3Мар

Расчет момента двигателя: гидравлика, гидравлические оборудование, пневматические оборудование, смазочное оборудование, фильтры

Содержание

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?


Мощность и вращающий момент электродвигателя

Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.

Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.



А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.



Вращающий момент (T) — это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).



Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы — или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.




Работа и мощность

Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила — любая сила — вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.

Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).



Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.



Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.

Приведем единицы измерения к общему виду.



Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.



Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.



Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.

Как образуется вращающий момент и частота вращения?

Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.



Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.

Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:



Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.




Потребляемая мощность электродвигателя

Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.



В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).

Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.

И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.


Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.



Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.



Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент — момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.


Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

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



Постоянный вращающий момент

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



Переменный вращающий момент и мощность

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

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

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



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

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

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

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

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



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



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

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



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

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


Соответствие электродвигателя нагрузке

Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.

Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.



Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.



Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.

Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.

Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.



Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.


Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.



Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:



tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.



Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:







Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.


Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.


Мощность и КПД (eta) электродвигателя

Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.

При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.



P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов — это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.

P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя — это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.

Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.

Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.

7.2: Классическая механика

Область классической механики включает изучение тел в движении, особенно физические законы, касающиеся тел, находящихся под воздействием сил. Большинство механических аспектов проектирования роботов тесно связано с концепциями из этой области. В данном блоке описываются несколько ключевых применяемых концепций классической механики.

СКОРОСТЬ — это мера того, насколько быстро перемещается объект. Обозначает изменение положения во времени (проще говоря, какое расстояние способен преодолеть объект за заданный период времени). Данная мера представлена в единицах расстояния, взятых в единицу времени, например, в количестве миль в час или футов в секунду.

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – Скорость может также выражаться во вращении, то есть насколько быстро объект движется по кругу. Измеряется в единицах углового перемещения во времени (то есть в градусах в секунду), или в циклах вращения в единицу времени (например, в оборотах в минуту). Когда измерения представлены в оборотах в минуту (RPM), речь идет о частоте вращения. Есть речь идет об об/мин автомобильного двигателя, это означает, что измеряется скорость вращения двигателя.

УСКОРЕНИЕ – Изменение скорости во времени представляет собой ускорение. Чем больше ускорение, тем быстрее изменяется скорость. Если автомобиль развивает скорость от 0 до 60 миль в час за две секунды, в этом случае ускорение больше, чем когда он развивает скорость от 0 до 40 миль в час за тот же период времени. Ускорение — это мера изменения скорости. Отсутствие изменения означает отсутствие ускорения. Если объект движется с постоянной скоростью — ускорение отсутствует.

СИЛА — Ускорение является следствием воздействия сил, которые провоцируют изменение в движении, направлении или форме. Если вы нажимаете на объект, это означает, что вы прикладываете к нему силу. Робот ускоряется под воздействием силы, которую его колеса прикладывают к полу. Сила измеряется в фунтах или ньютонах.

Например, масса объекта воздействует на объект как сила вследствие гравитации (ускорение объекта в направлении центра Земли).

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

– Сила, направленная по кругу (вращение объекта), называется крутящим моментом. Крутящий момент — это вращающая сила. Если к объекту приложен крутящий момент, на границе первого возникает линейная сила. В примере с колесом, катящемся по земле, крутящий момент, приложенный к оси колеса, создает линейную силу на границе покрышки в точке ее контакта с поверхностью земли. Так и определяется крутящий момент — как линейная сила на границе круга. Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.

В примере с колесом, катящемся по земле, если известен крутящий момент, приложенный к оси с закрепленным на ней колесом, мы можем рассчитать количество силы, прикладываемой колесом к поверхности. В этом случае, радиус колеса является расстоянием силы от центра вращения.

Сила = Крутящий момент/Радиус колеса

В примере с рукой робота, удерживающей объект, мы можем рассчитать крутящий момент, требуемый для поднятия объекта. Если объект обладает массой, равной 1 ньютону, а рука имеет длину 0,25 метра (объект располагается на расстоянии 0,25 метра от центра вращения), тогда

Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,25 метра = 0,25 ньютон-метров.

Это означает, что для удержания объекта в неподвижном положении, необходимо применить крутящий момент, равный 0,25 ньютон-метров. Чтобы переместить объект вверх, роботу необходимо приложить к нему крутящий момент, значение которого будет превышать 0,25 ньютон-метров, так как необходимо преодолеть силу гравитации. Чем больше крутящий момент робота, тем больше силы он прикладывает к объекту, тем больше ускорение объекта, и тем быстрее рука поднимет объект.

Пример 7.2

Пример 7.3

Для данных примеров, мы можем рассчитать крутящий момент, необходимый для подъем этих объектов.

Пример 7.2 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,125 метра = 0,125 ньютон-метров.

Для данного примера, длина рука равна половине длины руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза меньше. Значение длины руки пропорционально значению требуемого крутящего момента. При равных исходных характеристиках объекта, чем короче рука, тем меньший крутящий момент необходим для подъема.

Пример 7.3 — Крутящий момент = Сила * Расстояние = 1 ньютон х 0,5 метра = 0,5 ньютон-метров.

Для данного примера, длина рука равна удвоенной длине руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза больше.

Еще одна точка зрения относительно ограниченного крутящего момента в соединении руки робота заключается в следующем: более короткая рука сможет поднять объект большей массы, чем более длинная рука; однако, для первой доступная высота подъема объекта будет меньше, чем для второй.

Пример 7.4

Пример 7.5

Эти примеры иллюстрируют руку робота, поднимающую объекты разной массы. Какова взаимосвязь с требуемым количеством крутящего момента?

Пример 4 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = ½ ньютона х 0,25 метра = 0,125 ньютон-метров.

Пример 5 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 2 ньютона х 0,25 метра = 0,5 ньютон-метров.

Эти примеры иллюстрируют уменьшение значения требуемого крутящего момента по мере снижения массы объекта. Масса пропорциональна крутящему моменту, необходимому для ее подъема. Чем тяжелее объект, тем больше крутящий момент, требуемый для его подъема.

Проектировщики роботов должны обратить внимание на ключевые взаимосвязи между значениями крутящего момента, длины руки и массы объекта.

РАБОТА – Мера силы, приложенной на расстоянии, называется работой. Например, для удерживания объекта необходимо 10 фунтов силы. Далее, чтобы поднять этот объект на высоту 10 дюймов, требуется определенное количество работы. Количество работы, требуемое для подъема объекта на высоту 20 дюймов, удваивается. Работа также понимается как изменение энергии.

МОЩНОСТЬ — Большинство людей полагает, что мощность является термином из области электрики, но мощность также относится и к механике.

Мощность — это количество работы в единицу времени. Насколько быстро кто-то может выполнить работу?

В робототехнике принято понимать мощность как ограничение, так как соревновательные робототехнические системы имеют ограничения в части выходной мощности. Если роботу требуется поднять массу в 2 ньютона (прилагая 2 ньютона силы), скорость подъема будет ограничиваться количеством выходной мощности робота. Если робот способен произвести достаточное количество мощности, он сможет быстро поднять объект. Если он способен произвести лишь малое количество энергии, подъем объекта будет производиться медленно (либо не будет производиться вообще!).

Мощность определяется как Сила, умноженная на Скорость (насколько быстро выполняется толчок при постоянной скорости), и обычно выражается в Ваттах.

Мощность [Ватты] = Сила [Ньютоны] х Скорость [Метры в секунду]

1 Ватт = 1 (Ньютон х Метр) / Секунда

Как это применяется в соревновательной робототехнике? К проектам роботов применяются определенные ограничения. Проектировщики соревновательных роботов, использующие систему проектирования VEX Robotics Design, также должны учитывать физические ограничения, связанные с применением электромоторов. Электромотор обладает ограниченной мощностью, поэтому он может производить только определенное количество работы с заданной скоростью.

Примечание: все перспективные концепции имеют базовое описание. Более глубоко обсуждать эти физические свойства учащиеся будут в процессе обучения в ВУЗах, если выберут область STEM в качестве направления обучения.

 

График мощности и крутящего момента

График мощности и крутящего момента — о чем он говорит?


Пример графика мощности и крутящего момента, полученный со стенда для испытания двигателей PowerTest.

Начнем с определений:

МОЩНОСТЬ (POWER, HORSEPOWER)  — это работа, проделанная за единицу времени. Речь идет в данном случае о механической мощности, которая при вращении вала вокруг своей оси описывается выражением:


Где

  • ω — угловая скорость вращения вала
  • M — крутящий момент
  • π — число ~ 3.1416
  • n — частота вращения, измеряемая в оборотах в единицу времени (в данном случае  одна минута).

Важно отметить что  мощность в этой формуле получается в ваттах, для получения результата   в  лошадиных силах мощность в кВт необходимо умножить на коэффициент 0,735499.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ (TORQUE) — это произведение  силы в Н, которая приложена к валу не напрямую, а через рычаг (плечо)  длиной 1 м, прикрепленный к валу (точка измерения крутящего момента), отсюда и единица измерения Н*м. При такой нагрузке происходит деформация вала ,только не изгиб, который был бы при нулевой длине плеча, а скручивание, при котором отдельные сечения вала не повторяют друг друга, а оказываются повернутыми друг относительно друга  на определённые углы, тем большие, чем больше   приложенная сила, или чем больше рычаг при одной и той же силе. По этой причине момент называют крутящим. Не следует ожидать, что вы увидите эту закрутку стального вала диаметром, например, 20 мм, нанеся перед нагрузкой на поверхность вала линии, параллельные его оси. Величина закрутки будет в реальности настолько мала, что её непросто измерить даже с помощью специальных приборов, измерителей крутящего момента.


ОБОРОТЫ (RPM — Revolutions Per Minute) — здесь все еще проще, это число оборотов, которое совершает ВАЛ за одну минуту. Измеряется в об/мин.

Часто кажется, что люди не вполне понимают разницу между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ, тем более, последние связаны друг с другом через еще один ключевой параметр, как на стенде испытаний двигателя, так и в условиях реальной эксплуатации. Это угловая скорость вращения вала.


Ответить на этот вопрос можно, но это не гарантирует что заказчик получит желаемый результат. Потому что в вопросе отсутствует информация о скоростных режимах испытываемого на стенде двигателя.

И вопрос обычно задается так, как будто мощность и крутящий момент понятия  если не взаимоисключающие, то по меньшей мере не связанные друг с другом.


На самом деле, все наоборот, и необходимо принимать во внимание данные факты:
  • МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от МОМЕНТА и СКОРОСТИ  ВАЛА(ОБОРОТОВ В МИНУТУ).
  • МОМЕНТ и ОБОРОТЫ В МИНУТУ — ИЗМЕРЕННЫЕ параметры, однозначно определяющие мощность двигателя.
  • Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле:
  • МОЩНОСТЬ в Л.с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252

Почему это важно?

При выборе нагружающего устройства это критически важно, так как одну и ту же мощность  двигатель может выдавать на стенде как при 1500 об/мин (дизельный двигатель), так  и на 20 000 об/мин (двигатель гоночного мотоцикла). Для каждого типа двигателя необходимо подбирать соответствующее нагружающее устройство. А иногда даже не одно, а тандем из двух, первое из которых работает при низких оборотах, а второе при высоких. Если речь идет об испытаниях вновь создаваемых двигателей с широким скоростным диапазоном  вращения вала.

Дизельный двигатель и двигатель гоночного мотоцикла.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) превращает энергию, выделившуюся при сгорании топлива в работу движения поршня, тот в свою очередь передает ее на коленчатый вал, который может создавать определенный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ при заданных оборотах. Величина крутящего момента, который может создать двигатель, обычно существенно зависит от оборотов. 

Для разных двигателей эти параметры будут разными в зависимости от геометрических параметров КШМ (кривошипно-шатунного механизма), типа топлива, массы деталей, формы распределительных валов, системы впрыска топлива и управления зажиганием и т.д.

Для маленьких и мощных двигателей необходимо использовать высокооборотистые гидротормоза и индуктивные тормоза

Ниже представлены графики различных гидротормозов для испытания двигателей.

Кривая нагружения для высокооборотистого гидротормоза.

А для больших дизельных двигателей используются гидротормоза, выдающие максимальное тормозное усилие и мощность на низких оборотах

Кривая нагружения гидротормоза для испытания мощных дизельных двигателей.

Что это означает на практике?

Если отойти от теории, то график мощности и крутящего момента — это основные характеристики двигателя. Когда вы въезжаете на своем автомобиле в горку и пытаетесь поддерживать одну и ту же скорость, вам приходится сильнее нажимать на педаль газа. Многим при этом кажется, что мощность останется та же, т.к. скорость не меняется. Но это не так!

При движении в горку двигатель выдает большую мощность при тех же оборотах.
(при неизменной передаче). Это легко проверить, взглянув на текущий расход топлива.

Также это объясняет, зачем двигателю нужна коробка передач, ведь для эффективного разгона  и преодоления подъёмов нам необходимо поддерживать обороты в диапазоне максимальной мощности двигателя.

А вот электромобили обходятся без нее. Кривая крутящего момента и мощности у электродвигателя намного более линейна, и  к тому же электродвигатель выдает куда большую мощность на низких оборотах.

Зачем измерять мощность и крутящий момент?

Во-первых это необходимая процедура при разработке и сертификации любого нового двигателя.

Во-вторых эти данные помогут  при дальнейшей настройке и доработке двигателя, чтобы добиться наилучших эксплуатационных характеристик.

В третьих кривая мощности и крутящего момента, если её сравнить с паспортной — это прямой показатель технического состояния любого двигателя.

Графики мощности дизельного двигателя до ремонта и после ремонта, полученные с испытательного стенда на базе гидротормоза, который можно приобрести в нашей компании.

Калькулятор расчета мощности двигателя автомобиля

Рассмотрим 5 популярных способа как вычислить мощность двигателя автомобиля используя такие данные как:

  • обороты двигателя,
  • объем мотора,
  • крутящий момент,
  • эффективное давление в камере сгорания,
  • расход топлива,
  • производительность форсунок,
  • вес машины
  • время разгона до 100 км.

Каждая из формул, по которой будет производиться расчет мощности двигателя автомобиля довольно относительная и не может со 100% точностью определить реальную лошадиную силу движущую машину. Но произведя подсчеты каждым из приведенных гаражных вариантов, опираясь на те или иные показатели, можно рассчитать, по крайней мене, среднее значение будь-то стоковый или тюнингованный движок, буквально с 10-ти процентной погрешностью.

Мощность — энергия, вырабатываемая двигателем, она преобразуется в крутящий момент на выходном валу ДВС. Это не постоянная величина. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, при которых можно её достигнуть. Точкой максимума достигается при наибольшем среднее эффективном давлении в цилиндре (зависит от качества наполнения свежей топливной смесью, полноты сгорания и тепловых потерь). Наибольшую мощность современные моторы выдают в среднем при 5500–6500 об/мин. В автомобильной сфере измерять мощность двигателя принято в лошадиных силах. Поэтому поскольку большинство результатов выводятся в киловаттах вам понадобится калькулятор перевода кВт в л.с.

Как рассчитать мощность через крутящий момент

Самый простой расчет мощности двигателя авто можно определить по зависимости крутящего момента и оборотов.

Крутящий момент

Сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может выдать двигатель для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Определяет быстроту достижения мотором максимальной мощности. Расчетная формула крутящего момента от объема двигателя:

Мкр = VHхPE/0,12566, где

  • VH – рабочий объем двигателя (л),
  • PE – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).
Обороты двигателя

Скорость вращения коленчатого вала.

Формула для расчета мощности двигателя внутреннего сгорания автомобиля имеет следующий вид:

P = Mкр * n/9549 [кВт], где:

  • Mкр – крутящий момент двигателя (Нм),
  • n – обороты коленчатого вала (об./мин.),
  • 9549 – коэффициент, дабы обороты подставлять именно в об/мин, а не косинусами альфа.

Поскольку по формуле, результат получим у кВт, то при надобности также можно конвертировать в лошадиные силы или попросту умножать на коэффициент 1,36.

Использование данных формул — это самый простой способ перевести крутящий момент в мощность.

А дабы не вдаваться во все эти подробности быстрый расчет мощности ДВС онлайн, можно произвести, используя наш калькулятор.

Но, к сожалению, данная формула отражает лишь эффективную мощность мотора которая не вся доходит именно до колес автомобиля. Ведь идут потери в трансмиссии, раздаточной коробке, на паразитные потребители (кондиционер, генератор, ГУР и т.п.) и это без учета таких сил как сопротивление качению, сопротивление подъему, аэродинамическое сопротивление.

Как рассчитать мощность по объему двигателя

Если же вы не знаете крутящий момент двигателя своего автомобиля, то для определения его мощности в киловаттах также можно воспользоваться формулой такого вида:

Ne = Vh * pe * n/120 (кВт), где:

  • Vh — объём двигателя, см³
  • n — частота вращения, об/мин
  • pe — среднее эффективное давление, МПа (на обычных бензиновых моторах составляет порядка 0,82 — 0,85 МПа, форсированных — 0,9 МПа, а для дизеля от 0,9 и до 2,5 МПа соответственно).

Для получения мощности движка в «лошадках», а не киловаттах, результат следует разделить на 0,735.

Расчет мощности двигателя по расходу воздуха

Такой же приблизительный расчет мощности двигателя можно определять и по расходу воздуха. Функция такого расчета доступна тем, у кого установлен бортовой компьютер, поскольку нужно зафиксировать значение расхода, когда двигатель автомобиля, на третьей передаче, раскручен до 5,5 тыс. оборотов. Полученное значение с ДМРВ делим на 3 и получаем результат.

Формула как рассчитать мощность ДВС по расходу воздуха в итоге выглядит так:

Gв [кг]/3=P[л.с.]

Такой расчет, как и предыдущий, показывает мощность брутто (стендовое испытание двигателя без учета потерь), которая выше на 10—20% от фактической. А еще стоит учесть, что показания датчика ДМРВ сильно зависят от его загрязненности и калибровок.

Расчет мощности по массе и времени разгона до сотни

Еще один интересный способ как рассчитать мощность двигателя на любом виде топлива, будь-то бензин, дизель или газ – по динамике разгона. Для этого используя вес автомобиля (включая пилота) и время разгона до 100 км. А чтобы Формула подсчета мощности была максимально приближена к истине нужно учесть также потери на пробуксовку в зависимости от типа привода и быстроту реакции разных коробок передач. Приблизительные потери при старте для переднеприводных составит 0,5 сек. и 0,3-0,4 у заднеприводных авто.

Используя этот калькулятор мощности ДВС, который поможет определить мощность двигателя исходя из динамики разгона и массы, вы сможете быстро и достаточно точно узнать мощь своего железного коня не вникая в технические характеристики.

Расчет мощности ДВС по производительности форсунок

Не менее эффективным показателем мощности автомобильного двигателя является производительность форсунок. Ранее мы рассматривали её расчет и взаимосвязь, поэтому, труда, высчитать количество лошадиных сил по формуле, не составит. Подсчет предполагаемой мощности происходит по такой схеме:

Где, коэффициент загруженности не более 75-80% (0,75…0,8) состав смеси на максимальной производительности где-то 12,5 (обогащенная), а коэффициент BSFC будет зависеть от того какой это у вас двигатель, атмосферный или турбированный (атмо — 0.4-0.52, для турбо — 0.6-0.75).

Узнав все необходимые данные, вводите в соответствующие ячейки калькулятора показатели и по нажатию кнопки «Рассчитать» Вы сразу же получаете результат, который покажет реальную мощность двигателя вашего авто с незначительной погрешностью. Заметьте, что вам совсем не обязательно знать все представленные параметры, можно расчищать мощность ДВС отдельно взятым методом.

Ценность функционала данного калькулятора заключается не в расчете мощности стокового автомобиля, а если ваш автомобиль подвергся тюнингу и его масса и мощность притерпели некоторые изменения.

Часто задаваемые вопросы

  • Как рассчитать мощность двигателя внутреннего сгорания?

    Мощность двигателя в кВт можно рассчитать по объему двигателя и оборотах коленвала. Формула расчета мощности двигателя имеет вид:
    Ne = Vh * Pe * n / 120 (кВт), где:
    Vh — объём двигателя, см³
    n — количество оборотов коленчатого вала за минуту
    Pe — среднее эффективное давление, Мпа

  • Какой коэффициент учитывать при расчете мощности двигателя?

    Коэффициент мощности (cosϕ) для расчета мощности электродвигателя принимают равным 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью свыше 15 кВт.

  • Как рассчитать мощность двигателя по крутящему моменту?

    Для определения мощности двигателя в киловаттах, когда известен крутящий момент, можно по формуле такого вида: P = Mкр * n/9549, где:
    Mкр – крутящий момент (Нм),
    n – обороты коленвала (об./мин.),
    9549 – коэффициент для перевода оборотов в об/мин.

  • Как рассчитать мощность двигателя по расходу воздуха?

    Рассчитать мощность двигателя в кВт зная его потребления воздуха (при наличии бортового компьютера) можно используя простую схему. Необходимо раскрутить двигатель на третьей передаче до 5500 об/мин (пик крутящего момента) и по показаниям, на тот момент, зафиксировать расход воздуха, а затем разделить то значение на три. В результате такого математического вычисления можно узнать приблизительную мощность двигателя с небольшой погрешностью.

Формула крутящего момента двигателя – АвтоТоп

Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток. Измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с.).

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.

N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

Видео: Простыми словами без сложных формул и расчетов, что такое мощность, крутящий момент и обороты двигателя.

Мощность ДВС определяет, насколько быстро автомобиль способен передвигаться или ускоряться (совершать работу). Полезная мощность двигателя рассчитывается с учетом потерь в трансмиссии, то есть указывает, сколько от изначальной мощности мотора по факту доходит до колес авто.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент в двигателе автомобиля – это вращающая сила, которая численно равна произведению приложенной силы (давление раскаленных газов на поршень) на плечо (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала в проекции, перпендикулярной оси вращения коленвала). Измеряется крутящий момент в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент ДВС зависит от силы давления на поршень и расстояния между коренными и шатунными шейками. Зависимость здесь прямая. Чем больше плечо и чем больше давление на поршень – тем больше крутящий момент двигателя.

У дизельных двигателей степень сжатия больше. Больше и ход поршня в цилиндре (при равном с бензиновым мотором диаметре цилиндров). А это значит, что и расстояние между коренными и шатунными шейками будет больше. То есть длиннее плечо. За счет большей степени сжатия при рабочем такте у дизелей выше сила, давящая на поршень. Крутящий момент в дизельных моторах при прочих равных больше, чем в бензиновых.

Крутящий момент влияет на то, сколько энергии отдает мотор в текущий момент времени. Крутящий момент есть та величина, которая определяет фактически передаваемую в данный момент времени энергию на трансмиссию. Чем больше момент, тем сильнее тяга двигателя при текущих оборотах.

Что лучше: мощность или крутящий момент

Мощность и крутящий момент двигателя – величины взаимосвязанные. Это хорошо видно в формуле из первого пункта.

Пик крутящего момента на графике зависимости от частоты вращения мотора появляется раньше, чем пик мощности. Это справедливо как для дизельных, так и для бензиновых моторов. Однако у дизелей крутящий момент достигается раньше, и плато (интервал частоты вращения при пиковом значении) длиннее. У бензиновых ДВС мощность выше, хотя для ее достижения нужно раскрутить мотор почти до максимальных оборотов.

Сказать определенно, что лучше: мощность или крутящий момент, нельзя. Все зависит от случая. Трансмиссия современного авто способна трансформировать эти величины под требуемые условия. Поясним на примерах.

Для тяжелой техники, которой важна тяга в широком диапазоне оборотов, важнее крутящий момент. Мотор должен хорошо тянуть. Раскручивать его до предельных оборотов не нужно. Отчасти поэтому почти вся коммерческая техника оснащается дизельными моторами.

В гоночных автомобилях важнее мощность. Моторы этих авто по оборотам пилоты во время заездов держат в красной зоне. Двигатель отдает максимальную мощность. А трансмиссия преобразовывает мощность в тягу.

Для гражданских авто важен стиль вождения. Для езды на автомате подойдут оба мотора. Автоматическая трансмиссия будет держать мотор в диапазоне оборотов, при которых двигатель отдает максимум своего потенциала.

Для агрессивной езды на механике с раскручиванием двигателя в красную зону тахометра лучше подойдет бензиновый мотор. Но в этом случае нужно понимать, что для получения максимальной производительности от мотора потребуется держать его на пике оборотов и часто переключать передачи. Пик мощности у бензинового ДВС имеет малый диапазон и находится около максимальных оборотов. Для уверенных обгонов и ускорений нужно будет понижать передачу и раскручивать двигатель.

Для размеренной езды, особенно в городе, больше подходит дизель. Для обгона на дизельном авто зачастую не потребуется переходить на пониженную передачу, а высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов позволит реже переключаться.

Расчет мощности двигателя
Привет.Расскажу о расчете крутящего момента.Расмотрим расчет крутящего момента Москвича 412/2140 (УЗАМ 412).
Мощность 75л.с./5000об/мин.
Крущий момент ?/4200 об/мин.
1.Находим мощность на 4200.
По пропорции х=75*4200/5000=63л.с.
2.Переводим в Киловатты.
63*0.746=46.998
3.Умножаем на коэффициент 9550.
46.998*9550=445830.9
4.Делим на обороты при которых достигается макс.крутящий момент.(4200)
445830.9/4200=106.8=107Н*м
Мощность 75л.с./5000об/мин.
Крущий момент 107Н*м /4200 об/мин.
Удачи!

Для запоминания: Коэффициент 9549 — это число Пи*1000*30. Ибо формула изначально имеет вид Me=Ne/w
Где
W — угловая скорость, рад/с
Которая равна — количество оборотов*Число Пи/30
А 1000 — это перевод из КВт в Вт

Ну как же, полезная информация)

Тебе в дополнение к материалу (если хочешь) могу дать еще расчет влияния диаметра и ширины диска на скорость движения. Или еще какие-нибудь интересные по моторам и по динамике, если вспомню конечно)

Если можно, буду благодарен!

Ок, тогда я завтра найду свою тетрадь и нарою тебе материала)

Последняя формула верная, но (не хочу показаться занудой) делить на 9549, будет точнее.

Спасибо, я перепишу бж с учетом 9549,так будет точнее.

Я оценил твой юмор))). Что ты прям уж так?

Да ты что!)))Я реально перепишу)

Как ты её назвал, пропорцию «х=75*4200/5000=63л.с.» — в топку. Откуда это, вообще?

Смотрел видео Власа Прудова, он там таким способом расчитывал мощностб после замены распредвала на более высокооборотистый.Взял мощность на 5000 тыс.и также само узнал какая можность будет на 6000 тыс.
Я просто расчитал это в обратную сторону.Нечего плохого в этом расчете не вижу при отсутствии фазовращателей и систем в двигателе.

Значение крутящего момента и мощности не имеют прямой зависимости, в том числе и в %, от оборотов коленвала. Эти показатели напрямую зависят от коэффициента наполнения цилиндров, а это коэффициент зависит от многих показателей, прежде всего, от фаз газораспределения. Повторюсь, прямой зависимости, тем более в % от оборотов максимальной мощности, нет и быть не может. Вот и всё.

Смотрел видео Власа Прудова, он там таким способом расчитывал мощностб после замены распредвала на более высокооборотистый.Взял мощность на 5000 тыс.и также само узнал какая можность будет на 6000 тыс.
Я просто расчитал это в обратную сторону.Нечего плохого в этом расчете не вижу при отсутствии фазовращателей и систем в двигателе.

Посмотрел, ради интереса, это видео. Ну что сказать? Очень много «если». Если мы обеспечим… И тому подобное. Ну, это не серьёзно. У него (Прудова) все «расчёты» ведутся при среднем эффективном давлении около 1 МПа. А почему, интересно? Ладно, я не об этом. Ты-то берёшь для «расчётов» один и тот же двигатель, а не тот, у которого поменяли распредвал и… В общем, среднее эффективное давление меняется в зависимости от коэффициента наполнения цилиндров. А коэффициент этот разный, на разных оборотах. Таким образом, и среднее эффективное давление в цилиндре на разных оборотах будет разным. Максимальный коэффициент наполнения цилиндров достигается на оборотах максимального крутящего момента и дальше, как правило, снижается (по крайней мере, не увеличивается). Ну, в общем, это долго всё «разжовывать». Короче, если фантазировать о каком-то двигателе у которого распредвалы будут… и так далее, то этой «пропорцией» пользоваться можно (хотя, очень много «если»). А вот что касается реального двигателя с совершенно определённым распредвалом, то пользоваться этой, как ты её назвал, «пропорцией» нельзя, категорически.

Этот калькулятор позволяет перевести мощность и момент силы и обратно для заданной угловой скорости

Ниже два калькулятора, которые переводят мощность в момент силы (или крутящий момент) и наоборот для заданной угловой скорости. Формулы под калькулятором.

Момент силы и мощность

Мощность и момент силы

Несколько формул/
Для мощности:

где P — мощность (Ватты или килоВатты), τ — крутящий момент (Ньютон-метр), ω — угловая скорость (радиан в секунду), а точка обозначает скалярное произведение.
Для момента силы:

Угловая скорость в калькуляторе задается в оборотах в минуту, приведение ее к радианам в секунду тривиально:

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.

Расчет мощности и выбор электродвигателей для ЭП

Элементы электропривода

Выбор электродвигателя предполагает:

а) выбор рода тока и номинального напряжения, исходя из экономических соображений, с учетом того, что самыми простыми, дешевыми и надежными являются асинхронные дви­гатели, а самыми дорогими и сложными — двигатели посто­янного тока.

б) выбор номинальной частоты вращения,

в) выбор конструктивного исполнения двигателя, учиты­вая три фактора: защиту его от воздействия окружающей среды, способ и обеспечение охлаждения и способ монтажа.

Расчет мощности двигателей для длительного режима работы

При постоянной нагрузке (рис. 17.3, а) определяется мощ­ность Рс или момент Mс механизма, приведенные к валу дви­гателя, и по каталогу выбирается двигатель, имеющий бли­жайшую не меньшую номинальную мощность

 

Для тяжелых условий пуска осуществляется проверка ве­личины пускового момента двигателя так, чтобы он превышал момент сопротивления механизма. Пусковой момент, Н*м,

где λ — кратность пускового момента двигателя, выбираемого по каталогу.

При  длительной переменной нагрузке (рис. 17.3, б) определение номинальной мощности двигателя производят по

методу средних потерь, либо методу эквивалентных ве­личин (мощности, момента или тока).

Расчет мощности двигателя по методу средних потерь

Метод основан на предположении, что при равенстве но­минальных потерь двигателя ΔРН и средних потерь ΔРср, опреде­ляемых по диаграмме нагрузки, температура двигателя не будет превышать допустимую, °С:

 

1. Определяется средняя мощность нагрузки, кВт,

 

2. Предварительно подбирается двигатель с номинальной мощностью Рн. При этом

 

3. Определяются номинальные потери подобранного дви­гателя, кВт,

 

4. Определяются по диаграмме потери ΔP1, ΔР2,…, ΔРп, кВт,

 

где ηп — КПД, соответствующий мощности Рп и зависящий

от загрузки двигателя. При

5. Определяются по диаграмме средние потери, кВт,

где а — отношение постоянных потерь в двигателе, указанных в каталоге, к номинальным

 

 

6. Проверяется условие равенства средних и номинальных потерь. При их расхождении более чем на 10% подбирают другой двигатель и повторяют расчет.

Расчет мощности двигателя по методу эквивалентных величин

Метод основан на понятии среднеквадратичного или экви­валентного тока (мощности, момента). Переменные потери в двигателе пропорциональны квадрату тока нагрузки. Эквива­лентным, неизменным по величине током называют ток, создающий в двигателе такие же потери, как и изме­няющийся во времени фактический ток нагрузки.

1. Определяют величину эквивалентного тока, А,

2. По каталогу выбирают двигатель, номинальный ток ко­торого равен или несколько больше 1$.

3. Двигатель проверяют по перегрузочной способности: отношение наибольшего момента сопротивления к номиналь­ному не должно превышать допустимого значения, приводи­мого в каталогах (см. также, например, гл. 6 и 7).

или эквивалентного момента, Н*м:

Если мощность и вращающий момент двигателя пропорцио­нальны величине тока, то для расчета можно воспользоваться выражениями для эквивалентной мощности, кВт:

 

 

 

Расчет мощности двигателей

для повторно-кратковременного

и кратковременного режимов работы

Повторнократковременный режим работы (рис. 17.3, б).

По нагрузочной диаграмме определяют среднюю мощ­ность Рср.

Выбирают двигатель, номинальная мощность которого не меньше средней мощности.

Определяют эквивалентную мощность Р$ ( или Мэ).

Эквивалентную мощность (момент, ток) пересчитывают для ближайшего стандартного значения ПВН0М:

По каталогу выбирают двигатель с номинальной мощностью Рн при ПВН0М так, чтобы Рн Р.

Выбранный двигатель проверяют по перегрузочной способ­ности.

Кратковременный режим работы (рис. 17.3, а).

Стандартные продолжительности рабочего периода для этого режима составляют 15, 30, 60 и 90 мин. Мощность двигателя определяется по методу эквивалентных величин.

В этом режиме могут использоваться и двигатели» рассчитанные на длительный режим работы. Двигатель вы­бирают заниженной мощности. Следовательно, ток двигателя в период работы в этом режиме может существенно превышать номинальный, однако превышение температуры при этом не должно быть больше допустимого, X:

Ток двигателя в кратковременном режиме работы, допус­тимый в течение времени tP, A:

 

— постоянная времени нагрева двигателя, с.

Коэффициент тепловой перегрузки двигателя

Если постоянные потери К неизвестны, то для номинального режима их ориентировочно принимают равными переменным

потерям в двигателе, Вт:

Если известны потери ΔРкр и ΔРн, то постоянная времени, с, определяется из соотношения



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

Крутящий момент, говоря простым языком, составляет « крутящего момента или силы поворота ». Это тенденция силы вращать объект вокруг оси. С точки зрения автомобилестроения, это мера вращательного усилия, прилагаемого поршнем к коленчатому валу двигателя.

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

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

Различные конструкции / конфигурации двигателей развивают разные характеристики крутящего момента, такие как пиковая кривая / плоская кривая . Большинство автомобильных двигателей развивают полезный крутящий момент в узком диапазоне всего диапазона скоростей двигателя. В бензиновых двигателях он обычно начинается при 1000–1200 об / мин и достигает пика в диапазоне 2 500–4 000 об / мин. В то время как в дизельном двигателе он начинается при 1500-1700 об / мин и достигает максимума при 2000-3000 об / мин. Bugatti Veyron — один из автомобилей с самыми высокими показателями крутящего момента.

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

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

Почему крутящий момент двигателя важен?

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

Крутящий момент двигателя с плоской кривой и пиковой кривой:

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

Пиковый крутящий момент в сравнении с крутящим моментом с плоской кривой

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

Что такое крутящий момент на нижнем пределе?

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

Крутящий момент и эффективность двигателя:

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

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

Крутящий момент двигателя и движение:

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

1. Сценарий шоссе:

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

2. При подъеме на склон / уклон:

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

Когда ваш автомобиль разгоняется до скорости 60 км / ч, например, по шоссе, вам не нужны высокие обороты двигателя, чтобы поддерживать его в движении. Это означает, что при движении по автомагистралям / автомагистралям используйте самую верхнюю передачу и поддерживайте обороты двигателя ниже 2500 для достижения максимальной эффективности.Аналогичным образом, при подъеме по склону вам необходимо использовать более низкую передачу (т.е. 1-ю передачу) и более высокие обороты двигателя, чтобы тянуть автомобиль (и груз, если таковой имеется) против силы тяжести. Однако это повлияет на топливную экономичность.

Мощность крутящий момент Расход топлива

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

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

Подробнее: Что такое мощность в лошадиных силах?

О компании CarBikeTech

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

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Понимание взаимосвязи между двумя, EPI Inc.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ:


Крутящий момент измеряется; Мощность рассчитана
ПРИМЕЧАНИЕ: Все наши продукты, конструкции и услуги ЯВЛЯЮТСЯ УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗГЛЕЙТЕНОВЫМИ, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не будут расстраивать чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или тонкие ЧУВСТВА

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

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

Если вы какое-то время не просматривали эти концепции, было бы полезно сделать это перед изучением этой статьи. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть раздел «Энергия и работа».

Часто кажется, что люди не понимают отношения между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ. Например, мы слышали двигатель строители , консультанты по распределительным валам , и другие « технические эксперты» спрашивают клиентов:

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

И этот вопрос обычно задают тоном, который убедительно свидетельствует о том, что эти «эксперты» верят, что мощность и крутящий момент как-то взаимоисключающие.

На самом деле верно обратное, и вы должны четко понимать следующие факты:

  1. МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от МОМЕНТ и ОБ / МИН .
  2. МОМЕНТ и ОБ / МИН — ИЗМЕРЕНИЕ мощности двигателя.
  3. МОЩНОСТЬ ВЫЧИСЛЯЕТСЯ из крутящего момента и числа оборотов в минуту по следующему уравнению:
л.с. = крутящий момент x об / мин ÷ 5252

(Для всех, кто интересуется, внизу этой страницы показан вывод этого уравнения.)

Двигатель вырабатывает МОЩНОСТЬ за счет ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА, который может приложить заданное значение МОМЕНТ при нагрузке при заданных об / мин . Величина МОМЕНТА, который может проявить двигатель, обычно зависит от числа оборотов.

МОМЕНТ

МОМЕНТ определяется как СИЛА вокруг заданной точки, приложенная на РАДИУСЕ от этой точки. Обратите внимание, что блок МОМЕНТА МОМЕНТА составляет один фунт-фут (часто неверно), а единицей WORK является один фут-фунт .

Рисунок 1

Ссылаясь на Рисунок 1 , предположим, что ручка прикреплена к шатуну так, чтобы она была параллельна опоре. вал и расположен в радиусе 12 дюймов от центра вала. В этом примере предположим, что вал закреплен на оси . стена. Пусть стрелка представляет силу 100 фунтов, приложенную в направлении, перпендикулярном ручке и шатуну, как показано.

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

ПРИМЕЧАНИЕ , что ЕСЛИ шатун на эскизе был вдвое длиннее (т. Е. Рукоятка была расположена в 24 дюймах от центра вал), то же самое усилие в 100 фунтов, приложенное к рукоятке, даст крутящий момент 200 фунт-фут (100 фунтов на 2 фута).

МОЩНОСТЬ

МОЩНОСТЬ — это мера того, сколько РАБОТ может быть выполнено за указанное ВРЕМЯ. В примере на На странице «Работа и энергия» парень, толкающий машину, набрал 16500 фунтов на фут. из РАБОТА .Если бы он проделал эту работу за две минуты, он произвел бы 8250 фут-фунтов в минуту POWER (165 футов x 100 футов). фунтов ÷ 2 минуты). Если вам неясно, что такое РАБОТА и ЭНЕРГИЯ, было бы полезно ознакомиться с этими концепциями. ЗДЕСЬ.

Точно так же, как одна тонна имеет большой вес (по определению 2000 фунтов), одна лошадиная сила это большое количество энергии. Определение одной лошадиной силы составляет 33000 фут-фунтов в минуту .Сила, которую произвел парень толкнув свою машину через участок (8250 фут-фунтов в минуту), равняется ¼ лошадиных сил (8 250 ÷ 33 000).

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

Рассмотрим следующее изменение в эскизе рукоятки и кривошипа выше. Ручка все еще находится в 12 дюймах от центра вал, но теперь вал вместо крепления к стене проходит сквозь стену, опираясь на подшипники качения, и прикреплен к генератору за стеной.

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

Рисунок 2

Если эта постоянная 100 фунтов.тангенциальная сила, приложенная к 12-дюймовой рукоятке (крутящий момент 100 фунт-фут), заставляет вал вращаться со скоростью 2000 об / мин, затем мощность вал передает на генератор за стеной 38 л.с. , рассчитывается следующим образом:

100 фунт-футов крутящего момента (100 фунтов x 1 фут), умноженные на 2000 об / мин, деленные на 5252, составляют 38 л.с.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 41,000 = 38.4 фунт-фут.

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

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

(без учета потерь в редукторе, конечно).

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

Подумайте об этом по-другому: в автомобилях равного веса используется 2-литровый двигатель с двумя распредвалами, который развивает мощность 300 л.с. при 8000 об / мин (197 фунт-фут) и 400 л.с. при 10000 об / мин (210 фунт-фут) поможет вам выйти из поворота, а также 5-литровый двигатель, который развивает 300 л.с. при 4000 об / мин (394 фунт-фут) и 400 л.с. при 5000 об / мин (420 фунт-футов).Фактически, в автомобилях равного веса меньший двигатель, вероятно, будет гоняться ЛУЧШЕ, потому что он намного легче, поэтому имеет меньший вес на переднюю часть. И, в действительности, машина с более легким 2-литровым двигателем будет Вероятно, он будет весить меньше, чем большой автомобиль с двигателем V8, поэтому он станет лучшим гоночным автомобилем по нескольким причинам.

Измерение мощности

Динамометр определяет МОЩНОСТЬ , которую производит двигатель, прикладывая к двигателю нагрузку выходной вал с помощью водяного тормоза, генератора, поглотителя вихревых токов или любого другого управляемого устройства, способного поглощать сила.Система управления динамометром заставляет поглотитель точно соответствовать количеству МОМЕНТ , производимому двигателем. в этот момент измеряет , что МОМЕНТ и ОБ / МИН вала двигателя, и от тех два измерения, он вычисляет наблюдаемую мощность . Затем применяются различные факторы (температура воздуха, атмосферное давление, относительное влажность), чтобы исправить наблюдаемую мощность до значения, которое было бы, если бы оно было измерено при стандартных атмосферных условиях , называл исправленный мощность.

Недавнее изменение этой страницы

В этом месте страницы раньше был анализ, показывающий, как определить мощность, потребляемую насосом. Это обсуждение перемещен на более подходящую, недавно обновленную страницу «Системы смазки двигателя».

Общие наблюдения

Чтобы спроектировать двигатель для конкретного приложения, полезно построить график оптимальной кривой мощности для этого конкретного приложения, затем, исходя из этой проектной информации, определите кривую крутящего момента, которая требуется для получения желаемой кривой мощности.Оценивая крутящий момент требований к реалистичным значениям BMEP, вы можете определить разумность целевая кривая мощности.

Обычно пик крутящего момента происходит при значительно более низких оборотах в минуту, чем пиковая мощность. Причина в том, что в целом кривая крутящего момента не падает (в%) так быстро, как увеличивается число оборотов в минуту (в%). Для гоночного двигателя это часто бывает выгодно (в пределах условий применения) для работы двигателя за пределами пиковой мощности, чтобы обеспечить максимальную среднюю мощность в течение требуемый диапазон оборотов.

Однако для двигателя, который работает в относительно узком диапазоне оборотов, такого как авиационный двигатель, обычно требуется, чтобы двигатель развивает максимальную мощность при максимальных оборотах. Для этого требуется, чтобы пик крутящего момента был достаточно близок к максимальным оборотам в минуту. Для самолета двигателя, вы обычно проектируете кривую крутящего момента так, чтобы она была максимальной при нормальных настройках крейсерского режима и оставалась ровной до максимальных оборотов. Такое позиционирование кривая крутящего момента позволила бы двигателю производить значительно большую мощность, если бы он мог работать на более высоких оборотах, но цель состоит в том, чтобы оптимизировать производительность в рабочем диапазоне.

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

Рисунок 3

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

Используя в качестве примера черные кривые, обратите внимание, что двигатель развивает мощность 500 л.с. как при 4500, так и при 5400 об / мин, что означает, что двигатель может такой же объем работы в единицу времени (мощность) на 4500, как и на 5400.ОДНАКО, он будет сжигать меньше топлива, чтобы производить 450 л.с. при 4500 об / мин. чем при 5400 об / мин, потому что паразитные потери мощности (мощность, потребляемая для поворота коленчатого вала, поршневых компонентов, клапанного механизма) увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала.

Диапазон оборотов, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент, ограничен. Вы можете настроить двигатель на высокий пиковый крутящий момент с очень узкий диапазон или более низкое значение пикового крутящего момента в более широком диапазоне. Эти характеристики обычно продиктованы параметрами приложение, для которого предназначен двигатель.

Пример этого показан на Рисунке 4 ниже. Это то же самое, что и график на Рисунке 3 (выше), ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ синей кривой крутящего момента был изменен (как показано зеленой линией), поэтому он не выпадает так быстро. Обратите внимание, как это приводит к увеличению зеленой линии электропередачи. намного выше пика крутящего момента. Такого рода изменение кривой крутящего момента может быть достигнуто путем изменения различных ключевых компонентов, в том числе (но не ограничиваясь этим) профили выступов кулачков, расстояние между выступами кулачков, длина впускных и / или выпускных направляющих, поперечное сечение впускных и / или выпускных направляющих раздел.Изменения, направленные на расширение пикового крутящего момента, неизбежно уменьшат значение пикового крутящего момента, но желательность данное изменение определяется приложением.

Рисунок 4

Вывод уравнения мощности


(для всех, кто интересуется)

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

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

Вот ответ.

По определению МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ (как объяснено выше в разделе POWER заголовок)

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

Мощность = 100 фунтов x расстояние в минуту

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

РАССТОЯНИЕ за оборот = 2 x π x радиус

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

Теперь мы знаем, как далеко кривошип перемещается за один оборот. Как далеко заводится за минут ?

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

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

МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
, поэтому
Мощность = 100 фунтов x 12566 футов в минуту = 1256600 фут-фунт в минуту

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

Сколько это HP?

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

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

МОМЕНТ = СИЛА x РАДИУС.

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

(a) СИЛА = МОМЕНТ ÷ РАДИУС

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

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

Мы уже знаем

(c) МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ в минуту

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

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

Разделив обе стороны на 33000, чтобы найти HP,

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

Путем уменьшения получаем

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

с

33000 ÷ 6.2832 = 5252

Следовательно,

л.с. = МОМЕНТ x ОБ / МИН ÷ 5252

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

Зависимость мощности

от крутящего момента — x-engineer.org

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

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

Определение крутящего момента

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

Изображение: Момент затяжки на колесном болте

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

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

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

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

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

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

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

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

Изображение: Крутящий момент на коленчатом валу

Крутящий момент T будет создаваться на коленчатом вале на каждой шейке шатуна каждый раз, когда поршень находится в рабочем такте. Плечо и в данном случае имеет радиус кривошипа (смещение) .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Определение мощности

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Динамометр двигателя

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

Изображение: Схема динамометра двигателя

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

У электрического динамометра ротор соединен с коленчатым валом. Связь между ротором и статором электромагнитная. Статор закреплен через плечо рычага на датчике нагрузки . Чтобы уравновесить ротор, статор будет давить на датчик нагрузки. Крутящий момент T вычисляется путем умножения силы F , измеренной в датчике нагрузки, на длину плеча a рычага.

\ [T = F \ cdot a \]

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

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

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

04 9057 об / мин. 905 905 905 905 136775 9057 9057 9057 9057 9057 8
Двигатель
крутящий момент
[Нм]
Положение педали акселератора [%]

73 5

78 10
20 30 40 50 60 100 45 90 107 109 110 111 114 116
1300 60 105 132 9057 138 141
1800 35 89 1 33 141 142 144 145 149
2300 19 70 133 147 8 148 2800 3 55 133 153 159 161 163 165
3300 165 167 171
3800 0 33 116 150 160 167 170 26 110 155 169 176 90 578 180 184
4800 0 18 106 155 174 179 185 1 1 185 1 1 96 147 167 175 181 187
5800 0 4 84
6300 0 0 72 120 145 153 159 171

карта мощности :

130077

4800 9 9057 9057 9057 9057
Двигатель
мощность
[л.с.]
Ускоритель положение педали [%]
5 10 20 30 40 50 9 Двигатель
, частота вращения
[об / мин]
800 5 10 12 12 13 13 13 13
13
9779 24 25 25 25 26 26
1800 9 23 34 36 34 36
2300 6 23 44 48 48 49 49 51
2800 1 22 53 61 63 64 65 0 19 59 71 76 78 78 80
3800 0 18 81 95
4300 0 16 67 95 103 108 110 113
113

106 119 122 126 130
5300 0 9 72 111 126 132 137 141
5800 5 3 140 145 151
6300 0 0 65 108 130 137 143 Электронный блок управления ) ДВС имеет карту крутящего момента, хранящуюся в памяти.Он вычисляет (интерполирует) функцию крутящего момента двигателя от текущих оборотов двигателя и нагрузки. В ECM нагрузка выражается как давление во впускном коллекторе для бензиновых двигателей (искровое зажигание, SI) и время впрыска или масса топлива для дизельных двигателей (воспламенение от сжатия, CI). Стратегия расчета крутящего момента двигателя содержит поправки, основанные на температуре и давлении всасываемого воздуха.

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

Изображение: поверхность крутящего момента двигателя SI

Изображение: поверхность мощности двигателя SI

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

Изображение: кривые крутящего момента двигателя SI

Изображение: кривые мощности двигателя SI

Крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

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

Изображение: параметры крутящего момента и мощности двигателя при полной нагрузке

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

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

N мин — минимальная стабильная частота вращения двигателя при полной нагрузке
N Tmax — частота вращения двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
N Pmax — частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности; также называется номинальная частота вращения двигателя
N max — максимальная стабильная частота вращения двигателя

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

крутящий момент двигателя при полной нагрузке кривая T e [Нм] характеризуется четырьмя точками:

T 0 — крутящий момент двигателя при минимальных оборотах двигателя
T max — максимальный двигатель крутящий момент (максимальный крутящий момент или номинальный крутящий момент )
T P — крутящий момент двигателя при максимальной мощности двигателя
T M — крутящий момент двигателя при максимальной частоте вращения двигателя

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

Мощность двигателя при полной нагрузке кривая P e [л.с.] характеризуется четырьмя точками:

P 0 — мощность двигателя при минимальных оборотах двигателя
P max — максимальная мощность двигателя мощность (пиковая мощность или номинальная мощность )
P T — мощность двигателя при максимальном крутящем моменте двигателя
P M — мощность двигателя при максимальной частоте вращения двигателя

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

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

Область между максимальной частотой вращения двигателя N Pmax и максимальной частотой вращения двигателя N max называется зоной верхнего конца крутящего момента.Более высокий крутящий момент приводит к более высокой выходной мощности, что означает более высокую максимальную скорость автомобиля и лучшее ускорение на высокой скорости.

Когда частота вращения двигателя поддерживается между максимальной частотой вращения двигателя N Tmax и максимальной частотой вращения двигателя N max , если сопротивление транспортного средства увеличивается, частота вращения двигателя упадет, а выходной крутящий момент увеличится, таким образом компенсация увеличения дорожной нагрузки. По этой причине эта область называется областью стабильного крутящего момента .

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

Крутящий момент и мощность двигателя Honda 2.0 при полной нагрузке

воздухозаборник 8
Архитектура цилиндров 4-рядный

Изображение: Двигатель Honda 2.0 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ] 1998
впрыск топлива порт клапана
4 9057 атмосферный Выбор фаз газораспределения переменная
T макс. [Нм] 190
N Tmax [об / мин]
1 [об / мин] Л.с.] 155
N Pmax [об / мин] 6000
N макс. [об / мин] 6800

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

с турбонаддувом с турбонаддувом 905 76
Архитектура цилиндров 4-рядный

Изображение: Двигатель Saab 2.0T SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ] 1998
Впрыск топлива порт клапана
Воздухозаборник Выбор фаз газораспределения фиксированный
T макс. [Нм] 265
N Tmax [об / мин] 2500
макс. 175
N Pmax [об / мин] 5500
Н макс [об / мин] 6300

Audi 2.0 Крутящий момент и мощность двигателя TFSI при полной нагрузке

Синхронизация клапана 905 Л.с.]
Архитектура цилиндров 4-рядный

Изображение: Двигатель Audi 2.0 TFSI SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин (SI)
Объем двигателя [см 3 ] 1994
Впрыск топлива прямая
фиксированная
T макс. [Нм] 280
N Tmax [об / мин] 1800-5000
200
N Pmax [об / мин] 5100 — 6000
Н макс [об / мин] 6500

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

воздухозаборник Выбор фаз газораспределения 9058 1
Архитектура цилиндров 4-рядный

Изображение: Двигатель Toyota 2.0 CI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо дизельное топливо (CI)
Объем двигателя [см 3 ] 1998
впрыск топлива прямой
фиксированный
T макс. [Нм] 300
N Tmax [об / мин] 6 9000 — 2800 9057 макс. [Л.с.] 126
N Pmax [об / мин] 3600
N max [об / мин] 5200

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

Архитектура цилиндров 4-рядный

Изображение: Двигатель Mercedes Benz 1.8 Kompressor SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин
Объем двигателя [см 3 ] 1796
впрыск топлива порт клапана
наддувной клапан синхронизация фиксированная
T макс. [Нм] 230
N Tmax [об / мин] 2800 — 4600
макс. ] 156
N Pmax [об / мин] 5200
Н макс [об / мин] 6250

BMW 3.0 Крутящий момент и мощность двигателя TwinTurbo при полной нагрузке

Архитектура цилиндров 6-рядный

Изображение: Двигатель BMW 3.0 TwinTurbo SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин
Объем двигателя [см 3 ] 2979
Впрыск топлива прямой
Воздухозаборник с двойным турбонаддувом Синхронизация клапана переменная
T макс. [Нм] 400
N Tmax [об / мин] 8 1300 — 5000 9057 9057 макс. [Л.с.] 306
Н Pmax [об / мин] 90 578 5800
N макс. [об / мин] 7000

Mazda 2.6 крутящий момент и мощность роторного двигателя при полной нагрузке

9057 9000 9058 1
Архитектура цилиндров 2 Ванкель

Изображение: Двигатель Mazda 2.6 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин
Объем двигателя [см 3 ] 1308 (2616)
Впрыск топлива порт клапана
Впуск воздуха атмосферный фиксированный
T макс. [Нм] 211
N Tmax [об / мин] 7 5500
231
Н Pmax [об / мин] 8200
N макс. [об / мин] 9500

Porsche 3.6 крутящий момент и мощность двигателя при полной нагрузке

клапан 9 0577 Н макс. [об / мин]
Архитектура цилиндров 6 плоских

Изображение: Двигатель Porsche 3.6 SI — кривые крутящего момента и мощности при полной нагрузке

Топливо бензин
Объем двигателя [см 3 ] 3600
Впрыск топлива порт клапана
Воздухозаборник атмосферный
T макс. [Нм] 405
N Tmax [об / мин] 5500
макс.
N Pmax [об / мин] 7600
8400

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

Крутящий момент

  • крутящий момент является компонентом мощности
  • крутящий момент может быть увеличен за счет увеличения среднего эффективного давления двигателя или за счет снижения потерь крутящего момента (трение, накачивание)
  • с более низким максимальным крутящим моментом, распределенным в диапазоне скоростей двигателя, с точки зрения тяги лучше, чем с точки зрения более высокого максимального крутящего момента
  • низкий крутящий момент очень важен для пусковых возможностей транспортных средств
  • высокий крутящий момент полезен в ситуации бездорожья, когда транспортное средство эксплуатируется на больших уклонах дороги, но на низкой скорости

Мощность

  • мощность двигателя зависит как по крутящему моменту, так и по скорости
  • мощность может быть увеличена путем увеличения крутящего момента или частоты вращения двигателя
  • высокая мощность r важен для высоких скоростей транспортного средства, чем выше максимальная мощность, тем выше максимальная скорость транспортного средства. характеристики ускорения, транспортное средство должно работать в диапазоне мощности, между максимальным крутящим моментом двигателя и мощностью

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

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Точный расчет мощности и крутящего момента с помощью математики

Можно с уверенностью предположить, что если вы читаете EngineLabs, то вы все о лошадиных силах. Мы тоже. Поэтому нет ничего необычного в том, что любое обсуждение двигателей быстро переходит в оценки мощности. Это то, что все хотят знать. За годы создания и тестирования двигателей для улиц и соревнований эта игра развивалась с постоянно растущими цифрами в лошадиных силах.

Одно из наших любимых мест для тестирования двигателей — это Westech Performance. Часто, прямо перед тем, как мы собирались злоупотребить нашим последним усилием, оператор дино-дино Стив Брюле задавал вопрос: «Как вы думаете, сколько это будет приносить?» Если бы в комнате было несколько наблюдателей, мы бы все могли догадаться, и Стив почти всегда был бы наиболее точным.

Я знал, что у него большой опыт работы с двигателями, так как он тестировал их почти каждый день. Но после долгих уговоров он в конце концов обнаружил простое уравнение, которое он использует для оценки мощности хорошего уличного двигателя.Но прежде чем мы раскроем уравнение, давайте сначала рассмотрим некоторые основы его работы.

Все в математике

Клише гласит, что двигатели внутреннего сгорания — это не более чем воздушные насосы. Чем больше воздуха в безнаддувном двигателе может пройти через цилиндры и успешно захватить, тем большее давление в цилиндре и мощность может создать двигатель. Поэтому неудивительно, что воздушный поток является критическим элементом, определяющим количество энергии. Эта история и приведенные в ней уравнения нацелены на уличные двигатели с приличными головками цилиндров и синхронизацией кулачков в уличном / стрип-стиле.Хотя это уравнение можно использовать для более мощных двигателей соревнований без наддува, как вы увидите, для этого просто нужен другой множитель.

Другие важные переменные включают степень сжатия и синхронизацию кулачка. Как мы покажем, все эти компоненты являются важными составляющими, которые помогают определить потенциал мощности данного двигателя. Это обсуждение будет сосредоточено в основном на уличных двигателях, работающих на бензиновом насосе с октановым числом от 91 до 93. Мы также кратко коснемся применений с наддувом, использующих насосный бензин.

Большая часть этого обсуждения предполагает, что двигатель будет оснащен хорошим набором головок цилиндров послепродажного обслуживания для улучшения дыхания и достижения показателя 1,25 фунт-фута на кубический дюйм. Этот 496 имел мощность почти точно 1,25 фунт-фута на кубический дюйм при 618 фунт-фут и 705 лошадиных силах при 6500. По оценкам, он должен был выдать 688 лошадиных сил на этих оборотах, поэтому он перевыполнен, что, вероятно, означает, что пик крутящего момента был немного мягким.

Теперь мы можем перейти к уравнению. Мы также должны отметить, что мы столкнулись с этим же уравнением во время обсуждения с Беном Стрейдером, человеком, стоящим за EFI University, который использует это уравнение в рамках своего курса по технологии гоночных двигателей.Начальная часть этого уравнения — это оценка максимального крутящего момента, который двигатель может создать на кубический дюйм. В качестве основы этого обсуждения мы будем использовать число от 1,25 до 1,30 фунт-фут крутящего момента на кубический дюйм.

В качестве примера у нас есть большой блок 468ci с хорошими овальными головками портов, двухплоскостной впуск, карбюратор Holley 750 кубических футов в минуту и ​​1-7 / 8-дюймовые коллекторы первичных труб. Первая часть уравнения будет такой:

.

Если бы мы вместо этого работали с малоблочным Ford 302ci, максимальное значение крутящего момента было бы 377 фунт-фут.Этот двигатель меньшего размера показывает, как рабочий объем ограничивает крутящий момент. Маленький 302 должен был бы развивать крутящий момент 1,937 фунт-фут на кубический дюйм, чтобы достичь того, что может произвести 468.

После десятилетий испытаний двигателей типичным результатом является то, что двигатели без наддува теряют примерно 10 процентов крутящего момента между точками пикового крутящего момента и пиковых оборотов в лошадиных силах. Как мы увидим, это не конкретное число, но это простой способ помочь оценить мощность в лошадиных силах. Если наш большой блок развивает 585 фунт-фут и теряет 10 процентов крутящего момента в точке максимальной мощности, мы можем быстро вычислить это число с помощью следующего шага:

Теперь, когда мы знаем значение крутящего момента двигателя в точке его пикового числа оборотов, мы должны сделать некоторые обоснованные предположения относительно пиковых оборотов в лошадиных силах.Здесь начинают играть роль временные числа кулачка. Если наш двигатель оснащен роликовым распределительным валом с более длительным сроком службы, чем штатный, это приведет к увеличению пиковых оборотов двигателя выше, чем у штатных. Давайте выясним, почему это происходит.

Уравнение мощности предполагает наличие хорошего гидравлического кулачка или кулачка со сплошными роликами для правильного выбора времени на улице вместе со сжатием 10,0: 1, но ограничивается перекачкой газа. Двигатели, использующие кулачки с плоским толкателем, могут увеличивать мощность, но немного жертвуют как пиковым крутящим моментом, так и мощностью.

Распредвал с большей продолжительностью дает двигателю больше времени (в цифрах) для втягивания большего количества воздуха в цилиндры при более высоких оборотах двигателя. Кратковременный кулачок закроет впускной клапан намного раньше, чем более продолжительный. Раннее закрытие впуска ограничит мощность на высоких оборотах. Увеличивая продолжительность, это позволяет двигателю заполнять цилиндры и развивать большую мощность при более высоких оборотах двигателя. Итак, если размер нашего двигателя неизвестен, но мы знаем характеристики продолжительности кулачка, у нас есть некоторые данные, которые помогут нам определить, насколько высоко будет вращаться двигатель для достижения максимальной мощности.

Продолжая наш пример 468ci, предположим, что наш распределительный вал представляет собой гидравлический каток заявленной продолжительности 282/288 с углом 230/236 градусов при цифрах 0,050 и легким подъемом 0,510 / 0,520 дюйма. Для Chevy с большим блоком питания это консервативные цифры, поэтому мы можем быть вполне уверены, что пиковая мощность будет ниже 6000 об / мин. Давайте возьмем 5900 об / мин в качестве точки максимальной частоты вращения в лошадиных силах.

Это число оборотов в минуту важно для последней части нашей оценки мощности — классического уравнения мощности:

Итак, теперь давайте сложим все наши числа:

Расчетные числа vs.Наблюдаемые числа

Мы выбрали именно этот двигатель в качестве нашего примера, потому что у нас есть цифры из динамометрического стенда Westech из теста, который был проведен много лет назад с помощью COMP, где мы протестировали три разных распределительных вала, чтобы показать влияние на кривую крутящего момента. Этот 468ci Rat с вышеупомянутым распределительным валом выдавал 581 фунт-фут крутящего момента при довольно низких 3900 об / мин и 527 лошадиных сил при 5800 об / мин.

Сравнивая реальный измеренный крутящий момент в 581 фунт-фут, мы видим, что наша оценка в 585 фунт-фут была удивительно близкой.Однако двигатель не справлялся с максимальной мощностью, поскольку крутящий момент упал до 477 фунт-футов при 5800 об / мин. Это число в 477 фунт-футов дает на 18 процентов меньшее значение по сравнению с пиковым крутящим моментом. Итак, очевидно, что этот большой блок страдает либо от ограничений со стороны впуска, либо, возможно, ему требуется улучшенный поток через выпускное отверстие.

Когда дело доходит до серьезной уличной мощности, двигателей Kaase Boss 9 достаточно, чтобы заставить всех нас завидовать. Мягкий Kaase Boss 9 может развивать мощность более 850 лошадиных сил, а максимальная мощность, упомянутая позже в этой статье, выдавала 914 лошадиных сил при 7000 об / мин! Это готово для уличного двигателя 10: 1.

В уравнении используется несколько допущений, которые, как мы видели, часто могут не соответствовать действительным значениям двигателя. Но в качестве общей оценки, которую вы можете использовать, чтобы поразить своих друзей своими знаниями о двигателях внутреннего сгорания, она, вероятно, будет более точной, чем у друзей, которые просто вытаскивают число из ясного голубого неба.

Хороший студент, изучающий двигатель внутреннего сгорания, может увидеть множество переменных, присутствующих в этом уравнении. Самое большое предположение — это крутящий момент на кубический дюйм. Пока 1.25 на кубический дюйм — приличное число, мы ежедневно видим уличные двигатели, которые намного превышают это число. Одним из таких чрезмерно успешных примеров являются убийственные двигатели Boss9 Джона Каасе, в которых использовалась его версия полусферических головок Boss Ford.

На газовом насосе, тактокерный двигатель 521ci компании Kaase на базе 429 с одним четырехцилиндровым карбюратором на газовом насосе регулярно развивает 730 фунт-фут при максимальном крутящем моменте. Это, друзья, составляет 1,40 фунт-фут крутящего момента на кубический дюйм. Кроме того, этот монстр развивает более 910 л.с. при 7000, теряя лишь 7 процентов между пиковым крутящим моментом и пиковой мощностью.

В нашем железном 6.0-литровом двигателе с пробегом на 140 000 миль использовались хороший гидравлический каток Comp и портовые головки TFS, обеспечивающие крутящий момент в 501 фунт-фут. Это составляет 1,37 фунт-фут крутящего момента на кубический дюйм. Это неплохо для двигателя с 14-процентной негерметичностью заводских поршней и колец.

Здесь требуются определенные навыки и знания двигателя, чтобы знать, сколько оценивать. В качестве еще одного примера Каасе сообщил нам, что двигатели для соревнований Engine Masters часто генерируют 1,50 фунт-фут крутящего момента на кубический дюйм.Если бы наша 468 Rat могла генерировать 1,5 фунт-фута на кубический дюйм, это увеличило бы пиковый крутящий момент до 700 фунт-фут!

В качестве другого примера, несколько лет назад мы протестировали бывший в употреблении железный короткий блок LS объемом 6,0 л с окончательной конфигурацией сжатия 10,0: 1, набор алюминиевых головок с выступом TFS, гидравлический распределительный вал с роликами COMP с длительностью 227/234 градусов, и превосходный впускной коллектор LSXr от FAST. Этот двигатель показал выдающийся крутящий момент с 501 фунт-фут при 5300 об / мин. Это составляет 1,37 фунт-фут крутящего момента на кубический дюйм.Мы включили 90-процентный крутящий момент (451 фунт-фут) при пиковой мощности 6700 оборотов в минуту в формулу мощности, и получилось 575 лошадиных сил. В то время как наш двигатель имел всего 557 лошадиных сил, это в пределах 18 лошадиных сил — всего 3 процента погрешности.

Добавление принудительной индукции

Обратимся к двигателям с наддувом. Если сначала подумать о теоретической мощности, нагнетатель использует давление, чтобы подтолкнуть дополнительный воздух (и топливо) в цилиндры.Опять же, эти детали будут сосредоточены только на легких уличных двигателях, которые должны полагаться на бензиновый насос AKI (антидетонационный индекс) с октановым числом 91-93. Если допустить отсутствие паразитных потерь, необходимых для приведения в действие нагнетателя, если мы добавим к двигателю наддув 14,7 фунтов на квадратный дюйм, это будет эквивалентно удвоению рабочего объема двигателя.

Это происходит потому, что мы вдвое увеличили давление, нагнетающее воздух в двигатель. Это добавляет еще 14,7 фунтов на квадратный дюйм к атмосферному давлению на уровне моря. Итак, если двигатель 350ci развивает 430 фунт-фут безнаддувного крутящего момента, версия с наддувом — 14.7 фунтов на квадратный дюйм могут составлять около 860 фунт-футов. На самом деле этого не произойдет, потому что нагнетатель на 14 фунтов на квадратный дюйм потребует минимум 50-75 лошадиных сил только для вращения воздуходувки — возможно, даже больше. Но теоретическая комбинация все еще составляет около 800 фунт-футов при пиковом крутящем моменте.

Вот динамический график нашего 6.0-литрового железного двигателя LS. Одна из причин, по которой двигатель развивает приличную мощность, заключается в том, что кулачок поднял пиковые обороты до 6700. Если вы посмотрите на кривую, он выдает 550 лошадиных сил при гораздо более низких 6000 об / мин, а это значит, что нам не нужно так сильно крутить его, чтобы добиться почти такой же мощности.

Вкратце, турбокомпрессор с таким же уровнем наддува, вероятно, упал бы где-то между цифрами 800 и 860 фунт-фут. Хотя турбокомпрессор не имеет таких паразитных потерь (в основном, повышение противодавления выхлопных газов и повышение температуры наддува), их все же необходимо учитывать.

Основная проблема здесь в том, что горючее с октановым числом 91 не допускает появления таких больших цифр. Давление в цилиндре даже при статической степени сжатия 9: 1 и давлении наддува 14 фунтов на квадратный дюйм было бы слишком высоким, и двигатель взорвался бы.Одним из вариантов может быть повышение октанового числа используемого топлива. Недавно мы опубликовали статью о смешивании насосного газа и E85 для повышения октанового числа. В качестве альтернативы вы можете уменьшить усиление.

Если мы снизим наддув до чего-то более консервативного, например, 7 фунтов на квадратный дюйм или примерно половина атмосферы, насосный газ должен быть в состоянии приспособиться к этому повышенному давлению в цилиндре. Опять же, с теоретической точки зрения, это будет равняться 50-процентному увеличению крутящего момента, или примерно 645 фунт-фут в нашем воображаемом двигателе, за вычетом мощности, необходимой для вращения нагнетателя.

Двигатель

GM LT4 с прямым впрыском топлива развивает серьезные 650 фунт-фут крутящего момента при 3600 об / мин и соответствующие 650 лошадиных сил при 6400 об / мин, используя 8 фунтов на квадратный дюйм от меньшей воздуходувки TVS Eaton объемом 1,7 л. Это добавляет двигателю примерно половину атмосферы, поэтому он выдает на 41 процент больше мощности, чем его двоюродный брат LT1 без наддува.

Чтобы вернуть это в практический мир, давайте посмотрим на два похожих двигателя Chevrolet Performance в ящиках: LT1 с прямым впрыском и LT4 с наддувом.поскольку оба двигателя имеют объем 376 кубических дюймов. LT1 без наддува развивает крутящий момент 465 фунт-фут, что соответствует 1,23 фунт-фут на кубический дюйм. В двигателе с наддувом LT4 используется распределительный вал с более коротким сроком службы и более низкая степень сжатия (10: 1 по сравнению с 11,5: 1 у LT1), но используются аналогичные головки. В LT4 используется эффективная воздуходувка Eaton R1740 TVS типа Root, обеспечивающая наддув 8 фунтов на квадратный дюйм.

Надутый LT4 развивает крутящий момент 650 фунт-фут. Если принять эти 8 фунтов на квадратный дюйм как примерно половину атмосферы, то это должно привести к увеличению крутящего момента на 50 процентов.Фактическое увеличение между двигателями составляет 41 процент. Но мы также должны учитывать мощность, затрачиваемую на поворот воздуходувки. С учетом этого цифры оказываются довольно близкими.

Один из способов повысить мощность двигателя с наддувом — создать смесь E85 с 30-50% -ным содержанием топлива и насосом Premium, чтобы поднять октановое число топлива до 93-96 AKI. Двигатели с наддувом любят этанол, потому что он радикально снижает температуру воздуха на впуске по сравнению с бензином.

LT1 рассчитан на 460 лошадиных сил, в то время как LT4 указан в 650 лошадиных силах, что также на 41 процент выше, чем у версии с наддувом. Итак, дело в том, что с уличным нагнетателем и двигателем с приличными характеристиками воздушного потока, такими как хорошие напоры и впускной коллектор, уличный нагнетатель, развивающий 8 фунтов на квадратный дюйм, должен стоить примерно 40-процентного увеличения наблюдаемой мощности.

Мы довольно быстро прошли через этот автомобильный сад стихов и сделали несколько довольно серьезных предположений относительно воздушного потока, распределительных валов и трения двигателя — и мы даже не коснулись эффективности нагнетателя.Тем не менее, используя это простое уравнение производительности двигателя, вы сможете достаточно близко подойти к оценке потенциала мощности для большинства двигателей. За исключением тех парней, которые используют закись азота. Это совсем другая история.

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

Уравнение для расчета мощности простое: лошадиных сил = крутящий момент x об / мин / 5 252 . Вы можете воспользоваться нашим калькулятором мощности, приведенным ниже, чтобы испытать его на себе. Когда дело доходит до понимания того, как динамометр измеряет крутящий момент и вычисляет мощность, полезно знать еще несколько основных определений и формул.

Сила и работа

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

Работа = Сила x Смещение

Мощность

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

Мощность = Работа / Время или Сила x Смещение / Время

л.с.

Определение 1 лошадиных сил означает перемещение 1 фунта.33000 футов за одну минуту или 33000 фунт-футов в минуту.

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

Попробуйте сами

Применение к вращательному движению

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

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

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

Формула мощности теперь выглядит так.

Мощность = крутящий момент x 2π x оборотов в минуту

Мы хотели бы избавиться от 2π и учитывать, что 1 H.P. = 33,0000 фунт-фут. / мин.

Вот что мы имеем для уравнения.

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

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

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

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

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

Как рассчитать момент нагрузки

Правильный выбор двигателя требует соблюдения трех критериев: крутящего момента, инерции нагрузки и скорости. В первой части этой серии статей об основах определения размеров двигателя я объясню, что такое крутящий момент нагрузки, как его рассчитать для конкретных примеров применения и как он соответствует требованиям к крутящему моменту для данного приложения.

Крутящий момент определяется как сила вращения на расстоянии от оси вращения. Он измеряется в таких единицах, как фунт-дюйм (фунт-дюйм) в британской системе мер или Нм (ньютон-метр) в метрической системе.Крутящий момент не менее важен, если не более важен, чем мощность двигателя. Лошадиная сила — это скорость, с которой работа может быть выполнена, и рассчитывается как крутящий момент, умноженный на скорость. Другими словами, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой работа может быть выполнена.

Крутящий момент состоит из двух основных компонентов: момента нагрузки и момента ускорения. Момент нагрузки — это величина крутящего момента, постоянно требуемая для приложения, включающая в себя фрикционную и гравитационную нагрузку. Момент ускорения — это крутящий момент, необходимый только для максимального ускорения и замедления нагрузки. Чем быстрее груз должен разогнаться, тем выше момент ускорения. Иногда момент нагрузки выше; иногда момент ускорения мог быть выше. Важно рассчитать и то, и другое; особенно для профилей быстрого движения.

На изображении выше мы показываем несколько стрелок, которые показывают направление сил, взаимодействующих в этом приложении.Как вы думаете, что такое момент нагрузки? Ответ — оба.

Момент нагрузки — это сумма нагрузок трения и гравитации. Сила тяжести определяется весом или массой x ускорением свободного падения ( г ). Сила трения, действующая в направлении, противоположном направлению движения конвейера, рассчитывается путем умножения массы груза на коэффициент трения двух поверхностей: м x µ .

Расчет момента нагрузки различается для разных приложений.Давайте рассмотрим несколько распространенных примеров, чтобы увидеть, как рассчитывается момент нагрузки.

Для приложения с приводом шкива расчет момента нагрузки довольно прост. Нам нужно создать силу на некотором расстоянии от вала двигателя (определение крутящего момента). Это можно рассчитать, умножив силу ( F ) на радиус вращения ( r ). Чтобы переместить нагрузку (синий прямоугольник), двигатель должен генерировать больший крутящий момент, чем это значение.

Для расчета момента нагрузки умножьте силу ( F ) на расстояние от оси вращения, которое является радиусом шкива ( r ) . Если масса груза (синяя рамка) составляет 20 Ньютонов, а радиус шкива составляет 5 см, то требуемый крутящий момент для приложения составляет 20 Н x 0,05 м = 1 Нм. Обычно используется коэффициент безопасности, чтобы двигатель генерировал больший крутящий момент, чем требуется, чтобы учесть любые неточности в переменных, используемых для расчета.

Вот формула для расчета момента нагрузки для шкивного привода со всеми переменными:

Приведенная выше формула работает для приложений с нагрузкой трения или без нее. Если вы удалите трение из системы (коэффициент трения скользящей поверхности µ = 0; внешняя сила FA = 0; передаточное число i = 1), вы, по сути, получите ту же базовую формулу силы ( F ) x радиус ( r ).

Теперь давайте попробуем применить эту концепцию в другом приложении, которое имеет дело с трением.

В конвейере, где груз поддерживается поверхностью, трение постоянно и пропорционально массе груза. Степень скольжения на контактной поверхности или коэффициент трения ( µ) , необходима для определения силы трения ( F ).

Следующая формула используется для расчета момента нагрузки для ременных приводов (конвейеров), а также реечных и шестеренчатых передач.

Для этого типа применения нам нужно сначала рассчитать силу ( F ), прежде чем мы сможем рассчитать момент нагрузки ( TL ). Это требует от нас определения переменных внешней силы ( FA ), массы ( м, ) и угла наклона ( Θ ). Когда у нас есть значение F , мы можем включить его в формулу момента нагрузки ( TL ).

Пример: поворотный индексный стол

При расчете крутящего момента

для поворотных столов используются те же формулы, что и для ременной передачи, но для определения необходимых переменных требуется несколько иной мыслительный процесс.В этом случае трение возникает в точках контакта шариковых роликов (опорных подшипников) и стола, поэтому радиус ( r ) будет расстоянием от центра вала двигателя до точки контакта между столом и его опорой. подшипники. Масса ( м, ) будет массой стола плюс груз (и). Коэффициент трения ( µ) обычно указывается в технических характеристиках подшипников.

СОВЕТ: Советы по выбору двигателя

1.Будьте осторожны, не смешивайте и не сопоставляйте британские и метрические единицы в одной формуле.

2. Если вам нужно преобразовать единицы, убедитесь, что они преобразованы правильно; особенно десятичная точка. *

3. Используйте соответствующий коэффициент (-и) безопасности. Вы бы предпочли увеличить размер двигателя, чем занизить его.

4. Полезно иметь еще один свежий взгляд, чтобы перепроверить свои расчеты.

* Используйте.

Однако момент нагрузки — это лишь одна из двух составляющих полного крутящего момента, необходимого для данного приложения.Для правильного выбора двигателя нам все еще необходимо рассчитать ускоряющий момент, инерцию нагрузки и скорость.

В следующих нескольких постах я рассмотрю расчеты инерции нагрузки, момента ускорения, скорости и осевых / радиальных нагрузок. Лучше устраивайся поудобнее.

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 здесь идет речь? 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 фут-фунтов в секунду (прочтите, как работает мощность в лошадиных силах, чтобы узнать, как они получили это число). Единицы крутящего момента — фунт-футы. Итак, чтобы перейти от крутящего момента к мощности в лошадиных силах, 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». С секундами легко — 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.

Вы можете думать о вращении как об измерении угла.Один оборот — это 360 градусов окружности. Поскольку длина окружности равна (2 x пи x радиус), в одном обороте находится 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 статьи о крутящем моменте, лошадиных силах и двигателях, перейдите по ссылкам на следующей странице.