгоняться и выжимать педаль газа до упора. Хотя, все зависит от привода и комплектации самой машины. Но в целом, он имеет хорошую мощность и динамику.

Хочется надеяться, что после прочтения статьи о лошадиных силах и крутящем моменте вы не будете путать эти два понятия. Главное – запомнить, что машина с очень хорошим разгоном – это та, у которой двигатель может выдавать постоянно высокую мощность, даже на самых больших оборотах. Например, система газораспределительного механизма VVT-i эффективна для небольших двигателей, она помогает оптимизировать мощность на переменных оборотах. На самом деле не столь важно, с большим количеством лошадей ли машина или с высоким крутящим моментом, потому, что есть много других факторов, влияющих на ее характеристики.

Ускорение
И снова не будем вас утомлять скучными техническими терминами, а просто подсчитаем кое-что. Крутящий момент двигателя зависит от шестерней в коробке передач. Он нарастает по мере того, как вы переключаетесь на другую скорость. На автомобиле с низким крутящим моментом, его можно увеличить путем изменения передаточного числа. В результате этого трансмиссия или коэффициент привода изменяют диапазон оборотов двигателя, а также то, как используется крутящий момент (не оценивайте это в процессе). A V8 и Vtec производят крутящий момент разными способами посредством зубчатой передачи. Эти способы зависят от конструкции двигателя.

При всем этом интересно, как уже упоминалось ранее, что, хорошо набирающая скорость машина, имеет хорошую динамику крутящего момента, которая распространяется в самом широком диапазоне оборотов (высокий диапазон оборотов помогает поддерживать максимальный крутящий момент). Чтобы добиться максимума от машины, нужно знать, как выглядит динамика мощности и какие обороты у двигателя на каждой из передач. Также необходимо знать, как меняются обороты двигателя, когда переключается скорость: повышается или понижается передача. Это поможет вам узнать, что такое динамика крутящего момента на каждой отдельной передаче. Автомобиль разгоняется сильнее всего на пике крутящего момента, но стоит вам переключиться, как падают обороты, и ослабевает крутящий момент. Вся фишка в том, чтобы найти на каких оборотах будет хороший крутящий момент на следующей передаче, без потери динамики на текущей. Конечно, многое зависит от авто и его водителя, но есть наиболее общие рекомендации. Итак, если ваша машина производит максимальный крутящий момент на 4000 оборотах, и вы не хотите переключаться на следующую скорость с этой отметки, поскольку думаете, что потеряете сейчас эти ценные обороты и не сможете сохранить такой же крутящий момент на следующей передаче, а соответственно и скорость движения. Общая рекомендация в этом случае – для максимального ускорения переключаться тогда, когда стрелка тахометра ляжет на красную отметку (у некоторых легковых и гоночных авто есть специальные индикаторы).

Обозначение мощности авто в лошадиных силах
Американские машины

Лошадиные силы (HP Gross)
До 1972 года в Америке мощность двигателя автомобиля измерялась в лошадиных силах следующим образом: на стенде испытывался двигатель, который не оснащен воздушным фильтром, системой выхлопа или системой контроля над выбросами, но иногда оснащенный коллектором. В результате показатели максимальной мощности и крутящего момента отражали только теоретические значения, но не демонстрировали реальную мощность двигателя. Таким образом, измерялась общая мощность двигателя.

Лошадиные силы (HP net)
После 1972 года в Америке стали измерять полезную мощность двигателя. У полностью укомплектованного и установленного двигателя измерялась мощность на маховике, но при этом не учитывались потери при переключении передачи.

Запомните, что американские автомобили оснащены большими двигателями CU, которые выдают высокий крутящий момент и обеспечивают высокую производительность машины.

Лошадиные силы (bhp)
Мощность измеряется в лошадиных силах при помощи динамометра. Замер происходит на испытательном стенде в месте выхода вала из двигателя (коленчатый вал, который соединяется с маховиком). Окончательная цифра получается из крутящего момента, который используется для вычисления мощности в лошадиных силах (bhp).
Обратите внимание, что показатель мощности в лошадиных силах PS, принятый в Германии, отличается от обозначения bhp. Многие производители используют значение PS для лошадиных сил BHP.
Значения приблизительные:

• 1 Bhp = 1.005 Hp (net) – (разница не существенная)
• 1 Bhp = 1.0187 PS
• 1 PS = 0.986 Hp
• 1 Hp = 1.01387 PS

Иногда происходит путаница потому, что одни говорят о мощности в лошадиных силах, измеренной динамометром, другие об измерении с учетом потерь, а третьи о способе измерения по колесам WHP.

 

Крутящий момент электродвигателя

В соответствии с данными паспорта можно определить вращающий момент на валу электродвигателя и максимальное усилие, которое развивается на шкиве. Крутящий момент электродвигателя определяется с помощью нескольких параметров: величины магнитного потока, углового сдвига ЭДС и тока в роторе. Причем каждая величина зависит от момента скольжения и частоты с проводимым напряжением.  

Крутящий момент вращения электродвигателя

• Непосредственно крутящий момент вращения электродвигателя можно определить по отношению электромагнитной мощности к угловой скорости ротора. Величина момента вращения прямо пропорциональна квадрату напряжения и при этом обратно пропорциональна квадрату частоты. 

• Начальным значением крутящего момента электродвигателя считается тот момент, когда электродвигатель остается неподвижным. Минимальное значение – от развития скорости неподвижного момента до номинальной. При проведении расчетов максимальное значение крутящего момента определяется при самой высокой скорости, развиваемой валом электродвигателя. 

• Для конкретных расчетов используются соответствующие формулы. Но при покупке электродвигателя расчеты производить нет необходимости, так как они уже произведены заводом-изготовителем и все параметры указаны в техническом паспорте к электродвигателю.

Определение направления вращения вала электродвигателя

Любой асинхронный электрический двигатель может вращаться по часовой стрелке и против нее. Данные параметры зависят от направления магнитного поля, создаваемого вокруг статора.

Если направление вращения вала электродвигателя не указано и опытное наблюдение невозможно, следует внимательно изучить маркировку на корпусе и схемы соединений, поставляемые производителем.  

Следует отметить, монтаж любого электродвигателя должны проводить специалисты с соответствующим опытом и знаниями. Только тогда производитель гарантирует длительную и безопасную работы электромотора.

Направление вращения электродвигателя вы сможете узнать во время проведения монтажа или при периодическом техническом обслуживании, которое рекомендуется проводить систематически.

Покупая электродвигатель, продавец-консультант компании «РДЭ» даст подробную информацию по поводу всех интересующих Вас вопросов и поможет подобрать тот электродвигатель, который будет полностью соответствовать всем заявленным требованиям.

 

Просмотров: 4497

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

Как рассчитать мощность на валу по крутящему моменту

Лошадиная сила – это математически полученное число, предназначенное для того, чтобы дать представление о том, сколько работы двигатель может произвести относительно лошади. Идея лошадиных сил довольно произвольна, и первоначально она была разработана Джеймсом Уаттом для продажи своего нового и улучшенного парового двигателя. В действительности средняя лошадь может производить около 15 лошадиных сил короткими очередями и около 5 лошадиных сил непрерывно. Одна лошадиная сила на самом деле ближе к выходу обезьяны среднего размера.

Шаг 1

Умножьте обороты двигателя на крутящий момент (измеренный в футах/фунтах). Пример: если вы записываете 200 футов/фунтов крутящего момента при 5000 об/мин, результат составит 1 000 000.

Шаг 2

Запишите число, найденное на шаге 1.

Шаг 3

Разделите число, записанное на 5,252, чтобы найти мощность. Пример: если вы разделите 1 000 000 на 5 252, вы получите 190, что составляет мощность двигателя.

Шаг 4

Повторите шаги с 1 по 3 для всех точек RPM, которые вы хотите измерить, и запишите их на графике, указав RPM в качестве горизонтальной оси и лошадиные силы в качестве вертикальной.

Нарисуйте линию, соединяющую ваши точки данных, которая даст вам базовую «кривую мощности» двигателя.

подсказки

• Одна мощность в лошадиных силах составляет от 735 до 746 Вт для электродвигателя. Если вы знаете входное напряжение и силу тока электродвигателя, умножьте их вместе, чтобы получить его мощность. Разделите это число на 746, и вы получите теоретическую мощность двигателя. На самом деле, электродвигатели становятся менее эффективными при оборотах (это означает, что меньшая часть этой входной мощности передается на выходную мощность). Если у вас есть таблица, иллюстрирующая эффективность двигателя при любом заданном числе оборотов, умножьте это число на любой теоретический вход, который вы имеете.
• Пример: если у вас есть двигатель, который потребляет 112 вольт и 80 ампер, теоретический выходной сигнал (если двигатель работал с КПД 100%) составляет 8 960. Если ваша таблица эффективности показывает, что двигатель работает только на 60% при 5000 об/мин, то его мощность при 5000 об/мин составит 5 276 Вт. Разделите это на 746, и у вас есть электрический двигатель, который вырабатывает 7,2 лошадиных сил при 5000 об/мин.
• Если вы хотите узнать крутящий момент двигателя того же двигателя, вам нужно только переключиться вокруг базового уравнения мощности для определения крутящего момента. (Помните, «Лошадиная сила = об/мин x крутящий момент/5,252», поэтому для определения крутящего момента вы должны сделать это как «Крутящий момент = Лошадиная сила x 5252/об/мин»). В этом примере вы умножите мощность (7,2) на 5 252 (что равно 37 848), а затем разделите ее на число оборотов в минуту (5000).
• То, что вы заводите, это электрический двигатель, который работает на 8 960 Вт, производя 7,2 лошадиных сил и 7,5 фут/фунт крутящего момента при 5000 об/мин.

Предметы, которые вам понадобятся

• Калькулятор
• Карандаш
• Миллиметровая бумага

Примеры определения требуемых моментов для различных систем

Приведеные примеры расчета применимы не только к шаговым, но и к другим типам двигателей. При учете скорости нужно учитывать, что для шаговых двигателей указывается частота — шаги/сек.

Ниже приведены ссылки на примеры определения требуемого момента для различных типов механизмов.

Особенности работы ШД предъявляют весьма жесткие требования к согласованию параметров выбираемого двигателя с заданной нагрузкой. Это особенно актуально в разомкнутых системах дискретного привода, когда пропуск двигателем хотя бы одного управляющего импульса приводит к ошибке преобразования электрического сигнала управления в угол, который система исправить не в состоянии. Проверку на нагрев шаговых двигателей обычно не производят, так как они рассчитаны на длительный режим прохождения импульсов тока по обмоткам управления.

При выборе шагового двигателя, прежде всего, следует ориентироваться на потребляемую приводом (двигатель + блок управления) из сети мощность, величину напряжения питания, требуемый крутящий момент на выходном валу, скорость вращения вала и момент инерции нагрузки. Для одного и того же привода, при разных величинах напряжения питания, потребляемая мощность привода P=U*I (напряжение*ток) различается. Например, привод D5779 при напряжении питания 50В потребляет из сети 150Вт, при напряжении питания 30В – 90Вт. КПД шаговых приводов в диапазоне частот 1 — 5КГц, как и КПД синхронных двигателей с постоянными магнитами составляет 80-90%.

Мощность на выходном валу привода P=M*ω (крутящий момент*угловая скорость). Очевидно, что мощность на выходном валу не может превышать потребляемую из сети мощность.

Закон сохранения энергии для системы, состоящей из двигателя и нагрузки на валу, повернувшейся на один полушаг, выглядит следующим образом:

M_{двигателя}*φ=0,5*J*ω² + M_{нагрузки}*φ + М_магн*φ +М_трения*φ

где φ — угол поворота

J – приведенный к валу момент инерции системы

ω – угловая скорость

M_{нагрузки} – момент нагрузки

М_магн – момент сопротивления, создаваемый постоянными магнитами двигателя, примерно 5% от величины M_{двигателя}

М_трения – момент трения в системе

Отсюда максимальная скорость, с которой может сделать первый шаг шаговый двигатель в системе с приведенным к валу моментом инерции J и нагруженный моментом M_{нагрузки} :

ω =(2*φ*(M_{двигателя} – M_{нагрузки} – М_магн – М_трения)/J)^1/2

На практике необходимо также учитывать электрические переходные процессы в фазах двигателей, которые зависят как от напряжения питания и индуктивности фаз двигателей, так и от способа управления двигателем. Самыми динамичными являются двигатели с минимальной индуктивностью. Обычно стартовые частоты лежат в диапазоне 800-1000Гц (2-2,5 об/сек в полушаговом режиме). Исходя из этого для шагового двигателя, работающего в полушаговом режиме, величина ускорения не должна превышать 4рад/сек².

Когда требуемый момент, определен, выбор шагового двигателя зависит от предпочтительных габаритов, присоединительных размеров, цены двигателя и блока управления для него.

Если блок управления уже есть (или выбран), необходимо, чтобы ток фазы шагового двигателя не превышал возможности блока управления. Также нужно иметь ввиду число выводов, которые можно подключить к имеющемуся блоку управления.

Что важнее — крутящий момент или лошадиные силы? — Blog.Autospot

Обычно при оценке характеристик того или иного автомобиля в первую очередь мы обращаем внимание на мощность двигателя или количество лошадиных сил. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. Давайте разберемся, в чем разница между ними.

Появившаяся задолго до первого механического транспортного средства «лошадиная сила» условна, так как определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения работы, необходимой для поднятия 75–килограммового груза на один метр за одну секунду.

Шотландский инженер Джеймс Уатт ввел новую единицу измерения мощности в лошадиную силу, но в системе СИ единицу мощности назвали уже в его честь — ватт (Вт). 1 киловатт (кВт) равен 1,36 л. с. Но в обычной жизни лошадиные силы оказались как-то ближе к народу, поэтому мы получаем письма с налогом за количество лошадиных сил в наших автомобилях, а не за киловатт и хвастаемся друзьям именно количеством«лошадей». Лошадиная сила остается очень популярной внесистемной единицей измерения мощности для транспортных средств. Кстати, типичная лошадь имеет предельную мощность порядка 13–15 лошадиных сил, как это ни забавно. Во всяком случае, на диностенде в режиме 5–минутной нагрузки она может выдать примерно столько. А тягловые тяжеловесы способны выдать даже в даже за 25 сил на такой отрезок времени.

А сам автомобиль тянет вперед не сама мощность, а крутящий момент, выдаваемый силовым агрегатом. И именно с ним мы сталкиваемся каждый день в обычной жизни чаще. Например, открывая крышку пластиковой бутылки, вы используете именно крутящий момент, именуемый также моментом силы или вращательным моментом. Ведь вряд ли вы проверяете, как быстро открутили крышку?

Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Н·м). И он тесно связан с мощностью, ведь для двигателя с вращающимся валом мощность на любых оборотах легко рассчитать, зная момент. И наоборот, зная мощность, можно подсчитать момент. Упрощенная формула его расчета выглядит так:

P = M x 9549 x N

и, соответственно:

M = P х 9549 / N,

где P — это мощность двигателя в киловаттах (кВт), а N — это количество оборотов коленчатого вала в минуту.

Мощность демонстрирует количество работы, которое выполняет двигатель за промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Например, ускорение машины в каждый момент времени при постоянном передаточном отношении трансмиссии пропорционально крутящему моменту. А вот время разгона с одной скорости до другой, именно мощности двигателя в этом диапазоне оборотов, иначе говоря, проделанной работе. В общем-то, всем изучавшим физику в школе это покажется очевидным, но, к сожалению, не все помнят или не соотносят знания теоретического курса и примеры из реальной жизни.

Уверен, многие автолюбители даже не обращают внимание на значение крутящего момента в списке технических характеристик автомобиля и на обороты, при которых он достигается. А ведь чем выше крутящий момент и с чем более низких оборотов он достигается, тем приятнее и «эластичнее» ощущается двигатель, тем выше его реальная мощность на промежуточных режимах. Именно поэтому дизельные двигатели с турбонаддувом зачастую кажутся более приятными в обращении, чем более форсированные атмосферные бензиновые, которые необходимо «крутить» в отсечку ради достижения максимальной динамики разгона. И именно по этой причине тот, кто вкусил радости хорошего двигателя с турбонаддувом, уже не очень хочет пересаживаться на атмосферные, которые даже при схожей мощности «едут» ощутимо хуже.

Почему же такое внимание уделяется именно максимальной мощности? Дело в том, что владельца машины редко волнует максимальное ускорение автомобиля на скорости 20 или 30 километров в час, как физическая величина. Его, скорее всего, интересует динамика разгона в диапазоне 0–100, 80–120 или 100–200, а не абстрактное ускорение. А в этом случае речь идет о приращении кинетической энергии автомобиля, а значит, о проделанной двигателем работе. Которая зависит именно от мощности. В случае с идеальной трансмиссией проделанная работа будет прямо пропорциональна максимальной мощности мотора.

Вот только машин с идеальными трансмиссиями не бывает, если это не карьерные самосвалы с электропередачей, а значит, важна не только максимальная мощность, но и мощность во всем диапазоне оборотов, в котором вынужденно будет работать двигатель при таком разгоне. Оценить ее можно по графику внешней скоростной характеристики автомобиля, так называемой ВСХ, зная передаточное отношение трансмиссии на каждой передаче и предельные обороты мотора. А косвенно понять, насколько мощным будет мотор на промежуточных оборотах, позволяют именно данные по максимальному крутящему моменту и оборотам, при которых он достигается. Ведь чем выше момент на всех оборотах ниже максимальной мощности, тем ближе мощность на этих оборотах к максимально возможной и тем большую работу сможет проделать двигатель. Сложно? Тогда просто используйте эмпирическое правило, упомянутое выше.

Главное, помните, что мощность и крутящий момент — зависящие друг от друга величины, поэтому всегда важно и то, и другое.

Как измерить крутящий момент (крутящий момент) вашего автомобиля

Независимо от того, покупаете ли вы новый автомобиль или собираете хотрод в своем гараже, при определении характеристик двигателя играют роль два фактора: мощность и крутящий момент. Если вы похожи на большинство механиков DIY или автомобильных энтузиастов, вы, вероятно, хорошо понимаете взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом, но можете с трудом понять, как достигаются эти «фут-фунты». Вы не поверите, но это не так уж и сложно.

Прежде чем перейти к техническим аспектам, давайте разберем несколько простых фактов и определений, которые помогут понять, почему и мощность, и крутящий момент являются важными факторами, которые необходимо учитывать. Мы должны начать с определения трех элементов измерения производительности двигателя внутреннего сгорания: скорости, крутящего момента и мощности.

Часть 1 из 4. Понимание того, как частота вращения, крутящий момент и мощность двигателя влияют на общую производительность

В недавней статье журнала Hot Rod одна из величайших загадок характеристик двигателя была наконец разгадана, вернувшись к основам фактического учета мощности.Большинство людей полагают, что динометры (динометры двигателя) предназначены для измерения мощности двигателя.

На самом деле динометры измеряют не мощность, а крутящий момент. Это значение крутящего момента умножается на число оборотов в минуту, при котором он измеряется, а затем делится на 5 252 для получения значения мощности в лошадиных силах.

На протяжении более чем 50 лет динометры, используемые для измерения крутящего момента и оборотов двигателя, просто не могли справиться с большой мощностью, производимой этими двигателями. Фактически, один цилиндр на этих 500 кубических дюймах, сжигающий нитрометан Hemis, производит около 800 фунтов тяги через одну выхлопную трубу.

Все двигатели внутреннего сгорания или с электрическим приводом работают с разной скоростью. По большей части, чем быстрее двигатель завершает свой рабочий такт или цикл, тем больше мощности он производит. Что касается двигателя внутреннего сгорания, три элемента, которые влияют на общую производительность этого двигателя, — это скорость, крутящий момент и мощность.

Скорость определяется как скорость двигателя, выполняющего свою работу. Когда мы применяем скорость двигателя к числу или единице измерения, мы измеряем скорость двигателя в оборотах в минуту или об / мин.«Работа», которую выполняет двигатель, — это сила, приложенная к измеренному расстоянию. Крутящий момент определяется как особый вид работы, вызывающей вращение. Это происходит, когда сила действует на радиус (или, в случае двигателя внутреннего сгорания, на маховик), и обычно измеряется в фут-фунтах.

лошадиных сил — это скорость, с которой выполняется работа. В прежние времена, если предметы нужно было переместить, люди обычно использовали лошадь, чтобы переместить их. Было подсчитано, что одна лошадь могла двигаться приблизительно 33 000 футов фунтов в минуту.Отсюда и возник термин «лошадиные силы». В отличие от скорости и крутящего момента, мощность в лошадиных силах может быть измерена в нескольких единицах, включая: 1 л.с. = 746 Вт, 1 л.с. = 2545 БТЕ и 1 л.с. = 1055 джоулей.

Эти три элемента работают вместе, чтобы произвести мощность двигателя. Поскольку крутящий момент остается постоянным, скорость и мощность остаются пропорциональными. Однако по мере увеличения частоты вращения двигателя увеличивается и мощность, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент. Однако многие люди не понимают, как крутящий момент и мощность влияют на скорость двигателя.Проще говоря, с увеличением крутящего момента и мощности увеличивается и скорость двигателя. Верно и обратное: когда уменьшаются крутящий момент и мощность, уменьшается и частота вращения двигателя.

Часть 2 из 4: Как устроены двигатели для достижения максимального крутящего момента

Современный двигатель внутреннего сгорания можно модифицировать для увеличения мощности или крутящего момента, изменяя размер или длину шатуна и увеличивая внутреннее отверстие или диаметр цилиндра. Это часто называют отношением диаметра / хода.

Крутящий момент измеряется в Ньютон-метрах.Проще говоря, это означает, что крутящий момент измеряется при круговом движении на 360 градусов. В нашем примере используются два идентичных двигателя с одинаковым диаметром отверстия (или диаметром цилиндра сгорания). Однако один из двух двигателей имеет более длинный «ход» (или глубину цилиндра, создаваемую более длинным шатуном). Двигатель с более длинным ходом имеет более прямолинейное движение при вращении через камеру сгорания и имеет больше рычагов для выполнения той же задачи.

Крутящий момент измеряется в фунт-футах или величине «крутящей силы», прилагаемой для выполнения задачи.Например, представьте, что вы пытаетесь ослабить ржавый болт. Предположим, у вас есть два разных трубных ключа: один длиной 2 фута, другой — длиной 1 фут. Предполагая, что вы прикладываете такое же усилие (в данном случае 50 фунтов давления), вы фактически прикладываете 100 фут-фунт крутящего момента для двухфутового ключа (50 x 2) и всего 50 фунтов. крутящего момента (1 x 50) с помощью гаечного ключа. Какой ключ поможет вам легче ослабить болт? Ответ прост — тот, у которого больше крутящего момента.

Инженеры разрабатывают двигатель, обеспечивающий более высокое соотношение крутящего момента к мощности для транспортных средств, которым требуется дополнительная «мощность» для ускорения или подъема.Как правило, вы видите более высокие значения крутящего момента для грузовиков большой грузоподъемности, используемых для буксировки, или двигателей с высокими рабочими характеристиками, где ускорение имеет решающее значение (например, приведенный выше пример NHRA Top Fuel Engine).

Вот почему производители автомобилей часто подчеркивают потенциал двигателей с высоким крутящим моментом в рекламе грузовиков. Крутящий момент двигателя также может быть увеличен путем изменения угла опережения зажигания, регулирования подачи воздуха к топливным смесям и даже манипулирования для увеличения выходного крутящего момента в определенных сценариях.

Часть 3 из 4: Понимание других переменных, влияющих на общий номинальный крутящий момент двигателя

Когда дело доходит до измерения крутящего момента, в двигателе внутреннего сгорания необходимо учитывать три уникальных параметра:

Сила, создаваемая при определенных оборотах: это максимальная мощность двигателя, развиваемая при желаемых оборотах. Когда двигатель ускоряется, появляется кривая оборотов или мощности. По мере увеличения оборотов двигателя увеличивается и мощность, пока не достигнет максимального уровня.

Расстояние: это длина хода шатуна: чем длиннее ход, тем больше крутящего момента создается, как мы объясняли выше.

Константа крутящего момента: это математическое число, которое присваивается всем двигателям, 5252 или постоянная частота вращения, при которой мощность и крутящий момент сбалансированы. Число 5252 было получено из наблюдения, что одна лошадиная сила эквивалентна 150 фунтам, которые преодолевают 220 футов за одну минуту. Чтобы выразить это в фут-фунтах крутящего момента, Джеймс Ватт ввел математическую формулу, которая изобрела первый паровой двигатель.

Формула выглядит следующим образом:

Предполагая, что сила в 150 фунтов приложена к одному футу радиуса (или круга, который находится, например, внутри цилиндра двигателя внутреннего сгорания), вам придется преобразовать это в фут-фунты крутящего момента.

220 футов в минуту необходимо экстраполировать в число оборотов в минуту. Для этого вам нужно дважды умножить число Пи (или 3,141593), что равно 6,283186 футов. Возьмите 220 футов и разделите на 6,28, и мы получим 35,014 оборотов в минуту на каждый оборот.

Возьмите 150 футов и умножьте на 35,014, и вы получите 5252,1 — это наша константа, учитываемая при измерении крутящего момента в фут-фунтах.

Часть 4 из 4: Как рассчитать крутящий момент автомобиля

Формула для вычисления крутящего момента: крутящий момент = мощность двигателя x 5252, который затем делится на число оборотов в минуту.

Проблема с крутящим моментом заключается в том, что он измеряется в двух разных местах: непосредственно от двигателя и до ведущих колес.Другие механические компоненты, которые могут увеличивать или уменьшать номинальный крутящий момент на колесах, включают: размер маховика, передаточные числа трансмиссии, передаточные числа ведущей оси и окружность шины / колеса.

Чтобы вычислить крутящий момент на колесе, все эти элементы должны быть учтены в уравнении, которое лучше всего оставить компьютеризированной программе, включенной в динамометрический стенд. На этом типе оборудования автомобиль размещается на стойке, а ведущие колеса размещаются рядом с рядом роликов.Двигатель подключен к компьютеру, считывающему данные, который отслеживает обороты двигателя, кривую расхода топлива и передаточные числа. Эти числа учитываются с учетом скорости вращения колес, ускорения и оборотов переключения, поскольку транспортное средство движется на динамометрическом стенде в течение желаемого промежутка времени.

Расчет крутящего момента двигателя определить намного проще. Следуя приведенной выше формуле, становится ясно, как крутящий момент двигателя пропорционален мощности и частоте вращения двигателей, как описано в первом разделе. Используя эту формулу, вы можете вычислить номинальные крутящий момент и мощность в каждой точке кривой частоты вращения. Для расчета крутящего момента вам необходимо иметь данные о мощности двигателя, указанные производителем двигателя.

Калькулятор крутящего момента

Некоторые люди используют онлайн-калькулятор, предлагаемый MeasureSpeed.com, который требует, чтобы вы вводили максимальные значения мощности двигателя (предоставленные производителем или полученные во время профессионального динамического тестирования двигателя) и желаемое число оборотов в минуту.

Если вы заметили, что двигатель работает с трудом при ускорении и не обладает необходимой мощностью, попросите одного из сертифицированных механиков YourMechanic провести осмотр, чтобы определить источник проблемы.

Что такое крутящий момент двигателя? Его характеристики и формула-CarBikeTech

Крутящий момент, проще говоря, это «крутящая сила или сила поворота ». Это тенденция силы вращать объект вокруг оси. С точки зрения автомобилестроения, это мера вращательного усилия, прилагаемого поршнем к коленчатому валу двигателя.

Крутящий момент = сила x расстояние. В системе SI для измерения крутящего момента используется Ньютон-метр и (Нм). Другие единицы: килограмм-метр, (кг-м) в метрической системе и фут-фунт-сила, ’(фут-фунт) в британской системе мер.

Каждый двигатель спроектирован и построен для определенной цели. Следовательно, его производительность варьируется в зависимости от его применения. Выходной крутящий момент автомобильного двигателя в основном зависит от его отношения хода к диаметру цилиндра, степени сжатия, давления сгорания и скорости в об / мин. Большинство двигателей «под квадратным сечением», длина хода которых на больше, чем диаметр внутреннего цилиндра , имеют тенденцию развивать высокий крутящий момент « на нижнем пределе ». Величина крутящего момента, которую может проявить двигатель, зависит от числа оборотов двигателя.

Различные конструкции / конфигурации двигателей развивают разные характеристики крутящего момента, такие как пиковая кривая / плоская кривая . Большинство автомобильных двигателей развивают полезный крутящий момент в узком диапазоне всего диапазона скоростей двигателя. В бензиновых двигателях он обычно начинается при 1000–1200 об / мин и достигает пика в диапазоне 2500–4000 об / мин. В то время как в дизельном двигателе он начинается на отметке 1500-1700 об / мин, и достигает максимума при 2000-3000 об / мин. Bugatti Veyron — один из автомобилей с самыми высокими показателями крутящего момента.

Если вам известна мощность двигателя в лошадиных силах, то вы можете использовать следующую формулу —

Крутящий момент = 5252 x л.с. / об / мин

Почему крутящий момент двигателя важен?

Крутящий момент и мощность в лошадиных силах — это две выходные характеристики двигателя. Они связаны и пропорциональны друг другу по скорости. «Диапазон крутящего момента » на кривой двигателя представляет его тяговую способность , которая определяет «управляемость » и «ускорение ». Крутящий момент больше всего необходим при движении автомобиля с места и / или при подъеме на склон. Точно так же, чем тяжелее транспортное средство, или транспортное средство с полной номинальной нагрузкой требует большего крутящего момента, чтобы тянуть и заставить его двигаться. В обычном двигателе мощность определяет максимальную скорость автомобиля (передаточные числа), тогда как крутящий момент управляет его ускорением / подбором. Скорость ускорения также зависит от веса транспортного средства и «груза», который несет транспортное средство.

Крутящий момент двигателя с плоской кривой и пиковой кривой:

Большинство бензиновых двигателей обычно вырабатывают очень высокий крутящий момент « на нижнем конце ».Однако обычно они демонстрируют крутящий момент « пиковая кривая » в форме «пика» холма. В конструкции « пик-кривая » максимальный крутящий момент приходится на середину диапазона оборотов двигателя (около 2500–3000 об / мин). После этого он начинает быстро гаснуть, а мощность продолжает расти. Максимальное значение HP достигает позже при более высоких оборотах двигателя, а затем гаснет на красной линии.

Пиковый крутящий момент в сравнении с крутящим моментом при плоской кривой

Большинство современных дизельных двигателей обеспечивают крутящий момент « с плоской кривой ».В конструкции с «плоской кривой» двигатель развивает максимальный крутящий момент при « от нижнего до среднего значения » частоты вращения двигателя, т.е. 1500 об / мин и далее. Его значение остается почти таким же или «плоским» в большей части диапазона оборотов двигателя (2500–4000 об / мин). Это помогает улучшить ускорение и уменьшает количество переключений передач во время вождения.

Что такое крутящий момент на нижнем пределе?

Часто производители используют этот термин для описания крутящего момента двигателя. « Low-End-Torque » — это крутящий момент, который двигатель производит в нижнем диапазоне i оборотов двигателя. е. между 1000-2000 об / мин . Этот диапазон оборотов очень важен при движении автомобиля из неподвижного состояния или при движении в условиях низкой скорости, например, в транспортном потоке. Если двигатель создает больший крутящий момент на нижнем конце диапазона оборотов, это означает, что двигатель имеет более высокий « нижний крутящий момент » или лучшую тяговую способность на низких скоростях . Это также означает, что двигатель может быстро выводить транспортное средство из состояния покоя, тянуть более тяжелые грузы или относительно легко подниматься по склону, в некоторых случаях, без резких оборотов.

Крутящий момент и КПД двигателя:

Крутящий момент двигателя достигает своего максимального значения на скорости, где он наиболее эффективен. Другими словами, КПД двигателя максимален на скорости, на которой он обеспечивает максимальный крутящий момент. Если вы поднимете двигатель выше этой скорости, его крутящий момент начнет уменьшаться из-за повышенного трения движущихся частей двигателя. Таким образом, даже если вы увеличите обороты двигателя до максимальной скорости вращения, крутящий момент больше не увеличится.

Крутящий момент двигателя умножается на шестерни.Чем ниже выбранная передача (т. Е. 1 ^{-я передача} с повышенным передаточным числом), тяговая способность двигателя выше. Таким образом, тяговые способности автомобиля максимальны на первой передаче. Однако, если вы увеличите обороты двигателя на передаче 1 ^-й , через некоторое время он достигнет своего предела; тем самым побуждая водителя переключиться на следующую передачу. Напротив, если вы переключите передачу до того, как крутящий момент двигателя достигнет своего «пикового» значения, транспортное средство может потерять ускорение. Это потому, что колеса не получают достаточной силы для вращения.Таким образом, заставляя водителя переключиться обратно на предыдущую / более низкую передачу.

Крутящий момент двигателя и движение:

Наилучшая топливная экономичность может быть получена путем переключения передач в пределах «диапазона мощности» транспортного средства и переключения передач как можно ближе к значению пикового крутящего момента . Кроме того, для повышения эффективности выберите правильную передачу / с, соответствующую скорости автомобиля / оборотам двигателя, как рекомендовано производителем автомобиля.

1. Сценарий шоссе:

Самое доступное снаряжение (i.е. 5-е или 6-е или так далее) + самая низкая частота вращения двигателя = наилучшая топливная экономичность

2. При подъеме на склон / уклон:

Низкая передача (т.е. 1-я передача) + высокие обороты двигателя = наименьшая топливная эффективность, но большая тяговая способность.

Когда ваш автомобиль разгоняется до 60 км / ч, например, по шоссе, вам не нужны высокие обороты двигателя, чтобы он продолжал двигаться. Это означает, что во время движения по шоссе / автомагистралям используйте самую верхнюю передачу и поддерживайте частоту вращения двигателя ниже 2500, чтобы получить максимальную эффективность.Точно так же при подъеме по склону вам необходимо использовать более низкую передачу (то есть 1-ю передачу) и более высокие обороты двигателя, чтобы тянуть автомобиль (и груз, если он есть) против силы тяжести. Однако это повлияет на топливную экономичность.

Мощность крутящий момент Расход топлива

Эти значения упоминаются в каждом руководстве по эксплуатации. Сказав это, всегда запускать двигатель на «максимальной мощности / скорости» или увеличивать обороты двигателя до зоны « Red Line » нет необходимости, если вы не участвуете в гонке, поскольку это приведет только к сжиганию дополнительного топлива .

Помните, что такое дополнительное количество топлива, сожженное или сэкономленное, будет иметь большое значение в конце пути — будь оно коротким или длинным… !!!

Подробнее: Что такое мощность в лошадиных силах?

О компании CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Основы лошадиных сил и крутящего момента

Не многие люди понимают, что на самом деле означают мощность и крутящий момент, не говоря уже о том, как они влияют на характеристики автомобиля. Тем не менее, почти в каждой рекламе тяжелых грузовиков в какой-то момент будут упоминаться эти характеристики. Если вы никогда не замечали, попробуйте прислушаться к нему в следующий раз, когда увидите его.

Мощность, производимая двигателем, называется лошадиными силами. В физике мощность определяется как скорость, с которой что-то работает. Для автомобилей мощность означает скорость. Поэтому, если вы хотите ехать быстрее и быстрее набирать скорость, вам нужно больше лошадиных сил.

Крутящий момент, с другой стороны, является выражением силы вращения или скручивания .В транспортных средствах двигатели вращаются вокруг оси, создавая крутящий момент. Крутящий момент можно рассматривать как «силу» автомобиля. Это сила, которая разгоняет спортивный автомобиль от 0 до 60 за секунды и толкает вас обратно в сиденье. Это также то, что приводит в движение большие грузовики, перевозящие тяжелые грузы.

Это основные сведения о мощности и крутящем моменте, но как эти понятия измеряются и как они взаимосвязаны?

За цифрами

С математической точки зрения, лошадиные силы — это сила, необходимая для перемещения 550 фунтов на один фут в секунду или 33 000 фунтов на один фут в минуту. Мощность двигателя измеряется с помощью динамометра, но на самом деле динамометр измеряет выходной крутящий момент двигателя, а также число оборотов в минуту — или «оборотов в минуту». Эти числа подставляются в формулу (крутящий момент x об / мин / 5 252) для определения мощности. Мощность в лошадиных силах определяется путем измерения крутящего момента, потому что крутящий момент легче рассчитать.

Крутящий момент, как упоминалось ранее, является выражением крутящей силы и измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние от оси вращения.Так, например, если вы используете гаечный ключ длиной 1 фут для приложения усилия в 10 фунтов к концу болта, то вы прикладываете крутящий момент в 10 фунт-футов (10 фунт-футов).

2021 Ram 1500:
Грузовик года MotorTrend

Третий год подряд грузовик RAM получает награду MotorTrend Truck of the Year, давая миру знать, а также своим конкурентам, что они кое-что знают, когда дело доходит до производительности, меняющей правила игры. грузовик.

Узнать больше

Взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом

И мощность, и крутящий момент влияют на общую скорость автомобиля, поэтому вы можете понять, почему люди смешивают эти два понятия. Однако в реальном мире вождения и перевозки их различия — наряду с конструкцией транспортного средства — имеют большое значение.

Например, чем больше мощность двигателя, тем выше потенциал крутящего момента. Этот «потенциальный» крутящий момент трансформируется в реальные приложения через дифференциалы оси автомобиля и трансмиссию.Это объясняет, почему гоночный автомобиль и трактор, имеющие одинаковую мощность, могут так сильно различаться. В гоночном автомобиле весь крутящий момент используется для увеличения скорости через зубчатую передачу, в то время как трактор преобразует мощность в толкание и тягу чрезвычайно тяжелых грузов.

Другой способ понять соотношение мощности и крутящего момента — это открутить крышку на новой банке с рассолом. Когда вы изо всех сил открываете банку, вы прикладываете крутящий момент независимо от того, оторвется крышка или нет.Однако лошадиные силы существуют только в движении. Итак, вам нужен крутящий момент, чтобы сначала ослабить крышку, а затем вы можете приложить силу рукой, быстро повернув крышку.

Итак, чего лучше всего иметь в вашем автомобиле — лошадиных сил или крутящего момента? Все зависит от того, как вы собираетесь использовать свой автомобиль или грузовик. Молниеносно быстрый Dodge Charger, например, будет иметь больше лошадиных сил, в то время как грузовик Cummins Diesel будет иметь больший крутящий момент, чтобы помочь тянуть эти тяжелые грузы.

Здесь, в Bryant Motors, у нас есть огромный выбор как новых, так и подержанных автомобилей на месте, чтобы удовлетворить все различные предпочтения и потребности — от быстрого и элегантного Dodge Dart GT 2014 года до обновленного Ram 1500, который также доступен в ультрасовременном исполнении. , турбонаддув EcoDiesel.

Выполните поиск в нашем обширном каталоге новых и подержанных автомобилей, чтобы найти автомобиль или грузовик, который вы искали сегодня, по самой доступной цене. Или продолжайте просматривать наш блог и ресурсы руководства по покупке автомобилей для получения дополнительной информации.

Ищете пикап с мощной буксировочной способностью?

См. Наш список доступных грузовиков и внедорожников

Как рассчитать мощность в лошадиных силах — Power Test, Inc.

Уравнение для расчета мощности простое: л.с. = крутящий момент x об / мин / 5,252 .Вы можете использовать наш калькулятор мощности ниже, чтобы попробовать это самостоятельно. Когда дело доходит до понимания того, как динамометр измеряет крутящий момент и вычисляет мощность, полезно знать еще несколько основных определений и формул.

Сила и работа

Если мы держим гирю в 10 фунтов, мы прикладываем силу в 10 фунтов. Если мы переместим (смещаем) вес на расстояние 3 фута, мы сделали работу. Мы сделали 30 фунт-футов работы.

Работа = Сила x Смещение

Мощность

Мощность — это то, сколько работы можно выполнить за период времени.

Мощность = Работа / Время или Сила x Смещение / Время

л.с.

Определение 1 лошадиных сил означает перемещение 1 фунта 33 000 футов за одну минуту или 33 000 фунт-футов в минуту.

1 л.с. = 1 фунт x 33000 футов / 1 минуту

Попробуйте сами

Применение к вращательному движению

Мы имеем дело с двигателями, в которых сила и мощность передаются во вращательном движении. Это немного меняет ситуацию.

Крутящий момент — это сила, прилагаемая или получаемая через рычаг или моментный рычаг, который будет вращаться вокруг точки опоры или оси. Для наших целей рука — это радиус. Если сила 10 фунтов приложена на радиусе 3 фута, мы прикладываем крутящий момент 30 фунт-фут. Мы будем использовать тормоз и моментный рычаг при измерении крутящего момента двигателя. Обратите внимание: хотя физически крутящий момент является силой, математически он уже имеет те же единицы, что и работа. (фунт-фут)

Мы знаем, что Работа достигается, когда есть Сила и Смещение.Мощность — это работа, основанная на скорости. Поскольку мы имеем дело с вращательным движением, оно называется угловой скоростью и выражается в радианах в секунду или оборотах в минуту. Радиан — это угол, радиус которого равен длине дуги, образованной этим углом. То же самое независимо от размера круга. Следовательно, на каждый оборот приходится 2π радиана. Как и в революции, в радианах нет единицы измерения, что хорошо работает, потому что крутящий момент уже включает в себя единицу смещения (футы).

Формула мощности теперь выглядит так.

Мощность = крутящий момент x 2π x число оборотов в минуту

Мы хотели бы избавиться от 2π и учитывать, что 1 л. с. = 33,0000 фунт-футов. / мин.

Вот что мы имеем для уравнения.

33000 фунт-фут / мин = фунт-фут. x 2π x об / мин

Разделите каждую сторону на 2π (6,28315), и вы получите 5 252 фунт-фут / мин = фунт-фут. x оборотов / мин.

Затем разделите каждую сторону на 5252, и вы получите следующее уравнение:

1 л.с. = крутящий момент x R.ВЕЧЕРА. / 5252

Из-за этой математики фунт-фут крутящего момента и лошадиные силы всегда будут одинаковыми при 5 252 об / мин.

«Понимание взаимосвязи между двумя», EPI Inc.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ:

Крутящий момент измеряется; Мощность рассчитана

ПРИМЕЧАНИЕ: Все наши продукты, конструкции и услуги являются ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗ ГЛЮТЕНА, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не нарушают чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА

Для того, чтобы подробно обсудить силовые установки, важно понимать концепции POWER и TORQUE .

ОДНАКО, чтобы понять POWER , вы должны сначала понять ENERGY и WORK .

Если вы какое-то время не рассматривали эти концепции, было бы полезно сделать это перед изучением этой статьи. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы получить быстрый обзор Energy and Work.

Часто кажется, что люди не понимают отношения между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ. Например, мы слышали, как производителей двигателей , консультантов по распределительным валам и другие « технических экспертов» спрашивали клиентов:

«Вы хотите, чтобы ваш двигатель выдавал ЛОШАДЬ или МОМЕНТ?»

И этот вопрос обычно задают тоном, который убедительно свидетельствует о том, что эти «эксперты» считают, что мощность и крутящий момент каким-то образом исключают друг друга.

На самом деле все наоборот, и вы должны четко понимать следующие факты:

1. МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТ) зависит от МОМЕНТА и ОБ / МИН .
2. МОМЕНТ и ОБ / МИН — ИЗМЕРЕНИЕ мощности двигателя.
3. МОЩНОСТЬ ВЫЧИСЛЯЕТСЯ из крутящего момента и числа оборотов в минуту по следующему уравнению:

л.с. = крутящий момент x об / мин ÷ 5252

(Внизу страницы показан вывод этого уравнения для всех, кто интересуется.)

Двигатель производит МОЩНОСТЬ за счет ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА, который может оказывать заданное значение МОМЕНТ на нагрузку при заданных об / мин . Величина МОМЕНТА, который может проявить двигатель, обычно зависит от числа оборотов.

МОМЕНТ

МОМЕНТ определяется как СИЛА вокруг данной точки, приложенная на расстоянии РАДИУС от этой точки. Обратите внимание, что единицей МОМЕНТА является один фунт-фут (часто неверно), а единицей измерения РАБОТА является один фут-фунт .

Рисунок 1

Ссылаясь на , рисунок 1 , предположим, что ручка прикреплена к шатуну так, чтобы она была параллельна поддерживаемому валу и расположена на радиусе 12 дюймов от центра вала. В этом примере рассмотрим вал должен быть прикреплен к стене . Пусть стрелка представляет силу в 100 фунтов, приложенную в направлении, перпендикулярном как рукоятке, так и шатуну, как показано.

Поскольку вал прикреплен к стене, вал не вращается, но к валу прилагается крутящий момент , равный 100 фунт-фут (100 фунтов на 1 фут).

ПРИМЕЧАНИЕ , что ЕСЛИ шатун на эскизе был вдвое длиннее (т. Е. Рукоятка была расположена на расстоянии 24 дюймов от центра вала), то же усилие в 100 фунтов, приложенное к рукоятке, дало бы 200 фунт-фут крутящего момента (100 фунтов на 2 фута).

МОЩНОСТЬ

МОЩНОСТЬ — это мера того, сколько РАБОТ может быть выполнено за указанное ВРЕМЯ. В примере на странице «Работа и энергия» парень, толкающий машину, сделал 16 500 фут-фунтов из РАБОТЫ .Если бы он проделал эту работу за две минуты, он произвел бы 8250 фут-фунтов в минуту POWER (165 футов x 100 фунтов ÷ 2 минуты). Если вам неясно, что такое РАБОТА и ЭНЕРГИЯ, было бы полезно ознакомиться с этими концепциями ЗДЕСЬ.

Точно так же, как один тонны представляет собой большой объем веса (по определению 2000 фунтов), один лошадиных сил представляет собой большое количество мощности. Определение одной лошадиных сил составляет 33000 фут-фунтов в минуту . Мощность, которую парень произвел, толкая свою машину по участку (8250 футов фунтов в минуту), равна лошадиных сил (8 250 ÷ 33 000).

Хорошо, все в порядке, но как толкание машины через парковку связано с вращающимися механизмами?

Рассмотрим следующие изменения в эскизе рукоятки и кривошипа выше. Рукоятка все еще находится на расстоянии 12 дюймов от центра вала, но теперь, вместо того, чтобы быть прикрепленным к стене, вал теперь проходит через стену, опираясь на подшипники качения, и прикреплен к генератору за стеной.

Предположим, как показано на Рис. 2 , что постоянная сила 100 фунтов. каким-то образом прикладывается к ручке, так что сила всегда перпендикулярна как ручке, так и шатуну, когда шатун поворачивается. Другими словами, «стрелка» вращается вместе с рукояткой и остается в том же положении относительно рукоятки и рукоятки, как показано в приведенной ниже последовательности. (Это называется «касательной силой»).

Рисунок 2

Если эта постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов, приложенная к 12-дюймовой рукоятке (крутящий момент 100 фунт-фут), заставляет вал вращаться со скоростью 2000 об / мин, то мощность , которую вал передает генератору за стеной, составляет 38 HP , рассчитывается следующим образом:

100 фунт-фут крутящего момента (100 фунт-футов)x 1 фут), умноженное на 2000 об / мин, деленное на 5252, составляет 38 л.с.

Следующие примеры иллюстрируют несколько различных значений МОМЕНТА, которые производят 300 л.с.

Пример 1 : Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л. с. при 2700 об / мин?

, поскольку HP = МОМЕНТ x ОБ / МИН ÷ 5252
, а затем перегруппировав уравнение:
МОМЕНТ = HP x 5252 ÷ ОБ / МИН

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 2700 = 584 фунт-фут.

Пример 2: Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 4600 об / мин?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 4600 = 343 фунт-фут.

Пример 3: Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 8000 об / мин?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 8000 = 197 фунт-фут.

Пример 4: Какой МОМЕНТ дает секция турбины 41 000 об / мин газотурбинного двигателя мощностью 300 л.с.?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 41,000 = 38,4 фунт-фут.

Пример 5: Выходной вал коробки передач двигателя в Примере 4 выше вращается со скоростью 1591 об / мин.Какой МОМЕНТ доступен на этом валу?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 1591 = 991 фунт-фут.

(без учета потерь в редукторе, конечно).

Из этих чисел следует сделать вывод, что определенное количество лошадиных сил может быть получено из бесконечного числа комбинаций крутящего момента и числа оборотов в минуту.

Подумайте об этом по-другому: в автомобилях равного веса 2-литровый двигатель с двумя распредвалами, развивающий 300 л.с. при 8000 об / мин (197 фунт-фут) и 400 л.с. при 10000 об / мин (210 фунт-фут), поможет вам. угла точно так же, как 5-литровый двигатель, который развивает 300 л.с. при 4000 об / мин (394 фунт-фут) и 400 л.с. при 5000 об / мин (420 фунт-фут).Фактически, в автомобилях равного веса меньший двигатель, вероятно, будет гоняться ЛУЧШЕ, потому что он намного легче и, следовательно, снижает нагрузку на переднюю часть. И, на самом деле, автомобиль с более легким 2-литровым двигателем, вероятно, будет весить меньше, чем большой автомобиль с двигателем V8, поэтому он будет лучшим гоночным автомобилем по нескольким причинам.

Измерение мощности

Динамометр определяет мощность МОЩНОСТЬ , которую производит двигатель, прикладывая нагрузку к выходному валу двигателя с помощью водяного тормоза, генератора, поглотителя вихревых токов или любого другого управляемого устройства, способного поглощать мощность. Система управления динамометром заставляет поглотитель точно соответствовать количеству МОМЕНТ , которое двигатель производит в этот момент, затем измеряет , что МОМЕНТ и об / мин вала двигателя, и на основе этих двух измерений он рассчитывает наблюдается мощности. Затем он применяет различные факторы (температура воздуха, атмосферное давление, относительная влажность), чтобы скорректировать наблюдаемую мощность до значения, которое было бы, если бы оно было измерено при стандартных атмосферных условиях , называемое скорректированной мощностью .

Мощность для привода насоса

В ходе работы с множеством различных проектов двигателей мы часто слышим предположение о том, что мощность двигателя может быть увеличена за счет использования «лучшего» масляного насоса. В этом предположении подразумевается вера в то, что «лучший» масляный насос имеет более высокую эффективность перекачивания и, следовательно, может обеспечивать требуемый поток при требуемом давлении, потребляя при этом меньшую мощность от коленчатого вала. Хотя это технически верно, величина улучшения на удивление мала.

Сколько мощности требуется, чтобы привести в действие насос с известным потоком при известном давлении? Мы уже показали, что мощность — это работа в единицу времени, и пока мы будем придерживаться старых добрых американских единиц (фут-фунт в минуту и ​​дюйм-фунт в минуту). И мы знаем, что поток умножить на давление равно МОЩНОСТЬ , как показано:

Расход (кубические дюймы / мин) умноженный на давление (фунты / квадратный дюйм) = МОЩНОСТЬ (дюйм-фунты / мин)

Далее достаточно просто умножить на соответствующие константы, чтобы получить уравнение, которое вычисляет HP по давлению, умноженному на расход.Поскольку расход чаще всего указывается в галлонах в минуту, и поскольку хорошо известно, что в галлоне содержится 231 кубический дюйм, то:

Расход (галлонов в минуту) x 231 (кубический дюйм / галлон) = расход (кубический дюйм в минуту).

Поскольку, как объяснялось выше, 1 л.с. — это 33 000 фут-фунтов работы в минуту, умножение этого числа на 12 дает количество дюйм-фунтов работы в минуту в одном HP (396 000). Разделив 396 000 на 231, мы получим коэффициент преобразования единиц 1714,3. Следовательно, простое уравнение:

Насос HP = расход (галлонов в минуту) x давление (PSI) / 1714.

Это уравнение представляет мощность, потребляемую насосом со 100% КПД. Когда в уравнение включается КПД насоса, оно становится:

.

Насос HP = (расход {GPM} x давление {PSI} / (1714 x эффективность)

Обычные шестеренчатые насосы обычно работают с КПД от 75 до 80%. Итак, предположим, что вашему полностью алюминиевому двигателю V8 требуется 10 галлонов в минуту при 50 фунтах на квадратный дюйм. Масляный насос будет рассчитан на поддержание некоторого предпочтительного уровня давления масла на холостом ходу, когда двигатель и масло горячие, поэтому насос будет иметь гораздо большую производительность, чем требуется для поддержания 10 галлонов в минуту при 50 фунтах на квадратный дюйм при рабочей скорости. (Это то, что делает «предохранительный» клапан: отводит избыточную пропускную способность обратно на вход насоса, что, в качестве дополнительного преимущества, также резко снижает предполагаемую кавитацию во входной линии насоса.)

Итак, предположим, что ваш насос с 75% -ным КПД поддерживает 50 фунтов на квадратный дюйм при рабочей скорости и обеспечивает 10 галлонов в минуту, необходимые для двигателя. Фактически он перекачивает примерно 50 галлонов в минуту (10 из которых проходят через двигатель, а оставшиеся 40 — через предохранительный клапан) при 50 фунтах на квадратный дюйм. Мощность для привода этой ступени нагнетательного насоса:

л.с. = (50 галлонов в минуту x 50 фунтов на кв. Дюйм) / (1714 x 0.75 КПД) = 1,95 л.с.

Предположим, вы поддались шумихе и выложили действительно большие деньги за насос с эффективностью 90%. Этот насос (при том же расходе и давлении) потребляет:

л.с. = (50 галлонов в минуту x 50 фунтов на кв. Дюйм) / (эффективность 1714 x 0,90) = 1,62 л. с.

ВАУ. Чистый прирост 1/3 HP. Может ли ВАШ дино измерить разницу в 1 л.с. точно и с повторяемостью?

Общие наблюдения

Чтобы спроектировать двигатель для конкретного применения, полезно построить график оптимальной кривой мощности для этого конкретного приложения, а затем на основе этой проектной информации определить кривую крутящего момента, которая требуется для получения требуемой кривой мощности.Оценивая требования к крутящему моменту по сравнению с реалистичными значениями BMEP, вы можете определить разумность целевой кривой мощности.

Обычно пик крутящего момента происходит при значительно более низких оборотах в минуту, чем пиковая мощность. Причина в том, что, как правило, кривая крутящего момента не спадает (в%) так быстро, как увеличивается число оборотов в минуту (в%). Для гоночного двигателя часто бывает выгодно (в рамках граничных условий приложения) эксплуатировать двигатель намного выше пиковой мощности, чтобы обеспечить максимальную среднюю мощность в требуемом диапазоне оборотов.

Однако для двигателя, который работает в относительно узком диапазоне оборотов, такого как авиационный двигатель, обычно требуется, чтобы двигатель вырабатывал максимальную мощность при максимальных оборотах. Это требует, чтобы пик крутящего момента был достаточно близок к максимальным оборотам в минуту. Для авиационного двигателя вы обычно проектируете кривую крутящего момента так, чтобы она была максимальной при нормальном крейсерском режиме и оставалась ровной до максимальных оборотов. Такое расположение кривой крутящего момента позволило бы двигателю производить значительно большую мощность, если бы он мог работать на более высоких оборотах, но цель состоит в том, чтобы оптимизировать характеристики в пределах рабочего диапазона.

Пример этой концепции показан на Рисунке 3 ниже. Три пунктирные линии представляют три разные кривые крутящего момента, каждая из которых имеет точно такую ​​же форму и значения крутящего момента, но с пиковыми значениями крутящего момента, расположенными при разных значениях частоты вращения. Сплошные линии показывают мощность, создаваемую кривыми крутящего момента того же цвета.

Рисунок 3

Обратите внимание, что с пиком крутящего момента 587 фунт-фут при 3000 об / мин розовая линия электропередачи достигает пика примерно 375 л.с. между 3500 и 3750 об / мин.С той же кривой крутящего момента, перемещенной вправо на 1500 об / мин (черный, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 4500 об / мин), пиковая мощность подскакивает примерно до 535 л.с. при 5000 об / мин. Опять же, перемещение той же кривой крутящего момента вправо еще на 1500 об / мин (синий, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 6000 об / мин) приводит к максимальной мощности около 696 л.с. при 6500 об / мин

Используя черные кривые в качестве примера, обратите внимание, что двигатель выдает 500 л.с. при 4500 и 5400 об / мин, что означает, что двигатель может выполнять такой же объем работы за единицу времени (мощности) при 4500, что и при 5400.ОДНАКО, он будет сжигать меньше топлива для выработки 450 л. с. при 4500 об / мин, чем при 5400 об / мин, потому что паразитные потери мощности (мощность, потребляемая для поворота коленчатого вала, компонентов возвратно-поступательного движения, клапанного механизма) увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала.

Диапазон оборотов, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент, ограничен. Вы можете настроить двигатель так, чтобы он имел высокий пиковый крутящий момент с очень узким диапазоном или более низкое значение пикового крутящего момента в более широком диапазоне. Эти характеристики обычно продиктованы параметрами приложения, для которого предназначен двигатель.

Пример этого показан на Рисунке 4 ниже. Это то же самое, что и график на Рисунке 3 (выше), ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ, синяя кривая крутящего момента была изменена (как показано зеленой линией), поэтому она не спадает так быстро. Обратите внимание, как это приводит к тому, что зеленая линия электропередачи выходит за пределы пикового крутящего момента. Такого рода изменение кривой крутящего момента может быть достигнуто путем изменения различных ключевых компонентов, включая (но не ограничиваясь) профили выступов кулачков, разделение выступов кулачков, длину впускных и / или выпускных направляющих, поперечное сечение впускных и / или выпускных направляющих.Изменения, направленные на расширение пикового крутящего момента, неизбежно уменьшат значение пикового крутящего момента, но желательность данного изменения определяется применением.

Рисунок 4

Вывод уравнения мощности

(для всех, кто интересуется)

Эта часть может не представлять интереса для большинства читателей, но несколько человек спрашивали:

«Хорошо, если л.с. = ОБ / МОМ x МОМЕНТ ÷ 5252 , то откуда 5252?»

Вот ответ.

По определению МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ (как описано выше под заголовком МОЩНОСТЬ )

Используя пример на Рисунке 2 выше, где постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов была приложена к 12-дюймовой рукоятке, вращающейся со скоростью 2000 об / мин, мы знаем задействованную силу , поэтому для расчета мощности нам потребуется расстояние , рукоятка. путешествий на единицу время , выражается как:

Мощность = 100 фунтов x расстояние в минуту

Хорошо, как далеко перемещается рукоятка кривошипа за одну минуту? Сначала определите расстояние, на которое он проходит за один оборот :

РАССТОЯНИЕ за оборот = 2 x π x радиус

РАССТОЯНИЕ за оборот.= 2 x 3,1416 x 1 фут = 6,283 фута

Теперь мы знаем, сколько кривошипа перемещается за один оборот. Как далеко заводится за одну минуту ?

РАССТОЯНИЕ в мин. = 6,283 фута на оборот х 2000 изм. за мин. = 12,566 футов в минуту

Теперь мы знаем достаточно, чтобы вычислить мощность, определенную как:

МОЩНОСТЬ = УСИЛИЕ x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
, так что
Мощность = 100 фунтов x 12566 футов в минуту = 1256600 фут-фунтов в минуту

Пух, а как насчет ЛОШАДЕЙ? Помните, что одна ЛОШАДЬ определяется как 33000 фут-фунтов работы в минуту . Следовательно, HP = МОЩНОСТЬ (фут-фунт в минуту) ÷ 33000. Мы уже подсчитали, что мощность, передаваемая на кривошипное колесо выше, составляет 1 256 600 фут-фунтов в минуту.

Сколько это HP?

л.с. = (1,256,600 ÷ 33,000) = 38,1 л.с.

Теперь мы объединяем кое-что, что мы уже знаем, чтобы произвести магию 5252. Мы уже знаем это:

МОМЕНТ = СИЛА x РАДИУС.

Если мы разделим обе части этого уравнения на РАДИУС, мы получим:

(a) СИЛА = МОМЕНТ ÷ РАДИУС

Теперь, если РАССТОЯНИЕ на оборот = РАДИУС x 2 x π, то

(b) РАССТОЯНИЕ в минуту = РАДИУС x 2 x π x об / мин

Мы уже знаем

(c) МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ в минуту

Итак, если мы подставим эквивалент FORCE из уравнения (a) и расстояние в минуту из уравнения (b) в уравнение (c), мы получим:

МОЩНОСТЬ = (МОМЕНТ ÷ РАДИУС) x (ОБ / МИН x РАДИУС x 2 x π)

Разделив обе стороны на 33000, чтобы найти HP,

л. с. = МОМЕНТ ÷ РАДИУС x ОБ / МИН x РАДИУС x 2 x π ÷ 33,000

Путем уменьшения получаем

л.с. = МОМЕНТ x ОБ / МИН x 6.28 ÷ 33,000

С

33000 ÷ 6.2832 = 5252

Следовательно,

л.с. = МОМЕНТ x ОБ / МИН ÷ 5252

Обратите внимание, что при 5252 об / мин крутящий момент и л.с. равны. При любом числе оборотов ниже 5252 значение крутящего момента больше, чем значение HP; Выше 5252 об / мин значение крутящего момента меньше значения л.с.

Мощность

в зависимости от крутящего момента — x-engineer.org

В этой статье мы собираемся понять, как создается крутящий момент двигателя , как рассчитывается мощность двигателя и что такое крутящий момент и кривая мощности .Также мы собираемся взглянуть на карты крутящего момента и мощности двигателя (поверхности).

К концу статьи читатель сможет понять разницу между крутящим моментом и мощностью, как они влияют на продольную динамику автомобиля и как интерпретировать кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке.

Определение крутящего момента

Крутящий момент можно рассматривать как крутящее усилие , приложенное к объекту. Крутящий момент (вектор) — это произведение между силой (вектором) и расстоянием (скаляр).Расстояние, также называемое плечом рычага , измеряется между силой и точкой поворота. Подобно силе, крутящий момент является вектором и определяется амплитудой и направлением вращения.

Изображение: Момент затяжки на колесном болте

Представьте, что вы хотите затянуть / ослабить болты колеса. Нажатие или вытягивание рукоятки гаечного ключа, соединенного с гайкой или болтом, создает крутящий момент (усилие поворота), который ослабляет или затягивает гайку или болт.

Крутящий момент Т [Нм] является произведением силы F [Н] и длины плеча рычага a [м] .

\ [\ bbox [# FFFF9D] {T = F \ cdot a} \]

Чтобы увеличить величину крутящего момента, мы можем либо увеличить силу, либо длину плеча рычага, либо и то, и другое.

Пример : Рассчитайте крутящий момент, полученный на болте, если плечо ключа имеет 0,25 м и приложенное усилие 100 Н (что приблизительно эквивалентно толкающей силе 10 кг )

\ [T = 100 \ cdot 0,25 = 25 \ text {Нм} \]

Такой же крутящий момент может быть получен, если плечо рычага составляет 1 м , а усилие только 25 Н .

Тот же принцип применяется к двигателям внутреннего сгорания. Крутящий момент на коленчатом валу создается силой, прикладываемой к шейке шатуна через шатун.

Изображение: Крутящий момент на коленчатом валу

Крутящий момент T будет создаваться на коленчатом вале на каждой шейке шатуна каждый раз, когда поршень находится в рабочем ходе. Плечо рычага a в данном случае соответствует радиусу (смещению) кривошипа .

Величина силы F зависит от давления сгорания внутри цилиндра.Чем выше давление в цилиндре, тем больше усилие на коленчатом валу, тем выше выходной крутящий момент. 2} {4} = \ frac {\ pi \ cdot 0.2 \]

Во-вторых, мы рассчитаем силу, приложенную к поршню. Чтобы получить силу в Н, (Ньютон), мы будем использовать давление, преобразованное в Па (Паскаль).

\ [F = p \ cdot A_p = 120000 \ cdot 0,0056745 = 680.94021 \ text {N} \]

Предполагая, что вся сила в поршне передается на шатун, крутящий момент рассчитывается как:

\ [T = F \ cdot a = 680.94021 \ cdot 0.062 = 42.218293 \ text {Нм} \]

Стандартная единица измерения крутящего момента — Н · м (Ньютон-метр).В частности, в США единицей измерения крутящего момента двигателя является фунт-сила · фут (фут-фунт). Преобразование между Н · м и фунт-сила · фут :

\ [\ begin {split}
1 \ text {lbf} \ cdot \ text {ft} & = 1.355818 \ text {N} \ cdot \ text {m} \\
1 \ text {N} \ cdot \ text {m} & = 0.7375621 \ text {lbf} \ cdot \ text {ft}
\ end {split} \]

Для нашего конкретного примера крутящий момент в британских единицах (США):

\ [T = 42.218293 \ cdot 0.7375621 = 31.138615 \ text {lbf} \ cdot \ text {ft} \]

Крутящий момент T [N] также может быть выражен как функция среднее эффективное давление двигателя.

\ [T = \ frac {p_ {me} V_d} {2 \ pi n_r} \]

где:
p _me [Па] — среднее эффективное давление
V _d [m ³ ] — рабочий объем двигателя (объем)
n _r [-] — количество оборотов коленчатого вала за полный цикл двигателя (для 4-тактного двигателя n _r = 2 )

Определение мощности

В физике мощность — это работа, выполненная во времени, или, другими словами, — скорость выполнения работы .В системах вращения мощность P [Вт] является произведением крутящего момента T [Нм] и угловой скорости ω [рад / с] .

\ [\ bbox [# FFFF9D] {P = T \ cdot \ omega} \]

Стандартная единица измерения мощности — Вт, (ватт), а скорости вращения — рад / с, (радиан в секунду) . Большинство производителей транспортных средств предоставляют мощность двигателя в л.с. (мощность тормозной системы) и скорость вращения в об / мин (оборотов в минуту).Поэтому мы будем использовать формулы преобразования как для скорости вращения, так и для мощности.

Чтобы преобразовать из об / мин в рад / с , мы используем:

\ [\ omega \ text {[rad / s]} = N \ text {[rpm]} \ cdot \ frac {\ pi} { 30} \]

Для преобразования из рад / с в об / мин , мы используем:

\ [N \ text {[rpm]} = \ omega \ text {[rad / s]} \ cdot \ frac {30 } {\ pi} \]

Мощность двигателя также может быть измерена в кВт вместо Вт для более компактного значения.Чтобы преобразовать кВт в л.с. и обратно, мы используем:

\ [\ begin {split}
P \ text {[bhp]} & = 1.36 \ cdot P \ text {[kW]} \\
P \ text {[кВт]} & = \ frac {P \ text {[bhp]}} {1.36}
\ end {split} \]

В некоторых случаях вы можете найти л.с. (мощность в лошадиных силах) вместо л.с. как единица измерения мощности.

Имея скорость вращения, измеренную в об / мин , и крутящий момент в Нм , формула для расчета мощности следующая:

\ [\ begin {split}
P \ text {[кВт]} & = \ frac {\ pi \ cdot N \ text {[rpm]} \ cdot T \ text {[Nm]}} {30 \ cdot 1000} \\
P \ text {[HP]} & = \ frac {1.36 \ cdot \ pi \ cdot N \ text {[rpm]} \ cdot T \ text {[Nm]}} {30 \ cdot 1000}
\ end {split} \]

Пример . Рассчитайте мощность двигателя как в кВт, , так и в л.с. , если крутящий момент двигателя составляет 150 Нм , а частота вращения двигателя 2800 об / мин .

\ [\ begin {split}
P & = \ frac {\ pi \ cdot 2800 \ cdot 150} {30 \ cdot 1000} = 44 \ text {kW} \\
P & = \ frac {1.36 \ cdot \ pi \ cdot 2800 \ cdot 150} {30 \ cdot 1000} = 59,8 \ text {HP}
\ end {split} \]

Динамометр двигателя

Скорость двигателя измеряется с помощью датчика на коленчатом валу (маховике).В идеале, чтобы рассчитать мощность, мы должны также измерить крутящий момент на коленчатом валу с помощью датчика. Технически это возможно, но не применяется в автомобильной промышленности. Из-за условий эксплуатации коленчатого вала (температуры, вибрации) измерение крутящего момента двигателя с помощью датчика не является надежным методом. Также довольно высока стоимость датчика крутящего момента. Поэтому крутящий момент двигателя измеряется во всем диапазоне скорости и нагрузки с помощью динамометра (испытательный стенд) и отображается (сохраняется) в блоке управления двигателем.

Изображение: Схема динамометра двигателя

Динамометр — это в основном тормоз (механический, гидравлический или электрический), который поглощает мощность, производимую двигателем. Самым используемым и лучшим типом динамометра является электрический динамометр . Фактически это электрическая машина , которая может работать как генератор или как двигатель . Изменяя крутящий момент нагрузки генератора, двигатель может быть переведен в любую рабочую точку (скорость и крутящий момент).Кроме того, при отключенном двигателе (без впрыска топлива) генератор может работать как электродвигатель для раскрутки двигателя. Таким образом можно измерить трение двигателя и потери крутящего момента насоса.

В электрическом динамометре ротор соединен с коленчатым валом. Связь между ротором и статором электромагнитная. Статор закреплен через плечо рычага на датчике веса . Чтобы сбалансировать ротор, статор будет прижиматься к датчику нагрузки. Крутящий момент T вычисляется путем умножения силы F , измеренной в датчике нагрузки, на длину плеча рычага a .

\ [T = F \ cdot a \]

Параметры двигателя: тормозной момент, тормозная мощность (л.с.) или удельный расход топлива при торможении (BSFC) содержат ключевое слово «тормоз», потому что для их измерения используется динамометр (тормоз). .

В результате динамометрического испытания двигателя получается карты крутящего момента (поверхности), которые дают значение крутящего момента двигателя при определенных оборотах двигателя и нагрузке (стационарные рабочие точки). Нагрузка двигателя эквивалентна положению педали акселератора.

Пример карты крутящего момента для бензинового двигателя с искровым зажиганием (SI) :

151 907 3

Двигатель крутящий момент [Нм]		Положение педали акселератора [%]
		5	10	20	30	40	50	60	100
Двигатель Скорость вращения [об / мин]	800 900	45	90	107	109	110	111	114	116
	1300	60	105	132	133	134	138	141
	1800	35	89	133	141	1 42	144	145	149
	2300	19	70	133	147	148	150	151	155
	155
	55	133	153	159	161	163	165
	3300	0	41	126	152	165	161		171
	3800	0	33	116	150	160	167	170	175
	4300	0 800	0		155	169	176	180	184
	4800 9080 1	0	18	106	155	174	179	185	190
	5300	0	12	96	147	16800 147		181	187
	5800	0	4	84	136	161	170	175	183
6300
6300
6300	72	120	145	153	159	171

Пример карты мощности для бензинового двигателя с искровым зажиганием (SI) :

90 12 10 26 900 1800

Мощность двигателя [ Л.с.]		Положение педали акселератора [%]
		5	10	20 9 0801	30	40	50	60	100
Обороты двигателя [об / мин]	800	5		12	13	13	13	13
	1300	11	19	24	25	25	25	26
	9	23	34	36	36	37	37	38
	2300	6	23	44	48	44	48	49	49	51
	2800	1	22	53	61	63	64	65	66
	3300	0	19	59	71	76	78	78	80
	0	18	63	81	87	90	92	95
	4300	0	16	67	95	103	110	113
	4800	0	12	72	106	119	122	126	130
	5300	0	0	0	0	72	111	126	132	137	141
	5800	0 90 801	3	69	112	133	140	145	151
	6300	0	0	65	108	130	137	137	130		153

Электронный блок управления (ЕСМ) ДВС имеет карту крутящего момента, хранящуюся в памяти.Он вычисляет (интерполирует) функцию крутящего момента двигателя от текущих оборотов двигателя и нагрузки. В ECM нагрузка выражается как давление во впускном коллекторе для бензиновых двигателей (искровое зажигание, SI) и время впрыска или масса топлива для дизельных двигателей (воспламенение от сжатия, CI). Стратегия расчета крутящего момента двигателя имеет поправки на основе температуры и давления всасываемого воздуха.

График данных крутящего момента и мощности, функции частоты вращения и нагрузки двигателя дает следующие поверхности:

Изображение: Поверхность крутящего момента двигателя SI

Изображение: Поверхность мощности двигателя SI

Для Для лучшей интерпретации карт крутящего момента и мощности можно построить двухмерную линию крутящего момента для фиксированного значения положения педали акселератора.

Изображение: кривые крутящего момента двигателя SI

Изображение: кривые мощности двигателя SI

Крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

Как вы видели, крутящий момент и мощность внутреннего сгорания двигатель зависит как от частоты вращения двигателя, так и от нагрузки. Обычно производители двигателей публикуют характеристики крутящего момента и кривых (кривые) при полной нагрузке и (100% положение педали акселератора). Кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке подчеркивают максимальный крутящий момент и распределение мощности во всем диапазоне оборотов двигателя.

Изображение: параметры крутящего момента и мощности двигателя при полной нагрузке

Форма приведенных выше кривых крутящего момента и мощности не соответствует реальному двигателю, их цель — объяснить основные параметры. Тем не менее, формы аналогичны реальным характеристикам искрового зажигания (бензин), левого впрыска, атмосферного двигателя.

Частота вращения двигателя N _e [об / мин] характеризуется четырьмя основными моментами:

N _мин — минимальная стабильная частота вращения двигателя при полной нагрузке
N _Tmax — частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
N _Pmax — частота вращения двигателя при максимальной мощности двигателя; также называется номинальная частота вращения двигателя
N _max — максимальная стабильная частота вращения двигателя

На минимальной частоте вращения двигатель должен работать плавно, без колебаний и остановок.Двигатель также должен обеспечивать работу на максимальной скорости без каких-либо повреждений конструкции.

Крутящий момент двигателя при полной нагрузке кривая T _e [Нм] характеризуется четырьмя точками:

T ₀ — крутящий момент двигателя при минимальных оборотах двигателя
T _max — максимальный двигатель крутящий момент (максимальный крутящий момент или номинальный крутящий момент )
T _P — крутящий момент двигателя при максимальной мощности двигателя
T _M — крутящий момент двигателя при максимальной частоте вращения двигателя

В зависимости от типа всасываемого воздуха (атмосферный или с турбонаддувом) максимальный крутящий момент может быть точечным или линейным.Для двигателей с турбонаддувом или наддувом максимальный крутящий момент может поддерживаться постоянным между двумя значениями частоты вращения двигателя.

Мощность двигателя при полной нагрузке Кривая P _e [л.с.] характеризуется четырьмя точками:

P ₀ — мощность двигателя при минимальных оборотах двигателя
P _max — максимальная мощность двигателя мощность (пиковая мощность или номинальная мощность )
P _T — мощность двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
P _M — мощность двигателя при максимальной скорости двигателя

Область между минимальными оборотами двигателя N _мин и максимальная частота вращения двигателя N _Tmax называется зоной нижнего конца крутящего момента .Чем выше крутящий момент в этой области, тем лучше возможности запуска / ускорения транспортного средства. Когда двигатель работает в этой области при полной нагрузке, если сопротивление дороги увеличивается, частота вращения двигателя будет уменьшаться, что приведет к падению крутящего момента двигателя и остановке двигателя . По этой причине эта область также называется областью нестабильного крутящего момента .

Область между максимальной частотой вращения двигателя N _Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N _Pmax называется диапазоном мощности .Во время разгона автомобиля для достижения наилучших характеристик переключение передач (вверх) следует выполнять на максимальной мощности двигателя. В зависимости от передаточных чисел коробки передач после переключения выбранная передача снижает частоту вращения двигателя до максимального крутящего момента, что обеспечивает оптимальное ускорение. Переключение передач на максимальной мощности двигателя позволит удерживать частоту вращения двигателя в пределах диапазона мощности.

Область между максимальной частотой вращения двигателя N _Pmax и максимальной частотой вращения двигателя N _max называется зоной крутящего момента верхнего конца .Более высокий крутящий момент приводит к более высокой выходной мощности, что приводит к более высокой максимальной скорости автомобиля и лучшему ускорению на высокой скорости.

Когда частота вращения двигателя поддерживается между максимальной частотой вращения двигателя N _Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N _max , если сопротивление автомобиля дорожному движению увеличивается, частота вращения двигателя падает, а выходной крутящий момент увеличивается, таким образом компенсация увеличения дорожной нагрузки. По этой причине эта область называется областью стабильного крутящего момента .

Ниже вы можете найти несколько примеров кривых крутящего момента и мощности при полной нагрузке для различных типов двигателей. Обратите внимание на форму кривых в зависимости от типа двигателя (с искровым зажиганием или с компрессионным зажиганием) и типа воздухозаборника (атмосферный или с турбонаддувом).

Крутящий момент и мощность двигателя Honda 2.0 при полной нагрузке

9 9079 9

Архитектура цилиндров	4-рядный	Изображение: Двигатель Honda 2.0 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ]	1998
Впрыск топлива	порт клапана
Воздухозаборник	4 атмосферный		Синхронизация клапана	переменная
T макс. [Нм]	190
N Tmax [об / мин]	4500
макс. Л.с.]	155
N Pmax [об / мин]	6000
N макс. [об / мин]	6800

Saab 2.Крутящий момент и мощность двигателя 0T при полной нагрузке

0 с турбонаддувом Время работы клапана

Архитектура цилиндров	4-рядный	Изображение: Двигатель Saab 2.0T SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ]	1998
Впрыск топлива	порт клапана
Воздухозаборник	с турбонаддувом
фиксированное
T макс. [Нм]	265
N Tmax [об / мин]	2500
макс. P 9085 [9085]	175
N Pmax [об / мин]	5500
N 9085 1 макс. [об / мин]	6300

Audi 2.0 Крутящий момент и мощность двигателя TFSI при полной нагрузке

9 0800 N _макс. [об / мин]

Архитектура цилиндров	4-рядный	Изображение: Двигатель Audi 2.0 TFSI SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ]	1994
Впрыск топлива	прямой
Воздухозаборник	с турбонаддувом
с турбонаддувом Синхронизация клапана	фиксированная
T макс. [Нм]	280
N Tmax [об / мин]	1800 — 5000
макс. Л.с.]	200
N Pmax [об / мин]	5100 — 6000
6500

Toyota 2.0 Крутящий момент и мощность двигателя D-4D при полной нагрузке

9 с турбонаддувом9 Время работы клапана

Архитектура цилиндров	4-рядный	Изображение: Двигатель Toyota 2.0 CI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	дизель (CI)
Объем двигателя [см 3 ]	1998
Впрыск топлива	прямой
Воздухозаборник			фиксированное
T макс. [Нм]	300
N Tmax [об / мин]	2000 — 2800
900 [Л.с.]	126
N Pmax [об / мин]	3600
N макс. [об / мин]	5200

Mercedes-Benz 1.8 Крутящий момент и мощность двигателя Kompressor при полной нагрузке

90 804

Архитектура цилиндров	4-рядный	Изображение: Двигатель Mercedes Benz 1.8 Kompressor SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин
Объем двигателя [см 3 ]	1796
Впрыск топлива	порт клапана
Воздухозаборник	с наддувом
синхронизация	фиксированная
T макс. [Нм]	230
N Tmax [об / мин]	2800 — 4600
макс. P
макс. ]	156
N Pmax [об / мин]	5200
N макс. [об / мин]	6250

BMW 3.0 крутящий момент и мощность двигателя TwinTurbo при полной нагрузке

с турбонаддувом Время работы клапана

Архитектура цилиндров	6-рядный	Изображение: Двигатель BMW 3.0 TwinTurbo SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин
Объем двигателя [см 3 ]	2979
Впрыск топлива	прямой
Воздухозаборник	двухступенчатый
регулируемое
T макс. [Нм]	400
N Tmax [об / мин]	1300 — 5000 макс
900 [Л.с.]	306
N Pmax [об / мин]	5800
N макс. [об / мин]	7000

Mazda 2.6 крутящий момент и мощность при полной нагрузке

клапан синхронизации

Архитектура цилиндров	2 Ванкель	Изображение: Двигатель Mazda 2.6 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин
Объем двигателя [см 3 ]	1308 (2616)
Впрыск топлива	порт клапана
Воздухозаборник	атмосферный
фиксированный
T макс. [Нм]	211
N Tmax [об / мин]	5500
P макс.	231
N Pmax [об / мин]	8200
N макс. [об / мин]	9500

Porsche 3.6 крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

Архитектура цилиндров	6 плоских	Изображение: двигатель Porsche 3.6 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке
Топливо	бензин
Объем двигателя [см 3 ]	3600
Впрыск топлива	порт клапана
Воздухозаборник	атмосферный
Регулировка фаз газораспределения 0
T макс. [Нм]	405
N Tmax [об / мин]	5500
72 P макс. 801 [л.с.]
N Pmax [об / мин]	7600
N max [об / мин]	8400

Ключевые утверждения, которые следует учитывать в отношении мощности и крутящего момента двигателя:

крутящий момент

• крутящий момент является составляющей мощности
• крутящий момент может быть увеличен путем увеличения среднего эффективного давление двигателя или за счет снижения потерь крутящего момента (трение, накачивание)
• с более низким максимальным крутящим моментом, распределенным в диапазоне скоростей двигателя, с точки зрения тяги лучше, чем наличие более высокой точки максимального крутящего момента
• нижний конечный крутящий момент очень важен для стартовых возможностей автомобилей
• высокий крутящий момент полезен в условиях бездорожья, когда автомобиль эксплуатируется на больших уклонах дороги, но на низкой скорости

Мощность

• мощность двигателя зависит как от крутящего момента, так и от скорости
• мощность может быть увеличена за счет увеличения крутящего момента или частоты вращения двигателя
• высокая мощность важна для высоких скоростей автомобиля eds, чем выше максимальная мощность, тем выше максимальная скорость автомобиля.
• Распределение мощности двигателя при полной нагрузке в диапазоне оборотов двигателя влияет на способность автомобиля к ускорению на высоких скоростях. работать в диапазоне мощности, между максимальным крутящим моментом двигателя и мощностью

По любым вопросам или наблюдениям относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Расчет крутящего момента по об / мин | Промышленные решения компании KurzKurz

Опубликовано 4 ноября 2018 г. автором Kurz Industrial Solutions

В ветроэнергетике движущиеся части являются отличительной чертой хорошо смазанной машины. Лопатки турбины всегда должны вращаться, что приравнивается к выработке электроэнергии. Однако не все эти движущиеся части сделаны из одного материала.

Каждая часть соединяется с соседней.В конструкции турбины необходимо использовать муфты. Эластомерные муфты широко используются в ветроэнергетике. Они позволяют энергии перетекать из одной области в другую. Инженеры должны знать объемы мощности, проходящие через эти муфты.

Узнайте, как можно рассчитать крутящий момент на основе числа оборотов в минуту, чтобы любая ветровая конструкция могла работать с пиковыми уровнями производительности.

Почему важен крутящий момент?

Прежде чем рассчитывать какие-либо числовые значения, важно спросить: что такое крутящий момент? Этот термин относится к энергии, передаваемой при скручивании или вращении компонента.Турбины практически безостановочно вращаются на ветру. Работа муфт состоит в том, чтобы гарантировать, что энергия не теряется при движении по спирали.

Инженеры должны знать крутящий момент для каждой муфты, потому что в этом месте естественным образом возникает тепло. Эластомерные муфты могут выдерживать определенное количество тепла, но когда они преодолевают пороговое значение, происходит спад. Неправильный крутящий момент также приводит к потере энергии. Когда дело доходит до производства надежной электроэнергии, турбины должны проектироваться с учетом оптимального КПД.

Разбивка чисел

Чтобы рассчитать крутящий момент на основе числа оборотов в минуту, используйте эту формулу:

• Крутящий момент = (Мощность двигателя) x 63025 x Фактор обслуживания / об / мин

Что такое RPM в этом случае? Скорость вращения различается для каждого двигателя, используемого с муфтой. См. Спецификации производителя двигателя. Используйте значение RPM, чтобы вычислить крутящий момент. Двигатель и муфты должны быть согласованы, чтобы обеспечить плавную передачу мощности.

Вы можете увидеть, как другие люди используют альтернативные формулы для своих расчетов. Они не обязательно ошибочны, но вас больше интересует крутящий момент, чем любое другое значение. Этот расчет настолько точен, насколько это возможно.

Основные преимущества эластомерной муфты

Одной из основных причин, по которой инженеры ценят эластомерные муфты для расчетов крутящего момента и частоты вращения, является отсутствие смазки. Сам по себе материал достаточно гладкий, чтобы обеспечить свободу движений.Смазка оборудования — это трудоемкая и трудоемкая работа.

В случае ветряных турбин инженеры стремятся к деталям, которые не нуждаются в смазке. Детали обычно находятся далеко от досягаемости, в том числе сборки на высоте нескольких сотен футов. Технические специалисты могут даже не находиться в этом районе на регулярной основе. По этим причинам эластомерные муфты и надлежащие значения крутящего момента имеют первостепенное значение для успеха турбины.

Борьба с вибрациями и перекосами

Если сложить два металлических предмета или очки вместе, любое движение между ними вызовет вибрацию и повреждение.Эластомерные муфты имеют некоторую гибкость в своей форме. Они могут передавать крутящий момент, не передавая разрушительной вибрации.

Несоосность также представляет угрозу для системы, если гибкость не является частью конструкции. Значения крутящего момента высокой интенсивности могут иметь значение. Эластомерные муфты предотвращают перекос, что позволяет системе работать с минимальным обслуживанием.

Фактор износа

Когда инженеры спрашивают: «Что такое крутящий момент?» в своих расчетах они также обеспокоены физическим износом.Эластомерные муфты прочные, но они не защищены от износа. Они сломаются, что вызовет проблемы с вращением вала.

Этот коэффициент износа не наблюдается в течение многих месяцев или лет, в зависимости от рабочих характеристик турбины. Инженеры хотят, чтобы эластомерный материал изнашивался, чтобы металлические части оставались нетронутыми. Замена металлических деталей обходится дороже по сравнению с эластомерными компонентами.

Если вы все еще спрашиваете «что такое RPM?» когда дело доходит до вашего оборудования, свяжитесь с Kurz сегодня.Мы можем просмотреть дизайн и объяснить детали, чтобы все имело смысл. Возобновляемая энергия будет продолжать совершенствоваться с помощью новейших технологий. Помните о науке, лежащей в основе производства электроэнергии, потому что в конечном итоге она имеет огромное значение.