Мощность момент — Энциклопедия журнала «За рулем»

Может ли бульдозер обогнать «формулу 1»? Может, но только на очень короткой дистанции

Часто эксперты автомобильных изданий, рассказывая о выдающейся динамике машины, в первую очередь превозносит огромный крутящий момент двигателя, оставляя мощности роль второго плана. Мол, благодаря именно моменту машина ровно и напористо разгоняется в широком диапазоне оборотов и скоростей. Особенно востребовано это качество на высших передачах, – ведь тяговые силы и ускорения на них в любом случае не столь велики, как на первой или второй передаче. А для безаварийного движения в потоке транспорта возможность быстро прибавить скорость зачастую играет судьбоносную роль. Ездить на таком автомобиле даже психологически легче. И все же, когда нужно быстрей разогнаться, что важней – мощность или крутящий момент?
Сразу отметим: чаще всего эти два параметра «конфликтуют»… в головах журналистов, охотно повторяющих признанные публикой «истины» без какого-либо их анализа.

На самом же деле смешно рассматривать мощность в отрыве от крутящего момента и наоборот. Первая показывает энергию, ежесекундно вырабатываемую двигателем, тогда как крутящий момент – всего лишь силовой фактор, показывающий, как нагружен при работе коленчатый вал. Крутящий момент может существовать и сам по себе, без мощности. Например, при неожиданной остановке перегруженного двигателя на крутом подъеме, в песке, при буксировке тяжелого прицепа в какой-то миг момент еще есть, а движения уже нет. А в некоторых механизмах можно обнаружить и длительно действующий на какой-нибудь вал момент, удерживающий его от поворота. Например, в рулевом механизме, когда мы лишь удерживаем управляемые колеса в нужных положениях, тогда как дорога пытается их нарушить. А самый типичный пример: пытаясь открутить «прикипевший» болт, ключ удлинили метровой трубой, – а болт ни с места. Момент огромный, а работа не идет. А коли нет работы – то нет и мощности.

Тут впору вспомнить школьную физику. Нарисуйте круг радиуса R – это будет сечение вала – и приложите к нему «касательную» силу F. Крутящий момент этой силы М = F • R. За один оборот вала сила F пройдет путь 2πR – и выполнит работу: А = F • R • 2π = М • 2π. А работа за n оборотов: А = М • 2π • n. Если n – число оборотов в минуту, то работа за одну секунду – то есть, мощность – составит N = М • 2πn /60.
Выражение 2π n /60 = 0,1047 n = ω – угловая скорость вала. Итак, N = М • 0,1047 n (Формула [1]).
Но мы имеем дело не только с вращающимися деталями, но и движущимися линейно. В этом случае в формуле (1) момент М заменим силой F, а угловую скорость ω – линейной v. Получим: N = F • v (Формула [2]).

Эти формулы равноправны. Замерив, например, тяговую силу колес, умножим на достигнутую машиной скорость – и найдем затрачиваемую мощность. Но если крутящий момент на ведущей оси умножить на угловую скорость колес, получим то же самое.
Итак, мощность – это работа (или энергия) израсходованная или произведенная за 1 секунду. Конечно, о «законе сохранения энергии» знает каждый. Говоря по пионерски, она «не возникает из ничего», но и не исчезает, не оставив следа. Так, лишь около четверти тепловой энергии, получаемой двигателем от сгорания топлива, превращается в механическую, соответствующая мощность (эффективная) тратится на движение машины. Большая же часть полученной в цилиндрах двигателя теплоты идет на «обогрев» окружающего нас мира.
Эффективная мощность тоже доходит до ведущих колес не вся – до 15 % ее может рассеять в виде тепла трение в узлах и агрегатах трансмиссии. Но для нас важней другое: если при открытом дросселе (или при полной подаче топлива в дизель) двигатель выдает на колеса сколько-то киловатт, то это – его «потолок». Никакими простыми механизмами вроде коробок передач, редукторов и т. п. превысить эту величину невозможно – этого «закон сохранения» не допустит.
Итак, крутящий момент – это удобный для нас «инструмент», связывающий процессы в двигателе с трансмиссией машины и ведущими колесами. Но не более того! Ракетчики, например, запрягают пламя напрямую, получают гигантские тяги и мощности, но о крутящих моментах вспоминают лишь в расчетах турбонасосных агрегатов, – да и то, если двигатели не твердотопливные!
Из формулы (1) видно, что для получения достаточной мощности вовсе не обязателен огромный крутящий момент, ведь в произведении два сомножителя. Почему бы, например, не увеличивать мощность при постоянном моменте, наращивая угловую скорость в каком-то диапазоне оборотов? При этом мощность растет по оборотам линейно. А постоянство момента в заданном диапазоне – не чудо, которым некоторые почему-то восторгаются, а всего лишь признак постоянства тяговых сил. Если пренебречь сопротивлением воздуха (к примеру, на первой передаче оно невелико), то и ускорение машины в этом диапазоне постоянное. Это довольно удобно для водителя. Но спросим себя: если бы в начале диапазона момент был таким же, а ближе к пресловутым «верхам» стал больше, стал бы с таким «подхватом» автомобиль хуже? – Вряд ли. Разве только что-нибудь нарушилось бы в смысле экологии.
Мощность можно менять и при постоянных оборотах. Пример: мы ехали со скоростью 90 км/ч по горизонтальному шоссе, а с началом подъема, дабы сохранить скорость, пришлось больше открыть дроссель. Это увеличение момента в чистом виде.
Итак, имеем дело с формулой (1). К примеру, перед нами скромный двигатель грузовика с моментом 35 кгм при оборотах 3000 в минуту. Какова мощность? Тут отметим, что в расчетах всегда важен правильный выбор

единиц измерений параметров. Угловую скорость измеряют в 1/сек. А момент? – В старых единицах это кгм. Получаем: N = 35 кгм . 0,1047 . 3000 1/сек = 10993 кгм/сек ≈ 146,6 л.с. А в современной системе СИ: 35 кгм = 343,35 Нм. Тогда N = 343,45 Нм • 0,1047 • 3000 1/сек ≈ 107846 Вт.
На всякий случай напомним, что 1 лс = 75 кгм/сек = 75 • 9,81 Нм/сек = 735,75 Вт. Поэтому 107846 Вт ≈ 146,6 л.с.
А теперь прикинем мощность «формульного» двигателя с таким же скромным моментом, но при оборотах 18 тысяч! Результат – 880 л. с. (647 кВт), которые обеспечивают машине роскошную динамику. Никакого чуда нет: чем больше циклов совершит наш «моментик» за одну секунду, тем больше и совершенная им работа. Еще пример. В авиатехнике ныне практически господствуют газотрубинные двигатели. Повторив наш расчет для небольшого двигателя, с оборотами свободной турбины 40 тысяч в минуту, получим мощность около 1950 л.с. или 1438 кВт. Момент турбины невелик, но ведь воздушный винт приводится от нее не напрямую, а через редуктор, – а уж «мощи» ему хватает!

Но вернемся к автомобилю. Как уже сказано, любому комфортней ездить на машине, у которой под капотом достаточно и мощности, и момента. Но многим приходится ездить на скромных авто, возможности коих, как нынче говорят, «очень бюджетные»! Всякий, кто не умеет вовремя переключать передачи, с ними испытывает неприятности. Значит, надо учиться, друзья. Ну а что делать владельцу авто с АКП? На смену недовольству двигателем зачастую приходят претензии к автомату. Нередко – справедливые, ведь у АКПП тоже случаются специфические болячки, требующие ремонта. Но часто они оказываются не обоснованными: современный автомобиль, насыщенный электроникой и настроенный изготовителем на строгое выполнение жестких экологических норм, вовсе не обязан подстраиваться под любую российскую лихость!
Гусеничному трактору дернуться и оборвать сцепку – плевое дело. Это похоже на выстрел из ружья – можно на миг и «формулу I» опередить. А дольше – никак. Ружье от ракеты отличается принципиально: последняя сохраняет нужное ускорение достаточно долго. В свое время, при стартах к Луне гигант «Сатурн 5» массой свыше 3100 т отделялся от пускового устройства мягко, как пассажирский поезд, – с ускорением чуть больше 1 м/сек². А минут через пять, по мере выгорания топлива, настолько «терял в весе», что его скорость перед выключением первой ступени составляла 3 км/сек.
Низшая передача бульдозера крайне «коротка»: чуть «перекрутил» – тяга упала. А другие не лучше, – вон и «формула» уже растворилась за горизонтом, так что для серьезных игрищ «мощи» на гусеницах маловато.
Если пренебречь разницей в КПД передач (она невелика), то на любой передаче машину движут одни и те же киловатты. Но движут по-разному. Момент и тяговая сила на ведущих колесах подчиняются «золотому правилу»: сколько процентов выиграешь в скорости, столько потеряешь в силе. Это показывают рис. 1 и 2. Если двигатель заведомо слаб, с ним сильно не разгонишься.

Рис. 1. Величины мощности N1 … N5 на ведущей оси не зависят от включенной передачи. Точки пересечения кривой Nсопр с кривыми N3, N4 и N5 дают информацию о максимальных скоростях автомобиля на этих передачах. Здесь самая скоростная на горизонтальной дороге в безветрие – четвертая.

Вся история современной транспортной техники – это непрерывная борьба за большие мощности. У наиболее знаменитых ракетоносителей они давно превысили 100 миллионов кВт. Это не ошибка — именно 100 000 000 000 Вт, или 100 ГигаВатт. И хотя притязания автомобилиста не столь велики, «прохватить» на динамичной машине всякий не прочь.

Главные враги любителя скорости – не гаишники, а силы, тормозящие движение, – от этих не откупишься! Мощность сопротивления воздуха вкупе с мощностью шинных потерь показаны на рис. 1 линией Nсопр.
(Желающие посчитать, могут воспользоваться следующими формулами. N_сопр. = N_w + N_f. Мощность аэродинамических потерь N_w для автомобиля весом 15000 Н при плотности воздуха 1,25 кг/м³, С_х = 0,3 и лобовой площади S = 2 • м² составляет: N_w = (0,3 • 2 • 1,25)/2 • v³ = 0,375 v³ Вт. А мощность шинных потерь N_f = 0,015 • 15000 • v = 225 v Вт. При 100 км/ч N_сопр составляет лишь 14,5 кВт. А при 200 км/ч – 77 кВт. Разница впечатляет?)
Колеса автомобиля, борясь с мощностями сил сопротивления, при максимальной скорости полностью расходуют мощность, получаемую от двигателя. Но ее характеристика (например, показанная кривой N₄ на рис. 1) при полностью открытом дросселе похожа на гору с округлой макушкой, тогда как характеристика мощности сопротивлений N_сопр. поднимается как крутая парабола. Чтобы полностью использовать арсенал мощности двигателя – и получить максимум скорости V₄ (на горизонтальной трассе, без ветра), передаточное число трансмиссии и размер шин подбирают так, чтобы кривая N_сопр пересекла кривую N₄ возле вершины. Максимальные скорости на третьей и пятой передачах (V₃ и V₅) существенно ниже. Но на спуске или с ветром вдогон выгодней может стать пятая передача, а на подъеме или с ветром в лоб – третья.
Другие враги скорости – подъем дороги и встречный ветер. Подъем с углом всего 1,5% добавит к потерям в шинах еще столько же. Но еще коварней ветер. Его скорость сложится со скоростью машины относительно дороги, – и уже эту сумму в расчете затрат мощности надо возвести в куб! При скорости по спидометру 36 км/ч (10 м/сек) и ровном встречном ветре 5 м/сек мощность N_сопр вырастет лишь на 0,9 кВт, а вот при 180 км/ч (50 м/сек) – аж на 15,5 кВт. Но придуманный нами автомобиль так ехать не может… Маловато мощи! Максимальная скорость снизится почти на 20 км/ч.

Крутящий момент — это… Что такое Крутящий момент?

Момент силы (синонимы: крутящий момент; вращательный момент; вращающий момент) — физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

Момент силы приложенный к гаечному ключу

Отношение между векторами силы, момента силы и импульса во вращающейся системе

Момент силы

В физике момент силы можно понимать как «вращающая сила». В системе СИ единицами измерения для момента силы является ньютон-метр, хотя сантиньютон-метр (cN•m), футо-фунт (ft•lbf), дюйм-фунт (lbf•in) и дюйм-унция (ozf•in) также часто используются для выражения момента силы. Символ момента силы τ (тау). Момент силы иногда называют моментом пары сил, это понятие возникло в трудах Архимеда над рычагами. Вращающиеся аналоги силы, массы и ускорения есть момент силы, момент инерции и угловое ускорение соответственно. Сила, приложенная к рычагу, умноженная на расстояние до оси рычага, есть момент силы. Например, сила в 3 ньютона, приложенная к рычагу, расстояние до оси которого 2 метра, это то же самое, что 1 ньютон, приложенный к рычагу, расстояние до оси которого 6 метров. Более точно, момент силы частицы определяется как векторное произведение:

где  — сила, действующая на частицу, а  — радиус-вектор частицы!

Предыстория

Строго говоря, вектор, обозначающий момент сил, введен искуственно, так как является удобным при вычислении работы по криволинейному участку относительно неподвижной оси и удобен при вычислении общего момента сил всей системы, так как может суммироваться. Для того, чтобы понять откуда появилось обозначение момента сил и как до него додумались, стоит рассмотреть действие силы на рычаг, относительно неподвижной оси.

Работа, совершаемая при действии силы на рычаг , совершающего вращательное движение вокруг неподвижной оси, может быть рассчитана исходя из следующих соображений.

Пусть под действием этой силы конец рычага смещается на бесконечно малый отрезок , которому соответствует бесконечно малый угол . Обозначим через вектор, который направлен вдоль бесконечно малого отрезка и равен ему по модулю. Угол между вектором силы и вектором равен , а угол и вектором силы .

Следовательно, бесконечно малая работа , совершаемая силой на бесконечно малом участке равна скалярному произведению вектора и вектора силы, то есть .

Теперь попытаемся выразить модуль вектора через радиус вектор , а проекцию вектора силы на вектор , через угол .

В первом случае, используя теорему Пифагора, можно записать следующее равенство , где в случае малого угла справедливо и следовательно

Для проекции вектора силы на вектор , видно, что угол , так как для бесконечно малого перемещения рычага , можно считать, что траектория перемещения перпендикулярна рычагу , а так как , получаем, что .

Теперь запишем бесконечно малую работу через новые равенства или .

Теперь видно, что произведение есть ни что иное как модуль векторного произведения векторов и , то есть , которое и было принято обозначить за момент силы или модуля вектора момента силы .

И теперь полная работа записывается очень просто или .

Единицы

Момент силы имеет размерность сила на расстояние, и в системе СИ единицей момента силы является «ньютон-метр». Джоуль, единица СИ для энергии и работы, тоже определяется как 1Н*м, но эта единица не используется для момента силы. Когда энергия представляется как результат «сила на расстояние», энергия скалярная, тогда как момент силы — это «сила, векторно умноженная на расстояние» и таким образом она (псевдо) векторная величина. Конечно, совпадение размерности этих величин не простое совпадение; момент силы 1Н*м, приложенный через целый оборот, требует энергии как раз 2*π джоулей. Математически

,

где Е — энергия, τ — вращающий момент, θ — угол в радианах.

Специальные случаи

Формула момента рычага

Момент рычага

Очень интересен особый случай, представляемый как определение момента силы в поле:

τ = МОМЕНТ РЫЧАГА * СИЛУ

Проблема такого представления в том, что оно не дает направления момента силы, а только его величину, поэтому трудно рассматривать в. м. в 3-хмерном случае. Если сила перпендикулярна вектору r, момент рычага будет равен расстоянию до центра и момент силы будет максимален

= РАССТОЯНИЕ ДО ЦЕНТРА * СИЛУ

Сила под углом

Если сила F направлена под углом θ к рычагу r, то τ = r*F*sinθ, где θ это угол между рычагом и приложенной силой

Статическое равновесие

Для того чтобы объект находился в равновесии, должна равняться нулю не только сумма всех сил, но и сумма всех моментов силы вокруг любой точки. Для 2-хмерного случая с горизонтальными и вертикальными силами: сумма сил в двух измерениях ΣH=0, ΣV=0 и момент силы в третьем измерении Στ=0.

Момент силы как функция от времени

Момент силы — производная по времени от момент импульса,

,

где L — момент импульса. Момент импульса твердого тела может быть описан через произведение момента инерции и угловой скорости.

,

То есть если I постоянная, то

,

где α — угловое ускорение, измеряемое в радианах в секунду за секунду.

Отношение между моментом силы и мощностью

Если сила совершает действие на каком-либо расстоянии, то она совершает механическую работу. Также если момент силы совершает действие через угловое расстояние, он совершает работу.

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ

В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, момент силы в ньютон-метрах, а УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ в радианах в секунду.

Отношение между моментом силы и работой

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГОЛ

В системе СИ работа измеряется в Джоулях, момент силы в Ньютон * метр, а УГОЛ в в радианах.

Обычно известна угловая скорость в радианах в секунду и время действия МОМЕНТА .

Тогда совершенная МОМЕНТОМ силы РАБОТА рассчитывается как:

= МОМЕНТ СИЛЫ * *

Момент силы относительно точки

Если имеется материальная точка , к которой приложена сила , то момент силы относительно точки равен векторному произведению радиус-вектора , соединяющий точки O и O_F, на вектор силы :

.

Момент силы относительно оси

Моментом силы относительно оси называется момент проекции силы на плоскость, перпендикулярную оси относительно точки пересечения оси с этой плоскостью.

Единицы измерения

Момент силы измеряется в ньютон-метрах. 1 Н•м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м.

Измерение момента

На сегодняшний день измерение момента силы осуществляется с помощью тензометрических, оптических и индуктивных датчиков нагрузки. В России при решении задач измерения момента в основном используется оборудование зарубежных производителей (HBM (Германия), Kyowa (Япония), Dacell (Корея) и ряда других).

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

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

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

Для наглядности: если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу. Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падениям) будет соответствовать 98,1 Нм. Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге? Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику. Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть? Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса. Как создается крутящий момент в двигателе. В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями.

Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топлива — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала). Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень. До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия. Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

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

Что такое мощность и крутящий момент?

Поскольку это обсуждение происходит так часто, как и в предыдущем посте, самое время объяснить мощность и крутящий момент, а также их взаимосвязь. Существует множество заблуждений, но их не должно быть, потому что оба являются простыми терминами, которые используются каждый день при обсуждении автомобилей (и многих других вещей).

Пожалуйста, внимательно прочтите эту статью, прежде чем комментировать. Вы увидите, откуда взялось это число 5252, и вы поймете, почему нельзя говорить о лошадиных силах и игнорировать крутящий момент больше, чем обсуждать омлет и игнорировать яйца.

Тебе нужно с чего-то начать, это хорошее место.

Каждой моторной головке нужно больше лошадиных сил, но что такое мощность? Что это измеряет? Лошадиная сила — это произвольная единица измерения, созданная из общей точки отсчета, понятной каждому. В современном мире передовых научных инструментов мощность в лошадиных силах зависит, даже если она немного неточна. Те, кто хранит единицы измерения и стандарты, которые точно определяют все количественно, предпочли бы отказаться от этой хорошо известной меры и заменить ее на киловатты.Этот Corvette имеет 298,28 киловатт, хм… 400 л.с. просто звучит лучше.

Откуда взялись лошадиные силы?

Джеймсу Ватту, который много работал над паровыми двигателями еще в 1700-х годах, требовался способ измерения их производительности. Ватт использовал обычное понятие, лошадь, в качестве основы для своих расчетов (например, дюйм был основан на ширине большого пальца человека). Точный процесс, которым он следовал, чтобы выяснить, что может делать лошадь, открыт для предположений, у каждого, кажется, есть своя любимая история, но конечный результат был: 1 лошадиная сила = 550 фут-фунтов в секунду, что означает, по расчетам Ватта. лошадь может поднять 550 фунтов на один фут за секунду.

Важное примечание: существует всего семи основных единиц измерения : длина, время, масса, температура, электрический ток, количество вещества и сила света. Каждую единицу можно определить с помощью воспроизводимых с научной точки зрения результатов (больше никаких лошадей и больших пальцев!), И все единицы и стандарты, используемые сегодня, могут быть выведены из этих основных семи. Международная система SI поддерживает согласованные стандарты для всех этих основных единиц.

Формулы преобразования мощности

Самое интересное в определении контрольной точки с помощью чисел состоит в том, насколько легко преобразовать эту ссылку в какую-либо другую единицу измерения.

1 л.с. = 550 фунт-футов в секунду

1 л.с. = 33000 фут-фунтов в минуту

1 л.с. = 0,7456999 *

киловатт

1 киловатт = 1,34 · 102 * мощность

Лошадиная сила — это единица измерения мощности

Все эти формулы и преобразования — разные способы сказать, сколько работы сделано, а это и есть сила. Мощность — это работа, проделанная с течением времени.

P = Вт / т

где P — мощность, W — проделанная работа, а t — время.

Вт — более общий термин для измерения мощности, поэтому полезно знать преобразование в лошадиные силы и обратно. Один ватт равен 1 джоуль в секунду. И это можно преобразовать в … ну, вам придется провести остальную часть этого исследования самостоятельно, потому что мы можем продолжать бесконечно.

Torque — что это?

А теперь помните ту цифру в 550 фут-фунтов? Мы сказали, что 1 лошадиная сила равна 550 фунт-фут в секунду. Важно видеть это «в секунду», потому что лошадиных сил — это расчет, а не измерение.Подумай об этом. Это означает, что вы фактически не измеряете мощность в лошадиных силах, вы измеряете эту силу, действующую на расстоянии в течение определенного периода времени, и производите расчет, который приводит к количеству лошадиных сил. Измеряемая сила — крутящий момент .

У автомобилей, мотоциклов и всего, что нас интересует, есть двигатели, вращающие колеса. Сила вращения, необходимая для их поворота, — это крутящий момент. Крутящий момент можно измерить в нескольких различных единицах, но, поскольку он более привычен здесь, в США, мы будем придерживаться фут-фунтов.Если бы вы прикрепили гаечный ключ длиной один фут к болту и приложили фунт давления к его концу, вы приложили бы к болту крутящий момент в один фут-фунт. Итак,… крутящий момент — это крутящая сила, измеряемая (в наших примерах) в фут-фунтах.

Преобразование крутящего момента в лошадиные силы

Теперь нам нужно немного математики, это легко, но вам нужно будет обратить внимание. Предположим, мы прикрепляем этот ножной гаечный ключ к концу коленчатого вала, и двигатель совершает один оборот, преодолевая сопротивление в один фунт.Конец ключа переместится на 6,2832 фута (Pi * круг диаметром два фута) против веса в один фунт. Конечный результат — 6,2832 фут-фунта работы, выполненной при крутящем моменте в один фут-фунт.

Помните Пи? Это отношение длины окружности к ее диаметру. Пи — это константа, равная 3,14159, которая может быть использована для любого количества десятичных знаков после запятой.

Хорошо, поехали:

1 лошадиная сила = 550 фут-фунтов в секунду = 33000 фут-фунтов в минуту

33000 фут-фунтов / 6.2832 фут-фунт = 5252 (отсюда 5252!)

Итак, если двигатель вращается против сопротивления в один фунт при 5252 об / мин:

6,2832 X 5252 = 33000 фут-фунтов в минуту = 1 л.с.

, потому что один фунт сопротивления был перемещен на 33000 футов за одну минуту

(1 фут-фунт X 5252) / 5252 = 1

Следовательно, чтобы преобразовать крутящий момент в лошадиные силы:

(крутящий момент X об / мин) / 5252 =

лошадиных сил

Пример: 100 фут-фунтов * 4000 об / мин / 5252 = 76.16 лошадиных сил
Пример: 200 фут-фунтов * 8000 об / мин / 5252 = 304,65 лошадиных сил

Если вы поймете вышеупомянутую взаимосвязь, вы быстро увидите, что вокруг витает множество недоразумений. Оба термина важны, но представляют разные вещи. Крутящий момент измеряет прилагаемую силу, в то время как мощность в лошадиных силах — это мера того, сколько работы может выполнить сила.

Большая часть этого взята непосредственно со страниц, которые я написал много лет назад на HorsePowerSports:
лошадиных сил — крутящий момент — динамометры

Как работает гидротрансформатор?

Преобразователи крутящего момента представляют собой герметичные блоки; их внутренности редко видят свет, а когда они появляются, их все еще довольно сложно понять!

Представьте, что у вас два вентилятора обращены друг к другу.Включите один вентилятор, и он будет обдувать лопасти второго вентилятора, заставляя его вращаться. Но если вы будете держать второй вентилятор неподвижно, первый вентилятор будет продолжать вращаться.

Именно так работает гидротрансформатор. Один «вентилятор», называемый крыльчаткой, соединен с двигателем (вместе с передней крышкой он образует внешнюю оболочку преобразователя). Другой вентилятор, турбина, соединен с входным валом коробки передач. Если трансмиссия не находится в нейтральном или парковочном положении, любое движение турбины приведет к перемещению автомобиля.

Вместо воздуха в гидротрансформаторе используется жидкая среда, которую нельзя сжимать — масло, иначе известное как трансмиссионная жидкость. В автомобилях с автоматической коробкой передач используется гидротрансформатор. В этой статье мы обсудим, зачем автомобилям с автоматической коробкой передач нужен гидротрансформатор и как он работает.

Преобразователь крутящего момента в автоматической коробке передач выполняет те же функции, что и сцепление в механической коробке передач.

Двигатель должен быть подключен к задним колесам, чтобы автомобиль двигался, и отключен, чтобы двигатель мог продолжать работать, когда автомобиль остановлен.Один из способов сделать это — использовать устройство, которое физически соединяет и разъединяет двигатель и трансмиссию — сцепление. Другой метод заключается в использовании гидравлической муфты определенного типа, например, гидротрансформатора, который находится между двигателем и трансмиссией.

Внутри очень прочного корпуса гидротрансформатора находятся три компонента, которые работают вместе для передачи мощности на трансмиссию:

Насос внутри гидротрансформатора представляет собой центробежный насос.Во время вращения жидкость выбрасывается наружу, подобно тому, как в процессе отжима стиральной машины вода и одежда выбрасываются наружу из стирального бака. Когда жидкость выбрасывается наружу, создается вакуум, который втягивает больше жидкости в центр.

Затем жидкость поступает на лопасти турбины , которая соединена с трансмиссией (шлиц посередине — это место, где он соединяется с трансмиссией). Турбина заставляет трансмиссию вращаться, что в основном перемещает ваш автомобиль.Лопатки турбины изогнуты так, что жидкость, которая входит в турбину снаружи, должна изменить направление, прежде чем она выйдет из центра турбины. Именно это изменение направления вызывает вращение турбины.

Поскольку турбина заставляет жидкость менять направление, жидкость заставляет турбину вращаться.

Жидкость выходит из турбины в центре, двигаясь в другом направлении, чем при входе. Жидкость выходит из турбины, двигаясь против направления вращения насоса (и двигателя).Если позволить жидкости попасть в насос, это замедлит двигатель, потеряв мощность. Вот почему гидротрансформатор имеет статор.

Статор находится в самом центре гидротрансформатора. Его задача — перенаправить жидкость, возвращающуюся из турбины, прежде чем она снова попадет в насос. Это резко увеличивает эффективность гидротрансформатора.

Вкратце, гидротрансформатор — это тип гидравлической муфты, которая позволяет двигателю вращаться в некоторой степени независимо от трансмиссии.Он отвечает за нагнетание жидкости для автоматической коробки передач, нагнетание давления, которое обеспечивает усилие, необходимое для переключения передач трансмиссии.

Изношенный или неисправный гидротрансформатор может препятствовать созданию надлежащего давления в трансмиссионной жидкости, что, в свою очередь, отрицательно влияет на работу и работу трансмиссии. Систематический осмотр у специалиста — лучший способ выявить причину неисправности и рекомендовать наиболее эффективное решение.

При правильной настройке это сложное устройство может оказать огромное влияние на производительность, экономичность и долговечность вашего автомобиля, а также превратить вашу автоматическую коробку передач в мощный двигатель!

Хотите узнать больше?
Посетите одно из наших заведений!

Что такое крутящий момент и нужен ли он спортсменам?

Недавно я стал слышать все больше и больше о слове «крутящий момент», поскольку оно относится к спортсменам и спортивным результатам; особенно со всеми бегунами на Олимпийских играх 2016 года в Рио.

Я хотел узнать об этом больше, чтобы увидеть, могу ли я что-нибудь применить со своими спортсменами. Итак, я провел небольшое исследование самостоятельно и наткнулся на довольно удивительную серию статей и видео, опубликованных доктором Ларри Ван Сучем на AthleticQuickness.com.

Я подумал, что свяжусь с ним и просто спрошу, может ли он объяснить, что такое крутящий момент и как он применяется к работе. К моему удивлению, он согласился, и вот его ответ:

********************************************

Ответ доктораЛарри Ван, например, с AthleticQuickness.com

«Крутящий момент — это сила, которая вызывает вращение вокруг оси или центральной точки. Прежде чем я объясню, как это связано с человеческим телом, было бы проще сначала объяснить это способом, который многие из нас уже знают, а именно рулевым колесом автомобиля, которым вы управляете.

Все мы знаем, что мы можем повернуть рулевое колесо или приложить усилие только в двух направлениях, по или против часовой стрелки, как показано на Рисунке 1 ниже:

Рисунок 1.Два направления крутящего момента.

И за счет захвата и поворота рулевого колеса в одну или другую сторону, колонка рулевого колеса , прикрепленная к центру рулевого колеса , вращается или вращается. Таким образом, величина усилия или силы, которую вы прикладываете для поворота рулевого колеса, известна как крутящий момент , , потому что он вызывает вращение вокруг центральной оси , которая в данном случае является колонкой рулевого колеса, расположенной посередине.

Как это связано с человеческим телом во время бега

Я собираюсь использовать в своем примере спортсмена, бегущего по полю, но это определение крутящего момента применимо ко всем аспектам бега (длинный, средний, спринт), а также ходьбы.

Центральная ось в теле человека — это не что иное, как сама позвоночная колонка , очень похожая на колонку рулевого колеса в нашем примере выше. См. Рисунок 2 ниже:

Рис. 2. Центральной осью тела человека является позвоночник.

Силы, действующие на этот позвоночник, которые пытаются вращать его в одном направлении (CW) или другом (CCW), исходят от конечностей , которые смещены вправо и влево от него (подобно тому, как руки смещены вправо и слева от рулевой колонки, хватаясь за руль).

В данном случае эти силы исходят от следующих сил: правая нога №1, левая нога №2, правая рука №3 и левая рука №4. См. Рисунок 3.

Рис. 3. Усилия от правой ноги №1, левой ноги №2, правой руки №3 и левой руки №4 смещены на от центра, где позвоночник находится на , и будут пытаться вращаться или вращать колонну при толчке. спереди или сзади нашего спортсмена.

Пятая вращательная сила или крутящий момент, которые не так очевидны, как создаваемые руками и ногами, будут исходить от мышц, окружающих сам позвоночник.См. Рисунок 4.

Рис. 4. Пятый крутящий момент, прикладываемый к позвоночнику, исходит от прилегающих к нему мышц.

Если представить себе каждую из этих пяти сил, действующих по отдельности, то можно увидеть, что крутящие моменты №1, №3, №4 и №5 (окрашены желтым цветом) заставят тело вращаться против часовой стрелки вокруг позвоночника ( см. рисунок 5 ниже), а крутящий момент №2 (окрашенный красным), исходящий от левых сгибателей бедра, будет создавать крутящий момент по часовой стрелке вокруг позвоночника, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Крутящие моменты против часовой стрелки: №1, №3, №4 и №5. Крутящий момент CW — №2.

Мышцы, ответственные за создание каждого из этих пяти крутящих моментов вокруг позвоночника, перечислены на Рисунке 6 ниже:

Рис. 6. Мышцы, ответственные за создание вращательных сил вокруг тела.

Все крутящие моменты против часовой стрелки (CCW) должны быть равны всем крутящим моментам по часовой стрелке (CW)

Что важно понимать, так это , что для того, чтобы спортсмен бежал по прямой , например, на 100-метровой трассе или даже сразу во время марафона, — это общее количество силы, создаваемой всеми крутящими моментами против часовой стрелки. должен быть равен общей силе, создаваемой всеми вращающими моментами по часовой стрелке. Это можно увидеть из уравнения на Рисунке 7 ниже:

Рис. 7. Уравнение сбалансированного крутящего момента для прямого хода.

Я сделаю некоторые различия относительно этого изображения на рисунке 7 выше, но сначала я хочу сравнить его с изображением, когда положение рук и ног перевернуто, потому что есть некоторые действительно интересные наблюдения, которые можно сделать, когда вы увидите их рядом. См. Рисунок 8.

Рис. 8. Положение рук и ног перевернуто.

Правая нога всегда создает крутящий момент против часовой стрелки

Первое, на что следует обратить внимание, это : направление крутящего момента, проходящего через опору, не меняется .Другими словами, правая нога всегда создает крутящий момент против часовой стрелки вокруг позвоночного столба, независимо от того, находится ли она в тройном разгибании, как на изображении слева, или если правое бедро согнуто, как на изображении справа.

Левая нога всегда создает крутящий момент по часовой стрелке

И точно так же левая нога всегда создает вращающий момент по часовой стрелке вокруг позвоночника, независимо от того, сгибается ли бедро, как на изображении слева, или тройное разгибание, как на изображении справа.

Мышцы тройного разгибания все еще нуждаются в помощи!

Единственные крутящие моменты, которые действительно изменяют — это те, которые исходят от левой руки, правой и позвоночника, и получают это… они всегда меняют свое направление в пользу или поддержку ноги в тройном разгибании.

Другими словами, те мощные ягодичные / окорочные мышцы, квадрицепсы и икры, на которых многие люди действительно сосредотачиваются, чтобы помочь им занять положение тройного разгибания , по-прежнему нуждаются в дополнительной поддержке руками и позвоночником, чтобы компенсировать создаваемый крутящий момент / силу передними сгибателями бедра.См. Рисунок 9.

Рис. 9. Ягодичные / бедренные мышцы, квадрицепсы и икры все еще нуждаются в помощи остального тела, чтобы компенсировать крутящий момент, создаваемый сгибателями бедра на передней стороне (отмечены красным).

Сгибатели бедра задают темп, когда дело доходит до скорости

Вот почему я люблю называть сгибатели бедра группой мышц, задающих темп, потому что нужно помнить, что уравнение, показанное на рисунке 7 выше, должно оставаться в равновесии, чтобы вы могли бегать по прямой.

Итак, любая тренировка, которую вы выполняете для рук, позвоночника, ягодиц и бедра , должна быть противопоставлена ​​ тренировке сгибателей бедра на передней стороне, иначе вы не сможете оценить количество усилий, которые вы прикладываете к своим тренировкам. это касается любого увеличения скорости бега.

Другими словами, вы будете бегать настолько быстро, насколько позволяют сгибатели бедра, с они всегда действуют в одиночку. , чтобы поддерживать баланс бега. И, действуя в одиночку, вы просто не можете позволить себе игнорировать их.

Кроме того, слабых сгибателей бедра вызовут укороченный шаг и медленную скорость вращения. , поэтому абсолютно необходимо повысить уровень их силы, чтобы соответствовать остальному телу. См. Рисунок 10.

Рис. 10. Сгибатели бедра задают темп, когда дело касается скорости и баланса.

Есть много других вещей, о которых стоит поговорить, поскольку это касается крутящего момента в корпусе и скорости движения. Любому атлету, тренеру или тренеру важно помнить, что нельзя просто пойти в тренажерный зал или тренажерный зал, выполнять упражнения, которые вам нравятся или которые вам нравятся, и ожидать положительного результата, если вы ничего не знаете о крутящем моменте его влияние на скорость бега.

Я много раз видел, как спортсмены, участвующие в соревнованиях самого высокого уровня, думали, что они делают все, что в их силах, и все же оставляют без тренировок многие другие мышцы, когда дело касается скорости.

Знание того, как каждый из этих пяти крутящих моментов влияет на беговое движение, — это моя попытка убедить соревнующегося спортсмена, тренера и тренера в выполнении всех необходимых тренировок, необходимых для достижения их истинного скоростного потенциала. И да, для тех, кто заинтересован, у нас есть программы, которые учитывают каждый из этих 5 моментов в организме для улучшения спортивных результатов.”

Конец описания крутящего момента доктора Ларри Ван Саха для бегунов

********************************************

Спасибо, доктор Ларри Ван-Так, за время и усилия, потраченные на его составление. Я надеюсь, что получу много хороших дискуссий относительно концепции крутящего момента и узнаю больше способов включить все тело в тренировку моих спортсменов, чтобы они бегали дольше и быстрее.

Звезда.

Что делает крутящий момент в автомобиле?

Вы видели это много раз, когда читали спецификации на новый автомобиль: количество фут-фунтов крутящего момента, которое он выдает.Ну, Нью-Йоркский автосалон 2009 только что прошел, и я читал краткий обзор нового Mercedes, который только что вышел:

369 фут-фунтов крутящего момента, говорится в сообщении. (Это 500 Ньютон-метров для вас, ребята из mks / SI.) Крутящий момент — это количество имеющейся у вас «крутящей силы», примерно так же, как вы поворачиваете гаечный ключ. 369 фут-фунтов означает, что если у вас есть гаечный ключ длиной 1 фут, и вы приложите усилие в 369 фунтов перпендикулярно этому гаечному ключу, вы получите 369 фут-фунтов крутящего момента.

Ну, а что это может сделать с машиной? Ответ: заставьте его разогнаться! Спецификация крутящего момента, которую они дают, — это максимальный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания , который обычно является более высоким значением, чем фактический крутящий момент на колесах. (Подробнее см. В Википедии.)

Но этот крутящий момент может многое сказать о том, насколько быстро автомобиль может разгоняться. Превратим это в физическую проблему. Мы предположим, что эти «500 Ньютон-метров» — это реальная, допустимая величина крутящего момента, который испытывают шины.2 или (чаще) он может разогнаться до 0-60 миль в час примерно за 6,3 секунды. Хотите автомобиль, который может разгоняться быстрее? Вот вещи, которые могут помочь:

• больше крутящего момента (да),
• зажигалка,
• центр масс ниже (ближе к оси колеса по высоте),
• колеса и шины большего диаметра,
• и двигатель, который может выдавать такой большой крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя.

Хотите знать, какой автомобиль , разрешенный для использования на улицах, является мировым рекордом? Этот Sunbeam Tiger разгоняется до 100 км / ч за 2.6 секунд!

Так что да, это всего лишь прототип, и в теории он может сделать это за 2,3 секунды, но это неплохо для некоторой реальной физики, и теперь, надеюсь, когда кто-то хвастается, какой крутящий момент у его машины, вы действительно знает , о чем они говорят!

Что такое крутящий момент? | Паркер

Крутящий момент — это мера крутящего момента, обычно выражаемая в (фунт-фут) фунт-фут или ньютон-метр (Нм). Он эффективно сообщает вам, сколько тягового усилия генерирует двигатель; чем выше показатель крутящего момента, тем легче двигатель сможет справиться с тяжелыми нагрузками — такими как буксировка прицепа или ускорение в гору на высокой передаче.

Что такое крутящий момент?

Это сила вращения, которая измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние. Представьте, что у вас старая машина с кривошипной ручкой. Если рукоятка имеет длину в фут, и вы вешаете на ее конец груз весом 10 фунтов — около 4,5 кг — тогда результирующий крутящий момент на другом конце составит 10 фунтов фут.

Возьмите кривошипную рукоятку, которая в два раза длиннее, она служит лучшим рычагом, а крутящий момент увеличится до 20 фунт-футов, что означает, что прилагается большее усилие, что облегчает поворот.

Мне нужен большой крутящий момент?

Если вам нравится опускаться и получать приличное ускорение без переключения передач, то определенно — поскольку двигатели с большим крутящим моментом, как правило, будут тянуть быстрее, чем двигатели с небольшим крутящим моментом.

Автомобили, которые генерируют много тягового усилия, как правило, более удобны для вождения, так как на них не нужно так много работать.

Точно так же, если вы собираетесь тащить с собой много оборудования или буксировать, тогда всегда будет полезен больший крутящий момент.Дизельные двигатели обычно вырабатывают больший крутящий момент, чем их бензиновые аналоги, и выдают его в более низком диапазоне оборотов, что делает их более подходящими для работы с большими нагрузками или бездорожьем.

А вот электромобили — короли мгновенного крутящего момента. Электродвигатели развивают максимальную тягу в состоянии покоя, поэтому вы увидите, что такие как Tesla Model S создают проблемы с бензиновыми спортивными автомобилями высокого класса с места.

Может у вас слишком большой крутящий момент?

Больше крутящего момента — это всегда хорошо, особенно в более тяжелых автомобилях, но его избыток может привести к легко провоцируемой пробуксовке колес.

Следовательно, многие автомобили имеют электронные системы управления, которые помогают регулировать крутящий момент и сводят к минимуму вероятность пробуксовки колес.

Если вы смотрите на спортивные автомобили, автомобили премиум-класса или внедорожники, вы часто обнаружите, что они оснащены дифференциалом повышенного трения (или дифференциалом с электронным управлением).

Эти компоненты трансмиссии помогают более контролируемым образом распределять крутящий момент между ведущими колесами, увеличивая тягу и минимизируя пробуксовку колес.

Аналогично

Мощность (л.с.)

Ищете другие автомобильные значения, убирающие жаргон? Перейдите на страницу глоссария автомобилей Parkers и ознакомьтесь с другими нашими определениями

Ключевые вопросы:  Что такое крутящий момент?  Как рассчитать крутящий момент?

Презентация на тему: «Ключевые вопросы:  Что такое крутящий момент?  Как рассчитать крутящий момент?» — стенограмма презентации:

1

2 Ключевые вопросы:  Что такое крутящий момент?  Как рассчитать крутящий момент?

3 Рабочие задачи  Измерьте силы и расстояния на простой машине. Рассчитайте крутящий момент.  Примените концепцию механического преимущества к рычагам.  Постройте три класса рычагов.

4 Узел рычага  ПРИМЕЧАНИЕ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ:  ПОБЕДИТЕСЬ, НЕ ПАДАЕТ ли вес на голые пальцы ног, сандалии или столешницы!  Не размещайте точку опоры выше отверстия 3 стойки!

5 Крутящий момент  Рычаги используют крутящий момент для подъема или перемещения предметов. Крутящий момент — это сила, приложенная на расстоянии, вызывающая ВРАЩЕНИЕ.  Крутящий момент измеряется в Ньютон метров (Н м)

6 Обзор рычагов Сила x Расстояние = Сила x Расстояние Входная сила x Длина входного рычага Крутящий момент Выходная сила x Длина выходного рычага = Сила = Расстояние X

12 Крутящий момент и направление  Если на объект действует более одного крутящего момента, крутящие моменты объединяются для определения чистого крутящего момента.