7.2: Классическая механика

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

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

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

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

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

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

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

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

Сила = Крутящий момент/Радиус колеса

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

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

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

Пример 7.2

Пример 7.3

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

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

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

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

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

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

Пример 7.4

Пример 7.5

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1 Ватт = 1 (Ньютон х Метр) / Секунда

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

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

 

Крутящий момент двигателя: что это такое

Работу мотора автомобиля характеризуют следующие рабочие параметры:

• удельный расход топлива;

• крутящий момент;

• мощность;

Понятие крутящего момента

Двигатель как устройство, во многом зависит от характеристик этих конструктивных параметров. Особый интерес вызывают те, что напрямую зависят от подвижных характеристик автомобиля – это крутящийся момент двигателя и его мощность. Каждый, уважающий себя автомобилист должен ориентироваться в вышеуказанных параметрах и знать что они из себя представляют.

Крутящий момент двигателя — один из его параметров, который непосредственно соотносится с мощностью, определяя силу тяги на колесах. Момент силы — синоним крутящегося или вертящегося момента. Он определяет собой его векторную величину, которая равняется произведению радиус-вектора. Проводят его по оси вращения до точки приложения. В общем,

кручение – это вид деформации.

Автопроизводители всегда заботятся о наилучших динамических характеристиках автомобиля. Именно с этой целью они и устанавливают силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом. Речь идет о более широком размахе оборотов двигателя. Столь высокий крутящий момент обычно встречается у турбированных и многоцилиндровых моторов, дизельных силовых агрегатов.

Единицы измерения

Международная система единиц (СИ) представила следующую единицу измерения момента силы — ньютон-метр. Иногда момент силы принято называть моментом пары сил либо скручивающим моментом. Впервые понятие встречается в трудах Архимеда, когда тот работал над рычагами. Вот пример самого простейшего случая. Когда силу прилагают к рычагу ему перпендикулярно, момент силы определяют как произведение величины самой этой силы в пределах растояния до оси вращения рычага.

Так, исследуя силу в 3 ньютона, которая приложена к рычагу в пределах расстояния 2-х метров от его оси вращения, специалисты наблюдали создание такого же момента, что и сила в 1 ньютон. В среднем ее прилагают к рычагу в пределах расстояния 6 метров до оси вращения.

Как правильно измеряется мощность двигателя

Мощность двигателя – это физическая величина. Она характеризует работу двигателя, которая выполняется за единицу времени. Таким образом, мощность свидетельствует о том, насколько быстро работает автомобиль с определенной массой, и как быстро он может преодолеть заданное ему расстояние. Мощность влияет на максимальную скорость. Чем больше первая, тем больше будет вторая, невзирая на неизменную снаряженную массу.

Измеряется мощность в ваттах либо киловаттах (кВт). Еще одна единица измерения – лошадиная сила

. Она равняется 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с. и является внесистемной единицей измерения. Чтобы измерить эту величину необходимо подключить двигатель к специальному динамометру. Он определяет значение оборотов в минуту. Его основная задача – создать нагрузку на двигатель, измеряя количество энергии, которое развивает двигатель против нагрузки.

Что такое максимальный крутящий момент

Правильно оценивая роль мощности и крутящего момента в процессе формирования динамических характеристик авто, необходимо четко разобраться в следующих фактах:

• автомобиль, у которого более мощный, однако не обладающий удовлетворительным крутящим моментом двигатель, уступает разгонной динамике авто с наличием высокого крутящегося момента;

• высокий крутящий момент, который двигатель «подхватывает» на низких оборотах, эффективнее ускоряет позволяет автомобиль;

• что касается самой большой скорости автомобиля, она напрямую зависима от мощности двигателя. В этом случае крутящийся момент не оказывает ни какого влияния на показатель, поскольку двигатель автомобиля способен развить оптимальный крутящийся момент при определенных оборотах. Эти параметры указываются в технической документации на авто.

Автомобили, обладающие более огромным крутящим моментом, имеют возможность развивать и скромную максимальную скорость. Ярким примером в этом случае выступают спортивные болиды. Речь идет о высокой скорости и незначительном крутящем моменте на карданном валу. Следующий хороший пример — тяжелые внедорожники. Здесь следует обратить внимание на невысокую максимальную скорость и внушительный крутящий момент.

Сила двигателя не влияет на разгонную динамику автомобиля. Она тоже не соотносится с его способностью «резво» преодолевать подъемы, которые полностью зависимы от величины предельного крутящего момента. Соотношение здесь следующее: чем больше есть возможность передать крутящий момент на ведущие колеса автомобиля, чем шире будет диапазон оборотов двигателя, в котором он достижим. Таким образом ускорение авто будет уверенное, а водителю будет легче преодолевать достаточно сложные участки дороги.

Анализируя максимальную величину крутящегося момента, а также сравнивая крутящие моменты конструктивно идентичных и противоположных двигателей, следует обратить внимание на то, что сравнение характеристик имеет смысл лишь в случае одинаковых параметров трансмиссии. Тогда коробки переключения передач обладают подобными передаточными отношениями.

Что важнее — мощность, или крутящий момент и почему?

Сравнивая рабочие характеристики двигателя – мощность и крутящий момент, очевидными являются следующие факты:

• крутящий момент на коленчатом валу становится основным параметром, характеризующим работу силового агрегата;

• мощность двигателя представляет собой вторичную рабочую характеристику мотора, которая является производной крутящего момента;

• что касается зависимости мощности от крутящего момента, ее выражают следующим отношением: Р = М*n, где М – крутящий момент, Р – мощность, n – количество оборотов коленчатого вала на протяжении минуты;

• мощность двигателя зависима от частоты вращения коленчатого вала. Чем выше обороты, естественно, тем больше будет мощность мотора. Речь идет об определенных пределах.

• увеличивается крутящий момент как результат повышения оборотов двигателя.

Достигнув максимального значения, которое возможно лишь в результате конкретной частоты вращения коленчатого вала, снижаются его показатели. Они не зависят от последующего увеличения оборотов. Вид графика зависимости крутящего момента соотносится с частотой вращения двигателя. Он отображается перевернутой параболой.

Таким образом, оценив эксплуатационные параметры автомобиля вместе с рабочими характеристиками двигателя, специалист обращает внимание на величину крутящего момента, который обладает большим приоритетом, нежели мощность.

Сравнивая силовые агрегаты, у которых схожие как рабочие, так и конструктивные параметры, более предпочтительными выглядят те, которые имеют в наличии крутящийся момент. Задаваясь вопросом обеспечения более лучшей динамики разгона автомобиля, одновременно пытаясь обеспечить приемлимые тяговые свойства двигателя, нужно обратить внимание на частоту вращения коленчатого вала. Его необходимо поддерживать в таком диапазоне значений, которые позволят крутящемуся моменту достичь своих пиковых показателей.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Прибор для измерения крутящего момента

Существует несколько основных задач, которые могут стоять перед лабораториями и производствами в сфере испытания крутящего момента:

• Высокая точность определения крутящего момента.

• Испытание крутящего момента в скоростных и высокоскоростных приводах.

• Мониторинг крутящего момента в круглосуточном режиме 365 дней в году с минимальным обслуживанием в полевых или производственных условиях эксплуатации.

• Внедрение измерительного узла в уже существующие установки и приводы.

• Внедрение измерительного узла в минимальные установочные габариты.

Высокая точность датчиков крутящего момента является на данный момент стандартным требованием предприятий, занимающихся проектированием, испытанием и мониторингом современных приводов и установок, используемых в наукоемких производствах. А в последнее время повышается спрос на датчики, работающие при скоростях вращения до 60 000 об/мин и выше. Индуктивные датчики момента серии ТМ обладают уникальной в своем роде технологией измерений крутящего момента, что позволяет обеспечивать не только высокую точность измерений, но и позволяет производить специальные высокоскоростные версии с частотами до 60 000 об/мин. Также датчики обладают высокими эксплуатационными свойствами, ознакомиться с которыми Вы сможете в специальном разделе.

Не менее распространенной задачей является Использование реактивных датчиков измерения крутящего момента при мониторинге, где постоянный контроль крутящего момента является необходимостью. Данные задачи разделяются на два основных типа:

— Энергетические, нефтедобывающие и установки, к которым предъявляются аналогичные высокие требования по точности с минимальными остановками на обслуживание и использованием в суровых условиях. Для данных установок идеально подходят фланцевые датчики типа TF, так как они не имеют изнашиваемых частей и используют бесконтактный съем данных.

— Производственные линии, тяжелое машиностроение и установки, где контролируется стабильность работы при заданных границах, но применение классических датчиков момента невозможно по конструктивным причинам. Наиболее подходящим является применение телеметрических систем, монтируемых на вал , основным преимуществом является возможность превратить почти любой вращающийся узел в датчик крутящего момента.

Последней, но не менее распространенной группой задач является натурное испытание узлов и установок в автомобильной, железнодорожной и военно-промышленной отрасли, где по каким-либо причинам не может быть предусмотрено использование готовых датчиков момента. Данные задачи связаны с суровыми условиями использования, с внедрением в уже готовые узлы и механизмы без изменения конструкции. И на данный момент наиболее универсальным и гибким решением также является использование телеметрических систем различных модификаций.
См. также здесь

Если же у Вас существует более специализированная задача обратитесь к нашим специалистам за консультацией.

Мощность и крутящий момент — что это?

ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?

— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.

Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.

Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили

И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.

Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к самобеглым экипажам.

Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем

По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…

КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?

Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.

Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.

Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской

Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?

Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?

На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.

Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам

Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента

Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.

И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.

Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность

Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.

Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.

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.

График мощности и крутящего момента

График мощности и крутящего момента — о чем он говорит?

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

Начнем с определений:

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

Где

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

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

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

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

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

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

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

На самом деле, все наоборот, и необходимо принимать во внимание данные факты:

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

Почему это важно?

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

Дизельный двигатель и двигатель гоночного мотоцикла.

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

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

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

Ниже представлены графики различных гидротормозов для испытания двигателей.

Кривая нагружения для высокооборотистого гидротормоза.

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

Кривая нагружения гидротормоза для испытания мощных дизельных двигателей.

Что это означает на практике?

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

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

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

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

Зачем измерять мощность и крутящий момент?

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

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

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

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

Датчик динамического крутящего момента | Эл-Скада

Новый датчик динамического крутящего момента является универсальным датчиком с минимальным воздействием на тестируемое устройство и предлагает новые возможности измерений крутящего момента (помимо традиционных), которые необходимы для развития электронной мобильности и производительности программ.

Компактный. Датчик доступен в виде модульного кольца или блока со специфической геометрией для внедрения с минимальной адаптацией. Он позволяет измерять осевой крутящий момент и горизонтальные силы. Дополнительно может быть доработан для измерения осевых сил.

Высокодинамичный. Пьезоэлектрическая технология позволяет иметь чрезвычайно жесткую и компактную геометрию, которая не накладывает никаких структурных ограничений на существующую установку. Высокая жесткость также обеспечивает превосходную собственную частоту > 120 кГц для высокодинамичных измерений. Для повышения производительности и эффективности осуществляется анализ пульсаций крутящего момента и виброакустических характеристик.

Простой во внедрении. Датчик может быть легко интегрирован в испытательный стенд или конструкцию автомобиля. Сбор данных может осуществляться непосредственно с помощью модуля AVL Indicom или интегрироваться в различное программное обеспечение DAQ с использованием компактной программы оценки данных, которая минимизирует вычислительные затраты.

Основные технические параметры

• Измеряет крутящий момент, боковых и осевых сил
• В основе хорошо зарекомендовавшая себя пьезоэлектрическая технология
• Подходит для высокодинамичных исследований крутящего момента (~50kHz)
• Фактически нет ограничения диапазона крутящего момента (6 позиций, диаметр 200 мм à 4500 нм)
• Толщина сенсора от 3,5 мм
• Линейность <0,5% ФСО
• Прочная конструкция и размер хорошо подходят для использования в транспортных средствах.

Датчик предоставляет дополнительную информацию о продольном воздействии сил, NVH(шум, вибрацию, жёсткость) колебаниях вала и дает возможность предвидеть поломку вала.

Измерение дисбаланса
Измерение горизонтальных сил позволяет легко выявлять дисбаланс установки при различных оборотах.

Преимущества:

•  Измеряет торсионные (крутильные) колебания и колебания вала.
•  Определяет пульсации крутящего момента на основе времени и положения вала
•  Выявление недостатков механики испытательного стенда
•  Осуществляет анализ влияния электрического блока управления на работу двигателя
•  Производит тестирование на шум, вибрацию, жесткость.
•  Обнаруживает весьма быстрые градиенты вращающего момента для немедленного предупреждения поломки вала
•  Осуществляет контроль механических компонентов (например подшипников, коробок передач, двигателей)

Принцип работы
Принцип измерения основан на измерении реактивных сил в местах крепления.

• Минимальное крепление осуществляется на 3 болта, но чаще используется более 4х.
• В зависимости от приложенного момента, датчик измеряет силы реакции и динамический момент M_Z.
• Дополнительно можно измерить горизонтальные силы F_X и F_Y.
• Существует возможность измерять силы приложенные вдоль вала F_Z.
• Форму датчика возможно изменять в соответствии с требуемой геометрией и доступным пространством.

Для достижения максимальной точности датчик откалиброван.

Интеграция в систему

Из-за высокой точности и динамики, пьезоэлектрическим датчикам, требуются специальные усилители зарядов для формирования типичного уровня напряжения.

Преимущества

Датчик динамического крутящего момента способен обнаруживать даже минимальные изменения высокочастотных сигналов крутящего момента, вызванные системой управления двигателя;

Возможность понимать влияние и поведение блока управления двигателя при различных условиях эксплуатации;

Плавная реакция крутящего момента при низкой частоте вращения вала улучшает управляемость. (Оптимизированные настройки системы управления).

Что такое крутящий момент? Все о крутящем моменте: определение, уравнения и единицы измерения

Крутящий момент — это слово, которое свободно обсуждают производители автомобилей, рекламодатели и обозреватели, и оно не менее важно, чем другие цифры в заголовках, с которыми вы столкнетесь, например, лошадиные силы. Однако реклама крутящего момента не всегда была данностью — посмотрите на рекламу автомобилей 1980-х годов, и вы обнаружите, что о ней почти не упоминалось.

Это в основном из-за лишнего веса новых автомобилей. Современные двигатели настолько загружены технологиями, комфортом и безопасностью, что весят намного больше, чем их аналоги десятилетней давности.Это означает, что этим автомобилям требуется больше силы или крутящего момента, чтобы заставить их двигаться.

Крутящий момент определяется как сила вращения двигателя. Вы можете заметить, что крутящий момент — как и мощность — всегда выражается при определенной частоте вращения двигателя. Например, Ford Fiesta Ecoboost развивает максимальный крутящий момент в диапазоне от 1400 до 4000 об / мин. Вообще говоря, автомобиль будет чувствовать себя более отзывчивым, когда максимальный крутящий момент будет развиваться на низком уровне в диапазоне оборотов, но многим людям нравятся высоконагруженные двигатели, которые необходимо резко увеличить, прежде чем они разовьют максимальный крутящий момент.

Крутящий момент становится более важным по мере того, как автомобили становятся больше и тяжелее. Крошечный городской автомобиль может легко путешествовать с очень небольшим крутящим моментом, в то время как большому внедорожнику или фургону требуется много усилий, чтобы заставить его двигаться. Вот почему более крупные автомобили, как правило, оснащаются дизельными двигателями — дизели обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.

Что такое крутящий момент?

Говоря простым языком, крутящий момент — это сила вращения двигателя. Он отличается от лошадиных сил, поскольку относится к количеству работы, которую может выполнить двигатель, в то время как лошадиные силы определяют, насколько быстро эта работа может быть выполнена.Вот почему крутящий момент в простонародье часто называют «тяговое усилие», «сила» или «ворчание».

Крутящий момент обычно измеряется в Ньютон-метрах (Нм) или фунт-фут (фунт-фут) — последнее не следует путать с фут-фунтом (фут-фунт), поскольку один фут-фунт относится не к крутящей силе, а до количества энергии, необходимого для поднятия 1 фунта веса на расстояние 1 фут.

В частности, крутящий момент фактически измеряет величину силы, необходимой для поворота объекта (например, при затягивании крышки бутылки с газированной водой, гайки колеса или болта головки блока цилиндров).Или, в случае двигателя, он измеряет, сколько крутящего усилия доступно на коленчатом валу при любых заданных оборотах двигателя (RPM).

• Автомобили Cat D и Cat C: объяснение списания страховых сумм

В автомобиле мощность — это мера того, насколько быстро двигатель может развивать тот же крутящий момент с течением времени, поэтому чем больше (обоих) у вас есть, тем быстрее ты сможешь ускориться. Одна лошадиная сила (л.с.) — это абсолютно произвольная единица, придуманная инженером Джеймсом Ваттом. Это эквивалентно тому, что одна лошадь поднимает вес 33 000 фунтов на высоту 12 дюймов за одну минуту — или 33 000 фунт-футов в минуту.Метрический эквивалент (PS) равен 4500 кгм в минуту или 0,97 л.с.

Тормозная мощность в лошадиных силах (л.

Основные уравнения крутящего момента

Допустим, мы используем гаечный ключ длиной 0,5 м для затяжки колесной гайки, и нам нужно опереться на дальний конец гаечного ключа с силой 50 Ньютонов, чтобы затянуть гайку. Простое умножение двух чисел дает нам необходимое значение крутящего момента в Ньютон-метрах:

50 (Н) x 0.5 (м) x = 25 Нм крутящего момента

Если вы хотите сохранить старомодное устройство, вы можете измерять расстояние в футах и ​​силу в фунтах. На этот раз наш гаечный ключ может быть 18 дюймов (1½ фута), и мы прикладываем усилие в 20 фунтов на дальнем конце:

20 (фунт) x 1½ (фут) = 30 фунт-фут крутящего момента

Итак, что значит двигатель крутящий момент похож?

Если двигатель развивает крутящий момент 500 Нм, мы можем использовать аналогичную визуализацию в обратном направлении, чтобы помочь понять задействованные силы. Чтобы такой двигатель не вращался, потребуется гаечный ключ длиной один метр, прикрепленный к коленчатому валу, с приложением силы 500 Ньютон на другом конце.Поскольку один килограмм создает силу притяжения Земли примерно в 9,8 Ньютона, это означает, что вам понадобится 50-килограммовый жокей, чтобы стоять на конце. Или Аллан Макниш.

• Автосинхронизация: разрешена ли корректировка пробега?

Если это не кажется большим усилием, чтобы остановить двигатель, развивающий тяжелые 500 Нм, не забывайте, что крутящий момент на колесах значительно увеличивается за счет снижения оборотов двигателя. Значит, жокей мог заглушить двигатель, но не мог остановить машину!

Что лучше: крутящий момент или мощность?

Крутящий момент и мощность очень тесно связаны, потому что в двигателе внутреннего сгорания одно без другого не может быть.Снова дело в математике, поскольку л.с. рассчитывается следующим образом:

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

Это означает, что если вы сравните два двигателя с разным выходным крутящим моментом, двигатель с более высоким крутящим моментом всегда будет вырабатывать больше лошадиных сил на любом данном двигателе. скорость.

Однако многие двигатели с высоким крутящим моментом не рассчитаны на такие высокие обороты (подумайте о мощном дизеле), поэтому показатели конечной мощности часто оказываются под угрозой. Напротив, спортивный бензиновый автомобиль с высокими оборотами может быть спроектирован так, чтобы иметь более низкий крутящий момент, но его исключительная мощность на высоких оборотах двигателя позволяет ему двигаться быстрее.

• Как сдать экзамен по теории вождения

Вот почему для повседневного вождения мощность и гибкость двигателя с высоким крутящим моментом часто более полезны — и это жизненно важно, когда вам нужен автомобиль для буксировки больших прицепов или перевозки тяжелых грузов.

При нормальном вождении крутящий момент часто более важен, чем мощность, поэтому мы уделяем ему так много внимания в наших обзорах автомобилей.

Можете ли вы объяснить крутящий момент не более чем 25 словами? Заходите в раздел комментариев ниже…

Мощность в лошадиных силах и крутящий момент: в чем разница?

Эндрю Трэхан Автомобиль и водитель

Что лучше? Вот как можно прекратить споры о ночном баре.

Йоги Берра, который никогда не останавливался на деталях двигателя, пришел бы к выводу, что крутящий момент и мощность — это одно и то же, только разные. Собственно, это упрощение отчасти верно.

Крутящий момент и мощность — это то, что двигатели производят, когда вы поворачиваете ключ и нажимаете педаль акселератора.Воздух и топливо, воспламеняющиеся в камерах сгорания, вызывают скручивание коленчатого вала, трансмиссии и ведущих мостов. Это чудо преобразования энергии: потенциальная энергия, содержащаяся в галлоне переработанного динозавра, эффективно изменилась на кинетическую энергию, необходимую для вождения.

Копнув глубже, рассмотрим эти определения из учебников:

Энергия — это способность выполнять работу. В этом случае двигатели выполняют ту тяжелую работу (работу), которую раньше выполняли лошади.

Работа является результатом силы, действующей на некотором расстоянии.Единица измерения работы (а также энергии) в США — фут-фунт. В Международной системе (СИ) работа измеряется в джоулях и, в редких случаях, в ньютон-метрах.

Крутящий момент — это сила вращения, создаваемая коленчатым валом двигателя. Чем выше крутящий момент двигатель, тем выше его способность выполнять работу. Измерение такое же, как у работы, но немного отличается. Поскольку крутящий момент является вектором (действующим в определенном направлении), он измеряется в единицах фунт-фут и ньютон-метр.

Конечно, всегда есть исключения. В этом случае различие заключается в статическом крутящем моменте , который вы прикладываете гаечным ключом для затягивания болтов головки. Чтобы избежать путаницы, единицами измерения статического крутящего момента традиционно являются фунты-футы. Напротив, SI придерживается ньютон-метров как для статических, так и для динамических измерений крутящего момента.

Мощность — это скорость выполнения работы. Шотландский изобретатель восемнадцатого века Джеймс Ватт дал нам удобный эквивалент: одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для подъема 33000 фунтов ровно на один фут за одну минуту.В соответствии с этим вкладом единицей измерения мощности в системе СИ является киловатт.

Возвращаясь к теореме Берра, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой можно выполнить некоторую трудоемкую задачу. Другими словами, мощность — это скорость выполнения работы (или приложения крутящего момента) за заданный промежуток времени. Математически мощность в лошадиных силах равна крутящему моменту, умноженному на число оборотов в минуту. H = T x об / мин / 5252, где H — мощность в лошадиных силах, T — фунт-фут, об / мин — это скорость вращения двигателя, а 5252 — константа, заставляющая единицы двигаться.Таким образом, для получения большей мощности двигателю необходимо генерировать больший крутящий момент, работать на более высоких оборотах или и то, и другое.

Хотя определения эскизов отлично подходят для учебников, применение их к реальным движкам — другое дело. Одна проблема заключается в том, что у каждого автомобильного двигателя есть рабочий диапазон от холостого хода до красной черты. Например, 6,2-литровый двигатель Hellcat V-8 Dodge Challenger выдает 707 лошадиных сил ТОЛЬКО при 6000 об / мин. Он выдает существенно меньшую мощность на холостом ходу (достаточную только для вращения аксессуаров с приводом от двигателя) и чуть меньше 700 лошадиных сил на красной границе 6200 об / мин.И он обеспечивает максимальный крутящий момент 650 фунт-фут ТОЛЬКО при 4000 об / мин.

Другая проблема — точное определение мощности и крутящего момента вращающегося коленчатого вала. Инструмент для этой задачи — динамометр двигателя. Хотя это слово означает «устройство измерения мощности», на практике крутящий момент и частота вращения двигателя измеряются, а его мощность рассчитывается с использованием приведенной выше формулы.

Вихретоковые динамометры используют магнитное поле для передачи крутящего момента от вращающегося коленчатого вала на опору плеча рычага против статического датчика силы (известного как датчик нагрузки), расположенного на точном расстоянии от центра кривошипа.Другой широко используемый тип динамометра — это водяной тормоз; он использует один вращающийся и один статический набор лопаток насоса для передачи крутящего момента коленчатого вала через плечо рычага на датчик нагрузки.

Совершенный двигатель развивает достаточный крутящий момент на низких оборотах и ​​поддерживает его до минимального уровня. Величина создаваемого крутящего момента прямо пропорциональна потоку воздуха, проходящего через двигатель. Большие двигатели перекачивают больше воздуха и, следовательно, развивают больший крутящий момент. Бустеры — нагнетатели, турбокомпрессоры — доставляют дополнительный воздух, помогая маленьким двигателям работать крупными.Конечно, в камеры сгорания должно подаваться соответствующее количество топлива, но это простая часть, особенно с электронным управлением впрыском.

Чтобы восполнить легкость впрыска нужного количества топлива, конструкторы двигателей сталкиваются с несколькими сложными задачами. Один из них — сделать все компоненты достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузки, которым они подвергаются из-за давления сгорания, а в случае движущихся частей — их собственной инерции.Потребности в охлаждении и смазке примерно пропорциональны производимой мощности. А закачка воздуха в любой двигатель на сверхвысоких оборотах и ​​из него — это то место, где инженерное дело становится видом искусства. Включите топливную экономичность и чистоту выхлопных газов в уравнение разработки, и станет ясно, почему мастера двигателей редко тусуются у водоохладителя.

На этом этапе обсуждения должно быть ясно, что крутящий момент и лошадиные силы подобны разлученным братьям и сестрам; они тесно связаны, но не имеют много общего.Но как насчет более серьезной моральной проблемы, стоящей перед человечеством в целом и автолюбителями в частности: что лучше?

Мы ответим, что Йоги Берра был бы признателен. В бейсболе, если крутящий момент аналогичен кетчеру, то питчер — это лошадиные силы. И то, и другое необходимо для игры в мяч, но ответственность питчера — определение скорости и траектории каждого брошенного мяча — определяет ход игры. Крутящий момент жизненно важен для работы каждого двигателя, но мощность — это то, что отличает отличный двигатель от хорошего.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Ошибочные единицы измерения: работа, мощность и крутящий момент

Насосы и системы , октябрь 2007 г.

Еще в начале семидесятых, когда я учился в аспирантуре, наше правительство обязалось преобразовать U.Измерительная система S. к метрической системе. В популярном в то время мультфильме был изображен лаборант с коробкой ампутированных человеческих ног, стоящий у двери кладовой. Клерк по снабжению также держал ящик, но его было полно вольтметров. Заголовок был «Обменяю ноги на метры». Это было почти 37 лет назад, и у нас до сих пор сохранилось большинство этих ступней! Полагаю, я мог бы сказать, что мы все еще «медленно погружаемся» в метрическую систему.

Система СИ (Système international d’unités, или Международная система единиц) является современной версией метрической системы, а U.S. получает много горя из-за того, что не осознает присущую ему транспортабельность через международные границы. Это стандарт в нашем научном сообществе, и его использование все чаще используется в нашем машиностроительном и промышленном секторах, но все еще довольно непопулярно среди пролетариата. Почему? Потому что единицы измерения для большинства из нас совершенно непригодны.

Возьмем, к примеру, ту простую величину, которую мы называем работой. Работа в линейной среде довольно проста (каламбур).Работа (w) определяется как произведение силы (F), приложенной к объекту, и расстояния (d), которое объект проходит в результате этой силы. Итак, работа — это просто w = Fd.

В хорошей старой английской системе сила измеряется в фунтах, а расстояние — в футах. Если мы поднимаем 100-фунтовый ящик на высоту 10 футов, мы выполняем работу на 1000 футов-фунтов. Поскольку работа прямо пропорциональна силе и расстоянию, ящик весом 10 фунтов, поднятый на высоту 100 футов, требует точно такого же объема работы.

Теперь, если мы переместим этот ящик за пределы США, СИ возьмет верх. Сначала мы переводим фунты в килограммы и футы в метры. Работа в единицах СИ — это джоуль, который определяется как ньютон-метр. Все мы знаем, что ньютон (названный в честь сэра Исаака) — это сила, необходимая для ускорения массы в 1 кг со скоростью 1 м / с2. Да правильно!

Могло быть и хуже. До появления СИ единицей работы также мог быть эрг, то есть дин-сантиметр. А дина — это грамм-сантиметр на секунду в квадрате.

Английское системное уравнение для работы сообщает нам, сколько именно работы выполняется, и выражается в понятных единицах. Фактически, галлоны легко конвертируются в фунты, и мы можем использовать то же простое уравнение для оценки работы, выполняемой насосной системой. Он не говорит нам о том, насколько быстро эта работа выполняется. Когда мы поднимаем этот 100-фунтовый ящик на высоту 10 футов, мы выполняем работу на 1000 футов-фунтов. Неважно, займет ли это 10 секунд или 10 дней, это все равно 1000 фунт-футов работы.

Скорость, с которой выполняется работа, называется мощностью, и она равна выполненной работе, деленной на время, необходимое для ее выполнения. Проще говоря, мощность = Вт / т. Если для подъема 100-фунтовой коробки на высоту 10 футов требуется одна минута, мощность, необходимая в английских единицах измерения, составляет 1000 фут-фунт / мин. Опять же, довольно просто.

Теперь вы можете подумать, что система SI, где мощность измеряется в ваттах, будет столь же понятной.К сожалению, это не потому, что ватт определяется как джоуль в секунду. И это возвращает нас к ньютон-метру.

Благодаря парню по имени Джеймс Ватт, есть более значимый способ соотнести ватт с фут-фунтом. В конце 18 века он внес в паровой двигатель несколько серьезных улучшений — усовершенствований, которые сделали его жизнеспособной альтернативой другим источникам энергии. Одним из энергоемких приложений в то время была добыча угля, и большинство из них приводились в движение лошадьми.

Ватту был нужен способ сравнить мощность его двигателя с мощностью лошади. История гласит, что путем экспериментов он определил, что средняя лошадь может поднять около 182 фунтов на высоту 181 фут за одну минуту. (Рассказывается несколько версий этой истории, но конечный результат всегда один и тот же.)

Таким образом, мощность или мощность в данном конкретном случае составляет 33 000 фунт-футов / мин. В системе СИ эта величина оказывается равной 745,7 джоулей / сек.Один джоуль в секунду был назван «ваттом» в его честь, так что 1 л.с. равняется примерно 746 Вт. В США мы по-прежнему оцениваем выходную мощность электродвигателя в лошадиных силах, в то время как в большинстве других стран используются киловатты (кВт).

Теперь нетрудно представить себе работу, проделанную в эксперименте Ватта. Просто опустите длинную веревку в шахту, наденьте ее на шкив и зацепите другой конец за лошадь. Дистанция, которую проходит лошадь, умноженная на поднимаемый ею вес, и есть проделанная работа.Измерьте, как далеко он уйдет за одну минуту, и вы получите количество лошадиных сил.

Работа и мощность могут быть немного сложнее визуализировать во вращающейся среде. Возьмем, к примеру, электродвигатель. Какого черта вы измеряете силу и расстояние?

Чтобы понять это, мы должны ввести новый термин. Если бы лошадь Ватта удерживала этот вес в статическом положении, никакой работы не производилось бы, но сила, удерживающая его там, была бы похожа на то, что мы называем крутящим моментом.Крутящий момент можно рассматривать как противоположную силу вращения и определяется как произведение силы и плеча рычага. Его единица СИ — ньютон-метр, а его английский эквивалент — фут-фунт (фут-фунт).

Но подождите, разве это не устройство для работы? Да, это так, поэтому крутящий момент часто называют фунт-фут (фунт-фут) или фут-фунт-сила (фут-фунт-сила), чтобы отличить его от работы. К сожалению, это определение не всегда самоочевидно.

Разница между крутящим моментом и линейной силой — это влияние плеча рычага.Линейная сила действует в том же направлении, что и движущийся объект. Сила, создаваемая крутящим моментом, действует под углом и поэтому перпендикулярна движению, которое он вызывает. По этой причине он состоит из двух компонентов — силы (F), приложенной в фунтах, и ее точки приложения (r), измеренной в футах, от центра или оси вращения (t = Fr). На этом рисунке показано, как эти два компонента работают вместе для создания крутящего момента.

Величина силы вращения, прилагаемой к гайке гаечным ключом, зависит от величины силы (F), приложенной к рукоятке, и места приложения этой силы (r).Возникающий крутящий момент прямо пропорционален обоим. Если приложить 10 фунтов на расстоянии одного фута от гайки, результат будет 10 фунтов на фут крутящего момента. Если вы переместите эту силу на 0,5 фута, крутящий момент снизится до 5 фунт-футов. Но если вы увеличите усилие до 20 фунтов, крутящий момент на 0,5 футах вернется к 10 фунтам-футам.

Пока все хорошо, но есть еще один фактор, который может повлиять на крутящий момент, создаваемый этим простым гаечным ключом. Предположим, мы прикладываем эту силу к ручке под углом 45 градусов, а не под углом 90 градусов, как показано на рисунке 2.В этом случае часть силы будет направлена ​​вниз, как и раньше, но часть также будет направлена ​​на гайку. Как рассчитать крутящий момент?

К счастью, некоторые простые триггеры могут расширить наше уравнение для крутящего момента и сделать его применимым независимо от угла действия силы. Его новая форма становится t = F (r sin θ), где θ — угол. Синус 90 градусов равен 1, поэтому, когда сила перпендикулярна, крутящий момент равен Fr. Синус 45 градусов равен 0,707, и при этом конкретном угле крутящий момент становится F (r x 0.707).

Хорошим примером влияния угловой и радиальной составляющих силы на крутящий момент является поршневой двигатель. Когда свеча зажигания загорается, поршень находится в верхней части цилиндра, а коленчатый вал находится под углом 0 градусов. Когда поршень движется вниз по цилиндру, коленчатый вал вращается, создается крутящий момент, который достигает своего максимума при 90 градусах (на середине хода вниз). Во второй половине хода вниз крутящий момент уменьшается и исчезает при повороте на 180 градусов. Если вы хотите увидеть отличную анимацию, иллюстрирующую эту последовательность, перейдите по адресу http: // science.howstuffworks.com/fpte4.htm.

В линейной системе мы видели, что работа = Fd. В системе вращения крутящий момент (t), который состоит из силы и радиуса, заменяет силу (F), а расстояние (d) становится углом, под которым действует крутящий момент. Это означает работу = tθ, где θ — угол.

В случае электродвигателя θ составляет 360 градусов или один полный оборот. Из этого следует, что мощность или мощность, производимая системой вращения, просто делится на время.К сожалению, это не так просто, потому что время и расстояние вращения связаны угловой скоростью. Это добавляет немного грязи к уравнению, и мощность становится произведением крутящего момента и угловой скорости, а угловая скорость измеряется в радианах в единицу времени!

К счастью, мы можем преобразовать угловую скорость в более привычную единицу: об / мин. Теперь наше уравнение принимает вид P = t x 2π x об / мин, а мощность выражается в фут-фунтах в минуту. Почему 2π? Потому что за один полный оборот приходится 2π радиана.Если разделить результат на работу, проделанную лошадью Ватта за одну минуту, вы получите мощность в лошадиных силах. Но есть еще более простой способ подсчитать количество лошадиных сил. Проще говоря, л.с. = (t x об / мин) / 5250.

Так откуда же взялся этот удобный коэффициент преобразования 5250? Ну, мы просто разделили работу, проделанную лошадью Ватта (33 000) на 2π, и избавились от них обоих! Если мы знаем мощность в лошадиных силах, мы можем изменить это уравнение на t = (л.с. x 5250) / об / мин и вычислить крутящий момент.

Как видно из уравнения в предыдущем абзаце, если мы сохраним постоянную мощность в лошадиных силах, крутящий момент будет меняться обратно пропорционально скорости вращения.Например, электродвигатель мощностью 100 л.с., рассчитанный на частоту вращения 3500 об / мин, развивает крутящий момент примерно 150 фунт-фут. Если бы он был рассчитан на 1750 об / мин, его крутящий момент увеличился бы примерно до 300 фунт-футов. Это именно то, что мы ожидаем, поскольку мощность в лошадиных силах — это скорость, с которой выполняется работа. Если двигатель с частотой вращения 1750 об / мин должен выполнять такой же объем работы за то же время, что и его собрат с частотой вращения 3500 об / мин, он должен выполнять в два раза больше работы за один оборот.

На этом рисунке показаны кривые крутящего момента и тока типичного двигателя переменного тока класса B.Ось Y показывает процент крутящего момента и тока при полной нагрузке, а ось X показывает процент скольжения и синхронную скорость (Нс).

Синхронная скорость — это скорость, с которой магнитное поле вращается вокруг статора, и она равна (120 x Гц) / число полюсов. При частоте 60 Гц двухполюсный двигатель имеет синхронную скорость 3600 об / мин. Для четырехполюсного двигателя эта скорость снижается до 1800 об / мин. Скорость скольжения или скольжения — это фактическая скорость вращения ротора, которая обычно на 3–5 процентов ниже.

Причина того, что асинхронный двигатель работает со скоростью ниже синхронной, довольно проста. Если бы ротор двигался с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле в статоре, между ними не было бы относительного движения. Следовательно, магнитные линии не будут пересекать стержни ротора и не будет индуцироваться магнитное поле.

Крутящий момент, создаваемый асинхронным двигателем, пропорционален силе взаимодействующих магнитных полей в статоре и роторе и существенно изменяется от нуля до номинальной скорости скольжения.Крутящий момент заблокированного ротора (или пусковой момент) — это минимальный крутящий момент, который создается, когда ротор находится в состоянии покоя (об / мин = 0). Ток, необходимый для создания этого пускового момента, составляет от пяти до семи раз больше фактического тока полной нагрузки.

Повышающий крутящий момент — это минимальный крутящий момент, развиваемый двигателем при ускорении от состояния покоя до скорости, при которой возникает максимальный крутящий момент. Как видите, в этот период разгона ток падает очень мало. Когда ротор приближается примерно к 75 процентам своей номинальной скорости скольжения, крутящий момент достигает своего максимума (момент пробоя), и ток начинает падать.По мере того как ротор продолжает ускоряться, крутящий момент и ток быстро падают и достигают значений полной нагрузки при номинальной скорости скольжения двигателя.

На рисунке также показано, что происходит при перегрузке двигателя. Возьмем, к примеру, тот мотор мощностью 100 л.с. / 1750 об / мин, о котором мы говорили ранее. По мере увеличения нагрузки крутящий момент увеличивается и достигает максимума, когда скорость вращения снижается примерно до 25% скольжения.

Если вы подставите новые значения крутящего момента и скорости в уравнение мощности, вы обнаружите, что мощность увеличивается со 100 до 230! Если нагрузка продолжает увеличиваться, крутящий момент начнет уменьшаться, и вращение прекратится.Скорее всего, вы этого не заметите из-за большого количества дыма, выходящего из корпуса двигателя!

Надеюсь, это сделало работу, крутящий момент и мощность во вращательной среде немного более понятными. Я также немного повеселился, разбив метрическую систему, хотя я считаю, что мы должны были принять ее давным-давно. Однако те, кто ожидал, что это будет легкий переход, наверняка были в шорах. Вы можете представить себе, как пойти в Макдональдс за 0,11339 килограмма (может, даже с сыром)? Или, как насчет первого дауна и 9.144 на 45.72 (это будет полузащита!).

Если мы собираемся сделать эту систему стандартной, ее нужно будет использовать в начальной школе.

Основы лошадиных сил и крутящего момента

Не многие люди понимают, что на самом деле означают мощность и крутящий момент, не говоря уже о том, как они влияют на характеристики автомобиля. Тем не менее, почти в каждой рекламе тяжелых грузовиков в какой-то момент упоминаются эти характеристики. Если вы никогда не замечали, попробуйте прислушаться к нему в следующий раз, когда увидите его.

Мощность, производимая двигателем, называется его мощностью лошадиных сил. В физике мощность определяется как скорость, с которой что-то работает. Для автомобилей мощность означает скорость. Поэтому, если вы хотите ехать быстрее и быстрее набирать скорость, вам нужно больше лошадиных сил.

Крутящий момент, с другой стороны, является выражением силы вращения или скручивания . В автомобилях двигатели вращаются вокруг оси, создавая крутящий момент. Крутящий момент можно рассматривать как «силу» автомобиля.Это сила, которая разгоняет спортивный автомобиль от 0 до 60 за секунды и толкает вас обратно в сиденье. Это также то, что приводит в движение большие грузовики, перевозящие тяжелые грузы.

Это основные сведения о мощности и крутящем моменте, но как эти понятия измеряются и как они взаимосвязаны?

За цифрами

С математической точки зрения, лошадиные силы — это сила, необходимая для перемещения 550 фунтов на один фут в секунду или 33 000 фунтов на один фут в минуту. Мощность двигателя измеряется с помощью динамометра, но на самом деле динамометр измеряет выходной крутящий момент двигателя, а также число оборотов в минуту — или «оборотов в минуту».Эти числа подставляются в формулу (крутящий момент x об / мин / 5 252) для определения мощности. Мощность в лошадиных силах определяется путем измерения крутящего момента, потому что крутящий момент легче рассчитать.

Крутящий момент, как упоминалось ранее, является выражением крутящей силы и измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние от оси вращения. Так, например, если вы используете гаечный ключ длиной 1 фут для приложения усилия в 10 фунтов к концу болта, то вы прикладываете крутящий момент в 10 фунт-футов (10 фунт-футов).

Ram 1500 2021:
Грузовик года MotorTrend

Третий год подряд грузовик RAM получает награду MotorTrend Truck of the Year, давая миру знать, а также своим конкурентам, что они кое-что знают, когда дело доходит до производительности, меняющей правила игры. грузовик.

Узнать больше

Взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом

И мощность, и крутящий момент влияют на общую скорость автомобиля, поэтому вы можете понять, почему люди смешивают эти два понятия. Однако в реальном мире вождения и перевозки их различия — наряду с конструкцией транспортного средства — имеют большое значение.

Например, чем больше мощность двигателя, тем выше потенциал крутящего момента. Этот «потенциальный» крутящий момент транслируется в реальные приложения через дифференциалы оси автомобиля и трансмиссию.Это объясняет, почему гоночный автомобиль и трактор, имеющие одинаковую мощность, могут так сильно различаться. В гоночном автомобиле весь крутящий момент используется для увеличения скорости через зубчатую передачу, в то время как трактор преобразует лошадиную силу в толкание и тягу чрезвычайно тяжелых грузов.

Другой способ понять, насколько мощность зависит от крутящего момента, — это открутить крышку на новой банке с рассолом. Когда вы изо всех сил открываете банку, вы прикладываете крутящий момент независимо от того, оторвется крышка или нет.Однако лошадиные силы существуют только в движении. Итак, вам нужен крутящий момент, чтобы сначала ослабить крышку, а затем вы можете приложить усилия рукой, быстро повернув крышку.

Итак, чего лучше всего иметь в вашем автомобиле — лошадиных сил или крутящего момента? Все зависит от того, как вы собираетесь использовать свой автомобиль или грузовик. Молниеносно быстрый Dodge Charger, например, будет иметь больше лошадиных сил, в то время как грузовик Cummins Diesel будет иметь больший крутящий момент, чтобы помочь тянуть эти тяжелые грузы.

Здесь, в Bryant Motors, у нас есть огромный выбор как новых, так и подержанных автомобилей на месте, чтобы удовлетворить все различные предпочтения и потребности — от быстрого и элегантного Dodge Dart GT 2014 года до обновленного Ram 1500, который также доступен в ультрасовременном исполнении. , с турбонаддувом EcoDiesel.

Выполните поиск в нашем обширном перечне новых и подержанных автомобилей, чтобы найти автомобиль или грузовик, который вы искали сегодня, по самой доступной цене. Или продолжайте просматривать наш блог и ресурсы руководства по покупке автомобилей для получения дополнительной информации.

Ищете пикап с мощной буксирной способностью?

См. Наш список доступных грузовиков и внедорожников

Основы измерения крутящего момента

// php echo do_shortcode (‘[responseivevoice_button voice = «Американский английский мужчина» buttontext = «Listen to Post»]’)?>

Крутящий момент является важным фактором для большей части оборудования в заводских цехах.Часто при измерении крутящего момента неправильно понимают, что может привести к недооценке измерительных систем. В этой статье рассматриваются многие методы и методы измерения крутящего момента.

Крутящий момент можно разделить на две основные категории: статический или динамический. Методы, используемые для измерения крутящего момента, можно разделить еще на две категории: реактивные и линейные. Понимание типа измеряемого крутящего момента, а также различных типов датчиков крутящего момента, которые доступны, окажет сильное влияние на точность получаемых данных, а также на стоимость измерения.

При обсуждении статического и динамического крутящего момента часто проще всего начать с понимания разницы между статической и динамической силой. Проще говоря, динамическая сила включает ускорение, а статическая — нет.

Связь между динамической силой и ускорением описывается вторым законом Ньютона; F = ma (сила равна массе, умноженной на ускорение). Сила, необходимая для остановки вашего автомобиля с его значительной массой, будет динамической силой, поскольку автомобиль необходимо замедлить.Сила, прилагаемая тормозным суппортом для остановки этого автомобиля, будет статической силой, поскольку тормозные колодки не ускоряются.

Крутящий момент — это просто сила вращения или сила на расстоянии. Из предыдущего обсуждения он считается статичным, если у него нет углового ускорения. Крутящий момент, создаваемый часовой пружиной, будет статическим, поскольку нет вращения и, следовательно, углового ускорения. Крутящий момент, передаваемый через ведущую ось автомобиля, когда он движется по шоссе (с постоянной скоростью), может быть примером вращающегося статического крутящего момента, потому что даже при наличии вращения при постоянной скорости ускорение отсутствует.

Крутящий момент, создаваемый двигателем автомобиля, будет как статическим, так и динамическим, в зависимости от того, где он измеряется. Если крутящий момент измеряется в коленчатом валу, будут большие колебания динамического крутящего момента, поскольку каждый цилиндр срабатывает, а его поршень вращает коленчатый вал.

Если крутящий момент измеряется на приводном валу, он будет почти статическим, потому что инерция вращения маховика и трансмиссии будет гасить динамический крутящий момент, создаваемый двигателем. Крутящий момент, требуемый для открытия стекол в автомобиле (помните их?), Может быть примером статического крутящего момента, даже если присутствует ускорение вращения, потому что как ускорение, так и инерция вращения кривошипа очень малы, и в результате динамический крутящий момент (крутящий момент = инерция вращения x ускорение вращения) будет незначительным по сравнению с силами трения, участвующими в движении окна.

Этот последний пример иллюстрирует тот факт, что для большинства измерительных приложений в той или иной степени будут задействованы как статические, так и динамические крутящие моменты. Если динамический крутящий момент является основным компонентом общего крутящего момента или представляет собой интересующий крутящий момент, необходимо учитывать особые соображения при определении того, как лучше всего его измерить.

Реакция по сравнению с Inline
Измерения крутящего момента в линии выполняются путем вставки датчика крутящего момента между компонентами, несущими крутящий момент, во многом аналогично вставке удлинителя между головкой и торцевым ключом.Крутящий момент, необходимый для поворота гнезда, будет передаваться непосредственно удлинителем гнезда. Этот метод позволяет разместить датчик крутящего момента как можно ближе к интересующему крутящему моменту и избежать возможных ошибок в измерениях, таких как паразитные крутящие моменты (подшипники и т. динамические моменты.

Рисунок 1: Простое измерение крутящего момента

В предыдущем примере динамический крутящий момент, создаваемый двигателем, можно было бы измерить, поместив линейный датчик крутящего момента между коленчатым валом и маховиком, избегая инерции вращения маховика и любых потерь в трансмиссии.Чтобы измерить почти статический, установившийся крутящий момент, который приводит в движение колеса, линейный датчик крутящего момента может быть размещен между ободом и ступицей транспортного средства или в приводном валу. Из-за инерции вращения типичной приводной линии крутящего момента и других связанных компонентов поточные измерения часто являются единственным способом правильно измерить динамический крутящий момент.

Датчик реактивного момента использует третий закон Ньютона: «на каждое действие есть равная и противоположная реакция». Чтобы измерить крутящий момент, создаваемый двигателем, мы могли бы измерить его в потоке, как описано выше, или мы могли бы измерить, какой крутящий момент требуется для предотвращения вращения двигателя, обычно называемый реакционным крутящим моментом.

Рисунок 2: Размещение датчиков крутящего момента важно

Измерение реактивного момента позволяет избежать очевидной проблемы электрического подключения к датчику во вращающемся приложении (обсуждается ниже), но имеет свой собственный набор недостатков. Датчик реактивного момента часто требуется, чтобы выдерживать значительные посторонние нагрузки, такие как вес двигателя или, по крайней мере, часть трансмиссии. Эти нагрузки могут привести к ошибкам перекрестных помех (реакция датчика на нагрузки, отличные от тех, которые предназначены для измерения), а иногда и к снижению чувствительности, так как датчик должен быть слишком большого размера, чтобы выдерживать посторонние нагрузки.Оба этих метода, линейный и реактивный, дадут идентичные результаты для измерения статического крутящего момента.

Выполнение линейных измерений во вращающемся приложении почти всегда ставит перед пользователем задачу подключить датчик вращающегося мира к неподвижному миру. Для этого существует ряд вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Наиболее часто используемым методом соединения между вращающимися датчиками и стационарной электроникой является токосъемное кольцо.Он состоит из набора токопроводящих колец, которые вращаются вместе с датчиком, и ряда щеток, которые контактируют с кольцами и передают сигналы датчиков.

Контактные кольца — это экономичное решение, которое хорошо работает в самых разных сферах применения. Это относительно простое, проверенное временем решение с незначительными недостатками в большинстве приложений. Щетки и, в меньшей степени, кольца — изнашиваемые детали с ограниченным сроком службы, которые не поддаются долгосрочным испытаниям или приложениям, которые нелегко обслуживать на регулярной основе.

Рисунок 3: Контактные кольца — экономичное решение

На низких и средних скоростях электрическое соединение между кольцами и щетками относительно бесшумно, однако на более высоких скоростях шум значительно ухудшит их характеристики. Максимальная скорость вращения (об / мин) контактного кольца определяется поверхностной скоростью на границе раздела щетка / кольцо. В результате максимальная рабочая скорость будет ниже для датчиков большего размера, обычно с более высоким крутящим моментом, в силу того, что контактные кольца должны быть большего диаметра и, следовательно, будут иметь более высокую поверхностную скорость при заданных оборотах в минуту.

Типичные максимальные скорости будут в диапазоне 5000 об / мин для датчика крутящего момента средней мощности. Наконец, интерфейс щеточного кольца является источником тормозящего момента, который может быть проблемой, особенно для измерений очень низкой производительности или приложений, в которых крутящий момент привода не сможет преодолеть сопротивление кисти.

Поворотный трансформатор
Стремясь устранить некоторые недостатки контактного кольца, была разработана система вращающегося трансформатора. Он использует вращающуюся трансформаторную муфту для передачи энергии на вращающийся датчик.Внешний прибор подает переменное напряжение возбуждения на тензодатчик через трансформатор возбуждения. Затем мост тензодатчика датчика приводит в действие вторую катушку вращающегося трансформатора, чтобы получить сигнал крутящего момента от вращающегося датчика. За счет исключения щеток и колец контактного кольца проблема износа решена, что делает систему вращающегося трансформатора пригодной для длительных испытаний.

Рисунок 4: Поворотные трансформаторы повышают производительность

Паразитный момент сопротивления, вызываемый щетками в узле контактного кольца, также устраняется.Однако необходимость в подшипниках и хрупкость сердечников трансформатора по-прежнему ограничивают максимальную скорость вращения до уровней, лишь немного лучше, чем у контактного кольца. Система также подвержена шумам и ошибкам, вызванным выравниванием первичной и вторичной обмоток трансформатора. Из-за особых требований, предъявляемых вращающимися трансформаторами, также требуется специальное преобразование сигнала для получения сигнала, приемлемого для большинства систем сбора данных, что дополнительно увеличивает стоимость системы, которая уже выше, чем у типичного узла контактных колец.

Стремясь преодолеть некоторые недостатки контактного кольца, была разработана система вращающегося трансформатора. Он использует вращающуюся трансформаторную муфту для передачи энергии на вращающийся датчик. Внешний прибор подает переменное напряжение возбуждения на тензодатчик через трансформатор возбуждения. Затем мост тензодатчика датчика приводит в действие вторую катушку вращающегося трансформатора, чтобы получить сигнал крутящего момента от вращающегося датчика. За счет исключения щеток и колец контактного кольца проблема износа решена, что делает систему вращающегося трансформатора пригодной для длительных испытаний.

Рисунок 4: Поворотные трансформаторы повышают производительность

Паразитный момент сопротивления, вызываемый щетками в узле контактного кольца, также устраняется. Однако необходимость в подшипниках и хрупкость сердечников трансформатора по-прежнему ограничивают максимальную скорость вращения до уровней, лишь немного лучше, чем у контактного кольца. Система также подвержена шумам и ошибкам, вызванным выравниванием первичной и вторичной обмоток трансформатора. Из-за особых требований, предъявляемых вращающимися трансформаторами, также требуется специальное преобразование сигнала для получения сигнала, приемлемого для большинства систем сбора данных, что дополнительно увеличивает стоимость системы, которая уже выше, чем у типичного узла контактных колец.

Инфракрасный (IR)
Подобно вращающемуся трансформатору, инфракрасный (IR) датчик крутящего момента использует бесконтактный метод передачи сигнала крутящего момента от вращающегося датчика обратно в неподвижный мир. Аналогичным образом при использовании муфты вращающегося трансформатора мощность передается на вращающийся датчик. Однако вместо того, чтобы напрямую возбуждать мост тензодатчика, он используется для питания цепи на вращающемся датчике. Схема подает напряжение возбуждения на мост тензодатчика датчика и оцифровывает выходной сигнал датчика.

Рис. 5: ИК-датчик обеспечивает бесконтактное зондирование.

Этот цифровой выходной сигнал затем передается через инфракрасный свет на стационарные приемные диоды, где другая схема проверяет цифровой сигнал на наличие ошибок и преобразует его обратно в аналоговое напряжение. Поскольку выходной сигнал датчика является цифровым, он гораздо менее восприимчив к шуму от таких источников, как электродвигатели и магнитные поля. В отличие от системы с вращающимся трансформатором, инфракрасный преобразователь может быть сконфигурирован с подшипниками или без них, что гарантирует отсутствие необходимости в техническом обслуживании, износа и датчика сопротивления.

Хотя оно более дорогое, чем простое контактное кольцо, оно дает несколько преимуществ. При конфигурации без подшипников в качестве истинно бесконтактной измерительной системы исключаются элементы износа, что делает ее идеально подходящей для долгосрочных испытательных стендов. Наиболее важно то, что после отказа от подшипников рабочие скорости (об / мин) резко возрастут, до 25 000 об / мин и выше, даже для агрегатов большой мощности. Для высокоскоростных приложений это часто является лучшим решением для метода передачи вращающего момента.

FM-передатчик
Другой подход к установлению связи между вращающимся датчиком и неподвижным миром использует FM-передатчик. Эти передатчики используются для удаленного подключения любого датчика силы или крутящего момента к его системе дистанционного сбора данных путем преобразования сигнала датчика в цифровую форму и передачи его на FM-приемник, где он снова преобразуется в аналоговое напряжение.

Рисунок 6: FM-соединения хорошо работают на больших расстояниях

Для приложений крутящего момента они обычно используются для специальных, единственных в своем роде датчиков, например, когда тензодатчики прикладываются непосредственно к компоненту в приводной линии.Это может быть, например, приводной вал или полуось автомобиля. Преобразователь предлагает преимущества простоты установки на компонент, поскольку он обычно просто зажимается на измеряемом валу, и его можно повторно использовать для нескольких настраиваемых датчиков. У него есть недостаток, заключающийся в необходимости источника питания на вращающемся датчике, обычно батареи 9 В, что делает его непрактичным для длительного тестирования.

Понимание природы измеряемого крутящего момента, а также того, какие факторы могут изменить этот крутящий момент при его измерении, окажет глубокое влияние на надежность собранных данных.В приложениях, требующих измерения динамического крутящего момента, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы измерить крутящий момент в нужном месте и не повлиять на крутящий момент, демпфируя его с помощью измерительной системы.

Знание доступных вариантов подключения к вращающемуся датчику крутящего момента может сильно повлиять на цену комплекта датчика. Контактные кольца — экономичное решение, но имеют свои ограничения. Для более требовательных приложений доступны более технически совершенные решения, но, как правило, они будут дороже.Обдумывая требования и условия конкретного применения, можно с первого раза выбрать подходящую систему измерения крутящего момента.

Кен Винцнер, менеджер по продажам Sensor Developments Inc.

Как измерить крутящий момент (крутящий момент) вашего автомобиля

Независимо от того, покупаете ли вы новый автомобиль или собираете хотрод в своем гараже, при определении характеристик двигателя играют роль два фактора: мощность и крутящий момент. Если вы похожи на большинство механиков DIY или автомобильных энтузиастов, вы, вероятно, хорошо понимаете взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом, но можете с трудом понять, как достигаются эти «фут-фунты».Вы не поверите, но это не так уж и сложно.

Прежде чем перейти к техническим аспектам, давайте разберем несколько простых фактов и определений, которые помогут понять, почему и мощность, и крутящий момент являются важными факторами, которые необходимо учитывать. Мы должны начать с определения трех элементов измерения производительности двигателя внутреннего сгорания: скорости, крутящего момента и мощности.

Часть 1 из 4: Понимание того, как частота вращения, крутящий момент и мощность двигателя влияют на общую производительность

В недавней статье журнала Hot Rod, одна из величайших загадок в характеристиках двигателя была наконец раскрыта, вернувшись к основам того, как фактически учитывается мощность.Большинство людей полагают, что динометры (динометры двигателя) предназначены для измерения мощности двигателя.

На самом деле динометры измеряют не мощность, а крутящий момент. Это значение крутящего момента умножается на число оборотов в минуту, при котором он измеряется, а затем делится на 5 252 для получения значения мощности в лошадиных силах.

Вот уже более 50 лет динометры, используемые для измерения крутящего момента и оборотов двигателя, просто не могут справиться с большой мощностью, производимой этими двигателями. Фактически, один цилиндр на этих 500 кубических дюймах, сжигающий нитрометан Hemis, производит примерно 800 фунтов тяги через одну выхлопную трубу.

Все двигатели внутреннего сгорания или с электрическим приводом работают с разной скоростью. По большей части, чем быстрее двигатель завершает свой рабочий такт или цикл, тем больше мощности он производит. Что касается двигателя внутреннего сгорания, три элемента, которые влияют на общую производительность этого двигателя, — это скорость, крутящий момент и мощность.

Скорость определяется как скорость двигателя, выполняющего свою работу. Когда мы применяем скорость двигателя к числу или единице измерения, мы измеряем скорость двигателя в оборотах в минуту или об / мин.«Работа», которую выполняет двигатель, — это сила, приложенная к измеренному расстоянию. Крутящий момент определяется как особый вид работы, вызывающей вращение. Это происходит, когда сила действует на радиус (или, в случае двигателя внутреннего сгорания, на маховик), и обычно измеряется в фут-фунтах.

лошадиных сил — это скорость, с которой выполняется работа. В прежние времена, если предметы нужно было переместить, люди обычно использовали лошадь, чтобы переместить их. Было подсчитано, что одна лошадь могла двигаться приблизительно 33 000 футов фунтов в минуту.Отсюда и возник термин «лошадиные силы». В отличие от скорости и крутящего момента, мощность в лошадиных силах может быть измерена в нескольких единицах, включая: 1 л.с. = 746 Вт, 1 л.с. = 2545 БТЕ и 1 л.с. = 1055 джоулей.

Эти три элемента работают вместе, чтобы произвести мощность двигателя. Поскольку крутящий момент остается постоянным, скорость и мощность остаются пропорциональными. Однако по мере увеличения частоты вращения двигателя увеличивается и мощность, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент. Однако многие люди не понимают, как крутящий момент и мощность влияют на скорость двигателя.Проще говоря, с увеличением крутящего момента и мощности увеличивается и скорость двигателя. Верно и обратное: когда уменьшаются крутящий момент и мощность, уменьшается и частота вращения двигателя.

Часть 2 из 4: Как устроены двигатели для достижения максимального крутящего момента

Современный двигатель внутреннего сгорания можно модифицировать для увеличения мощности или крутящего момента, изменяя размер или длину шатуна и увеличивая отверстие или диаметр цилиндра. Это часто называют соотношением диаметр цилиндра / ход поршня.

Крутящий момент измеряется в Ньютон-метрах.Проще говоря, это означает, что крутящий момент измеряется при круговом движении на 360 градусов. В нашем примере используются два идентичных двигателя с одинаковым диаметром отверстия (или диаметром цилиндра сгорания). Однако один из двух двигателей имеет более длинный «ход» (или глубину цилиндра, создаваемую более длинным шатуном). Двигатель с более длинным ходом имеет более прямолинейное движение при вращении через камеру сгорания и имеет больше рычагов для выполнения той же задачи.

Крутящий момент измеряется в фунт-футах или величине «крутящей силы», прилагаемой для выполнения задачи.Например, представьте, что вы пытаетесь ослабить ржавый болт. Предположим, у вас есть два разных трубных ключа: один длиной 2 фута, другой — длиной 1 фут. Предполагая, что вы прикладываете такое же усилие (в данном случае 50 фунтов давления), вы фактически прикладываете 100 фут-фунт крутящего момента для двухфутового ключа (50 x 2) и всего 50 фунтов. крутящего момента (1 x 50) с помощью гаечного ключа на одну ногу. Какой ключ поможет вам легче ослабить болт? Ответ прост — тот, у которого больше крутящего момента.

Инженеры разрабатывают двигатель, обеспечивающий более высокое соотношение крутящего момента к мощности для транспортных средств, которым требуется дополнительная «мощность» для ускорения или подъема.Как правило, вы видите более высокие значения крутящего момента для грузовиков большой грузоподъемности, используемых для буксировки, или двигателей с высокими рабочими характеристиками, где ускорение имеет решающее значение (например, приведенный выше пример NHRA Top Fuel Engine).

Вот почему производители автомобилей часто подчеркивают потенциал двигателей с высоким крутящим моментом в рекламе грузовиков. Крутящий момент двигателя также можно увеличить, изменив угол опережения зажигания, подбирая воздух к топливным смесям, и даже манипулируя им для увеличения выходного крутящего момента в определенных сценариях.

Часть 3 из 4: Понимание других переменных, влияющих на общий крутящий момент двигателя

Когда дело доходит до измерения крутящего момента, в двигателе внутреннего сгорания есть три уникальные переменные, которые вы должны учитывать:

Сила, создаваемая при определенных оборотах: это максимальная мощность двигателя, развиваемая при желаемых оборотах. Когда двигатель ускоряется, появляется кривая оборотов или мощности. По мере увеличения оборотов двигателя увеличивается и мощность, пока не достигнет максимального уровня.

Расстояние: это длина хода шатуна: чем длиннее ход, тем больше крутящего момента создается, как мы объясняли выше.

Константа крутящего момента: это математическое число, которое присваивается всем двигателям, 5252 или постоянная частота вращения, при которой мощность и крутящий момент уравновешены. Число 5252 было получено из наблюдения, что одна лошадиная сила эквивалентна 150 фунтам, которые преодолевают 220 футов за одну минуту. Чтобы выразить это в фут-фунтах крутящего момента, Джеймс Ватт ввел математическую формулу, которая изобрела первый паровой двигатель.

Формула выглядит следующим образом:

Предполагая, что сила в 150 фунтов приложена к одному футу радиуса (или круга, который находится, например, внутри цилиндра двигателя внутреннего сгорания), вам придется преобразовать это в фут-фунты крутящего момента.

220 футов в минуту необходимо экстраполировать в число оборотов в минуту. Для этого вам нужно дважды умножить число Пи (или 3,141593), что равно 6,283186 фута. Возьмите 220 футов и разделите на 6,28, и мы получим 35,014 оборотов в минуту на каждый оборот.

Возьмите 150 футов и умножьте на 35,014, и вы получите 5252,1 — это наша константа, учитываемая при измерении крутящего момента в фут-фунтах.

Часть 4 из 4: Как рассчитать крутящий момент автомобиля

Формула для вычисления крутящего момента: крутящий момент = мощность двигателя x 5252, который затем делится на число оборотов в минуту.

Проблема с крутящим моментом, однако, заключается в том, что он измеряется в двух разных местах: непосредственно от двигателя и до ведущих колес.Другие механические компоненты, которые могут увеличивать или уменьшать номинальный крутящий момент колес, включают: размер маховика, передаточные числа трансмиссии, передаточные числа ведущей оси и окружность шины / колеса.

Чтобы вычислить крутящий момент на колесе, все эти элементы должны быть учтены в уравнении, которое лучше всего оставить компьютеризированной программе, включенной в динамометрический стенд. На этом типе оборудования автомобиль размещается на стойке, а ведущие колеса размещаются рядом с рядом роликов.Двигатель подключен к компьютеру, который отслеживает обороты двигателя, кривую расхода топлива и передаточные числа. Эти числа учитываются со скоростью вращения колес, ускорением и оборотами переключения, поскольку транспортное средство движется на динамометрическом стенде в течение желаемого промежутка времени.

Расчет крутящего момента двигателя определить намного проще. Следуя приведенной выше формуле, становится ясно, как крутящий момент двигателя пропорционален мощности и частоте вращения двигателей, как описано в первом разделе. Используя эту формулу, вы можете вычислить номинальные крутящий момент и мощность в каждой точке кривой частоты вращения.Для расчета крутящего момента вам необходимо иметь данные о мощности двигателя, указанные производителем двигателя.

Калькулятор крутящего момента

Некоторые люди используют онлайн-калькулятор, предлагаемый MeasureSpeed.com, который требует, чтобы вы вводили максимальные значения мощности двигателя (предоставленные производителем или полученные во время профессионального динамического тестирования двигателя) и желаемое число оборотов в минуту.

Если вы заметили, что ваш двигатель с трудом ускоряется и не обладает необходимой мощностью, попросите одного из сертифицированных механиков YourMechanic провести осмотр, чтобы определить источник проблемы.

Измерение крутящего момента — SENSY

Определения

Измерение крутящего момента основано на фундаментальном понятии момента силы, определяемом следующим образом (см. Рис. 1):

Момент силы, где M — точка приложения по отношению к точке O определяется следующим образом:

Это псевдовектор, образованный векторным произведением вектора на векторную силу. Он приложен к O перпендикулярно плоскости, содержащей вектор силы и точку O, и его интенсивность равна произведению интенсивности силы F на длину OH опущенного перпендикуляра точки O в направлении силы.

Система двух параллельных нелинейных сил равной интенсивности и противоположного направления составляет «крутящий момент» сил. Момент такого крутящего момента равен сумме моментов каждой из сил. Его интенсивность, следовательно, равна произведению интенсивности F, общей для обеих сил, на расстояние D обеих сил, измеренное перпендикулярно их линии действия.

Необходимо всегда определять, находимся ли мы в присутствии момента силы или крутящего момента, потому что условия их хорошего измерения очень разные.

Измеритель крутящего момента: рассчитан на кручение

Измеритель крутящего момента — это измерительный прибор, аналог динамометра, предназначенный для работы на кручение. Его испытательный корпус имеет цилиндрическую форму, подверженную деформациям сдвига, измеряемым тензодатчиками. Этот тип деформации обеспечивает измерения, которые точно пропорциональны крутящему моменту, приложенному к преобразователю.

Что касается динамометра, измеритель крутящего момента связан с измерительным мостом, позволяющим ему питать датчик и обрабатывать передаваемый сигнал.

Измерение крутящим моментом

• Два приложения для измерителя крутящего момента:

Измеритель крутящего момента может использоваться для двух операций:

• чистое измерение крутящего момента
• калибровка или проверка динамометрического ключа

• На измеритель крутящего момента действуют два основных момента

Условия работы, требуемые для измерителя крутящего момента, труднее достичь, чем для динамометра.Фактически, на измеритель крутящего момента действуют два основных момента: первый возникает из-за измеряемого крутящего момента, а второй — из-за крутящего момента, препятствующего вращению измерителя крутящего момента вокруг своей оси. Эти два момента соединяются мешающими моментами и усилиями, возникающими из-за отказов в устройствах приложения двух основных моментов.

Качество измерения крутящего момента

Качество измерения в основном зависит от совмещения трех осей:

• ось измеряемого псевдовектора крутящего момента
• ось реактивного крутящего момента псевдовектор
• измеритель крутящего момента ось

Для этого все три оси должны быть материализованы с помощью механических элементов, которые центрированы и выровнены относительно друг друга.

Предотвращение ошибок измерения крутящего момента

Неисправности центровки

Неисправности центровки вызывают мешающие моменты, перпендикулярные оси измерителя крутящего момента, которые вызывают ошибки измерения, изменяющиеся на несколько процентных пунктов по сравнению с выполненным измерением крутящего момента.