Цены снижены! Бесплатная доставка контурной маркировки по всей России

Мощность через крутящий момент и обороты формула: Пересчет мощности кВт в зависимости от крутящего момента Нм

Содержание

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.

Что же означает понятие крутящий момент?

Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.

Для наглядности. Если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг.

Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу.

Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падения — 9,81 м/см2) будет соответствовать 98,1 Нм.

Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Показатели ньютон-метров на примере двигателя V6 3,5 литра Lexus GS450h

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге?

Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов (с низов) ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику.

Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть?

Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса.

Как создается крутящий момент в двигателе

В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топливо — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала.

В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала).

Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень.

До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно.

Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия.

Однако максимальный момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда крутящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу при нажатие на педаль акселератора. К тому же это закрывает такую проблему, как провалы при наборе скорости, так как величина КМ становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями: увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.

д.

Что важнее: Мощность или крутящий момент? — Статьи — Авто

Когда речь заходит о выборе машины, то большинство людей смотрит на максимальную мощность. Они считают, что это важнейшая характеристика двигателя. Меньше людей смотрит на крутящий момент, считая, что именно он правит балом. Кое-кто смотрит и на мощность, и на крутящий момент, но цифры в технических характеристиках всё равно почти ничего не значат в реальной жизни. Гораздо важнее обороты двигателя, на которых достигаются пиковые значения. Но и это ещё не всё, и вот почему.

Чего хочет водитель

Цифры можно сравнивать, но большее значение мощности или крутящего момента не говорит о том, что в реальной жизни машина при прочих равных будет быстрее, а двигатель, как говорят, эластичнее. Смотреть нужно на графики. Графики крутящего момента и мощности в зависимости от оборотов двигателя одновременно. Чем больше крутящий момент на низах, чем ближе крутящий момент к максимальному на средних оборотах и чем позже достигается максимальная мощность, тем лучше.

По сути, это и есть формула идеального мотора, но достигнуть её очень тяжело.

Генри Форд в свое время говорил: «Мощность продает автомобиль, но гонки выигрывает крутящий момент».

Читайте также

Сможет ли Су-57 постоять за себя в воздушном бою Какими ракетами будет оснащен новейший российский истребитель пятого поколения?

Ещё он говорил: «Спросите любого водителя, чего он хочет, и он ответит, что хочет больше мощности».

Обе цитаты в полной мере верны и сегодня, но вернемся к теме. Нельзя рассуждать о мощности и крутящем моменте по-отдельности по одной простой причине — и тут, возможно, для кого-то сейчас я открою Америку: мощность и крутящий момент связаны между собой. В упрощенном виде зависимость выглядит так (не пугайтесь, это единственная формула в этой статье): N=k*M*n, где N — это мощность, k-это постоянный коэффициент для перевода в нужные физические величины (Вт, кВт, л.с.), а n — это обороты двигателя (те, самые, которые указываются на тахометре).

Из этой формулы следует, что чем больше крутящий момент, тем больше мощность. Обращаю, кстати, внимание на то, что именно мощность зависит от крутящего момента, а не наоборот. Таким образом, так как у дизельных моторов большой крутящий момент, у них должна быть и высокая мощность, но на первый взгляд это не так.

Дизельный парадокс

Давайте для примера возьмем два мотора BMW: 3-литровый бензиновый и 3-литровый дизельный. У первого крутящий момент 400 Нм при 1200−5000 об/мин, а мощность 306 л.с. при 5800−6000 об/мин. У дизельного же крутящий момент больше — 560 Нм при 1500−3000 об/мин, но мощность меньше — 258 л.с. при 4000 об/мин. Почему так?

Все дело в оборотах, при которых достигается максимальная мощность. Дизельный мотор в силу своей конструкции не может выдавать большие обороты, но теоретически, если бы его можно было раскрутить до бензиновых 6000 оборотов в минуту, его мощность составляла бы 479 л.с.

Читайте также

Отдых в Египте: «В воздухе витала атмосфера издевательства, и это было унизительно» Арабы откровенно прикалывались, наливая гостям отеля пиво в рюмки

По этой же причине малообъемные, но высокооборотистые мотоциклетные и гоночные двигатели при небольшом крутящем моменте выдают огромные мощности.

Но вернемся к реальной жизни. На что же смотреть при покупке автомобиля, раз крутящий момент и мощность взаимозависимы?

Турбомоторы рулят

Смотреть нужно на графики распределения мощности и крутящего момента по всему диапазону работы мотора. Так, сравнивая типичный атмосферник и турбомотор, можно сделать три вывода.

Чем раньше достигается максимальный крутящий момент, тем лучше. По этому параметру выигрывает турбированный мотор.

Чем позже достигается пик мощности, тем лучше. По этому параметру у моторов паритет.

Чем ближе к максимальному крутящий момент на средних оборотах. тем лучше. Тут снова выигрывает турбированный, потому что на средних оборотах у него как раз максимум.

Что ещё можно сказать? Ну, например, то, что у турбированного мотора будет ровная тяга в среднем диапазоне оборотов, а ближе к красной зоне будет резкий спад тяги. У атмосферного мотора тяга будет увеличиваться и уменьшаться равномерно.


Новости авто: Самые надежные моторы объемом 2+ литра

Обзор рынка: «АвтоВАЗ» рассекретил цены на спортивную Lada Granta

Что такое крутящий момент электродвигателя

Одним из важных параметров электродвигателя, который так же важен при его выборе, является крутящий момент. Эта величина определяется произведением приложенной к плечу рычага силы и зависит исключительно от степени нагрузки. Если в двигателях внутреннего сгорания данную нагрузку задаётся коленчатым валом, то асинхронные электродвигатели получают величину крутящего момента от токов возбуждения. При этом величина этого момента будет зависеть от скорости вращающегося в магнитном поле статора устройства, называемого ротор. В зависимости от периода и способа определения, крутящий момент разделяют на:

  • статический (пусковой) – минимальный момент холостого хода;
  • промежуточный – развивает значение при работе двигателя от 0 величины оборотов до максимального значения в номинальной величине напряжения;
  • максимальный – развивающийся при эксплуатации двигателя;
  • номинальный – соответствует номинальным значениям мощности и оборотов.

Для вычисления величины крутящего момента, определяющегося в «кгм» (килограмм на метр) или «Нм» (ньютон на метр), многие электротехнические пособия предлагают специальные формулы, учитывающие кроме основного действия вращающегося магнитного поля ряд всевозможных факторов, например:

  • напряжения сети;
  • величину индуктивного и активного сопротивления;
  • зависимость от увеличения скольжения.

Но, рост скольжения не всегда приносит высокий момент. Зачастую, при достижении критических значений, наблюдается его резкое снижение. Такое явление обозначается как опрокидывающий момент. Одним из устройств, стабилизирующих скорость вращения ротора, а значит и величину момента кручения является частотный преобразователь, применение которого сейчас очень распространено во всех сферах, где от контроля работы двигателя зависит и успешность выполнения множественных производственных задач.

Выбираем электродвигатель по крутящему моменту

Для выбора, требуемого к выполнению тех или иных задач электродвигателя, берут в учёт практически все его характеристики, начиная от показателей мощности и заканчивая массогабаритными параметрами. Каждый из элементов по-своему важен в решении нюансов. Не меньшее значение припадает и на крутящий момент. Благодаря тому, что момент кручения напрямую связан с оборотами в соотношении: чем больше сами обороты, тем меньше будет момент, выбор электродвигателя будет исходить из следующих нюансов:

  • из скоростных требований. В этом случае, более полезным будет выбор двигателя по малому моменту для работающих со слабыми усилиями и на большой скорости, и со средними либо высокими показателями моментов пуска для работающих в усиленных режимах. На малых скоростях;
  • по пусковым напряжениям. Здесь учитывается первичное усилие, например, для управления лифтом следует подбирать двигатели высокого пускового момента, способного поднимать большие грузы со старта. Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.

Стоит помнить, что выбор осуществляется не по одному из показателей, даже при ориентировании относительно крутящего момента, ведь каждый из показателей ориентируется по рабочей предрасположенности электротехнического приводного устройства и его рабочих нагрузок в статистических и динамических эксплуатационных условиях, задаваемых самим предприятием.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Мощность двигателя, связь с крутящим моментом

Так принято, что во время оценки технических характеристик любого автомобиля, прежде всего, смотрят на его мощность, однако не менее значительным показателем считается крутящий момент. Что представляют собой оба этих понятия, какова история их появления – обо всем этом и многом другом пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.

Лошадиная сила и Ватт

Читайте также: Лошадиная сила — что это такое

Понятие «лошадиная сила» впервые использовал известный изобретатель и инженер конца 18-го – начала 19-го века Джеймс Уатт. Именно он придумал паровой мотор, а также первым просчитал мощность, которую развивает лошадь, поднимая уголь из шахты. 

С тех пор, а это уже более чем 200 лет, развиваемая одной лошадью мощность, то бишь одна лошадиная сила, составляет 33 тыс. футов в мин. Эта мера используется в некоторых мировых государствах, но если говорить о Европе, то большее распространение там получила еще одна единица измерения мощности, именуемая ваттами. Ученые даже вывели формулу, и в соответствии с ней 1 л.с. = 746 Вт. Говоря иными словами, 1 кВт, равный 1 тыс. ваттам, соответствует 1 л.с., которая была умножена на 1,34.

Мощность двигателя: как измеряют

Говоря о понятии «мощность двигателя», важно отметить, что для него существуют не только различные единицы измерения, но и разные их способы, причем, каждый из этих способов измерения демонстрирует другой результат. 

Так, в Японии и Соединенных Штатах для этого привлекают две разновидности показателей:

  •  Нетто. Подразумевается испытание мотора на стенде, причем, мотора, который оснащен всем, что необходимо для полноценной эксплуатации ТС – глушителем, вентилятором, генератором и т.д.
  •  Брутто. Данным способом испытывают обычно силовые установки, которые не оснащены дополнительными агрегатами. Мощность брутто на 10-20 процентов превышает мощность нетто. 

 DIN. Этот способ расчета мощности был внедрен немецким институтом стандартизации специально для измерения показателей моторов с т.н. неотделимым оборудованием, которое присутствует в машине по умолчанию. В этом случае имеется в виду насос и вентилятор системы охлаждения, генератор без нагрузки, топливный и масляный насос.  

Крутящий момент, его соотношение с мощностью

Обе упомянутых выше единицы измерения мощности (лошадиные силы и ватты, а для укрупнения показателей последней единицы принято использовать понятие киловатт) придумал Дж. Уатт, однако движет авто крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах. Почему не от мощности двигателя машины зависит ее способность к движению?

Мощность и крутящий момент – тесно связанные между собой характеристики: мощность, измеряемая в ваттах, представляет собой пример умножения крутящего момента на 0,1047 и на число об./мин.

Говоря иными словами, мощность показывает объем работы, выполняемой за указанный промежуток времени. Крутящий момент демонстрирует саму способность двигателя выполнять эту работу. 

Например, если авто застряло в болоте и перестало двигаться, мощность мотора равняется нулю, т.к. никакая работа не выполняется, тогда как крутящий момент присутствует даже при том, что его показатели окажутся минимальными, недостаточными для начала движения. Таким образом, крутящий момент без мощности бывает, но не наоборот. 

На практике от мощности напрямую зависят скоростные показатели транспортного средства: чем она выше, тем быстрее может двигаться автомобиль. Крутящий момент (его еще называют «момент силы») — показатель силы вращения коленвала и его способность оказывать сопротивление вращению. Высокий крутящий момент двигателя нагляднее всего в процессе разгона или при езде в тяжелых условиях, когда мотор выдерживает критические нагрузки. 

Еще одним важнейшим показателем, отображающим возможности двигателя, по праву считается диапазон оборотов, когда достигается наибольшая тяга. Также немаловажное значение имеет эластичность мотора, то есть его возможность развивать высокие обороты под большой нагрузкой. Имеется в виду соотношение между числом оборотов для наивысшей мощности и для достижения максимально возможного крутящего момента. 

Это влияет на регулировку скорости движения посредством педалей акселератора и тормоза без использования КПП, а также возможность движения с маленькой скоростью на высших передачах.

Так, например, благодаря хорошей эластичности двигателя машина на 5-й передаче ускорится с 75-80-ти км/час до 120-ти, и чем быстрее это произойдет, тем эластичнее силовая установка. Если будет стоять выбор между двумя моторами с аналогичным объемом и мощностью, то лучше тот, который эластичнее, ведь он экономичнее, тише в работе, отличается большей износостойкостью. 

Обороты силовой установки

При указании технических характеристик ТС присутствует понятие не только крутящего момента, но и оборотов двигателя. Понять, как они связаны между собой, можно лишь разобравшись в самой природе ДВС, а он представляет собой агрегат, в котором химическая энергия сгорающего в рабочей зоне топлива превращается в механическую работу. 

Так, из-за возгорания топливной смеси начинается перемещение поршня, влекущее за собой проворачивание коленвала. Получается, что происходящие поочередные циклы расширения и сжатия активируют механизм, а он обеспечивает преобразование движений поршня в обороты коленвала.

Это позволяет нам сделать вывод, что основные характеристики любого ТС – это крутящий момент и мощность двигателя плюс обороты, когда требуемые показатели достигаются. Само понятие обозначает число выполненных коленвалом оборотов в мин. Мощность и крутящий момент – переменные величины, непосредственное воздействие на которые оказывает как раз количество оборотов.

Для расчета мощности специалисты пользуются обычными математическими вычислениями, в частности, существует формула крутящего момента через мощность, которая выглядит так:

 

 

 

Где

  • М — крутящий момент;
  • n — частота вращения, измеряемая в оборотах в минуту;
  • w — угловая скорость вращения вала.

У многих людей возникает вполне логичный вопрос о том, зачем измерять мощность через обороты и крутящий момент. На самом деле это важно по ряду причин и во многих случаях, в частности составление графика крутящего момента двигателя — обязательная процедура в процессе разработки и сертификации каждой новой силовой установки.

Полученные данные нужны для возможного дальнейшего совершенствования двигателя и достижения максимальных эксплуатационных характеристик.Благодаря периодическому проведению всех требуемых замеров и составлению графика можно оценить реальное техническое состояние мотора.

Что важнее?

Ключевым достижением или главной целью любого работающего мотора является тяга, для нее тепловая энергия и трансформируется в механическую. Высокие тяговые показатели больше присущи силовым агрегатам, работающим на дизтопливе, которые отличаются большим ходом поршня. 

Высокий крутящий момент в этом случае сводится на нет сравнительно небольшим максимально допустимым количеством оборотов – это специальное решение конструкторов с целью увеличения ресурса мотора. 

Для бензиновых же агрегатов характерно большее число оборотов, а также определенный крен к мощности, и обусловлено это легкостью деталей и низкой степенью сжатия. Справедливости ради следует отметить, что с каждым годом оба вида моторов (и на дизельном топливе, и на бензине) совершенствуются, поэтому они становятся ближе не только с конструктивной точки зрения, но и в плане показателей, а вот простейшее правило рычага все еще сохраняется: если больше сила, ниже скорость и меньше расстояние и наоборот.

Однозначно никто не скажет, что важнее – мощность или крутящий момент, не существует, ведь оба показателя важны.

Так как с ростом крутящего момента увеличивается мощность, то те силовые установки, обороты которых выше, обычно характеризуются и большим количеством «лошадок». 

Здесь целесообразно упомянуть понятие рабочего диапазона — расстояния, если можно так выразиться, между предельно высоким крутящим моментом и аналогичной мощностью, когда мотор работает наиболее эффективно и демонстрирует высокую производительность в сочетании с экономичным расходом топлива.

Подводя итоги

Подводя итоги, следует отметить, что и мощность двигателя, и крутящий момент неимоверно важны. Касаемо того, какую силовую установку предпочесть – более мощную или ту, у которой выше крутящий момент, то при сравнительно одинаковой мощности лучше взять мотор более «моментный». Это особенно актуально в машинах и механической коробкой передач. 

Мощность и крутящий момент двигателя

Поиск запроса «мощность двигателя» по информационным материалам и форуму

Определение крутящего момента на валу


Что такое крутящий момент двигателя автомобиля: определение, формула

Автоликбез29 сентября 2019

Среди всех важных параметров двигателя авто наиболее показательным является мощность. Автолюбители часто оперируют «лошадиными силами» и забывают про еще один важный параметр, характеризующий машину – крутящий момент двигателя. Хотя данный показатель считается менее значимым, он определяет, насколько резким будет старт и дальнейшее ускорение авто.

Понятие крутящего момента двигателя

КМ можно представить как показатель силы вращения коленвала. Перед тем, как в нем разобраться, начнем с мощности и количества оборотов, а также разберем, почему все эти параметры взаимосвязаны. Первая характеристика подразумевает работу, которая производится за временную единицу. Под работой подразумевается преобразование энергии сгорания топлива в кинетическую. Вторая характеристика говорит о количестве оборотов вала в минуту. Ну, а крутящий момент можно назвать производной от этих характеристик величиной.

Учитывая принятую систему измерения силы в ньютонах (Н), а длины в метрах (м), крутящий момент измеряется в «Нм», поскольку речь о силе, прикладываемой к поршню и длине плеча коленчатого вала. Чем больше эта величина, тем выше динамика авто, соответственно, тем быстрее оно развивает заявленное количество «лошадок».

От чего зависит величина крутящего момента двигателя?

  • радиус кривошипа коленвала;
  • давление, создаваемое в цилиндре;
  • поршневая площадь;
  • объем.

По большей части, величина будет зависеть от объема ДВС: с его увеличением будет расти сила, которая воздействует на поршень. Конечно, немаловажную роль играет и радиус кривошипа, но учитывая конструктивные особенности современных двигателей, варьирование этой величины возможно только в небольших пределах. Также стоит сказать о зависимости от давления: чем оно больше, тем больше прикладываемая сила.

Формула расчета крутящего момента

Сначала посмотрим на формулу расчета мощности:

Р(мощность, кВт) = М(крутящий момент, Нм) х n (число оборотов в минуту) / 9550.

Расчет КМ выглядит следующим образом:

М(крутящий момент, Нм) = Р(мощность, кВт) x 9550 / n (число оборотов в минуту).

Дабы рассчитать нужные величины и не запутаться, достаточно воспользоваться конвертером, который доступен на многих автолюбительских сайтах.

Как измеряется крутящий момент?

Для этого достаточно взглянуть на техническую документацию своего авто. Но реальные измерения также доступны: необходимо использовать специальные датчики. Они позволят провести статические и динамические измерения.

Измерение заключается в создании ситуации, где двигатель набирает максимальные обороты, затем тормозится: в процессе создается график, демонстрирующий максимальный момент мотора в момент нажатия на тормоз. Сначала показатель будет небольшим, затем будет наблюдаться рост, достижение пика и падение.

СТО должны оснащаться профессиональными тензометрами: все измерения обрабатывает специальное ПО, а результаты отображаются в виде графиков. Основная сложность в измерении КМ – достичь высокой точности показаний. Устаревшие контактные, светотехнические или индукционные тензометры не обеспечивали должной эффективности, поэтому в настоящий момент используются измерители в виде компактного передатчика, закрепляемого на вал: он передает данные на прибор-приемник, предоставляющий данные, не нуждающиеся в обработке.

Мощность или крутящий момент – что важнее?

Для решения этой дилеммы необходимо понять несколько фактов:

  • мощность имеет линейную зависимость от частоты оборотов коленвала: быстрее вращение – больше показатель;
  • мощность – производная КМ;
  • до определенного значения рост КМ зависим от числа оборотов: быстрее вращение – выше КМ. Но преодолев пиковое значение, он снижается.

Отсюда можно прийти к выводу, что крутящий момент – приоритетный параметр, характеризующий возможности мотора. В то же время, нельзя пренебрегать мощностью: это значит, что производители автомобилей должны настроить работу агрегата таким образом, чтобы соблюдался баланс этих величин.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

  1. Смена коленчатого вала . К недостатка метода можно отнести тот факт, что это редкая для многих марок авто деталь: часто ее делают на заказ. Кроме того, это снизит долговечность двигателя.
  2. Расточка цилиндров. Более популярный метод, основанный на увеличении объема цилиндра. Метод доступен в большинстве автосервисных мастерских.
  3. Настройка карбюратора. Зачастую используется в дополнение к расточке.
  4. Увеличение турбонаддува. Доступно в моделях с турбированным двигателем. Тем не менее, снимая ограничения в блоке, который отвечает за управление компрессором – достаточно опасный способ, снижающий запас нагрузок в моторе. Тем, кто на него решается, также приходится прибегать к увеличению камеры сгорания, улучшению охлаждения, регулировке впускного клапана и смене распредвала, коленвала и поршней.
  5. Изменение газодинамики. Еще один метод, который по плечу только профессионалам. К тому же, убирая ограничения можно столкнуться не только с выросшей динамикой, а и с ухудшением сцепления.
  6. Использование масляного фильтра. Простой способ, снижающий засорение двигателя и продлевающий срок эксплуатации его запчастей.

Как видно, мотор – это сложный агрегат. Он уже рассчитан с использованием сложных инженерных формул и технологий, а значит, увеличение характеристики крутящего момента нежелательно. Если желание все же есть, стоит обратить внимание на два первых пункта. Можно, конечно, попытаться устранить заводские дефекты: убрать в камерах сгорания непродуваемые зоны и убрать в стыках заостренные углы, а также, неровности на клапанах. Но придется доверить эти операции специалистам своего дела.

Отдельно стоит сказать о так называемых усилителях КМ: их принцип основан на отборе мощности уменьшением оборотов, что не лучшим способом сказывается на долговечности конструкции. Подобные решения не увеличивают КМ, а позволяют его плавно менять на постоянных оборотах.

Какому двигателю отдать предпочтение?

В настоящий момент к привычным ДВС на дизельном топливе или бензине добавились еще и электродвигатели. Во всех этих конструкциях крутящий момент двигателя может кардинально отличаться.

Бензиновый двигатель

Действие основано на впрыске и формировании воздушно-топливной смеси с последующим возгоранием от искры свечей зажигания. Процесс происходит при температуре в 500 градусов, а коэффициент сжатия находится в районе 10 единиц.

Дизельный двигатель

Здесь коэффициент сжатия достигает уже 25 единиц, а температура составляет 900 градусов. При таких условиях смесь воспламеняется без необходимости в использовании свечей.

Электродвигатель

Пожалуй, самый простой и прогрессивный вариант, который лучше вообще исключить из списка. Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель работает по другому принципу, кардинально отличающемуся от традиционных ДВС. Здесь пикового КМ в 600 Нм можно достичь на любой скорости. Если же говорить о «лошадях», у Теслы их количество составит 416.

Но пока электрокары не получили повсеместного распространения. И если этот вариант по каким-либо причинам недоступен, рассмотрим особенности бензиновых и дизельных агрегатов. При одинаковых объемах первый способен давать высокую скорость, второй – быстрый разгон.

В заключение

Как уже отмечалось, КМ требует внимания непосредственно при выборе авто. Зная ключевые особенности двигателей, теперь не составит труда определиться с выбором. Что до увеличения значений крутящего момента в имеющейся машине, не стоит забывать о балансе, заложенном производителем, и уж тем более нежелательно прибегать к кардинальным мерам. Увеличение динамики можно рекомендовать только в силовых агрегатах, причем КМ должен располагаться в диапазоне, где он может достигать пиковых значений. Как бы там ни было, планомерное распространение электрокаров вскоре может избавить от мук выбора. А пока, лучше быть осведомленным в технических деталях машины, как минимум, это позволит не теряться среди вопросов коллег-автолюбителей.

особенности расчета крутящего момента мотор-редуктора

Определение крутящего момента редуктора: особенности расчета крутящего момента мотор-редуктора

ООО ПТЦ Привод

Производство редукторов, мотор-редукторов NMRV, электродвигателей
г. Пенза, ул. Бийская 1Г
440034
Россия
Телефон: 8 (800) 2000-220
https://reductor58.ru
https://reductor58.ru/images/logo.jpg
https://reductor58.ru/images/logo.jpg
$

$

Привод ООО

Производство редукторов, мотор-редукторов NMRV, электродвигателей

440034, Россия

organization

8 (800) 2000-220 +7 (8412) 233-133 +7 (8412) 233-134

Мы работаем понедельник-пятница с 08:00 до 17:00

[email protected]

8 Расчет крутящих моментов на валах

8.1 Расчет крутящего момента на валу электродвигателя

Для определения крутящего момента на валу электродвигателя привода главного движения используется номинальная мощность и номинальная частота вращения:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–номинальная частота вращения электродвигателя, мин-1:

.

.

8.2 Расчет крутящего момента на валах привода

Крутящий момент на валах привода рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до соответствующего вала;

–расчетная частота вращения соответствующего вала, принимается по графику частот, мин-1.

8.3 Расчет крутящего момента на первом валу привода

Крутящий момент на первом валу привода рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до 1-го вала;

–расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин-1: = 2850 мин-1.

КПД участка привода до первого вала рассчитывается по формуле:

где – КПД зубчатой муфты;

–КПД пары подшипников;

8.4 Расчет крутящего момента на втором валу привода

Крутящий момент на втором валу привода рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до 2-го вала;

–расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин-1: = 630 мин-1.

КПД участка привода до второго вала рассчитывается по формуле:

где – КПД зубчатой муфты;

–КПД пары подшипников;

— КПД зацепления зубчатых колес; .

8.5 Расчет крутящего момента на третьем валу привода

Крутящий момент на третьем валу привода рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до 3-го вала;

–расчетная частота вращения на 1-ом валу, принимаем по графику частот, мин-1: = 160 мин-1.

КПД участка привода до третьего вала рассчитывается по формуле:

где – КПД зубчатой муфты;

–КПД пары подшипников;

— КПД зацепления зубчатых колес; .

8.6 Расчет крутящего момента на четвертом валу привода

Крутящий момент на четвертом валу привода рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до 4-го вала;

–расчетная частота вращения на 4-ом валу, определяется по формуле:

где – минимальная частота вращения четвертого вала, мин-1:

мин-1;

–максимальная частота вращения четвертого вала, мин-1:

мин-1.

КПД участка привода до четвертого вала рассчитывается по формуле:

где – КПД зубчатой муфты;

–КПД пары подшипников;

–КПД зацепления зубчатых колес; .

8.7 Расчет крутящего момента на шпинделе

Крутящий момент на шпинделе рассчитывается по формуле:

где – мощность электродвигателя, кВт:

–КПД участка привода от электродвигателя до шпинделя;

–расчетная частота вращения шпинделя, определяется по формуле:

где – минимальная частота вращения четвертого вала, мин-1:

мин-1;

–диапазон регулирования частот вращения шпинделя:

КПД участка привода до шпинделя рассчитывается по формуле:

где – КПД зубчатой муфты;

–КПД пары подшипников;

–КПД зацепления зубчатых колес; .

9 Проектный расчет передач

9.1 Расчет цилиндрической прямозубой постоянной передачиz1–z2

9.1.1 Исходные данные

1. Расчетный крутящий момент на первом валу привода, H·м:

Т1 = 13 Н·м;

2. Число зубьев шестерни: z1 = 18;

3. Число зубьев колеса: z2 = 83;

4. Передаточное число передачи: u1 = 4,76.

9.1.2 Выбор материала и термической обработки зубчатых колес

В качестве материала для зубчатых колес передачи выбираем сталь 40Х, которая отвечает необходимым техническим и эксплуатационным требованиям. В качестве термической обработки выбираем объемную закалку, позволяющую получить твердость зубьев 40..50HRCэ.

9.1.3 Проектный расчет постоянной прямозубой зубчатой передачи на контактную выносливость

Диаметр начальной окружности шестерни рассчитывается по формуле:

где вспомогательный коэффициент: для прямозубых передач

— расчётный крутящий момент на первом валу, Н·м: Т1=13 Н·м;

коэффициент нагрузки для шестерни, равный 1,3..1,5: принимаем

— передаточное число:

отношение рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни:

допускаемое контактное напряжение, МПа.

Допускаемое контактное напряжение для прямозубых передач рассчитывается по формуле:

где базовый предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений, МПа;

МПа;

SH – коэффициент безопасности: SH = 1,1.

Коэффициент отношения рабочей ширины венца передачи к начальному диаметру шестерни может приниматься в пределах

или определяется по формуле:

отношение рабочей ширины венца передачи к модулю: принимаем

число зубьев шестерни: z1 = 18.

что находится в допустимых пределах .

Таким образом, диаметр начальной окружности шестерни равен:

Модуль постоянной прямозубой передачи определяется из условия расчета на контактную выносливость зубьев по рассчитанному значению диаметра начальной окружности шестерни по формуле:

где диаметр начальной окружности шестерни, мм:dw1 = 38,75 мм;

число зубьев шестерни: z1 = 18.

что такое, формула и в чем измеряется

На чтение 9 мин. Просмотров 924

Мощность двигателя – важнейший его показатель. Как в плане эксплуатации, так и в плане начисления налогов на авто. Крутящий момент нередко путают с мощностью или упускают его из виду в процессе оценки ходовых качеств авто. Многие упрощают автомобиль, считая, что большое количество лошадиных сил – главное преимущество любого мотора. Однако, вращающий момент – более важный показатель. Особенно, если автомобиль не предполагается использовать в качестве спортивного.

Что такое крутящий момент

Крутящим моментом называют единицу силы, которая необходима для поворота коленчатого вала ДВС. Эта не «лошадиная сила», которой должна обозначаться мощность.

ДВС вырабатывает кинетическую энергию, вращая таким образом коленвал. Показатель мощности двигателя (сила давления) зависит от скорости сгорания топлива. Крутящий момент – результат от действия силы на рычаг. Эта сила в физике считается в ньютонах. Длина плеча коленвала считается в метрах. Поэтому обозначение крутящего момента – ньютон-метр.

Технически, крутящий момент – это усилие, которое должно осуществляться двигателем для разгона и движения машины. При этом сила, оказывающая действие на поршень, пропорциональна объему двигателя.

Маховик – одна из важнейших деталей, которая должна через редуктор передавать вращательный момент от мотора к коробке передач, от стартера на коленвал, от коленвала на нажимной диск. Собственно, крутящий момент – итог давления на шатун.

Формула расчета крутящего момента

Показатель КМ рассчитывается так: мощность (в л. с.) равно крутящий момент (в Нм) умножить на обороты в минуту и разделить на 5,252. При меньших чем 5,252 значениях крутящий момент будет выше мощности, при больших – ниже.

В пересчете на принятую в России систему (кгм – килограмм на метр) – 1кг = 10Н, 1 см = 0,01м. Таким образом 1 кг х см = 0,1 Н х м. Посчитать вращательный момент в разных системах измерений ньютоны/килограммы и т.д. поможет конвертер – в практически неизменном виде он доступен на множестве сайтов, с его помощью можно определять данные по практически любому мотору.

График:

На графике изображена зависимость крутящего момента двигателя от его оборотов

От чего зависит крутящий момент

На КМ будут влиять:

  • Объем двигателя.
  • Давление в цилиндрах.
  • Площадь поршней.
  • Радиус кривошипа коленвала.

Основная механика образования КМ заключается в том, что чем больше двигатель по объему, тем сильней он будет нагружать поршень. То есть – будет выше значение КМ. Аналогична взаимосвязь с радиусом кривошипа коленвала, но это вторично: в современных двигателях этот радиус сильно изменить нельзя.

Давление в камере сгорания – не менее важный фактор. От него напрямую зависит сила, давящая на поршень.

Для снижения потерь крутящего момента при тряске машины во время резкого газа можно использовать компенсатор. Это специальный (собранный вручную) демпфер, компенсация которого позволит сохранить вращающий момент и повысить срок эксплуатации деталей.

На что влияет крутящий момент

Главная цель КМ – набор мощности. Часто мощные моторы обладают низким показателем КМ, поэтому не способны разогнать машину достаточно быстро. Особенно это касается бензиновых двигателей.

ВАЖНО! При выборе авто стоит рассчитать оптимальное соотношение вращательного момента с количеством оборотов, на которых чаще всего мотор будет работать. Если держать вращательный момент на соответствующем уровне, это позволит оптимально реализовать потенциал двигателя.

Высокий КМ также может влиять на управляемость машины, поэтому при резком увеличении скорости не лишним будет использование системы TSC. Она позволяет точнее направлять авто при резком разгоне.

Широко распространенный 8-клапанный двигатель ВАЗ выдает вращательный момент 120 (при 2500-2700 оборотах). Ручная коробка или АКПП стоит на машине – не принципиально. При использовании КПП немаловажен опыт водителя, на автоматической коробке плавный старт обеспечивает преобразователь.

Как увеличить крутящий момент

Увеличение рабочего объема. Чтобы повышать КМ используются разные методы: замена установленного коленвала на вал с увеличенным эксцентриситетом (редко встречающаяся запчасть, которую трудно находить) или расточка цилиндров под больший диаметр поршней. Оба способа имеют свои плюсы и минусы. Первый требует много времени на подбор деталей и снижает долговечность двигателя. Второй, увеличение диаметра цилиндров с помощью расточки, более популярен. Это может сделать практически любой автосервис. Там же можно настроить карбюратор для повышения КМ.

Изменение величины наддува. Турбированные двигатели позволяют достичь более высокого показателя КМ благодаря особенностям конструкции – возможности отключить ограничения в блоке управления компрессором, который отвечает за наддув. Манипуляции с блоком позволят повысить объем давления выше максимума, указанного производителем при сборке автомобиля. Способ можно назвать опасным, поскольку у каждого двигателя есть лимитированный запас нагрузок. Кроме того, часто требуются дополнительные усовершенствования: увеличение камеры сгорания, приведение охлаждения в соответствие повышенной мощности. Иногда требуется отрегулировать впускной клапан, иногда – сменить распредвал. Может потребоваться замена чугунного коленвала на стальной, замена поршней.

Изменение газодинамики. Редко используемый вариант, поскольку двигатель – сложная конструкция, созданием которого занимаются профессионалы. Теоретически можно придумать, как убрать ограничения, заложенные конструкторами для увеличения срока эксплуатации двигателя и его деталей. Но на практике, если убрать ограничитель, результат не гарантирован, поскольку поменяются все характеристики: например, динамика вырастет, но шина не будет цепляться за дорогу. Чтобы усовершенствовать двигатель такие образом надо быть не просто автомобильным конструктором, но и математиком, физиком и т.д.

ВАЖНО! Простой способ повысить КМ – использовать масляный фильтр. Он снизит засорение двигателя и продлит срок эксплуатации всех деталей.

Определение крутящего момента на валу

Для измерения крутящего момента на валу автомобильного двигателя применяется множество методик. Это может быть показатель подачи топлива, температуры выхлопных газов и т.д. Такие методы не гарантируют высокой точности.

Распространенный метод повышенной точности – применение тензометрического моста. На вал крепятся тензометры, электрически соединенные по мостовой схеме. Сигнал передается на считывающее устройство.

Измеритель крутящего момента

Главная сложность в измерителе крутящего момента, использующего тензометры, является точность передачи данных. Применявшиеся ранее контактные, индукционные и светотехнические устройства не гарантировали необходимой эффективности. Сейчас данные передаются по цифровым радиоканалам. Измеритель представляет собой компактный радиопередатчик, который крепится на вал и передает данные на приемник.

Сейчас такие устройства доступны по стоимости и просты в эксплуатации. Применяются в основном в СТО.

Датчик крутящего момента

Аналогичные устройства, измеряющие КМ, в автомобиле могут быть установлены не только на коленвал, но и на рулевое колесо. Он ставится на модели машин с электроусилителем руля и позволяет отслеживать работу системы управление автомобилей. При выходе датчика из строя, усилитель, как правило, отключается.

Максимальный крутящий момент

Максимальным называется крутящий момент, представляющий пик, после которого момент не растет, несмотря на количество оборотов. На малых оборотах в цилиндре скапливается большой объем остаточных газов, в результате чего показатель КМ значительно ниже пикового. На средних оборотах в цилиндры поступает больше воздуха, процент газов снижается, крутящий момент продолжает расти.

При высоких оборотах растут потери эффективности: от трения поршней, инерционных потерь в ГРМ, разогрева масла и т.д. будет зависеть работа мотора. Поэтому рост качества работы двигателя прекращается или само качество начинает снижаться. Максимальный крутящий момент достигнут и начинает снижаться.

В электродвигателях максимальный вращательный момент называется «критический».

Таблица марок автомобилей с указанием крутящего момента:

Модели автомобиля ВАЗ Крутящий момент (Нм, разные марки двигателей)
2107 93 – 176
2108 79-186
2109 78-118
2110 104-196
2112 104-162
2114 115-145
2121 (Нива) 116-129
2115 103-132
2106 92-116
2101 85-92
2105 85-186
Двигатели ЗМЗ
406 181,5-230
409 230
Других популярные в России марки автомобилей
Ауди А6 500-750
БМВ 5 290-760
Бугатти Вейрон 1250-1500
Дэу Нексия 123-150
КАМАЗ ~650-2000+
Киа Рио 132-151
Лада Калина 127-148
Мазда 6 165-420
Мицубиси Лансер 143-343
УАЗ Патриот 217-235
Рено Логан 112-152
Рено Дастер 156-240
Тойота Королла 128-173
Хендай Акцент 106-235
Хендай Солярис 132-151
Шевроле Каптив 220-400
Шевроле Круз 118-200

Какому двигателю отдать предпочтение

Сегодня множество моделей производители оснащают разными типами моторов: бензиновым или дизельным. Эти модели идентичны только по цене и другим характеристикам.

Из-за разных типов мотора одна и та же модель может отличаться по показателям мощности мотора и крутящему моменту, при этом разница может быть значительной.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель формирует воздушно-топливную смесь, заполняющую цилиндр. Температура внутри него поднимается до примерно 500 градусов. У таких моторов номинальный коэффициент сжатия составляет порядка 9-10, реже 11 единиц. Поэтому, когда происходит впрыск необходимо использование свечей зажигания.

Дизельный двигатель

В цилиндрах работающего на дизеле движка коэффициент сжатия смеси может достигать показателя в 25 единиц, температура – 900 градусов. Поэтому смесь зажигается без использования свечи.

Электродвигатель

Автомобильный трехфазный асинхронный электродвигатель работает по совершенно другим законам, поэтому его мощность и КМ отличаются от традиционных кардинально. Электромотор состоит из ротора и статора, кратность которых позволяет выдавать пиковый КМ (600 Нм) на любой скорости. При этом мощность электродвигателя, например, у Теслы, составляет 416 л. с.

Чтобы ответить на вопрос – дизельный, бензиновый или электродвигатель лучше, надо сначала исключить третий вариант, поскольку электродвигатели пока не так распространены, как первые два типа.

ВАЖНО! Что касается выбора между бензиновым и дизельным двигателями, они в первую очередь отличаются мощностью и крутящим моментом. На практике это означает, что при одинаковом объеме двигателя дизельный быстрее разгоняется, а бензиновый позволяет давать более высокую скорость.


Кроме того, благодаря большему крутящему момент автомобиль, использующийся как грузовой, обладает большей грузоподъемностью за счет двигателя. Особенно если двигатель дизель-генераторный.

Улучшение разгона авто за счет изменения момента вращения

Чем выше показатель крутящего момента – тем быстрее двигатель набирает мощность. Таким образом, вырастет скорость движения. На практике это означает, что, например, во время разгона крутящий момент позволит быстрее обогнать едущий впереди автомобиль.

Чтобы улучшить разгон автомобиля за счет изменения момента вращения, достаточно повысить показатели последнего. Как это сделать – описано выше.

Зависимость мощности от крутящего момента

Крутящий момент, как говорилось выше, это показатель того, с какой скоростью двигатель может набирать обороты. По сути, мощность мотора – прямая производная от КМ на коленвале. Чем больше оборотов – тем выше показатель мощности.

Зависимость мощности от вращательного момента выражается формулой: Р = М*n (Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленвала/мин).

§3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ НА ВАЛАХ

§3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ НА ВАЛАХ

Случай 1 (см. рис. 1.1). Момент на приводном валу (Н · м)

 

 

 

 

 

где Ft — окружная сила, Н, на барабане или тяговых звездочках; D6 и D3B — диаметр барабана, м, делительный диаметр тяговых звездочек, м. Момент на тихоходном валу редуктора (Н · м)

 

 

где ип и ηπ — передаточное число и КПД цепной или ременной передачи, расположенной после редуктора; ηοπ — КПД опор приводного вала. При отсутствии такой передачи в схеме привода

 

 

где ηΜ— КПД муфты, соединяющей вал редуктора и приводной вал. Момент на промежуточном валу редуктора (Н · м)

 

 

 

где η— КПД зубчатой передачи тихоходной ступени. Момент на быстроходном валу редуктора (Н · м)

 

 

 

гДе Лз.б — КПД зубчатой передачи быстроходной ступени. Для одноступенчатой передачи

 

 

Случай 2 (см. рис. 1.2). Момент Гвых приведен в задании. Момент на тихоходной ступени Ттъых.

Моменты на промежуточном и быстроходном валах определяют по формулам (1.17), (1.18), (1.19).

Случай 3 (см. рис. 1.2). Мощность электродвигателя Рэ (кВт) приведена в задании. Частота вращения вала электро­двигателя пэ (об/мин) определена в § 1. Момент на валу электродвигателя (Н · м)

 

 

 

Момент на быстроходном валу передачи (Н · м)

 

 

 

 

где ип и ηπ—передаточное число и КПД ременной (цепной) передачи, расположенной между электродвигателем и редук­тором (коробкой передач).

Если в схеме привода отсутствует такая передача, момент на быстроходном валу

                 

 

 

 

где ηΜ— КПД муфты, соединяющей валы электродвигателя и редуктора (коробки передач).

Момент на промежуточном валу передачи (Н · м)

 

 

 

где иБ и η— передаточное число и КПД быстроходной ступени.

Момент на тихоходном валу передачи (Н · м)

 

 

где η— КПД тихоходной ступени передачи.

ГЛАВА 2 РАСЧЕТЫ ПЕРЕДАЧ

Расчеты при курсовом проектировании должны выпол­няться с использованием вычислительной техники. Эффектив­но выполнение расчетов на программируемых микрокальку­ляторах «Электроника» МК-52; МК-72; МК-61 и других типов. Для этих калькуляторов можно составить программы расчета и хранить их в памяти калькулятора.

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:

Mдвигателя*φ=0,5*J*ω2 + Mнагрузки*φ + Ммагн*φ +Мтрения

где φ — угол поворота

J – приведенный к валу момент инерции системы

ω – угловая скорость

Mнагрузки – момент нагрузки

Ммагн – момент сопротивления, создаваемый постоянными магнитами двигателя, примерно 5% от величины Mдвигателя

Мтрения – 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 Mнагрузки :

ω =(2*φ*(Mдвигателя – Mнагрузки – Ммагн – Мтрения)/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 такое крутящий момент вала? определение и значение

В двигателе постоянного тока полный электромагнитный крутящий момент (T), развиваемый в якоре, отсутствует на валу. Причина в том, что его часть теряется на преодоление механических и механических (трение и сопротивление воздуха) потерь. Следовательно, крутящий момент на валу (T sh ) несколько меньше крутящего момента, развиваемого в якоре.

Таким образом, в случае двигателей постоянного тока фактический крутящий момент, доступный на валу для выполнения полезной механической работы, известен как крутящий момент на валу. Называется так потому, что находится на валу мотора. Обозначается символом T sh .

Мощность двигателя определяется уравнением, показанным ниже, где T sh — крутящий момент на валу в об / с, а N — частота вращения двигателя в об / мин. Крутящий момент на валу выражается как:


где

Разница между крутящим моментом якоря и крутящим моментом вала (T a — T sh ) известна как потерянный крутящий момент и возникает из-за образования крутящего момента.

Тормозная мощность (л.с.)

В случае двигателя механическая мощность на валу известна как мощность в лошадиных силах тормоза. Если T sh — это крутящий момент вала в Ньютон-метре, а N — скорость в об / мин, то

Выходная мощность тормоза определяется уравнением (1), приведенным выше.

.

Выполненная работа и переданная мощность

Выполненная работа

Выполненная работа равна сила, умноженная на расстояние, перемещенное на силу , и может быть выражена как

W = F s (1)

где

W = выполненная работа (Дж, Нм)

F = сила (Н)

s = расстояние, перемещаемое силой (с)

Для углового перемещения

работа done может быть выражено как

W = F θ r

= T θ (2)

, где

W = работа (Джоули)

θ = угол (радианы)

r = радиус (м)

T = крутящий момент или момент (Нм)

Передаваемая мощность

Мощность — это соотношение между выполненная работа и затраченное время могут быть выражены как

P = W / dt

= T θ / dt

= T ω

= 2 π n T

= 2 π (n об / мин /60) T

= 0.105 n об / мин T (3)

где

P = мощность (Вт)

dt = затраченное время (с)

ω = θ / dt = 2 π n = угловая скорость (рад / с)

n = скорость (об / с)

n об / мин = скорость (об / мин, об / мин)

Примечание! — машина должна вращаться, чтобы производить энергию! Машина без вращения может передавать крутящий момент, как электродвигатель, но поскольку расстояние не перемещается силой, мощность не производится.Как только машина начинает вращаться, вырабатывается мощность.

Пример — требуемый крутящий момент для производства мощности

Машина вращается со скоростью 3000 об / мин (об / мин) и потребляет 5 кВт . Крутящий момент на валу можно рассчитать, изменив (3) на

T = P / 2 π n

= (5 кВт) (1000 Вт / кВт) / 2 π (3000 об / мин) / (60 сек / мин)

= 15,9 Нм

.

У вас недостаточно прав для чтения этого закона в это время

У вас недостаточно прав для чтения этого закона в это время Логотип Public.Resource.Org На логотипе изображен черно-белый рисунок улыбающегося тюленя с усами. Вокруг печати красная круглая полоса с белым шрифтом, в верхней половине которого написано «Печать одобрения», а в нижней половине — «Public.Resource.Org». На внешней стороне красной круглой марки находится круг. серебряная круглая полоса с зубчатыми краями, напоминающая печать из серебряной фольги.

Public.Resource.Org

Хилдсбург, Калифорния, 95448
Соединенные Штаты Америки

Этот документ в настоящее время недоступен для вас!

Уважаемый гражданин:

В настоящее время вам временно отказано в доступе к этому документу.

Public Resource ведет судебный процесс за ваше право читать и говорить о законах. Для получения дополнительной информации см. Досье по рассматриваемому судебному делу:

Американское общество испытаний и материалов (ASTM), Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA), и Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) v.Public.Resource.Org (общедоступный ресурс), DCD 1: 13-cv-01215, Объединенный окружной суд округа Колумбия [1]

Ваш доступ к этому документу, который является законом Соединенных Штатов Америки, был временно отключен, пока мы боремся за ваше право читать и говорить о законах, по которым мы решаем управлять собой как демократическим обществом.

Чтобы подать заявку на получение лицензии на чтение этого закона, ознакомьтесь с Сводом федеральных нормативных актов или применимыми законами и постановлениями штата. на имя и адрес продавца.Для получения дополнительной информации о постановлениях правительства и ваших правах гражданина в соответствии с нормами закона , пожалуйста, прочтите мое свидетельство перед Конгрессом Соединенных Штатов. Вы можете найти более подробную информацию о нашей деятельности на Public Resource в нашем реестре деятельности за 2015 год. [2] [3]

Спасибо за интерес к чтению закона. Информированные граждане — это фундаментальное требование для работы нашей демократии. Благодарим вас за усилия и приносим извинения за возможные неудобства.

С уважением,

Карл Маламуд
Public.Resource.Org
7 ноября 2015 г.

Банкноты

[1] http://www.archive.org/download/gov.uscourts.dcd.161410/gov.uscourts.dcd.161410.docket.html

[2] https://public.resource.org/edicts/

[3] https://public.resource.org/pro.docket.2015.html

.

Нечеткое определение целевого времени переключения передач и управление крутящим моментом фазы переключения для коробки передач с сухим двойным сцеплением

На основе независимо разработанной пятиступенчатой ​​коробки передач с сухим двойным сцеплением (DDCT), в документе предлагается стратегия управления с согласованием крутящего момента между двигателем и двумя сцеплениями. который получает частоту вращения двигателя и передаваемый крутящий момент сцеплению в процессе переключения, адекватно отражая намерение водителя и улучшая качество переключения. Модель динамики переключения с пятью степенями свободы (DOF) DDCT с одним промежуточным валом сначала устанавливается в соответствии с его физическими характеристиками.Затем представлены количественные цели управления процессом переключения. Нечеткое решение о времени переключения и стратегия управления координацией крутящего момента на основе модели предлагаются и также проверяются путем моделирования при различных намерениях вождения в процессах переключения на повышенную / понижающую передачу с помощью модели DCT, установленной в MATLAB / Simulink. Результаты моделирования подтверждают, что алгоритм управления переключением, предложенный в этой статье, может не только соответствовать требованиям к качеству переключения, но и адаптироваться к различным намерениям переключения, имея высокую надежность.

1. Введение

Для улучшения качества переключения автоматических коробок передач обычно принимаются следующие меры: своевременное и эффективное вмешательство двигателя, а именно сигнал запроса уменьшения крутящего момента, подается блоком управления трансмиссией в электронный блок управления двигателем в процесс переключения на повышенную или пониженную передачу для прекращения впрыска топлива или задержки реакции на угол опережения зажигания, таким образом получая уменьшенный крутящий момент, передаваемый гидравлическим преобразователем крутящего момента; переключатель рабочего состояния гидротрансформатора, то есть гидротрансформатора, переходит из состояния «блокировка» в состояние «разблокировка» для реализации гидравлической передачи в процессе переключения; регулировка давления включения, что означает активную регулировку давления в магистральной масляной магистрали в различных условиях в соответствии с изменением нагрузки двигателя для обеспечения ощущения переключения; согласование рабочей последовательности мокрого сцепления планетарной трансмиссии и тормоза, что позволяет избежать перекрытия переключения передач и прерывания мощности; принятие исполнительного механизма переключения, оборудованного электромагнитным клапаном и буферным клапаном.По сравнению с АКПП, торсионный демпфер в ведомом диске сцепления сухой трансмиссии с двойным сцеплением не может полностью поглотить удар при переключении без помощи гидротрансформатора, что ухудшает ощущение переключения. Между тем, процесс переключения полностью зависит от переключения рабочего состояния сдвоенных сцеплений и активного управления крутящим моментом двигателя. Как только возникает несоответствующая координация крутящего момента между двойным сцеплением и двигателем, могут возникнуть прерывание мощности, цикл мощности и большие колебания крутящего момента выходного вала трансмиссии, которые не только напрямую влияют на комфорт переключения, но также вызывают удары и вибрацию системы трансмиссии, что снижает долговечность компонентов привода.Следовательно, управление процессом переключения передач становится сложным и ключевым моментом управления DDCT.

Guo et al. [1] установили модель динамики сдвига с двумя степенями свободы и изучили нечеткое управление процессом сдвига DCT. Учитывая инерцию, демпфирование и жесткость компонентов трансмиссии, Zhang et al. установили модель динамики сдвига с пятью степенями свободы [2, 3]. Goetz et al. [4, 5] и Qin et al. [6] разделил процесс переключения на фазу крутящего момента, которая используется для переключателя крутящего момента двойного сцепления, и фазу инерции, которая используется для реализации синхронизации скорости двигателя и целевой скорости сцепления.Кроме того, управляя открытием дроссельной заслонки и углом опережения зажигания, скорость двигателя активно контролировалась для ускорения и облегчения синхронизации. Niu et al. [7] разделил процесс переключения на пять фаз, а именно: фаза работы с низкой передачей, фаза с низким крутящим моментом, инерционная фаза, фаза с высоким крутящим моментом и фаза с высокой передачей. Модели этих фаз были созданы с помощью программного обеспечения EASY5, а также было изучено моделирование процесса переключения DCT. Однако исследования представляют собой только качественный анализ, и степень зацепления двойного сцепления, изменяющаяся во времени двойного сцепления, не дается количественно.Wu и Zhan [8] и Zhao et al. [9, 10] получили оптимальные кривые включения двойного сцепления, используя линейно-квадратичную теорию оптимального управления и робастного управления, которая обеспечивает теоретическую основу для инженерного применения координированного управления двойным сцеплением. Однако разработка и решение квадратичного оптимального управления и робастного управления трудно применять в режиме онлайн в процессе сложного переключения DCT.

Таким образом, на основе независимо разработанной пятиступенчатой ​​DDCT созданы модели динамики переключения с пятью степенями свободы DDCT с одним промежуточным валом.В соответствии с требованиями к качеству переключения предложены количественные цели управления процессом переключения. На основе анализа характеристик крутящего момента и скорости двигателя и двойного сцепления в процессе переключения, нечеткое решение по времени и стратегия управления координацией крутящего момента на основе модели производятся для решения проблемы управления согласованием крутящего момента двойного сцепления и двигателя.

2. Пятискоростные уравнения динамики сухого DCT
2.1. Пятиступенчатая сухая DCT динамическая модель

Пятиступенчатая сухая DCT, описанная в статье, представляет собой сложную систему, которая состоит из двойного сухого сцепления и его привода, четырех синхронизаторов и их приводов, одного промежуточного вала и механизма зубчатой ​​передачи. .Чтобы изучить динамические характеристики одиночного сцепления в процессе запуска и разработать соответствующую стратегию координирующего управления, перед моделированием необходимо сделать следующие предположения: (1) момент инерции обоих колес и поступательная масса транспортного средства преобразуются в выходной вал трансмиссии. . Выходной вал двигателя, входной вал, промежуточный вал и выходной вал трансмиссии рассматриваются как твердое тело с распределенными параметрами, сосредоточенной инерцией и демпфированием трения; (2) пренебрегать динамикой привода сцепления и синхронизаторами, а также тепловыделением. замирание сцепления; (3) пренебречь упругостью между подшипником и его блоком, а также упругостью и зазором в зацеплении шестерен.Установленная пятиступенчатая модель динамики сухой DCT после упрощения показана на рисунке 1. Соответствующие параметры и переменные определены в обозначениях.


2.2. Уравнения динамики переключения для пятиступенчатого сухого DCT

По сути, процесс переключения DCT заключается в переключении рабочего состояния двойного сцепления; то есть ранее включенное сцепление выключается, а ранее выключенное сцепление включается одновременно. Среди них рабочий процесс выключенного и включенного сцепления можно разделить на три фазы (на примере включения сцепления), как показано в таблице 1.


Три фазы в процессе переключения Основная функция

Фаза передачи нулевого крутящего момента Быстрое устранение незанятого расстояния
Фаза трения скольжения Координация крутящего момента и скорости
Фаза полного включения сцепления Стабильная работа

Фаза передачи нулевого крутящего момента .Свободное расстояние между ведущим диском и ведомым диском быстро устраняется.

Фаза трения скольжения . Ведущий диск сцепления и ведомый диск начинают сцепляться и передавать крутящий момент, и крутящий момент постепенно увеличивается до синхронизации скорости ведущего диска и ведомого диска.

Фаза полного включения сцепления . На некоторых передачах трансмиссия работает стабильно.

Из-за небольшого влияния скорости включения и выключения сцепления в фазе передачи нулевого крутящего момента и фазе полного включения сцепления на качество переключения, внимание сосредоточено только на управлении координацией крутящего момента в фазе трения скольжения в бумаге.

Для дальнейшего анализа фазы трения скольжения эту фазу обычно делят на фазу крутящего момента и начальную фазу [6]. Фаза крутящего момента используется для переключателя крутящего момента двойного сцепления, а фаза инерции используется для реализации синхронизации скорости двигателя и целевой скорости сцепления.

2.2.1. Модель динамики переключения DCT в фазе трения скольжения

Если взять в качестве примера переключение с 1-й на 2-ю передачу, в фазе трения скольжения DCT существует перекрытие крутящего момента между двумя сцеплениями для передачи крутящего момента двигателя на ведущие колеса, а именно: постепенно уменьшается и увеличивается при выключении сцепления 1 и при постепенном включении сцепления 2.Следует отметить, что силовой цикл может происходить в фазе переключения DCT, поэтому направление крутящего момента муфты определяется знаком ошибки муфты ведущего и скорости ведомого диска. Наконец, модель динамики сдвига DCT в фазе трения скольжения может быть получена путем ее динамического анализа: где где — символическая функция, а ее выражение

Предположим, что

Таким образом, модель с пятью степенями свободы, показанная в (1), может быть упрощена до следующей модели с двумя степенями свободы:

.

% PDF-1.4 % 1280 0 объект > endobj xref 1280 45 0000000016 00000 н. 0000002733 00000 н. 0000002884 00000 н. 0000003450 00000 н. 0000003847 00000 н. 0000004246 00000 н. 0000004475 00000 н. 0000005011 00000 н. 0000005124 00000 п. 0000005475 00000 н. 0000005864 00000 н. 0000006198 00000 п. 0000006530 00000 н. 0000006875 00000 н. 0000007247 00000 н. 0000007755 00000 н. 0000008306 00000 н. 0000009260 00000 п. 0000009979 00000 н. 0000010537 00000 п. 0000011219 00000 п. 0000011309 00000 п. 0000011837 00000 п. 0000012467 00000 п. 0000012555 00000 п. 0000013274 00000 п. 0000013967 00000 п. 0000014082 00000 п. 0000015010 00000 п. 0000015744 00000 п. 0000016491 00000 п. 0000017225 00000 п. 0000018015 00000 п. 0000018767 00000 п. 0000020525 00000 п. 0000021482 00000 п. 0000023002 00000 п. 0000027903 00000 н. 0000033827 00000 н. 0000037840 00000 п. 0000045588 00000 п. 0000047496 00000 п. 0000173544 00000 н. 0000002527 00000 н. 0000001225 00000 н. трейлер ] / Назад 2719351 / XRefStm 2527 >> startxref 0 %% EOF 1324 0 объект > поток h ޜ TmL [U ~ RJ [Z9mǀufRKuBaC03Ȝ- + i C, dt | mL 3), q * G% 1n0 & 7sy ‘

.

Как преобразовать крутящий момент двигателя в лошадиные силы?

Вы когда-нибудь смотрели спецификации двигателя в журнале и видели что-то вроде «этот двигатель развивает 300 фунт-фут крутящего момента при 4000 об / мин» и задавались вопросом, сколько это была мощность? О какой мощности мы здесь говорим? Вы можете рассчитать, сколько фут-фунтов мощности производит этот двигатель, используя общее уравнение:

Двигатель, который развивает 300 фунт-фут крутящего момента при 4000 об / мин, выдает [(300 x 4000) / 5,252] 228 лошадиных сил при 4000 об / мин.Но откуда взялось число 5252?

Чтобы перейти от фунт-футов крутящего момента к лошадиным силам, вам нужно пройти несколько преобразований. Число 5 252 — это результат объединения нескольких различных коэффициентов пересчета в одно число.

Во-первых, 1 лошадиная сила определяется как 550 фунт-футов в секунду (прочтите «Как работает мощность в лошадиных силах», чтобы узнать, как они получили это число). Единицы крутящего момента — фунт-футы. Таким образом, чтобы перейти от крутящего момента к лошадиным силам, вам нужен показатель «в секунду». Вы получаете это, умножая крутящий момент на частоту вращения двигателя.

Но скорость двигателя обычно выражается в оборотах в минуту (об / мин). Поскольку мы хотим «в секунду», нам нужно преобразовать обороты в минуту в «что-то в секунду». Секунды просты — мы просто делим на 60, чтобы получить секунды. Теперь нам нужна безразмерная единица оборотов: радиан. Радиан на самом деле представляет собой отношение длины дуги к длине радиуса, поэтому единицы длины сокращаются, и вы остаетесь с безразмерной мерой.

Оборот можно рассматривать как измерение угла.Один оборот — это 360 градусов окружности. Поскольку длина окружности равна (2 x пи x радиус), в одном обороте есть 2 пи радиана. Чтобы преобразовать количество оборотов в минуту в радианы в секунду, вы умножаете число оборотов в минуту на (2-пи / 60), что равно 0,10472 радиана в секунду. Это дает нам количество «в секунду», необходимое для расчета лошадиных сил.

Давайте соберем все вместе. Нам нужно получить мощность, равную 550 фунт-фут в секунду, используя крутящий момент (фунт-фут) и частоту вращения двигателя (об / мин). Если мы разделим 550 фут-фунтов на 0.10472 радиан в секунду (обороты двигателя), получаем 550 / 0,10472, что равно 5,252.

Итак, если вы умножите крутящий момент (в фунт-футах) на частоту вращения двигателя (в оборотах в минуту) и разделите произведение на 5 252, количество оборотов в минуту преобразуется в «радианы в секунду», и вы можете перейти от крутящего момента к лошадиным силам — от «фунта- футы «к» фут-фунтам в секунду «.

Чтобы найти соответствующие статьи о крутящем моменте, мощности и двигателях, воспользуйтесь ссылками на следующей странице.

Почему мощность и крутящий момент пересекаются при 5252 об / мин?

Мы уже говорили о взаимосвязи между мощностью и крутящим моментом.Они работают вместе, а для лошадиных сил нужен крутящий момент, чтобы вы и ваша машина были довольны. Однако есть одно магическое число, на которое не проливается много чернил, виртуальных или иных. Число 5252, и это точка в диапазоне оборотов, где мощность и крутящий момент всегда пересекаются. Почему? Обратимся к Джейсону Фенске из Engineering Explained для объяснения этого интересного факта.

Чтобы все это разобрать, Фенске обращается к своей чудесной доске. Там мы узнаем о мощности, крутящем моменте и скорости.Видите ли, мощность равна силе, умноженной на любую скорость. Под скоростью понимается заданное расстояние, деленное на время, необходимое для преодоления этого расстояния. Наконец, крутящий момент — это величина, создаваемая силой, умноженной на заданное значение радиуса.

Вам необходимо базовое понимание этих трех физических идей, прежде чем мы выясним, почему мощность и крутящий момент пересекаются при 5252 об / мин. Все сводится к математике мощности и крутящего момента. Это также сводится к небольшой истории. Джеймс Ватт, шотландский инженер, разработавший концепцию лошадиных сил, выяснил, что одна метрическая лошадиная сила необходима, чтобы поднять 75 килограммов на один метр за одну секунду.Это связано с тем, сколько работы будет выполнять лошадь, по сравнению с той же работой, которую выполняет паровой двигатель. Сегодня мы используем лошадиные силы как инструмент для хвастовства, чтобы побеждать в жимовых гонках.

Но вернемся к магическому числу 5252 и тому, почему здесь мистическим образом переплетаются мощность и крутящий момент. Вы должны глубже погрузиться в уравнения, используемые для определения тех трех областей, которые мы обсуждали в начале всего этого; мощность, крутящий момент и скорость. Одна лошадиная сила равна 33 000 фут-фунтов работы в минуту.Добавьте уравнения, относящиеся к крутящему моменту и скорости, и вы обнаружите, что мощность в лошадиных силах всегда равна крутящему моменту, умноженному на число оборотов в минуту, разделенному на 5 252.

Вычеркивая равные переменные, вы получаете мощность, равную крутящему моменту … при 5252 об / мин. Это много математики, но Джейсон довольно легко ее разбивает. Так что нажмите «Играть» и узнайте что-нибудь новое сегодня.

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 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 в характеристиках двигателя была наконец раскрыта, вернувшись к основам того, как фактически учитывается мощность. 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.

Вот уже более 50 лет динометры, используемые для измерения крутящего момента и оборотов двигателя, просто не могут 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 частота вращения 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 отверстие или диаметр цилиндра.Это часто называют соотношением диаметр цилиндра / ход поршня.

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 на одну ногу. 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, когда 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 крутящий момент двигателя

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

Сила, создаваемая при определенных оборотах: это максимальная мощность двигателя, развиваемая при желаемых оборотах. Когда двигатель ускоряется, отображается 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 больший крутящий момент 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 уравновешены. 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 фута. 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, однако, 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.

Для того, 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, который отслеживает обороты двигателя, кривую расхода топлива и передаточные числа. Эти числа учитываются со скоростью вращения колес, ускорением и оборотами 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.

www.e31.net

Если вы, как счастливый обладатель мощного автомобиля, скажете, что у него 380 л.с., вы получите много Ooh s и Aah s, но если вы скажете, что это получил 550 Нм крутящего момента, вы услышите просто «…?!» — если вообще.

Никто точно не знает о крутящем моменте, хотя — важная единица. Вот почему написана эта статья. Получайте удовольствие от этого:

Через силу, работу, расстояние и время до власти

Чтобы переместить груз на расстояние , вам понадобится сила .Если груз приклеен к земле и поэтому не двигается, никакой работы не будет (по крайней мере, в физическом смысле). Итак, работа — это движение из гирю на расстоянии (приложив силу). Если сейчас учесть время, можно рассчитать мощность. Мощность — продолжительность работы , время, необходимое для перемещения груза на определенное расстояние. Чем больший вес вы перемещаете в период времени, тем больше мощности (способности выполнять работу с течением времени) у вас «есть».

Давайте поиграем в двигатель и прикрепим груз 1N (= 0,102 кг) к концу палки длиной 1 м, которую вы пытаетесь удерживать горизонтально. схватив его за противоположный конец. Необходимое (скручивающее) усилие составляет 1Н × 1м = 1Нм.
Теперь представьте, что вы вращаете эту палку с грузом на другом конце на 360 °, преодолевая сопротивление в 1 Н. работа выполнено будет 1N × 6,2832 м = 6,2832 Нм (6,2832 м — периметр круга, по которому перемещается груз на конце 1-метровой палки.Периметр = Диаметр × Pi = 2 × 1 м × 3,14159 … = 6,2832 м).
Сопротивление в 1Н имитирует силу тяжести, с которой вам придется иметь дело при вертикальном перемещении груза. Итак, если бы вы Поднимите груз 1 Н 6,2832 м по вертикали, вы проделали ту же работу с усилием 6,2832 Нм.

Но как насчет возможности сделать это? Теперь необходимо время, как вы можете видеть, посмотрев на определение лошадиных сил: 1 л.с. = 75 л.с. × м / с. 1 кгс (килопонд) эквивалентен 9,80665 Н, поэтому 1 л.с. = 735.5 Н × м / с, что означает, что при подъеме груза 735,5 Н (75 кг) один метр каждые второй это мощностью одной лошадиных сил. Поднятие вдвое большего веса за одно и то же время удвоит мощность (2 л.с.), как и подъем тот же вес в два раза быстрее и так далее. Больше работа (в глазах физика!) Не выполнялась бы, потому что формула «сила × расстояние» не заботится о времени.

Чтобы вернуться к автомобилям и двигателям, возьмем, к примеру, BMW 850 CSi .Двигатель этой машины будет выдают 380 л.с. при 5300 об / мин. Таким образом, вы можете поднимать вес 380 × 75 кг = 28500 кг на один метр каждую секунду!

Единица измерения мощности — Н × м / с. В нашем примере с грузом и клюшкой единицей работы была Н × м (Нм). Если мы умножим это на число оборотов в минуту (единица измерения 1 / с), мы получим единицу мощности. Если вы сейчас настроены несколько скептически, это обычная реакция. Итак, посчитаем, при каких оборотах 1 Нм работы равняется 1 л.с.

1 л.с. = 75 кгс × м / с = 735,5 Н × м / с

Теперь мы устанавливаем это равным нашему крутящему моменту, умноженному на все еще неизвестные обороты, и получаем

735.5 Н × м / с = 6,2832 Нм × n 1 / с

Теперь мы можем вычислить n:

п = 117,058

Двигатель, который имеет крутящий момент 1 Нм при 117,058 оборотах в секунду (то есть 7023,5 оборотов в минуту), тогда имеет мощность от 1 л. Имея эту информацию, легко получить следующую формулу для расчета мощности:

л.с. = Нм крутящего момента × об / мин

7023,5

Итак, никто не измеряет мощность двигателя напрямую.Динамометр только измеряет крутящий момент, который, в зависимости от частоты вращения двигателя, будет преобразован в лошадиные силы по предыдущей формуле! Это означает, что лошадиные силы — это более или менее воображаемая единица, а не то, что вы можете увидеть, почувствовать или измерить. Это может напугать одного или другого, но так оно и есть!

Крутящий момент и ускорение

Скорость разгона автомобиля зависит исключительно от крутящего момента. Это ньютон-метры, которые вы чувствуете в своей спине. Любая машина разгоняется на любой передаче настолько жестко, насколько этого требует кривая крутящего момента.На пике крутящего момента автомобиль будет разгоняться сильнее всего, при повышении и понижении. оборотов меньше.

© BMW .

Это означает, что абсолютно безразлично, где находится пик крутящего момента. Это не повлияет на величину ускорения если он будет при 2000 об / мин вместо 4000 об / мин, хотя power удвоится при 4000 об / мин (см. формулу).

Это доказывает простая математика. Крутящий момент двигателя передается через коробку передач и дифференциал на колеса, так что определенная величина Туда прибывает Ньютон-Метров.Если взять CSi, например, при 4000 об / мин на первой передаче, это будет 550 Нм × 4,254 × 2,93 / 2 = 3428 Нм. которые попадают на каждое заднее колесо (здесь не учитываются потери в трансмиссии). Первый фактор представляет первую передачу в коробке передач, второй задний дифференциал. А поскольку крутящий момент передается на два колеса, происходит деление на два.

Теперь легко вычислить силу, которая движет автомобиль вперед: разделите на радиус колеса, потому что это плечо рычага. Задняя шина Серия 8 имеет почти ровно два метра в окружности и, следовательно, радиус 2 м / 2π = 0.318м. Теперь 3428 Нм / 0,318 м = 10780 Н, что означает, что каждое заднее колесо перемещает автомобиль вперед на 10780 Ньютон, что в сумме составляет 10780 × 2 = 21560 Н (что равняется 2200 кг!).

Как видите, связь крутящего момента и тяги не может быть более прямой. Больше крутящего момента означает больше тяги — независимо от значения частоты вращения и независимо от мощности на этих оборотах!

Следовательно, мощность в лошадиных силах совершенно не важна для разгона, не так ли …?

Мощность увеличивается до тех пор, пока крутящий момент не падает быстрее, чем рост оборотов, поэтому мощность каким-то образом говорит вам, насколько быстро автомобиль ускоряется.Почему?

Секрет в том, что вам нужно переключиться на более высокую передачу, когда у вас будет больше крутящего момента на следующей более высокой передаче и следовательно, можно было бы сильнее разогнаться. Таким образом, чем выше частота вращения перед переключением, тем дольше вы можете оставаться в передачи и не нужно жертвовать мощностью двигателя ради скорости (из-за более высокого передаточного числа).

Вот таблица, которая показывает на BMW 850 CSi , когда и почему вам нужно переключиться. В таблице указан крутящий момент (относительно до оборотов), который доступен непосредственно на двигателе, и, что более важно, крутящий момент, доступный за коробкой передач, которая передается на колеса (главная передача здесь не учитывалась, потому что это постоянный коэффициент).Кроме того вы можете увидеть, как обороты двигателя меняются при переключении передач.

1) 9028 Крутящий момент 34 9034 9034 9034 => 1101 92 = 1191 > 1327 5190 67342 = 3238 m M 170190 Нм
об / мин Крутящий момент
двигатель
1-я передача (4,254: 1) 2-я передача (2,534: 1) 4-я передача (1,235: 1) 5-я передача (1,000: 1) 6-я передача (0.831: 1)
Крутящий момент об / мин
2-я передача
Крутящий момент об / мин
3-я передача
9028 4-я передача об / мин
5-я
Крутящий момент об / мин
6-я передача
Крутящий момент
1500 420 Нм 1768 Нм => 893 1064 518 Нм => 1214 420 Нм => 1246 349 Нм
2000 440 Нм 1871 Нм
740 Нм => 1468 543 Нм => 1619 440 Нм => 1661 365 Нм
2500 470 1489 1190 Нм => 1659 790 Нм => 1835 580 Нм => 2024 470 Нм => 2077 390 Нм 3000 390 Нм 2127 Нм => 1787 1267 Нм => 1991 841 Нм => 2202 617 Нм => 2429 500 Нм => 242
3500 530 Нм 2254 Нм => 2084 1343 Нм => 2323 891 Нм => 2570 654 Нм = 654 = > 2908 440 Нм
4000 550 Нм 2339 Нм => 2382 1393 Нм => 2655 925 Нм => 2 550 Нм => 3324 457 Нм
4500 540 Нм 2297 Нм => 2680 1368 Нм => 2 => 2
666 Нм => 3643 901 90 540 Нм => 3739 448 Нм
5000 530 Нм 2254 Нм => 2978 1343 Нм => 3318 891 654 Нм => 4048 530 Нм => 4155 440 Нм
5500 470 Нм 1999 Нм => 3276 790 Нм => 3671 580 Нм => 4453 470 Нм => 4570 390 Нм
6000 400 Нм
=> 3982 672 Нм => 4405 494 Нм => 4858 400 Нм => 4986 332 Нм

Как видите, крутящий момент при 6000 об / мин за коробкой передач на 1-й и 2-й передаче намного выше крутящего момента на следующей. более высокая передача на любых оборотах.Это означает, что для максимального ускорения вы можете не только увеличить скорость двигателя до 6000 об / мин в первые две передачи, вы должны это сделать (двигатель 850 CSi позволяет в ближайшее время развивать скорость до 6400).

На 1-й передаче при 6000 об / мин крутящий момент за коробкой передач составляет 1701 Нм. Если вы затем переключитесь на секунду, частота вращения двигателя изменится. падение примерно до 3600 об / мин, а крутящий момент примерно до 1350 Нм.
На 4-й передаче крутящий момент 494 Нм при 6000 об / мин (из-за передаточного числа 1,235 вместо 4.254, как в 1-м). Смещение на пятую ступень даст 530 Нм крутящего момента при 4858 об / мин. Так что разгонять двигатель до 6000 нет никакого смысла. на четвертой передаче.

об / мин и крутящий момент

Как видно из таблицы, большая часть мощности «теряется» из-за передаточного числа на высоких передачах. Вот почему так важно остаться на любой передаче как можно дольше, а для этого вам нужно, чтобы пик крутящего момента был на высоких оборотах с .

Другой пример: возьмите два 850 CSi и замените один двигатель на двигатель с таким же крутящим моментом, но чей крутящий момент пик при 2000 об / мин вместо 4000.При гонке друг с другом с полной остановки модифицированный CSi будет быстрее. с конвейера, потому что его 550 Нм доступны уже при 2000 об / мин, тогда как нормальный двигатель имеет только 440 Нм.
После пика крутящий момент стремительно падает и около 3000 об / мин водитель модифицированного CSi придется переключиться на более высокую передачу, потому что там у него больше крутящего момента. Таким образом, мощность двигателя приносится в жертву скорость. И теперь это стандартный CSi , который взрывается, потому что его противник внезапно имеет чуть больше, чем вдвое меньше крутящего момента, чем на первой передаче, тогда как на 1-й он может ехать до 6400 об / мин.Когда на складе CSi перекладывается на вторую передачу, модифицированной почти придется переключиться на третью.

Неужели сначала казалось, что доработанная машина выиграет, все увидят, что лучше иметь пик крутящего момента на высокие обороты, как только доработанный автомобиль резко падает обратно. Двигатель BMW Формулы-1 имеет примерно такой же крутящий момент, как и двигатель. автомобиля E46 M3. Пик крутящего момента у M3 составляет 5000 об / мин, а у двигателя Формулы-1 — около 16000. Давайте угадаем. кто может держать педаль акселератора на более долгое время…

Или другой небольшой пример:
Максимальный крутящий момент на высоких оборотах = хороший = бензиновый двигатель
Максимальный крутящий момент на низких оборотах = плохой = дизельный двигатель
Какая польза от всего крутящего момента, если вам почти приходится переключаться на 6-ю передачу на при 65 милях в час?

Теперь вы можете применить это в реальной жизни? Ну, более или менее, потому что на сегодняшний день нет таких хороших дизельных двигателей, как без наддува. (только турбодизели). Это могло заставить вас думать, что верхнее утверждение неверно. Но сравнивая атмосферные двигатели и двигатели, использующие принудительную индукцию (с помощью турбонагнетателя или нагнетателя), все равно что сравнивать яблоки и апельсины.Итак, бензиновый двигатель = хороший, дизельный двигатель = bad , конечно, относится к сравнениям в рамках этих двух концепций.

Если вы сейчас говорите «Дизель», вы всегда имеете в виду с турбонаддувом, дизель, даже не осознавая этого. Это делает дизельные двигатели лучше, но по сравнению с бензиновым двигателем с таким же турбонаддувом у них все еще нет шансов. Да конечно дизель экономичнее но это сайт об эмоциях, а не о здравом смысле.

Так что же такого особенного в турбодвигателе? Это кривая крутящего момента.Как было сказано ранее, за ускорение отвечает крутящий момент. В чем больше крутящий момент, тем быстрее автомобиль разгоняется. Было заявлено, почему пик крутящего момента лучше иметь и на высоких оборотах. Но почему бы и нет у нас высокий крутящий момент на низких оборотах так же ?

Потому что характеристики атмосферных двигателей нам этого не позволяют. Крутящий момент увеличивается до определенного значения, а затем снова падает. Таким образом, цель инженеров, разрабатывающих безнаддувные двигатели, — довести эту точку до максимально возможных оборотов.Нет таких проблем с двигателем с турбонаддувом. Турбонагнетатель нагнетает воздух в цилиндры, в которые поршни должны будут всасывать вместо этого во время движения. вниз. Теперь система управления двигателем контролирует количество воздуха, поступающего в цилиндры, в зависимости от числа оборотов. Итак, у двигателя есть максимальный крутящий момент почти всегда.

Чтобы наглядно представить обе концепции, вот диаграммы мощности и крутящего момента двух типичных автомобилей:

© sport auto
Lamborghini Diablo GT Porsche 996 Turbo

Lambo очень четко демонстрирует характеристики безнаддувного двигателя, пик крутящего момента, тогда как Porsche имеет типичный крутящий момент. плато (560 Нм от 2700 до 4600 об / мин).В то время как Diablo достигает максимального ускорения только около 5500 об / мин, Porsche делает это с 2700 об / мин до 4600 об / мин! Но он также показывает турбо-лаг . Это диапазон оборотов до того, как турбокомпрессор заработает. Около 1000 оборотов Силовая установка Porsche убогая (200 Нм), но при 2000 об / мин крутящий момент уже в два с половиной раза больше (500 Нм). Сегодняшние турбины включается довольно мягко, но раньше в этот момент наблюдалось резкое увеличение крутящего момента.

Давайте представим, что мы прикрутили бы турбины к двигателю Lamborghini, который затем увеличивал бы максимальный крутящий момент с 2000 об / мин, чтобы мы имел 630 Нм от 2000 до 5500 об / мин.Это дало бы нам резкое ускорение, но — что интересно — не привело бы к более высокому цифра лошадиных сил! Проверь это…

Вот почему, несмотря на малую мощность, турбодизели на удивление хорошо разгоняются. Из-за турбонагнетателя они раньше наращивают крутящий момент и поддерживайте его в широком диапазоне оборотов. Лошадиные силы, как видите, не очень наглядны.

Но нельзя все время полагаться даже на показатель крутящего момента. Вернемся к примеру с М3 и Формулой-1. Оба двигателя имеют примерно тот же крутящий момент, M3 при 5000 об / мин, F1 при 16000 об / мин.Если вы поместите двигатель F1 в M3, ускорение будет примерно таким же, но вы можете достичь более высоких скоростей с новым двигателем. Вы можете ехать в три раза быстрее: около 800 км / ч (500 миль / ч) — теоретически, конечно, как сопротивление воздуха могло бы замедлить вас намного раньше. Ладно, это было бы не очень разумно, поэтому давайте добавим другую передачу в наш автомобиль так, что на максимальных оборотах он достигает той же скорости, что и с оригинальным двигателем M3. Но это означает, что передаточное число намного короче. (примерно на треть), чем раньше, и что внезапно на колеса будет поступать в три раза больше крутящего момента, и наша машина ускоряется в три раза Быстрее.

Кроме того, коробка передач должна быть специально разработана с учетом характеристик двигателя. Что хорошего в том, когда вы переключаетесь на следующую более высокую передачу на ограничителе и обороты падают в регионы с недостаточным крутящим моментом? Так что коробка передач, которая хорошо соответствует характеристикам двигателя, тоже очень важна.

Чтобы узнать, как автомобиль ускоряется, вы должны взглянуть на кривую крутящего момента, коробку передач и принять во внимание вес автомобиля. Тогда — и только тогда можно ожидать правильного результата.Знать количество лошадиных сил в таком случае совершенно бесполезно. Разъяснение мощности и крутящего момента

— математика для мотоциклов

Это статья из моей серии по математике для мотоциклистов.

Вот все статьи по математике (и физике) для мотоциклов и транспортных средств в целом:

В этой статье рассказывается о мощности и крутящем моменте и о том, как они связаны с частотой вращения двигателя, максимальной скоростью и тягой .

Как и другие статьи, он на 100% применим как к автомобилям (или грузовикам), так и к мотоциклам, но поскольку это сайт о мотоциклах, вы увидите только примеры мотоциклов.

Для начала нам нужно понять, что такое мощность и крутящий момент. Это заставляет меня вспоминать физику в старшей школе (шучу, я всегда думаю о физике, потому что я большой ботаник).

Ну, да. Поэтому я и создал этот сайт — как отдушину. Я люблю учиться и делиться тем, что другим может быть полезно. Если вам нравится то, что вы здесь читаете, и вы такая же одержимая фракция, как и я, возможно, вы захотите узнать, когда я опубликую больше. (Проверьте последнюю версию, чтобы понять, что вы увидите.)

Что такое крутящий момент?

Начнем с простого: крутящий момент .

Крутящий момент — это «крутящая сила». Если вы прикладываете к рычагу единицу силы, вы прикладываете крутящий момент.

Некоторые онлайн-комментаторы говорят, что «крутящий момент — это ускорение». Это мутное предложение, которое расстроило бы многих учителей физики, но не вдаваясь в семантику: Разделите слова крутящий момент (способность скручивания) и толчок (способность толкать вперед). Крутящий момент оказывает влияние на тягу, но также влияет на передачу.

Крутящий момент двигателя после переключения передач и т. Д. Становится тяговым усилием, которое, как вы чувствуете, толкает вас вперед.

Некоторые примеры крутящего момента из реальной жизни:

  • Вы вращаете карусель, поворачивая ее снаружи, а не по центру. Достаточно несколько раз приложить немного силы, и вскоре он начнет вращаться довольно быстро.
  • Вы затягиваете гайку, прикладывая давление к концу гаечного ключа , а не к сверлу, ближайшему к гайке.Это дает вам больше крутящего момента или крутящего момента.

Крутящий момент измеряется в сил, умноженных на расстояние , которое обеспечивает рычаг. Это отражено в единицах, используемых для описания крутящего момента:

  • Метрическая система: Один ньютон-метр (Нм) крутящего момента — это сила в ньютоне (которая равна силе килограмма на уровне моря), приложенная с усилием, равным единице. метр.
  • Британская система мер: Один фут-фунт (фут-фунт или фунт-фут) крутящего момента — это фунт силы (сила фунта веса на уровне моря), приложенная с помощью рычага в один фут.

Номенклатура — в метрических единицах единицей измерения силы является ньютон, а единицей веса — килограмм. В имперских единицах они имеют одно и то же название — фунт.

Поскольку фунт меньше килограмма (один фунт равен 0,454 кг), а фут меньше метра (один фут = 0,305 м), фут-фунт аналогичен величине ньютон-метру — 100 фут-фунтов = 134 Ньютон-метра. (Подробнее о преобразовании метрических единиц в британские).

Крутящий момент в двигателе мотоцикла (автомобиля или грузовика) — это способность двигателя крутить .

В спецификациях мотоциклов от производителей крутящий момент измеряется на коленчатом валу.

Например, мотоцикл с максимальным крутящим моментом 100 Нм может повернуть что-нибудь на расстоянии 1 метра с силой 100 Ньютонов. Если вы переместите его на два метра, он сможет толкнуть его только с силой 50 ньютонов.

Точно так же мотоцикл с силой 100 фунт-футов может повернуть что-нибудь на конце одноногого шеста с силой 100 фунтов. Если это 10-футовый шест, он сможет приложить только 10 фунтов силы.

Зачем измерять длину шеста, учитывая влияние крутящего момента?

Коленчатому валу нужно кое-что сделать, прежде чем он попадет в шину. Каждый из них изменяет удар и крутящего момента через зубчатую передачу.

Крутящий момент / расстояние (включая множители) = сила. Крутящий момент начинается с двигателя, проходит через шестерни, звездочки / вал и колесо + шину и становится силой, воздействующей на поверхность дороги (или грязь).

Вещи, через которые проходит двигатель, чтобы выбраться на поверхность:

  1. Шестерни. Передаточное число шестерен увеличивает крутящий момент на некоторый коэффициент. Чем выше передача, тем меньше сила.
  2. Звездочки или вал. В мотоцикле есть звездочки (для цепной и ременной передачи) или вал со встроенным передаточным числом.
  3. Колесо / шина. На другом конце колесо с покрышкой.

Все эти вещи — шестерни, звездочки / вал или колесо / шина — меняют ощущение крутящего момента на велосипеде. Вы могли прочитать, что переключение передач влияет на «тягу» велосипеда.

Вот почему на Suzuki SV650, который имеет относительно небольшой крутящий момент по сравнению с большим круизером, например, Suzuki M109R, вы все равно можете довольно быстро разогнаться от света. Оба имеют одинаковое время разгона от нуля до автострады (около 4 секунд в зависимости от навыков водителя, сцепления с дорогой, переключения передач), несмотря на то, что они сильно отличаются друг от друга.

Так, например,

  • Если вы добавите еще один зуб к передней звездочке, вы увеличите эффект крутящего момента (осевое усилие).Это означает более быстрое ускорение, более раннее переключение передач, более легкие колеса и меньшую максимальную скорость (если она была ограничена переключением передач).
  • Если вы удалите зуб из задней звездочки, то эффект будет тот же, только в другой пропорции. (Мотоцикл с 15 зубьями спереди и 45 сзади должен удалить три зуба с задней звездочки, чтобы получить тот же эффект, что и добавление одного на передней.

Если вы добавите зубья на переднюю звездочку или удалить их сзади? Есть много соображений — такие вещи, как зазор цепи, зазор звездочки и необходимость изменения длины цепи.Это зависит от конкретного случая — однозначного ответа нет. (И нет никаких хороших исследований о влиянии износа, просто много анекдотического личного опыта.)

Точно так же, если вы добавите большее заднее колесо или более толстую (не более толстую) шину, это уменьшит ускорение и увеличить максимальную скорость.

Что такое мощность?

Это проще. Власть — это деньги, а время — это деньги, поэтому власть — это… время.

Шутки в сторону, мощность определяется как передача энергии за единицу времени . Мощность в метрических единицах определяется как «ватт», который определяется как один «джоуль» энергии в секунду.

Власть используется в мире транспортных средств и обычно означает «чувство». Но два мотоцикла с одинаковыми характеристиками мощности могут совершенно по-разному реагировать на поворот дроссельной заслонки.

Вот почему на Honda Grom, имеющей ничтожные 7 кВт (9 л.

По сути, вы не можете просто взять характеристики мощности и узнать, что они означают для поведения мотоцикла.Да, большая мощность определенно обычно коррелирует с большим ускорением и большей скоростью, но это еще не все!

Для начала подумайте об определении: Мощность определяется как передача энергии за время . Но именно , во что вы передаете энергию?

В чайнике вы преобразуете энергию в тепло (воды). В свете вы превращаете энергию в свет (и тепло). Но как насчет автомобиля — куда уходит энергия?

Мне проще всего думать об этом, когда автомобиль движется.Допустим, вы едете по шоссе. Зачем вам нужно продолжать сжигать бензин (или использовать заряд батареи, если вы пользуетесь электричеством)? Ответ для преодоления сил трения.

Если вы отпустите дроссельную заслонку, следующие силы трения замедлят вас:

  • Воздух (который может быть известен как сопротивление воздуха или лобовое сопротивление)
  • Шины (также известные как «шины») о землю
  • Трение в движущихся частях мотоцикла — осях, трансмиссии, двигателе

Вот почему в фильмах (и в реальной жизни, хотя я не имел удовольствия), когда космический корабль находится в вакууме в космосе, он отключает двигатели и продолжает идти.Нет трения, чтобы замедлить его.

Так же, как с помощью крутящего момента вы можете изменить влияние крутящего момента, изменяя передаточные числа и передачу, с помощью мощности вы можете изменить влияние мощности с помощью

  • Более аэродинамический корпус (обтекатели) — это самый большой фактор
  • Шины с низким коэффициентом трения (которые плохо подходят для прохождения поворотов или ускорения, но хороши для максимальной скорости)
  • Компоненты двигателя с низким коэффициентом трения (сложно сделать)

Выше низких скоростей пригородных поездов трение воздуха (сопротивление лобу / воздуху) составляет безусловно, самый большой источник трений. Таким образом, получение большей отдачи от мощности двигателя и повышение аэродинамики машины — это ваш главный фактор. Вот почему автомобили, бившие рекорды наземной скорости, выглядят так:

«Демон скорости», автомобиль Джорджа Потита, который однажды побил рекорд наземной скорости в соляных равнинах Бонневилля

. Сопротивление увеличивается экспоненциально по мере того, как вы набираете скорость. Согласно уравнению сопротивления:

Сила сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости.

Поскольку уравнение мощности говорит, что P = F • v (сила, умноженная на скорость), мощность, необходимая для преодоления сопротивления, пропорциональна кубу скорости .

  • P D = F D • v = ½ ρ v 3 C d A

Итак, в двух словах, чтобы преодолеть сопротивление, вам понадобится лот больше мощности 2-300 км / ч, чем нужно ехать с 1-200 км / ч. Вот почему вы можете разогнаться до 60 миль в час / 100 км / ч на Honda Grom с мощностью 7 кВт / 9 л.с., но вам понадобится лот более чем вдвое больше (14 кВт или 18 л.с.), чтобы разогнаться до 120. миль / ч / 200 км / ч.

YouTuber «Dankwheelie» разгоняется до 70 миль в час на Honda Grom (ссылка на YouTube).

Основы: мощность = крутящий момент x число оборотов в минуту (x константа)

Любой, кто видел динамическую диаграмму, заметит, что крутящий момент остается примерно одинаковым, в то время как число оборотов увеличивается.

См. Эту динамическую диаграмму, например:

CBR600RR — Мощность и крутящий момент

На приведенной выше диаграмме крутящий момент действительно увеличивается, но он относительно плоский по сравнению с кривой мощности.

Причиной тому является основная формула мощности: P = F • v, Мощность = сила x скорость. Применительно к вращающимся объектам (угловое движение) это становится P = T • v.

Таким образом, вы умножаете крутящий момент на скорость вращения, чтобы получить мощность. Конечно, все они представлены в разных единицах измерения, поэтому вам потребуются константы для преобразования единиц измерения.

  • Метрическая система: Мощность (кВт) = Крутящий момент (Нм) x скорость (об / мин) / 9549
  • Британская система мер: Мощность (л.с.) = Крутящий момент (фут-фунт) x скорость (об / мин) / 5252

Например, если Я говорю, что мой байк развивает 50 Нм при 3000 об / мин, тогда вы можете знать, что это означает 50 x 3000 / 9,5488 = 15,7 кВт мощности.

Или, если я сделаю то же самое в имперских единицах и скажу, что это 37 фут-фунт, тогда вы можете сказать, что 37 x 3000/5252 = 21 л.с.

Если вы знаете, как быстро переводить метрическую систему в британскую (в данном случае кВт составляет около 3/4 л.с.), то вы знаете, что обе эти единицы выглядят правильно.

Кстати, это не пиковая мощность . Дело в том, сколько энергии вырабатывается в этот момент. Это будет одна точка на кривой.

Крутящий момент, мощность и характеристики велосипеда для езды

Есть причина, по которой Harley-Davidson редко приводит данные о мощности, а обычно приводит только данные о крутящем моменте: потому что крутящий момент часто говорит вам больше об истории, если вы делаете определенные предположения .

Причина, по которой крутящий момент говорит вам больше об истории, заключается в том, что, если вы предполагаете несколько вещей, крутящий момент переводится как «тяговое усилие на низких скоростях». Позвольте мне это оправдать.

Вот предположения, которые необходимо сделать:

  1. Предположим, что у велосипеда достаточно «нормальное» передаточное число, независимо от трансмиссии, включая передние и задние звездочки, передаточные числа и размеры колес.
  2. Предположим, что это «нормальный» диапазон оборотов. Для любого данного размера или класса двигателя это также безопасное предположение (например,у мотоциклов с большим диаметром оборотов меньше, у велосипедов с малым диаметром оборотов выше, при том же количестве цилиндров)

Итак, исходя из этих предположений, для большинства шоссейных велосипедов вы должны работать на первых четырех передачах, пока не выйдете на шоссе, когда вы можете расслабиться на пятой или шестой передаче.

Если вы предположите эти вещи, а затем я скажу вам: «Этот шоссейный велосипед с V-образным твином развивает максимальную мощность 120 фут-фунтов, тогда как этот круизер с V-образным твином — 80 фут-фунтов», вы знаете, что 120 фут-фунт один будет более сложным, когда вы откроете дроссель.

При сравнении двигателей различных размеров или конструкций предположения становятся немного более неопределенными. Если я скажу: «У этого велосипеда пиковый крутящий момент 150 Нм» и «У этого велосипеда максимальный крутящий момент 100 Нм», и первый — рядный четырехцилиндровый двигатель с жидкостным охлаждением, а второй — V-образный двухцилиндровый… это все равно сопоставимо, если они » re оба шоссейных велосипеда с большим диаметром цилиндра.

Дело в том, что шоссейные велосипеды с большим диаметром цилиндра (не спортивные велосипеды, ориентированные на треки, не велосипеды малой вместимости) настроены на создание широкого диапазона крутящего момента в диапазоне оборотов.Итак, , если вы предположите, что два очень разных по конструкции двигателя нацелены на широкий диапазон оборотов для дорожного использования, то вы можете сравнить пиковые значения крутящего момента с разумной точностью.

Давайте посмотрим на эти кривые крутящего момента, чтобы понять больше. В некоторых руководствах для покупателей я сравниваю крутящий момент спортивных мотоциклов (больше ориентированных на трек) и родстеров (больше ориентированных на дорогу).

Взгляните на приведенную ниже диаграмму, в которой сравниваются кривые крутящего момента двигателя CP3 объемом 847 куб. См (из предыдущего поколения MT-09 / Tracer 900 / XSR900) и последней модели Yamaha YZF-R1: крутящий момент

R1 в сравнении с MT -09 График кривой крутящего момента (разные источники)

Аннотации рассказывают историю.Но в основном МТ-09 — это шоссейный байк, и он начинает выходить на плато после 8К об / мин. R1, тем временем, только начинается.

Если не может сравнить пиковый крутящий момент, сравнивает шоссейный велосипед с супербайком. Это просто бессмысленно.

Например, Harley-Davidson Iron 1200 развивает максимальный крутящий момент 100 Нм (73 фунт-сила-футов) при 3500 об / мин … но расход затяжки иссякает при 4-5K, когда вы должны переключить передачу (если не раньше). Многие спортивные мотоциклы (например, Ducatis) плохо работают при оборотах ниже 3 000 об / мин.

Сравнение крутящего момента или даже мощности двух очень разных классов велосипедов не дает вам возможности понять, на чем они хотят ездить.

О чем вам говорит мощность… и где ее не хватает

Итак, почему мы продолжаем использовать мощность?

Самый краткий из ответов — лошадиных сил говорят вам о максимальной скорости .

Опять же, здесь предполагается, что два велосипеда имеют схожую аэродинамику. Но большинство мотоциклов, стремящихся к высокой скорости, имеют примерно схожую аэродинамику.

Вторая причина, по которой мы используем лошадиных сил, заключается в том, что это сокращение от того, что мотоцикл может развивать . Это стенография. В нем говорится: «Этот мотоцикл, вероятно, развивает большой крутящий момент на достижимых для человека оборотах».

Итак, если вы предположите, что диапазон оборотов двух мотоциклов отдаленно похож и что-то, что вы использовали бы в повседневной жизни, тогда цифра в лошадиных силах говорит вам примерно , насколько крутящий момент будет крутящим моментом, насколько велосипеды склонны к вилли. будет, и в целом, насколько «быстрыми ощущениями» являются эти два мотоцикла.

Это наиболее верно при сравнении очень разных чисел. Итак, если я сравниваю супербайк мощностью 150 кВт (200 л.с.) с пригородным автомобилем мощностью 35 кВт (50 л.с.), то только по цифрам становится очевидно, что первый намного быстрее, чем второй. Он будет чувствовать себя более сумасшедшим, будет иметь гораздо большую тягу и гораздо более высокую максимальную скорость.

Но если я сравню два велосипеда с аналогичной мощностью и проигнорирую другие различия, у меня, скорее всего, возникнут проблемы.

Например, возьмем MT-09 предыдущего поколения (с двигателем 847 куб. См) и BMW R nineT.Оба этих микрофона имеют одинаковую пиковую заявленную мощность — разница между ними составляет примерно 5%.

Но между этими двумя байками есть много других отличий:

  • Стиль двигателя (рядный тройной против двойного боксера)
  • Количество цилиндров (3 против 2)
  • Система охлаждения (жидкость против воздуха / масла) — удары насколько высока частота вращения двигателя
  • Трансмиссия (мокрое сцепление + цепь против сухого сцепления + вал)
  • Зубчатая передача (в шестернях и звездочках / валу)
  • Диаметр шины

Все это означает, что вы не можете просто сказать один байк будет таким же быстрым, как и другой.Они чувствуют себя совершенно иначе, когда ездят по указанным выше и другим причинам.

Расчет крутящего момента от об / мин

Категория: Двигатели

Издатель: Kurz Industrial Solutions, 17.09.2020 9:42

В ветроэнергетике движущиеся части являются отличительной чертой хорошо смазанной машины. Лопатки турбины всегда должны вращаться, что равносильно 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 почти безостановочно вращаются на ветру. Работа муфт заключается 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 оптимальной эффективности.

Разбивка чисел

Для расчета крутящего момента из числа оборотов в минуту используйте следующую формулу:

· Крутящий момент = (Мощность двигателя) x 63025 x Фактор обслуживания / число оборотов в минуту

Что такое число оборотов в минуту в этом случае? Число оборотов в минуту различается для каждого двигателя, используемого с муфтой. Взгляните на данные производителя двигателя. Используйте значение RPM, чтобы вычислить крутящий момент. Двигатель и муфты должны быть согласованы, чтобы обеспечить плавную передачу мощности.

Вы можете видеть, как другие люди используют альтернативные формулы для своих расчетов.Они не обязательно ошибочны, но вас больше волнует крутящий момент, чем любое другое значение. Этот расчет максимально точен.

Основные преимущества эластомерной муфты

Одной из основных причин, по которой инженеры ценят эластомерную муфту при расчетах крутящего момента и частоты вращения, является отсутствие смазки. Сам 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, включая сборки на высоте нескольких сотен футов в воздухе. 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 вы поместите 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 разрушительных вибраций.

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 застрахованы от износа.Они сломаются, что вызовет проблемы с вращением вала.

Этот коэффициент износа не возникает 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.

Момент нагрузки — обзор

11.4.1 Нагрузка с постоянным крутящим моментом

Нагрузка с постоянным крутящим моментом подразумевает, что крутящий момент, необходимый для поддержания работы нагрузки, одинаков на всех скоростях. Хорошим примером является подъемник барабанного типа, в котором требуемый крутящий момент зависит от нагрузки на крюк, но не от скорости подъема.Пример показан на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Таль с приводом от двигателя — нагрузка с постоянным крутящим моментом.

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет 9810 Н, а крутящий момент, приложенный нагрузкой на барабан, будет задан. на Усилие × радиус = 9810 × 0,25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. Е. Нагрузка не ускоряется), крутящий момент, создаваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому нагрузкой на барабан.(Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, при этом подразумевается, что установившийся двигатель и момент нагрузки обязательно должны действовать противоположно.)

Предположим, что скорость подъема должна контролироваться при любом значении вплоть до максимального. 0,5 м / с, и мы хотим, чтобы это соответствовало максимальной скорости двигателя около 1500 об / мин, что является разумной скоростью для широкого диапазона двигателей. Скорость подъема 0,5 м / с соответствует скорости барабана 19 об / мин, поэтому подходящее передаточное число будет, скажем, 80: 1, что дает максимальную скорость двигателя 1520 об / мин.

Нагрузочный момент со стороны двигателя редуктора будет уменьшен в 80 раз, с 2500 Нм до 31 Нм на двигателе. Мы также должны учитывать трение в коробке передач, эквивалентное, возможно, 20% крутящего момента полной нагрузки, поэтому максимальный крутящий момент двигателя, необходимый для подъема, будет составлять 37 Нм, и этот крутящий момент должен быть доступен на всех скоростях вплоть до максимума 1520 об. / мин.

Теперь мы можем нарисовать установившуюся кривую крутящего момента-скорости нагрузки, видимой двигателем, как показано на рис.11.8.

Рис. 11.8. Требования к крутящему моменту для двигателя в подъемном устройстве (рис. 11.7).

Мощность двигателя в установившемся режиме получается как произведение крутящего момента (Нм) и угловой скорости (рад / с). Таким образом, максимальная продолжительная мощность двигателя для подъема равна

(11,1) Pmax = 37 × 1520 × 2π60 = 5,9 кВт

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности. с учетом работы, выполняемой в секунду при нагрузке. Сила ( F ) на груз составляет 9810 Н, скорость ( v ) равна 0.5 м / с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы проигнорировали потерю мощности в коробке передач.

На данный момент мы установили, что нам нужен двигатель, способный непрерывно выдавать 5,9 кВт при 1520 об / мин, чтобы поднимать самый тяжелый груз с максимальной необходимой скоростью. Однако мы еще не рассмотрели вопрос о том, как груз ускоряется из состояния покоя и доводится до максимальной скорости. Во время фазы ускорения двигатель должен создавать крутящий момент, превышающий крутящий момент нагрузки, иначе нагрузка снизится, как только тормоз будет снят.Чем больше разница между крутящим моментом двигателя и крутящим моментом нагрузки, тем выше ускорение. Предположим, мы хотим, чтобы самый тяжелый груз достиг полной скорости из состояния покоя, скажем, за 1 секунду, и предположим, что мы решили, что ускорение должно быть постоянным. Мы можем рассчитать необходимый ускоряющий момент из уравнения движения, т.е.

(11.2) TorqueNm = Inertiakgm2 × Angularaccelerationradsec2.

Обычно мы считаем, что лучше всего работать с переменными, видимыми двигателем, и поэтому нам сначала нужно найти эффективную полную инерцию, видимую на валу двигателя, затем рассчитать ускорение двигателя и, наконец, использовать уравнение.(11.2) для получения ускоряющего момента.

Эффективная инерция складывается из инерции самого двигателя, указанной инерции барабана и редуктора и указанной инерции груза на крюке. Термин «приведенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть на редуктор со стороны двигателя. Если коробка передач имеет передаточное число n : 1 (где n больше 1), инерция J на ​​низкой скорости оказывается инерцией J / n 2 на высокой скорости. боковая сторона.В этом примере нагрузка на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно увидеть, что с точки зрения инерции, наблюдаемой барабаном, груз кажется прикрепленным к поверхности барабана. Затем инерция нагрузки на барабане получается с использованием формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , т.е. Дж = mr 2 , что дает эффективную инерцию нагрузки на барабан как 1000 кг × ( 0.25 м) 2 = 62,5 кгм 2 .

Эффективная инерция нагрузки со стороны двигателя составляет 1 / (80) 2 × 62,5 ≈ 0,01 кгм 2 . К этому следует прежде всего добавить инерцию двигателя, которую мы можем получить, обратившись к каталогу производителя для двигателя 5,9 кВт, 1520 об / мин. Это будет просто для постоянного тока. мотор, но переменный ток каталоги двигателей, как правило, дают номинальные значения только для рабочих частот, и здесь необходимо выбрать двигатель с правильным крутящим моментом и возможную кривую крутящего момента и скорости для рассматриваемого типа привода.Для простоты предположим, что мы нашли двигатель точно требуемой мощности с инерцией ротора 0,02 кгм 2 . Приведенная инерция барабана и коробки передач должна быть добавлена, и мы снова должны вычислить или найти. Предположим, это дает дополнительные 0,02 кгм 2 . Таким образом, общая эффективная инерция составляет 0,05 кгм 2 , из которых 40% приходится на сам двигатель.

Ускорение получить просто, поскольку мы знаем, что скорость двигателя должна повыситься с нуля до 1520 об / мин за 1 с.Угловое ускорение определяется увеличением скорости, деленным на затраченное время, то есть

1520 × 2π60 ÷ 1 = 160рад / сек2

Теперь мы можем рассчитать ускоряющий момент по формуле. (11.2) как

T = 0,05 × 160 = 8 Нм

Следовательно, для удовлетворения требований как установившегося, так и динамического крутящего момента, привод, способный обеспечивать крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях вращения до 1520 об / мин не требуется, как указано на рис. 11.8.

В случае подъемника ожидаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель будет проводить большую часть своего времени подъема, а не ускорения.Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, который постоянно рассчитан на 5,9 кВт.

Мы также должны учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы учли трение в 20% от момента нагрузки (31 Нм), поэтому во время спуска можно ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Нм. Но чтобы крюк не соскочил с места, нам понадобится общий крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки двигатель должен будет развивать крутящий момент 24.8 Нм. Мы, естественно, называем это тормозным моментом, потому что это необходимо, чтобы нагрузка на крюк не ускользнула, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме. Однако скорость отрицательна, и в терминах «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, и двигатель регенерирует, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери).Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес был недостаточным. спуститься.

В этом примере в крутящем моменте преобладает требование установившегося режима, а инерционно-зависимый ускоряющий крутящий момент сравнительно невелик. Конечно, если бы мы указали, что нагрузка должна быть ускорена за одну пятую секунды, а не за 1 секунду, нам потребуется ускоряющий крутящий момент 40 Нм, а не 8 Нм, и что касается требований к крутящему моменту, то ускоряющий момент будет быть более или менее таким же, как установившийся рабочий момент.В этом случае необходимо проконсультироваться с производителем привода, чтобы определить номинальные параметры привода, которые будут зависеть от частоты последовательности пуска / останова.

Вопрос о том, как оценить двигатель при прерывистой нагрузке, будет рассмотрен более подробно позже, но стоит отметить, что, если инерция заметна, накопленная кинетическая энергия вращения (12 Джω2) может стать очень значительной, особенно когда привод требуется для остановки груза. Любая накопленная энергия должна либо рассеиваться в двигателе и самом приводе, либо возвращаться в источник питания.Все двигатели по своей природе способны к регенерации, поэтому устройство, при котором кинетическая энергия рекуперируется и сбрасывается в виде тепла в резисторе внутри корпуса привода, является более дешевым вариантом, но практически осуществимо только в том случае, если потребляемая энергия невелика. Если накопленная кинетическая энергия велика, привод должен иметь возможность возвращать энергию источнику питания, а это неизбежно увеличивает стоимость преобразователя.

alexxlab / 06.02.1981 / Разное

Добавить комментарий

Почта не будет опубликована / Обязательны для заполнения *