Крутящий момент двигателя — что это, на что влияет и в чем измеряется, что означает и от чего зависит максимальный показатель

20

При выборе автомобиля люди смотрят на разные характеристики, и часто делают упор на описываемые характеристики. Эти два понятия очень взаимосвязаны, но в зависимости от ситуации (предназначение автомобиля) имеют разное значение. Поэтому необходимо не только знать, что такое крутящий момент двигателя автомобиля, но и на что он оказывает влияние.

Что такое крутящий момент двигателя

Крутящим моментом характеризуется способность транспортного средства ускоряться. Этот параметр указывает на потенциал машины, то есть как хорошо она сможет делать работу. Простыми словами крутящий момент двигателя что это такое – это произведение двух величин: плеча рычага и силы. Крутящий момент существует всегда, даже когда авто не движется, а буксует. Коленвал крутится, поршни двигаются, топливо преобразуется в энергию, но машина не едет. Мощности нет, а крутящий момент есть. Но всё равно два эти показатели зависимы друг от друга и должны учитываться в одинаковой степени.

Есть зависимость двух параметров от объема движка, а также давления в цилиндрах. Но максимум значения момента и мощности будут различными. Крутящий момент всегда главенствует над мощностью, при указании в характеристиках низких оборотов. А вот если прописано, что предел достигается на оборотах от 5000 в минуту, то будет больше мощность двигателя.

В чем измеряется

Единица измерения данной величины – Ньютон на метр. Формула выглядит так: M=F*r, где F – сила вращения коленвала, а r – длина рычага. И с мощностью этот параметр никак не спутать, ведь это работа, производимая за единицу времени. Если раньше это были лошадиные силы, то теперь мощность автомобилей измеряют в кВт.

От чего зависит максимальный крутящий момент двигателя

Чтобы разобраться, что же такое максимальный крутящий момент двигателя автомобиля и от чего он зависит, необходимо вспомнить еще и про количество оборотов коленного вала. Если автомобиль имеет большой крутящий момент на большом диапазоне оборотов, то это хорошо для машины и ее владельца. Тогда и добиться максимальной мощности водитель сможет быстрее.

Так от чего же зависит крутящий момент двигателя автомобиля? Двигатель имеет разную мощность на разных оборотах, поэтому в его характеристиках указывается значение, при котором он может как можно быстрее получить максимум мощности. На это и указывает в данном случае крутящий момент.

При высоких оборотах и нажатии газа до упора увеличивается скорость прохождения воздуха. И у этого процесса есть свой максимум, при достижении которого мощность начнет падать. Поэтому максимальный крутящий момент указывается для оборотов, при которых двигатель максимально наполнен воздухом и повышено давление в выхлопной трубе.

Оптимальнее всего, когда пик крутящего момента наступает рано, а мощности – поздно, тогда у машины больше возможностей. Идеальным примером служит электродвигатель – у него тяга приближена к максимальной практически с самого начала, а потому мощность быстро растет.

На что оказывает влияние

От описываемого параметрам зависит то, насколько быстро машина разовьёт свою максимальную мощность, которую в неё заложил производитель. Достаточно просто это можно объяснить на примерах, когда крутящий момент на максимуме при разных оборотах:

• На низких (до 2000) – этот вариант для езды по бездорожью, разгон быстрый и машина способна легко выйти даже из трясины.
• На средних (от 2000 до 4000) – такие автомобили подходят для городской езды. Легко стартуют после светофора и быстро набирают скорость.
• На высоких (от 4000) – такие автомобили используют в гонках на специальных трассах. Не нужно преодолевать препятствия, и важно все время поддерживать максимальную скорость.

Но лучше всего при высоком крутящем моменте на большом диапазоне, ведь это универсальное транспортное средство, которое не увязнет в болоте и будет хорошо себя показывать в городе.

Что такое мощность двигателя

Мощность – это величина, измеряемая в Вт (для удобства переводится в кВт), и показывающая, работу, которую успеет проделать двигатель за секунду (общепринятая единица времени). Чем больше указана мощность в характеристиках, тем большую скорость способно развить транспортное средство.

Раньше можно было услышать восторженные возгласы мужчины «У нее 300 лошадок, представь, какая быстрая». Одна лошадиная сила – это 0,736 кВт. Максимальная мощность у разных видов автомобилей достигается при разных оборотах: у дизелей – на 3000-4000 об/мин., а у бензиновых двигателей – на 5000-6000 об/мин.

Какая роль крутящего момента и мощности двигателя

Эти показатели с учетом оборотов указывают на то, как быстро машина разовьёт максимальную скорость, и каковы эти цифры. Нужно понимать, что эти две величины взаимосвязаны и неразрывны. Высокая мощность позволит добиться максимальной скорости. Но потенциал двигателя не будет реализован, если крутящий момент низкий.

Если смотреть только на один из параметров, то абсолютно не понятно, чего ждать от машины, и где лучше она себя проявит. Большинство автомобилистов делают упор на мощь, так как думают, что это позволит выжимать максимум из мотора, легко стартовать и долго ездить на пределе. Но ведь по факту это математическая величина, которая высчитывается и напрямую зависит от момента. Чем больше он, тем лучше, ведь тогда на указанных оборотах владелец авто увидит максимум по мощности и скорости.

Что важнее

Тут нельзя ответить однозначно, так как даже измерить эти величины независимо друг от друга невозможно. Поэтому человек должен выбирать исходя из собственных потребностей. Для сравнения – два автомобиля с одинаковой мощностью. Выбирать тогда лучше транспорт более «моментный», причем, чем шире диапазон, тем лучше. Особенно это актуально для владельцев механики. Ведь здесь важнее постоянно двигаться на максимуме, а тяговитость не будет иметь преимущества. Тогда и ускоряться без переключения коробки передач будет значительно проще.

Но если различия в характеристиках у двух машин существенны, и водителю важно, какая скорость будет на пределе, то тогда ориентируйтесь на мощность. Смотрите, чтобы крутящий момент был не на низких оборотах, иначе это не даст машине «проявить себя во всю».

Крутящий момент двигателя это…

  Каждый, кто хоть раз созерцал информацию о технических характеристиках автомобиля, украдкой, но все же обращали внимание на строку – «Крутящий момент двигателя…». Многие задерживались на ней, пытаясь соизмерить насколько он велик или мал, и как это будет влиять на динамику, словно они сами уже давили на педаль акселератора в представляемом ими авто. Другие просто «проходили» мимо, словно строки этой и не было.
  Что же такое крутящий момент двигателя? На что он влияет? Вопросы более риторические, и не требующие ангажирования для большинства, но мы не стремимся пойти на поводу у многих, так как истина не всегда является приоритетной прерогативой для большинства. А раз это так, то все же попробуем разобрать этот частный вопрос – что же такое крутящий момент двигателя?

Определение крутящего момента (момент силы) пока без привязки к двигателю машины

  Прежде, чем перейти к комплексному понятию как кутящий момент двигателя попробуем разобраться с частным, а именно с тем, что такое крутящий момент или его синонимы: вращательный момент, вертящий момент, вращающий момент, момент силы. Здесь в принципе мы не будем забивать голову формулами и умными изречениями из википедий, попробуем справиться сами, объяснив все так, как понимаем и своими словами.
 Явление крутящего момента встречается нам ежедневно и повсеместно, просто мы не часто задумываемся об этом и в большинстве случаев знаем о нем уже не понаслышке, разве что формулируем это не в виде нудных изречений, а интуитивно, словно были уже рождены с этими знаниями. Так предположим наши обычные двери, коих мы открываем за день порой не один десяток. Вспомните, где находится ручка у дверей. Да, конечно, на противоположной стороне от петель. И ни у кого из нас не возникает мысли открыть дверь поближе к ним. Мы даже иногда пробовали или пробуем это сделать, но в итоге, все ощущают на себе, насколько все же тяжело манипулировать дверным полотном вблизи петель на которых они весят. Теперь давайте разберемся в сути процесса.  Здесь можно провести аналогию с редуктором, когда крутишь много, но легко или пару оборотов, но ой как тяжело. Так и с крутящим моментом. Он велик, когда перемещения незначительны, при этом крутящий момент гораздо меньше, если добавить плечо и поворачивать через него, по большему радиусу, то есть с большим перемещением.  Отношения плеча и силы здесь прямо пропорциональны, чем больше плечо, тем легче поворачивать, чем больше сила, тем меньшее надо плечо для поворота.
 Итак, вроде все понятно, если нет, то попробуйте прочитать сначала этот абзац и все же вдуматься в суть каждого предложения.  Теперь, хоть мы вам и обещали не приводить формул, но удержаться не возможно, мы все же напишем одну, основную …

M=F*L;

…где М – наш крутящий момент; F – сила прикладываемая к концу плеча,  L – та самая длина плеча, к которому прикладывается сила.

В принципе, из формулы еще раз видно, что для сохранения значения крутящего момента, в случае изменения одной из величин (сила или плечо), вторая должна возрасти или уменьшится аналогично.

Крутящий момент двигателя создается на коленчатов валу

 Итак, с дверьми мы разобрались, но как же наш двигатель. Здесь все аналогично. У двигателя (ДВС) есть коленчатый вал, что не является новостью. Именно на нем и расположен маховик, через который посредством сцепления крутящий момент передается на КПП.  Так вот, тот самый крутящий момент на коленчатом валу двигателя является очень важным техническим показателем для любой из машин. Если он слишком мал, то двигателю придется «крутить много» (об/мин), чтобы через редуктор — КПП, обеспечить крутящий момент, который в состоянии будет сдвинуть нашу машину.  Опять же при большом крутящем моменте, двигатель будет «крутить мало» (об/мин), чтобы также сдвинуть машину и обеспечить ту же скорость. Развивая нашу мысль можно представить следующее. Если скажем к коленчатому валу двигателя приварить длинный стержень, для того чтобы удержать вал от вращения при работающем ДВС, то есть почувствовать силу крутящего момента. То в этом случае, в зависимости от крутящего момента силового агрегата, стержень на валу у двигателя с маленьким крутящим моментом будет короче, а с большим длинее. Вот в принципе и вся суть вопроса о крутящем моменте двигателя.

Крутящий момент двигателя для бензиновых и дизельных двигателей

Здесь хотелось бы сказать об одном удивительном обстоятельстве.  Кроме крутящего момента двигателя важно также и то, насколько он равномерно выдержан относительно частоты вращения коленчатого вала. Так у бензиновых двигателей пик крутящего момента двигателя появляется ближе к 5000-6500 обо/ мин, а вот у дизельных агрегатов он в максимуме уже на 2500-3000 об/мин. Такая особенность позволяет почувствовать намного лучшую приемистость машин с дизельным двигателем. Это очень важно при разгоне с места, а особенно при обгоне на трассе.
 Как вы поняли, значение крутящего момента будет различно от частоты вращения коленчатого вала. Так какую же характеристику крутящего момента мы видим в руководствах по эксплуатации, в технических характеристиках на сайтах с машинами? Ведь по сути, она изменяется во всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала от 0 до максимального значения.

Какой крутящий момент нам предоставляют автопроизводители в характеристиках на машину?

 Здесь все банально как и всегда. Хочешь чем-то блеснуть перед другими, обязательно скажи о лучшем твоем результате. То же самое получается и с предоставленными характеристиками от автопроизводителей. Крутящий момент в технических характеристиках всегда пишется максимальный, пиковый. Больше этого крутящего момента машина просто не сможет выдать. А так как мы в предыдущем абзаце определились с тем, что крутящий момент и частота вращения коленчатого вала величины неразрывные, то максимальный крутящий момент всегда пишут вместе с той частотой, на которой он возникает.

В каком диапазоне частоты коленчатого вала должен быть максимальный крутящий момент двигателя?

 Наиболее правильный будет утверждение о том, что максимальный крутящий момент должен быть в «потребительском» диапазоне частота вращения двигателя. То есть в том, в каком диапазоне вращения коленчатого вала эксплуатируется машина.
 Наиболее востребованная частота для нас с вами, это порядка 1000-4000 оборотов. Именно с этой частоты мы стартуем, то есть включаем первую передачу, затем переключаемся на последующие и в итоге едем на последней. Очень редко обыватель использует частоту более 4000 об/мин, разве только в экстремальных случаях или если он «автогонщик».
 Из этого делаем вывод о том, что оптимальным будет тот вариант, когда максимальный крутящий момент двигателя находится в том же диапазоне 1000-4000 об/мин. Именно такой вариант и относится к дизельным двигателям, о чем мы уже упоминали выше.

 Итак, теперь вы не только будете знать, что собой представляет крутящий момент  двигателя, но и сможете кому-то поведать, насколько это важная характеристика.  Важность ее, прежде всего, в том, что двигатель работающий «без напряга», то есть с высоким крутящим моментом, может больше служить, от одного капитального ремонта до другого. Ведь он работает, что говорится «не на износ». Также в некоторых случая двигатель с большим объемом и большим крутящим моментом может оказаться более экономичным по топливу, так как меньшее количество оборотов и высокий крутящий момент на коленчатом валу будут более выигрышным вариантом, чем высокие обороты двигателя с меньшим объемом при меньшем крутящем моменте.   Часто такую аналогию мы можем наблюдать если сравнивать дизельный и бензиновый двигатель, особенно на низких оборотах. Подробнее о таких особенностях вы можете узнать из статьи «Какой двигатель лучше, бензиновый или дизельный».

Как рассчитать крутящий момент для затяжки болтов

Вы должны знать, как рассчитать крутящий момент для затяжки болтов, чтобы убедиться, что ваше приложение работает исправно и безопасно. Ошибки в расчете крутящего момента могут привести к дорогостоящему отказу, включая время и хлопоты, связанные с заменой сломанного оборудования.

Что такое крутящий момент?

Крутящий момент – это сила кручения, измеряющая силу, умноженную на расстояние. Это приложение силы, действующей на радиальном расстоянии, для создания натяжения в резьбовых соединениях. Когда гайка и болт затягиваются, резьба преобразует приложенный крутящий момент в натяжение, которое преобразуется в усилие зажима. В Соединенных Штатах он измеряется в футо-фунтах, и мы указали размеры каждого из наших продуктов на их странице продукта.

Почему важен момент затяжки болтов?

Вы должны убедиться, что ваше приложение имеет соответствующий крутящий момент и натяжение, чтобы избежать срезания болтов (раздвижения) и растяжения (растягивания). После того, как гайка накручена на болт, дополнительный крутящий момент заставляет гайку поворачиваться и растягивать болт. Когда болт растягивается, он становится прочной пружиной, которая сжимает компоненты вместе. Компоненты не будут разорваны, если растягивающая нагрузка не превысит зажимную нагрузку. При сдвигающих нагрузках повышенное трение предотвращает относительное движение компонентов, предотвращая разрушение материала.

Определение подходящей величины крутящего момента зависит от свойств металла болта и назначения болта. По сути, вам нужно убедиться, что у вас есть подходящие материалы для вашего приложения. Использование неправильных материалов или неправильный расчет крутящего момента может быть потенциально опасным. Недостаточно затянутый болт деформируется и не сможет обеспечить необходимое усилие зажима, а перетянутый болт сломается.

Как рассчитать крутящий момент

Чтобы определить оценочное значение крутящего момента, используйте стандартную формулу крутящего момента:

T = DFK

Эта формула выражает зависимость между нагрузкой на болт и приложенным крутящим моментом. «D» представляет диаметр болта, «F» — осевое усилие болта, а «K» представляет «k-фактор» или «коэффициент гайки», который зависит от использования или отсутствия смазки. Коэффициент k для соединения без смазки составляет 0,2. Соединения без смазки обычно называют «сухими», а процесс затяжки соединения известен как «сухая затяжка». К-фактор смазываемого соединения обычно составляет от 0,15 до 0,18.

Несмазываемое или сухое соединение имеет большее трение между компонентами, что требует приложения большего крутящего момента для достижения того же прогиба/хода, что и в соединении со смазкой. Эти факторы лучше всего определяются после большого количества экспериментов посредством всестороннего тестирования.

Пример расчета крутящего момента болта

В этом примере наш K будет равен 0,2 для соединения без смазки. Диаметр нашего болта будет 0,5 дюйма, а осевое усилие болта будет 11 175 фунтов:

T = 0,2 x 0,5 x 11 175

T = 1 117,5 дюймово-фунтов.

Затем преобразуйте в футо-фунты путем деления на 12:

T = 1117,5 / 12

T = 93,125 футо-фунтов

Наше значение T в этом уравнении равно примерно 93 футо-фунтам.

Использование динамометрического ключа для расчета крутящего момента

Динамометрические ключи — это точные инструменты, которые позволят вам измерять и применять нужный крутящий момент для получения необходимых результатов. Динамометрические ключи рассчитывают величину крутящего момента в аналоговом или цифровом формате. При расчете крутящего момента всегда помните, что динамометрические ключи не обладают идеальной точностью. Если вы предпочитаете, свяжитесь с нами по поводу оптимального крутящего момента для различных комбинаций диаметра болта, типа резьбы и марки или класса.

Как проверить расчет крутящего момента

После расчета крутящего момента обязательно дважды проверьте правильность расчета, чтобы обеспечить безопасность и надлежащее функционирование вашего оборудования. Небольшая ошибка может привести к большому расхождению в вашей окончательной цифре. Чтобы проверить правильность расчета крутящего момента, используйте следующие три проверенных метода:

Проверка первого движения

После того, как вы затянули крепежный элемент, с помощью ключа для проверки крутящего момента медленно прилагайте усилие в направлении затяжки, пока не заметите первое движение крепежного элемента. . Показание является надежным показателем первоначально приложенного крутящего момента. Это наиболее надежный показатель крутящего момента после затяжки.

Тест на ослабление

Это то же самое, что и первый метод, только в обратном направлении. Момент, когда вы почувствуете первое ослабляющее движение, создаст хорошие показания на вашем ревизионном ключе.

Тест на маркировку

Отметьте поверхность крепежного элемента после затяжки болта или гайки и продолжайте эту метку до поверхности, к которой он крепится. Теперь ослабьте застежку, подождите немного и снова затяните, пока отметки, которые вы только что сделали, не совместятся. Крутящий момент, необходимый для достижения этой точки, является хорошей ссылкой на исходный используемый крутящий момент.

Вопросы?

Если у вас есть вопросы о том, как рассчитать момент затяжки болтов для вашего приложения, заполните контактную форму внизу этой страницы или позвоните нам по телефону 440.721.8350.

Как рассчитать чистый крутящий момент

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: Липи Гупта

Представьте себе: вам нужно выкрутить болт из деревянной доски. Вы находите ключ нужного размера и закрепляете его на болте. Для того, чтобы начать ослаблять гаечный ключ, вам нужно держать ручку и тянуть или толкать в направлении, которое перпендикулярно ручке ключа. Нажатие в направлении ключа не приведет к крутящему моменту болта, и он не ослабнет.

Крутящий момент — это влияние, вычисляемое из сил, которые вызывают вращательное движение или вызывают вращение вокруг оси.

Общая физика крутящего момента

Формула для определения крутящего момента τ

19 ​ r ​ ​ это плечо рычага и F — сила. Помните, r , τ , и F — все векторные величины, поэтому операция представляет собой не скалярное умножение, а векторное перекрестное произведение. Если известен угол ​ θ ​ между плечом рычага и силой, то величина крутящего момента может быть рассчитана как

\tau = rF\sin{\theta}

метров или Нм.

Чистый крутящий момент означает вычисление результирующего крутящего момента из ​ n ​ различных содействующих сил. n_i r_i F_i sin(\theta)

Как и в кинематике, если сумма крутящих моментов равна 0, то объект находится в равновесии вращения, то есть не ускоряется и не замедляется.

Словарь по физике крутящего момента

Уравнение крутящего момента содержит важную информацию о том, как создается крутящий момент и как вычислить чистый крутящий момент. Понимание терминов в уравнении поможет вам выполнить общий расчет полезного крутящего момента.

Во-первых, ось вращения — это точка, вокруг которой будет происходить вращение. В примере с крутящим моментом ключа ось вращения проходила через центр болта, поскольку ключ будет вращаться вокруг болта. Для качелей осью вращения является середина скамьи, где находится точка опоры, а дети на концах качелей прилагают крутящий момент.

Далее расстояние между осью вращения и приложенной силой называется плечом рычага. Определение плеча рычага может оказаться сложной задачей, потому что это векторная величина, поэтому потенциально может быть много возможных плеч рычага, но только одно правильное.

Наконец, линия действия представляет собой воображаемую линию, которую можно провести от приложенной силы, чтобы определить плечо рычага.

Пример расчета крутящего момента

Лучший способ приступить к решению большинства физических задач — нарисовать картину ситуации. Иногда это изображение описывается как диаграмма свободного тела (FBD), где объект, на который действуют силы, нарисован, а силы нарисованы в виде стрелок с указанием их направления и величины. Другая важная информация, которую нужно добавить в FBD, — это оси координат и ось вращения.

Для расчета полезного крутящего момента крайне важна точная диаграмма свободного тела.

Шаг 1: Начертите FBD и включите оси координат. Обозначьте ось вращения.

Шаг 2: Изобразите все силы, действующие на тело, используя предоставленную информацию, чтобы точно расположить силы относительно оси вращения.

Шаг 3: Чтобы определить плечо рычага (которое, вероятно, указано в задаче), продлите линию действия силы так, чтобы плечо рычага можно было провести через ось вращения и перпендикулярно силе.