Крутящий момент и мощность двигателя машины простыми словами
Содержание
Те, у кого есть автомобиль, а также те, у кого его нет, говоря о его мощности, апеллируют к лошадиным силам. Чем их больше, тем автомобиль мощнее. В общем, это почти так. Однако при разных ситуациях и стилях езды авто с преимуществом в «лошадках» уступит в скорости другому, у которого при меньших лошадиных силах лучшие показатели крутящего момента.
Мощность автомобильного двигателя и его крутящий момент – две основные взаимодополняющих характеристики производительности любого автомобиля. Некоторые автомобилисты неправильно считают, что мощность мотора — это главная характеристика скоростных параметров авто. Другие водители впадают в другую крайность и четко заявляют, что мощность мотора — это ничто, а вот крутящий момент — это все. Выясним четкую связь мощности двигателя и крутящего момента, который получают колеса автомобиля.
Единица измерения
Высокий крутящий момент выигрывает гонку, а лошадиная сила продает автомобиль… — это перефразированная мысль Энцо Феррари, который четко определил границы терминов.
Более столетия главное единицей мощности мотора остается лошадиная сила. Проще говоря, — это скорость выполнения работы одной лошадью. За одну минуту времени животное поднимало груз весом 150 кг. на 30 м. В системной измерительной шкале одна лошадиная сила приблизительно равна мощности в 746 Вт.
Определение мощности
Мощность мотора — производная от его оборотов. А обороты (в минуту) можно увеличить, добавляя рабочую смесь в камеру внутреннего сгорания двигателя (т.е. в цилиндр), нажимая на педаль газа. Вырабатываемая энергия двигателя увеличивается. Тем самым, кривошипно-шатунный узел цилиндра начинает быстрее двигаться и ускорять вращение коленчатого вала. А на конце последнего возникает пресловутый крутящий момент ДВС, который и даёт дальнейшее распределение энергии вращения всем остальным механизмам; шестерням, трансмиссии и колёсам. Чем выше величина момента, тем, на каком-то этапе, и выше мощность мотора, а соответственно — и скорость автомобиля.
Есть формула, где мощность равняется произведению крутящего момента на количество оборотов.
А так как при достижении определённой величины оборотов момент начинает падать, пиковое значение и указывается в характеристике автомобиля.
Вроде получается, что крутящий момент — это величина, зависимая от оборотов и мощности. Это так, но интересно то, что параметр момента не увеличивается с оборотами так, как мощность. До какого-то момента, с увеличением оборотов также растёт и величина крутящего момента. Но своего предельного значения момент достигает быстро, допустим — на 2000 об., потом всё время оставаясь на одном этом максимальном значении, пока в какой-то момент не начнёт только падать. Вот эта максимальная цифра — очень важный показатель. И чем он выше, тем лучше.
Важность момента
Почему же, помимо мощности, важен и максимальный крутящий момент? Если коротко, то для быстрого обгона. Или для удобства — допустим, подъёма в горку. Или когда в обоих случаях машина сильно нагружена. То есть, большой крутящий момент обозначает, что в машине не просто 100 лошадиных сил, а 100 в любых стихийных и быстро меняющихся случаях лошадиных сил, которые быстрее начинают работать на полную мощность.
Лошадиные силы будут максимально эффективными. Потому что при большой мощности автомобиля и небольшого значения крутящего момента при обгоне и в нагруженном состоянии придётся понижать передачу, дабы только таким способом увеличивать обороты и создавать большую мощность, а значит — и скорость. Что неблагоприятно сказывается на ресурсе двигателя и расходе бензина.
Конечно, если допустить безветренную погоду, ровную и гладкую дорогу и прочие благоприятные условия, то в таком случае величина крутящего момента будет не так важна. И автомобиль всё равно покажет все свои возможности. Но идеальные условия бывают очень редко.
Крутящий момент мотора — это в первую очередь тяговая характеристика, которая не дает полного представления о возможностях автомобиля, его скорости, ускорении и пр. Важно понимать, что момент двигателя и крутящий момент на колесах — это абсолютно разные параметры.
Плечом приложения силы в двигателе для создания крутящего момента служит вынос шатунных шеек коленвала
Крутящий момент двигателя — это сила воздействия, умноженная на плечо.
Параметр зависит от силы давления сгоревших газов на плечо коленвала и показывает только граничный потенциал двигателя. Крутящий момент, получаемый колесами, высчитывается исходя из характеристик передаточных чисел КПП и чисел главной передачи, всех величин оборотов мотора, зависит от диаметра колесных дисков, используемых шин и пр.
Для примера можно рассмотреть технические характеристики двигателей на двух авто. Спортивный седан с мощностью мотора в 500 л.с. и крутящим моментом на двигателе в 500 Нм и полноценный тягач-фура с мотором в 500 л.с. и крутящим моментом в 2500 Нм будут иметь на колесах одинаковый крутящий момент при езде по шоссе с одинаковой скоростью.
Грубо говоря, мощность мотора — это его тяговые характеристики, которые показывают скоростные возможности автомобиля и параметры ускорения. Важно помнить, что в переднеприводных авто по мере увеличения крутящего момента на двигателе возникает эффект подруливания, когда ведущие колеса начинают самопроизвольно проворачиваться.
В авто с полным приводом крутящий момент равномерно распределяется на все оси — это улучшает динамику авто при разгоне и препятствует заносу.
В авто с полным приводом крутящий момент равномерно распределяется на все оси — это улучшает динамику авто при разгоне и препятствует заносу.Мощность и крутящий момент двигателя неразрывно связаны, но в параметрах производительности авто (ускорение, скорость, динамика разгона) они выполняют разные функции.
Производительность автомобиля
В тех паспорте мотора производитель указывает максимальное пиковое значение мощности, которые в условиях настоящей, не стендовой эксплуатации используются крайне редко. Производительность машины зависит не только от значений мощности и момента, но и от передаточного числа, от условий дороги и погоды.
Управление авто с большим двигательным моментом позволяет легко ускорятся практически на всех передачах, автомобиль имеет большой диапазон оборотов. Но при использовании более высокой передачи происходит секундное уменьшение вращений привода и снижение момента. Скорость на этой передаче падает, и далее происходит снова ее наращивание.
Исходя из особенностей двух главных характеристик мотора, ускорение авто с большим крутящим моментом и средней мощностью, и мощностным агрегатом, но с низким моментом происходит по-разному. Различаются точки переключение скоростей, также будут разниться и диапазон оборотов, которые у этих машин разный.
Ускорение автомобиля
Крутящий момент в моторе зависит от количества и параметров шестеренок в коробке переключения передач. В процессе движения при переходе на все более высокую скорость момент будет нарастать. Если в автомобиле изначально указано низкое число крутящего момента мотора его можно увеличить через изменение числа передачи. При переключении изменяется граница оборотов двигателя через приводной коэффициент. В зависимости от конструкции трансмиссии используются различные (чаще зубчатые) передачи для стабильного перехода на высокую скорость, ускорение, разгон без резкого снижения крутящего момента.
Если автомобиль хорошо набирает скорость, можно говорить об оптимальной динамике крутящего момента, которая распространяется на большой диапазон работы.
Чтобы автомобиль показал максимальную скорость, требуется точно знать, как меняется динамика мощности мотора на каждой из передач, как изменяются обороты при переключении скоростей.
Лучше всего машина разгоняется на вершине крутящего момента в определенном диапазоне оборотов. При переходе на режим следующей передачи происходит снижение оборотов и уменьшение крутящего момента. Условия, которые всегда влияют на ускорение авто в сторону снижения или увеличения оборотов:
- Вес машины. Ошибка считать, что тяжелые внедорожники тяжелее разгоняются.2. Шестерни передачи. КПП — главный элемент трансмиссии, которые передает момент мотора на колеса.
3. Сопротивление. Все элементы трансмиссии, шины, детали мотора испытывают силу трения и инерции.
4. Аэродинамика. Сопротивление встречному потоку всегда препятствует быстрому разгону.
Изменения крутящего момента
При ежедневной эксплуатации авто водители редко используют полный момент, который зависит не только от выжатого до предела газа, но и от оборотов двигателя.
На малых оборотах в камере сгорания остаются большое количество остаточных газов, при средних оборотах в трубопровод поступает больше воздуха — момент начинает резко увеличиваться. На высоких оборотах в работу вступает сила трения колец, инерционные потери в ГРМ увеличиваются, крутящий момент двигателя снова начинает снижаться.
Практически на всех графиках, где есть показатели мощности мотора и кривая крутящего момента, видно, что пик момента приходится на середину роста мощности мотора. При максимальной мощности момент снижается.
Чтобы добиться от двигателя максимальной выдачи мощности, требуется не снижать или увеличить крутящий момент на высоких оборотах. От того, насколько высока мощность мотора в определенных точках оборота, зависит максимальная скорость авто. Для этого требуется правильно рассчитать передаточное число.
Особенности дизельных двигателей
Дизельные двигатели отличаются сравнительно небольшим, по сравнению с бензиновыми агрегатами, объемом, но имеют при этом намного больший крутящий момент.
Это достигается тем, что мотор, использующий в качестве топлива солярку или улучшенное дизтопливо, работает на ограниченных рабочих оборотах.
Типовой график технических показателей спортивного мотора Ferrari F12 Berlinetta
Высокая степень сжатия дизтоплива и замедленные процессы горения не позволяют дизельному мотору оптимально работать на высоких оборотах. Температура отработанного газа в выпускном коллекторе ниже, чем у бензинового аналога — это дает возможность использовать различные по эффективности турбины. Объем подачи воздуха увеличивается на 70%, благодаря чему дизельный мотор на низких оборотах вырабатывает большой момент.
Типовой график технических показателей у тягачей Volvo: видна разница, на каких оборотах
В заключении хотелось бы поговорить о таком понятии, как полка крутящего момента. Полка — это комфортный в оборотах режим работы двигателя в момент переключения скоростей при разгоне автомобиля. То есть, не допускание как слишком высоких оборотов, так и скатывания на низкие.
При высоких оборотах двигатель и шумит громко, и расходует бензина больше, и изнашивается быстрее. При низких происходит несовпадение скоростей сцепляющих элементов, и автомобиль будет дёргаться. Причём, край полки в районе низких оборотов примерно один и тот же (вероятнее — у отметки 2000 об/мин.), а край по высоким оборотам будет сокращаться до минимальных значений, и стремиться к низкому краю.
Невозможно определить мощность любого мотора, его полезную работу за определенное время без определения числа его крутящего момента. Неправильно рассматривать эти характеристики в отрыве друг от друга. Но чтобы автомобилистам можно было только на основе чисел характеристики выбрать лучшую комплектацию на авто, нужно запомнить простое правило — мощность и крутящий момент в моторе должны быть сбалансированы. В линейке похожих характеристик выбирать нужно тот мотор, где момент чуть выше, чем у аналогов.
Взаимосвязь между крутящим моментом и скоростью: подробные объяснения и проблема
В статье рассматривается связь между крутящим моментом и скоростью вращающегося тела и ее решаемые задачи.
Крутящий момент и скорость характеризуют вращательное движение. Угловая скорость – это скорость вращения, а крутящий момент – это сила, рассчитанная на вращательное движение. Мощность связывает крутящий момент со скоростью, объясняя, сколько энергии распределяется, когда тело вращается из-за приложенной силы.
Каждое вращающееся тело имеет определенную выходную мощность, тогда как его скорость и крутящий момент измениться.
Выходная мощность определяется произведением приложенная сила и линейный путь, пройденный за единицу времени. Математически,
P = Fd/t ………………(*)
Когда сила F приложена к телу на некотором расстоянии r от его оси вращения, действующий на него крутящий момент определяется выражением
𝜏 = г * F
F = 𝜏/r …………..(1)
Связь между крутящим моментом и скоростьюСвязь между линейным расстоянием d и угловым расстоянием θ есть,
d=r *θ………………..(2)
Подставляя (1) и (2) в (*),
P = (𝜏/r)/(r*θ) t
Упрощение терминов,
P = 𝜏θ/t………………(3)
Член θ/t представляет собой угловую скорость ω тела.
т.е., ω = θ/t
П = 𝜏ω …………………. (4)
Итак, крутящий момент и скорость связаны с мощностью в виде,
𝜏=P/ω……………………(5)
Крутящий момент обратно пропорционален скорости и прямо пропорционален мощности.
Читать о том, как найти крутящий момент?
Какой крутящий момент действует на тело, если оно имеет мощность 50 Вт и вращается со скоростью 10 рад/с?Данный:
Р = 50 Вт
ω = 10 рад/с
Найти:
𝜏 = ?
Формула:
𝜏 = п/ω
Решения:
Крутящий момент, действующий на тело, рассчитывается как
𝜏 = П/ ω
Подставляя все значения,
𝜏 = 50/10
𝜏 = 5
Крутящий момент, действующий на кузов, составляет 5 Нм.
Крутящий момент 50 Нм, действующий на двигатель автомобиля, имеет мощность 150 Вт.
Подсчитайте, сколько он вращается за 10 с? Данный:
𝜏 = 50 Нм
Р = 150 Вт
t = 10 с
Найти: θ = ?
Формула:
𝜏 = П/ ω
Решения:
Угловой путь, пройденный колесами автомобиля, рассчитывается как
𝜏 = П/ ω
ω = θ/t
𝜏 = P/θ
Перестановка,
θ = P/t𝜏
Подставляя все значения,
θ = 150/50 * 10
θ = 1500/50
θ = 30
Угловой путь, пройденный колесом автомобиля, равен 30 рад/с.
Соотношение крутящего момента и скорости в двигателе постоянного токаКрутящий момент и скорость обратно пропорциональны двигателю постоянного тока.
Как моторные устройства преобразовывать электрическую энергию в механическую энергии, двигатель постоянного тока также включает преобразование электрической энергии в энергию вращения.
На двигатель подается определенное напряжение, которое создает крутящий момент на выходном валу, так что двигатель начинает вращаться с угловой скоростью.
Крутящий момент, скорость и мощность являются важными параметрами, отражающими производительность двигателя постоянного тока, который включает преобразование энергии, Двигатель постоянного токаСкорость определяется входным напряжением, необходимым для создания крутящего момента на его валу.
Как видите, транспортному средству требуется меньший крутящий момент для движения с более высокой скоростью по прямой дороге. Но конкретное транспортное средство требует большого крутящего момента при движении по склонный Дорога. Вот когда его скорость падает, а мощность постоянна.
На корпус двигателя постоянного тока действуют два крутящих момента; один момент нагрузкиа другой индуцированный крутящий момент.
Крутящий момент нагрузки представляет собой механическую нагрузку, воздействующую на вал, в то время как индуцированный крутящий момент создается входным током для управления крутящим моментом нагрузки на определенной скорости.
При движении по наклонной дороге момент нагрузки на вал становится больше, чем индуцированный момент. Следовательно, скорость двигателя на такой дороге становится меньше. То, что вот почему крутящий момент и угловой скорости обратно пропорциональны в двигателе постоянного тока.
Крутящий момент от скорости вращенияДля каждого двигателя постоянного тока имеется график крутящий момент-скорость, а его наклон иллюстрирует его характеристики.
Наклон, совпадающий в точке на оси y, называетсяПусковой момент‘ 𝜏s ; который раскрывает максимальный крутящий момент при отсутствии угловой скорости. Точно так же точка на оси x, где наклон совпадает, называется ‘нет скорости загрузки‘ ωn ; который раскрывает максимальная скорость, так как крутящий момент не применяется.
в двигателе постоянного тока
Линейная кривая соединяет две максимальные точки на графике, что приводит к уравнения момента и скорости в двигателе постоянного тока в виде,
𝜏 = 𝜏s — ω / 𝜏s ωn………… .6
ω = (𝜏s – 𝜏)ωn/ 𝜏s…………… ..7
Прямоугольную область можно нарисовать под кривая крутящий момент-скорость с одним углом в начале графика, а другой совпадает с кривой изображает мощность двигателя постоянного тока.
Соотношение крутящего момента и скоростиПоскольку крутящий момент и скорость имеют обратную зависимость, его мощность должна быть максимальной в точке, где ω = 0.5 ωn и 𝜏 = 0.5/ 𝜏s .
Фиксированная выходная мощность двигателя постоянного тока можно оценить, подставив (6) и (7) в (4).
Мощность двигателя постоянного тока также измеряется в лошадиных силах, показывая, сколько энергии двигатель двигателя может выдать в единицу времени.
Согласно уравнениям (4) и (8), мы понимаем, что мощность напрямую связана с крутящим моментом и скоростью. Таким образом, чем больше лошадиных сил у двигателя, тем быстрее он может работать..
Читать о крутящем моменте против силы
Двигатель постоянного тока вращается со скоростью 30 рад/с, когда на его вал не действует крутящий момент. Его скорость снижается до 20 рад/с, когда входной ток создает крутящий момент. Двигатель останавливается, когда индуцированный крутящий момент достигает своего максимального значения 10 Нм. Каково первоначальное значение крутящего момента, создаваемого двигателем постоянного тока?Данный:
𝜏s = 10 Нм
ω= 20 рад/с
ωn = 30 рад / с
Найти:
𝜏 = ?
Формула:
𝜏 = 𝜏s — ω / 𝜏sωn
Решения:
Крутящий момент, вызванный входным током на двигателе постоянного тока, рассчитывается как
𝜏 = 𝜏s — ω / 𝜏sωn
Подставляя все значения,
𝜏 = 10 – 20/10*30
𝜏 = 10 – 6.
66
𝜏 = 3.4
Крутящий момент двигателя постоянного тока составляет 3.4 Нм.
Двигатель постоянного тока движется со скоростью 50 рад/с при индуцируемом крутящем моменте 20 Нм. Рассчитайте мощность двигателя постоянного тока, когда он останавливается при крутящем моменте 30 Н.датьen
𝜏 = 20 Нм
ω = 50 рад / с
𝜏s = 30 Нм
Найти: П =?
Формула:
П = 𝜏s2 – 𝜏s𝜏 – ω𝜏s + ω𝜏
Решения:
Мощность двигателя постоянного тока рассчитывается как,
П = 𝜏s2 – 𝜏s 𝜏- ω𝜏s + ω𝜏
Подставляя все значения,
Р = 302 – 30*20 -50*20 – 50*30
Р = 900 – 60 – 100 + 150
Р = 890 Вт
Мощность двигателя постоянного тока рассчитывается как
1 л.с. = 745.
7 Вт.
Итак, Р = 890/745.7 л.с.
Р = 1.19 л.с.
Мощность двигателя постоянного тока составляет 1.19 л.с.
Разница крутящего момента и скорости
| Крутящий момент | Скорость |
| Это связано с силой вращения. | Это связано со скоростью вращения. |
| Он влияет на ускорение объекта, когда сила приложена от его оси вращения. | Он влияет на движение объекта при приложении силы. |
| При максимальном крутящем моменте на объекте его скорость равна нулю. | На максимальной скорости по объекту его крутящий момент равен нулю. |
| Измеряется в ньютонах. Метр (Нм) Блок. | Он измеряется в Радиан за время (рад/с) Блок. |
Читать о скорости против скорости
В чем разница между мощностью и крутящим моментом?
16 Авг 2019
Галерея2
ПОСМОТРИТЕ на характеристики современного турбодизельного двигателя, и вы не сможете не заметить того, какой большой крутящий момент они производят.
*Впервые опубликовано в выпуске 4X4 Australia за сентябрь 2015 г.
2,3-литровый турбодизель Nissan NP300 Navara развивает крутящий момент 450 Нм, неслыханный показатель для относительно небольшого четырехцилиндрового дизеля. несколько лет назад, в то время как хороший 3,0-литровый дизель в наши дни развивает 600 Нм и более. А если этого недостаточно, то 4,4-литровый турбодизель V8 в Range Rover претендует на 740 Нм!
Но что на самом деле означают 450 Нм, 600 Нм или даже 740 Нм? И является ли такой огромный крутящий момент более важным, чем наличие приличной мощности?
Простые законы физики на самом деле неразрывно связывают мощность и крутящий момент, потому что мощность — это просто математическое произведение крутящего момента, умноженного на частоту вращения двигателя. Таким образом, если крутящий момент — это сила вращения, мощность — это скорость, с которой эта сила может быть приложена.
Рассмотрим простую аналогию: у вас есть старый полноприводный автомобиль с сильно заржавевшей колесной гайкой на шпильке.
К счастью, у вас есть огромная колесная скоба длиной в метр и еще более крупный приятель, чья диета с пиццей и пивом позволяет ему весить до 100 кг, чтобы помочь открутить колесную гайку.
Чтобы гайка проворачивалась, необходимо преодолеть трение между гайкой и шпилькой, приложив достаточное усилие к концу колесного ключа.
Если ваш напарник поместит все свои 100 кг веса на конец колесной скобы, когда она находится в горизонтальном положении, этот вес в 100 кг соответствует направленной вниз (линейной) силе в 980 ньютонов; Ньютон является стандартной мерой силы в метрической системе. Эта сила в 980 ньютонов получается путем умножения 100-килограммовой массы вашего напарника на 9,8 м/с — ускорение свободного падения.
Эта сила в 980 ньютонов, действующая на конец рычага (колесной скобы), который находится в метре от гайки, затем создает крутящий момент на гайке в 980 ньютон-метров (Нм), рассчитанный путем умножения 980 (ньютонов) на один (метр).
Крутящий момент на колесной гайке прикладывается независимо от того, двигается гайка или нет.
Если гайка не двигается, мощность не вырабатывается. Но как только орех начинает двигаться, ваш партнер также начинает производить энергию.
Предположим, что 980 Нм достаточно, чтобы начать движение гайки и что трение остается постоянным по всей длине заржавевшей шпильки. Также предположим (с помощью какой-то магической ловкости), что ваш партнер может поддерживать 9Крутящий момент 80 Нм на гайке при ее вращении, независимо от положения колесного ключа.
Если он поворачивает гайку колеса со скоростью один оборот в минуту, простая формула (см. «Волшебную формулу» ниже) определяет, сколько энергии он производит. В этом сценарии он будет производить чуть более десятой доли киловатта.
Если бы он мог вращать гайку 10 раз в минуту, он произвел бы чуть более 1 кВт. Таким образом, большой крутящий момент в этом случае не приводит к большой выработке мощности.
Урок, который следует здесь усвоить, заключается в том, что большие числа крутящего момента ничего не стоят, если ваш «напарник» или рассматриваемый двигатель не могут обеспечить такой крутящий момент с приличной скоростью или скоростью.
Даже если бы ваш напарник смог закрутить гайку на типичных оборотах двигателя на холостом ходу 800 об/мин, его выходная мощность достигла бы гораздо более полезных 82 кВт.
В реальном мире мощность — это то, что вам нужно, потому что мощность, а не крутящий момент — это то, что вам нужно, чтобы преодолеть вес вашего 4×4, его аэродинамическое сопротивление и другие второстепенные факторы, такие как сопротивление качению колес. При прочих равных, большая мощность даст вам большее ускорение, более быстрый подъем в гору и более высокую максимальную скорость, независимо от крутящего момента двигателя.
2
Значит, крутящий момент завышен?
Вовсе нет, поскольку чем больше у вас крутящий момент, тем меньше оборотов двигателя вам нужно для получения хорошей мощности.
Когда дело доходит до двигателей, самый простой способ получить больший крутящий момент — построить двигатель большего размера. С большим двигателем, который производит большой крутящий момент, вам не нужны высокие обороты двигателя для получения приличной мощности.
Двигатели меньшего размера с трудом развивают большой крутящий момент, поэтому им требуется больше оборотов для получения приличной мощности. Другой простой способ увеличить крутящий момент двигателя — использовать принудительную аспирацию, а именно наддув или турбонаддув.
Простое соотношение, состоящее в том, что мощность равна крутящему моменту, умноженному на частоту вращения двигателя, справедливо для всех двигателей, дизельных или бензиновых, любой мощности и с любым количеством цилиндров, с турбонаддувом или без него.
ВОЛШЕБНАЯ ФОРМУЛА
Соотношение между мощностью и крутящим моментом сводится к простой формуле: мощность равна крутящему моменту, умноженному на частоту вращения двигателя.
Формула также содержит «константу» для настройки используемых единиц измерения. Например, в метрической системе мощность (в кВт) равна крутящему моменту (в Нм), умноженному на частоту вращения двигателя (в об/мин), деленному на 9.
549.
В имперской системе, когда-то использовавшейся в Австралии и до сих пор используемой в некоторых частях мира, где мощность измеряется в лошадиных силах (л.с.), а крутящий момент – в фунт-футах (фунт-фут), применяется следующая формула: л.с. фунт-фут, умноженный на об/мин, разделенный на 5252.
БОЛЬШЕ
4X4 Мнения Австралии
В метрической системе стандартная единица крутящего момента (Нм) отдает дань уважения великому английскому физику и математику Исааку Ньютону, поскольку Нм означает Ньютон-метр. Ньютон стал отцом понимания гравитации и основ физики движения.
Стандартной единицей мощности в метрической системе является кВт или киловатт, и она относится к шотландскому изобретателю и инженеру Джеймсу Ватту. Уатт разработал паровой двигатель, который сыграл ключевую роль в так называемой промышленной революции. Приставка «килограмм» используется в метрической системе для обозначения умножения на 1000.
Таким образом, двигатель мощностью 50 кВт фактически производит 50 000 Вт.
Фрейзер Стронах
Журналист
Связь между мощностью и крутящим моментом
- 06.01.15
- 4 мин Чтение
- Автор: Дэн Буллмор
На форумах и онлайн-сообществах автолюбителей чаще всего можно встретить обсуждение мощности и крутящего момента, а также их связи друг с другом. По цепям циркулирует довольно много дезинформации, и когда она выдается за факт, эта дезинформация может быть очень разрушительной для понимания того, что такое власть на самом деле.
Перед тем, как мы начнем, я хочу отметить отношения и преобразования единиц измерения. Поскольку метрическая система чаще всего используется в научных исследованиях и поскольку не все читатели знакомы с принятыми в США условностями, 1 лошадиная сила примерно эквивалентна 0,746 киловатта, а 1 фунт-фут примерно эквивалентен 1,36 ньютон-метра.
Когда мы говорим о движущей силе двигателя, мы описываем взаимосвязь между работой, временем и массой. Мы все знаем, что двигатели обычно продаются на основе двух значений: мощности и крутящего момента. Давайте сначала рассмотрим крутящий момент — как мы вскоре увидим, мощность напрямую связана с крутящим моментом и скоростью вращения двигателя, обычно измеряемой в оборотах в минуту.
В трансмиссии используются передаточные числа
Номинальный крутящий момент двигателя является пиковым значением. То есть двигатель испытывается во всем диапазоне оборотов, и максимальный развиваемый крутящий момент определяется как показатель крутящего момента. Вот почему показатель крутящего момента часто указывается как «X» фунт-фут крутящего момента при «Y» оборотах в минуту» или что-то подобное. Показатель крутящего момента является средством объяснения приложенной силы, которая может остановить двигатель. Например, если мы увидим, что небольшой двигатель рассчитан на крутящий момент в 10 фунт-футов при 1000 об/мин, и мы должны запустить двигатель на той же скорости, мы сможем остановить этот двигатель, применив крутящий момент в 10 фунтов.
Мощность – это отношение
На данный момент мы понимаем, что показатель крутящего момента – это пиковое крутящее усилие, которое двигатель способен производить; сила, которую двигатель прикладывает для движения автомобиля и совершения работы. Мощность, с другой стороны, представляет собой отношение между крутящим моментом и числом оборотов двигателя. Лошадиная сила, основная общепринятая единица измерения мощности, определяется следующим образом:
1 лошадиная сила = 33 000 фунт-футов в минуту
Вспомните из нашего предыдущего примера, что наш небольшой двигатель развивает крутящий момент 10 фунт-футов при 1000 об/мин. Чтобы упростить наши единицы измерения, мы примем это за силу в 10 фунтов на расстоянии одного фута от центра кривошипа. При 1000 об/мин кончик этого 1-футового рычага пройдет:
2 * π * 1 фут = приблизительно 6,28 фута/оборот
1000 * 6,28 = 6280 футов/минуту
Таким образом, мы можем видеть, что уравнение для мощности двигателя в этом примере будет:
10 фунтов * 6280 футов в минуту = 62800 фунт-футов в минуту = 1,90 лошадиных сил при 1000 об/мин впечатляющий. Даже большинство газонокосилок делают больше 1,90 лошадиных сил. Так что дает? Вы, возможно, заметили, что пиковая мощность и пиковый крутящий момент почти равны 90 103, а не 90 104 при одной и той же частоте вращения двигателя. На кривой крутящего момента двигателя будет другая точка, где соотношение между крутящим моментом и числом оборотов в минуту приведет к более высокому показателю мощности. В качестве еще одного упражнения предположим, что этот двигатель имеет пиковую мощность 7 л.с. при 4000 об/мин. Какой будет крутящий момент на этой скорости?
7 лошадиных сил = 231 000 фунтов-футов в минуту
Мы знаем, что на расстоянии 1 фута от кривошипа мы вращаемся со скоростью 6,28 фута/оборот
6,28 футов / революция * 4000 об / мин = 25120 футов / минута
231 000 фунтов — футы / минута ÷ 25120 футов / минута = 9,20 фунтов
9,20 фунтов * 1 фут = 9,20 фунт
9,20 фунтов * 1 фут = 9,20 фунт Как насчет этого! Наш двигатель производит 10 фунт-футов при 1000 об/мин и 9,20 фунт-футов при 4000 об/мин. Метрические расчеты почти такие же (однако они заметно проще из-за десятичной природы метрической системы). Физическая концепция, известная как «Рывок» Это опровергает распространенную поговорку о том, что крутящий момент — это ощущение «места штанов» во время резкого ускорения. Крутящий момент — это не что иное, как сила вращения, которую двигатель может обеспечить при заданных оборотах. Это ощущение «сиденья в штанах» на самом деле является проявлением физического понятия, известного как «рывок» (или третья производная позиции для вас, сумасшедших в исчислении). Это скорость изменения ускорения. Он связан с крутящим моментом, но он также связан с множеством других параметров, поэтому его нельзя обобщать как полностью основанный на крутящем моменте. Какая удивительно плоская кривая крутящего момента! Этот двигатель должен быть дизельным! (Конечно, это был гипотетический двигатель, который я придумал на месте, но если такой двигатель существует, я бы хотел иметь такой для своей газонокосилки.)