Site Loader

Содержание

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.

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.

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 или мощность двигателя?

Так уж повелось, что любого автолюбителя при оценке способностей машины в первую очередь интересует такой показатель, как мощность. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. И вот почему

Евгений Яблоков

Несмотря на то, что гужевой транспорт давно «канул в Лету» и «л. с.» является персоной нон-грата в международной системе классификации, «лошадиная» единица измерения мощности продолжает пользоваться спросом. Причем не только у простого люда, но и на государственном уровне. Для этого достаточно взглянуть на квитанцию об уплате транспортного налога.

Между тем, появившаяся в период промышленной революции «л. с.» весьма условна. А все потому, что она определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения усилий, необходимых для подъема 75-килограммового груза на один метр за одну секунду. Новая единица измерения, взятая на вооружение фабрикантами для оценки превосходства стационарных механизмов над животными, со временем перекочевала в мир подвижного состава.

Позже шотландский инженер Джеймс Уатт ввел в обращение официальную единицу измерения мощности своего имени – «Вт», которую для удобства использования укрупнили до «кВт». Ватт, синхронизированный с л. с. в соотношении 1 кВт = 1,36 л. с., так и не добился всеобщей любви, оставив пальму первенства конской силе. Однако мощность мощностью, но, как говорится, двигает машину не она, а крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Н∙м).

Что такое крутящий момент?

У многих автомобилистов нет адекватного представления о том, что это за «зверь». О нем, впрочем, как и о мощности, бытует расхожее мнение: чем больше, тем лучше. По сути, это тесно связанные характеристики. Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Если, скажем, автомобиль завяз в глинистом грунте и обездвижился, то производимая им мощность будет равняться нулю. Ведь работа не совершается. А вот момент, хотя его и не хватает для движения, присутствует. Крутящий момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.

Главным достижением работающего мотора при превращении тепловой энергии в механическую является момент, или тяга. Высокие моментные значения характерны для дизельных двигателей, конструктивная особенность которых – большой (больше диаметра цилиндра) ход поршня. Большой крутящий момент у дизеля нивелируется относительно низким допустимым числом оборотов, которые ограничивают для увеличения ресурса. Высокооборотистым бензиновым моторам свойствен «крен» в сторону мощности, ведь их детали отличаются меньшим весом. И степень сжатия тоже ниже. Правда, современные силовые агрегаты – и дизельные, и бензиновые – совершенствуясь, становятся ближе и конструктивно, и по показателям. Но пока банальное правило рычага сохраняется: выигрывая в силе, проигрываешь в скорости. И, соответственно, в расстоянии.

Лучшие черты двигателя определяются совокупностью оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей силового агрегата. Близкие к оптимальным характеристики имеют электрические двигатели. Они располагают тягой, близкой к максимальной, практически с начала движения. В то же время значение мощности прогрессивно возрастает. Существенным фактором в вопросах определения мощности и крутящего момента являются обороты двигателя. Чем они выше, тем большую мощность можно снять.

В этом контексте уместно упомянуть о гоночных моторах. Из-за относительно скромных объемов они не блещут умопомрачительным крутящим моментом. Однако способны раскручиваться до 15–20 тыс. оборотов в минуту (мин-1), что позволяет им выдавать супермощность. Так, если рядовой силовой агрегат при 4000 об/мин генерирует 250 Н∙м и порядка 140 л. с., то при 18 000 мин-1 он мог бы выдать в районе 640 л. с.

К сожалению, повышать частоту вращения довольно сложно. Мешают силы инерции, нагрузки, трение. Скажем, если раскрутить мотор от 6000 до 12 000 мин-1, то силы инерции возрастут вчетверо, что потенциально грозит опасностью перекрутить мотор. Повысить величину крутящего момента можно с помощью турбонаддува, но в этом случае негативную роль начинают играть тепловые нагрузки.

Принцип максимальной отдачи мощности красноречиво иллюстрируют моторы болидов «Формулы-1», имеющие весьма скромный объем (1,6 литра) и относительно невысокий показатель тяги. Но за счет наддува и способности раскручиваться до высоких оборотов выдают порядка 600 л. с. Плюс к тому, конструкция у «Ф1» – гибридная, и электродвигатель, дополняющий основной мотор, при необходимости добавляет еще 160 «лошадей».

Важной характеристикой, отражающей возможности мотора, является диапазон оборотов, при котором доступна максимальная тяга. Но еще важнее эластичность двигателя, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Другими словами, это соотношение между числами оборотов для максимальной мощности и оборотов для максимального крутящего момента. Оно определяет возможность снижения и увеличения скорости за счет работы педалью газа без переключения передач. Или возможность езды на высоких передачах с малой скоростью. Эластичность, к примеру, выражается способностью автомобиля разгоняться на пятой передаче с 80 до 120 км/ч на пятой. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. Из двух двигателей одинакового объема и мощности предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также облегчит работу трансмиссии.

А если все-таки задаться вопросом о том, что важнее – крутящий момент или мощность, деля мир на черное и белое, ответ будет предельно прост: так как это зависимые величины, важно и то и другое.

Хочу получать самые интересные статьи

Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент

 Этот вопрос – одна из главных тем "холиваров" на автомобильных форумах. Оппоненты готовы порвать друг друга, приводя десятки аргументов. А ведь все просто: мощность — это и есть момент! Как так? Сейчас объясним.

В детстве многие люди постарше собирали фантики «Турбо», на них почти обязательно указывались мощность и максимальная скорость машины. Чем больше цифры, тем больше почтения модели авто. Похоже, так и продолжается до сих пор — лишние несколько лошадиных сил часто становятся решающим аргументом «за» или «против» какой-либо машины.

Но вот уже слышны голоса познавших дизельный Дзен о том, что важен только Крутящий Момент, да и подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов со всякими турбинами или разными там системами VVT-i заставляет иногда водителей усомниться в верности принципа «чем мощнее, тем быстрее», а уж про налоги, которые почему-то зависят от мощности, и так все наслышаны.

Так что же такое мощность и как она связана с динамикой?

В паспортных характеристиках машины и на тех самых вкладышах «Турбо» указана максимальная мощность двигателя. Но что она дает машине? И как с ней связан крутящий момент? Постараемся объяснить максимально просто эту важную истину.

Крутящий момент, напомним, есть произведение силы на плечо рычага. А для двигателя — это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Измеряется обычно в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.


График внешней характеристики двигателя

Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель. Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?


Пики и спады на графике

В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель «вытянет», всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами. На самых малых оборотах в цилиндре слишком много остаточных газов или слишком вероятна детонация, потому крутящий момент на малых оборотах обычно намного меньше максимального. На средних оборотах мотор «оживает» — за счет пульсаций во впускном трубопроводе больше воздуха поступает в цилиндры, меньше остаточных газов, потому и растет крутящий момент. Если у машины есть турбина или нагнетатель, то они начинают работать в полную силу. Но с ростом оборотов растут и механические потери на трение поршневых колец, трение и инерционные потери в ГРМ, на разогрев масла в подшипниках и т.д. и т.п., а качество рабочего процесса не улучшается или даже начинает падать. В результате на высоких оборотах момент начинает уменьшаться за счет возрастающих потерь. А у турбонаддувного двигателя в какой-то момент перестает хватать производительности турбины и момент тоже начинает снижаться. Теперь взглянем на график типичного атмосферного (то есть безнаддувного) мотора времен 90-х годов, где есть кривые не только момента, но и мощности.


А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы, и график мощности тоже очень «гладкий». Хорошо заметно, на сколько выше у него мощность в начале и середине графика.


Обратите внимание именно на кривую мощности. Она круто идет вверх там, где момент большой, и почти не растет там, где он падает. Объяснение этому очень простое: Мощность это то, сколько работы может выполнить мотор за секунду. Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, то есть примерно так:


Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается. И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро. Взгляните на типичный график высокооборотного мотора Honda — японцы поступили именно так.


Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на «неполных» оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона. А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины. Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора. А мощность всех потерь как раз зависит от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент она обязательно совпадет с мощностью мотора, именно эта скорость и будет максимальной. Бывают, конечно, просчеты, когда двигатель или не может развить обороты максимальной мощности, или уже «упирается» в ограничитель, но это бывает не так уж часто.

Дизельный момент

Теперь отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему на дизельных моторах традиционно большой крутящий момент, но при этом сравнительно с бензиновыми у них невысокая мощность?». Всё потому, что у дизеля ограничены рабочие обороты. Из-за высокой степени сжатия дизельных моторов и более медленно горящего топлива дизели хуже работают на больших оборотах, зато у них нет риска детонации, да и турбину можно поставить более эффективную и сложную из-за более низкой температуры газов на выпуске, так что можно подать очень много воздуха и топлива, и момент на малых оборотах получится очень большой. А иногда по мощности они даже будут не так уж далеки от турбонаддувных бензиновых, но момент будет не просто большим, а огромным. Для сравнения приведем характеристики двух трехлитровых моторов от современной BMW 5 series, где будет видно, что дизели эффективны в более низких оборотах. Дизель можно сделать мощнее бензинового мотора, но тогда и так большой момент будет больше еще на четверть, а это означает, что понадобится новая коробка передач и новые карданные валы, способные выдерживать такую мощность. Да и сам двигатель придется сделать еще прочнее и тяжелее. Или можно его «раскрутить», но тогда сложнее будет работать топливной аппаратуре, а допускать дымления и неполного сгорания топлива нельзя.


Так как же правильно разгоняться?

Тут важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона нужно переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента или выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов — разгон выше оборотов максимальной мощности будет идти медленнее. Идеальный вариант на гражданских машинах — разгон «от пика момента до пика мощности». Впрочем, обычно на современных моторах электроника просто не даст «перекрутить» мотор сильно выше пика мощности — это называется отсечкой. Можно попробовать представить себе это визуально. Посмотрите на график внешней скоростной характеристики. Мотор при разгоне должен как можно больше работать в зоне, где его мощность максимальна, то есть на высоких оборотах вблизи точки максимальной мощности. И при переключении передач попадать в зону с как можно большей достижимой мощностью. Внизу — графики мощности и момента уже знакомых нам атмосферного Honda Accord Type R и турбированного Saab 9-3. На графиках мы выделили диапазоны оборотов, в которых будет работать двигатель, если включить вторую или третью передачу на скорости около 50 км/ч. Чем больше площадь фигуры под кривой мощности, тем эффективнее разгон.


Если коробка умеет переключаться очень быстро, то идеальным случаем будет КПП с очень «короткой» первой передачей с большим-пребольшим передаточным числом для очень высокого момента. А кроме того, очень большим количеством передач «на все случаи жизни». Короткая первая позволит практически сразу со старта поднимать обороты до необходимых для уверенного разгона, а затем мотор всё время будет работать вблизи своего эффективного максимума. Есть одна проблема. К сожалению, таких коробок передач не бывает. Лучше всего была бы электрическая передача, но ее масса и невысокий КПД (то есть потери мощности при «пропускании» через такую трансмиссию) при мощности меньше нескольких тысяч киловатт делают ее применение нерациональным, если только на гибридах, как например на «Мицубиши Аутлендер PHEV». Казалось бы, есть почти идеальный вариатор, где передаточных чисел бесконечное множество, так как они меняются плавно. Но он тоже страдает низким КПД при больших передаточных отношениях и не умеет менять его очень быстро… И в итоге разгон не лучше, чем у других трансмиссий. Гидротрансформатор на традиционных АКПП еще хуже, но в сочетании с механической коробкой передач обеспечивает и надежность, и приличную скорость. А механические коробки и особенно «роботы», несмотря на неизбежные потери мощности на старте при трении дисков в сцеплении, всё равно оказываются быстрее всех! Нужно лишь очень много передач. Например, десять, как в новой версии коробки DSG. Впрочем, половина из них нужна не для разгона, а для экономичного движения, но об этом в другой раз.


Какой мотор предпочесть — с высоким моментом или высокой мощностью?

Если мощность двух моторов, между которыми вы выбираете, отличается не слишком значительно, то выбирайте более «моментный». Особенно если вы пользуетесь механической коробкой передач. Показатель максимального момента и мощности на промежуточных режимах в данном случае важнее. Если же двигаться приходится постоянно «на пределе», то более тяговитый мотор, да еще и более слабый, преимущества иметь не будет, посмотрите хотя бы на мотоциклы, высокооборотные, но не моментные легко выигрывают у более тяговитых низкооборотных. Но показатели надо оценивать в комплексе. Вернемся к нашим «пятеркам» BMW. Бензиновая 535i разгоняется до 100 км/ч за 5,6 секунды, а дизельная 530d — за 5,7, потому что мощность у бензиновой почти на 50 л.с. выше, причем это — турбонаддувный мотор с хорошей мощностью в зоне средних оборотов тоже и многоступенчатая АКПП, быстрая и современная. Мощности должно быть много, но не только на максимальных оборотах, а величина крутящего момента говорит нам именно о том, на сколько много мощности двигатель выдает при обычном движении. Насколько удобно ускоряться без переключений передач. И абсолютная величина крутящего момента говорит даже меньше, чем указание диапазона оборотов, на которых момент близок к своему максимуму и насколько близки эти обороты к оборотам максимальной мощности. И лучше всего с этим справляется график внешней скоростной характеристики. А вот сама величина момента не толкает вас, ведь у более моментного мотора просто будут другие передаточные числа главной передачи и на колесах будет ровно та же мощность.

<a href=»http://polldaddy.com/poll/8627239/»>Какой мотор предпочтете?</a>


Читайте также:


Что важнее — крутящий момент или лошадиные силы?

Обычно при оценке характеристик того или иного автомобиля в первую очередь мы обращаем внимание на мощность двигателя или количество лошадиных сил. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. Давайте разберемся, в чем разница между ними.

Появившаяся задолго до первого механического транспортного средства «лошадиная сила» условна, так как определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения работы, необходимой для поднятия 75–килограммового груза на один метр за одну секунду.

Шотландский инженер Джеймс Уатт ввел новую единицу измерения мощности в лошадиную силу, но в системе СИ единицу мощности назвали уже в его честь — ватт (Вт). 1 киловатт (кВт) равен 1,36 л. с. Но в обычной жизни лошадиные силы оказались как-то ближе к народу, поэтому мы получаем письма с налогом за количество лошадиных сил в наших автомобилях, а не за киловатт и хвастаемся друзьям именно количеством«лошадей». Лошадиная сила остается очень популярной внесистемной единицей измерения мощности для транспортных средств. Кстати, типичная лошадь имеет предельную мощность порядка 13–15 лошадиных сил, как это ни забавно. Во всяком случае, на диностенде в режиме 5–минутной нагрузки она может выдать примерно столько. А тягловые тяжеловесы способны выдать даже в даже за 25 сил на такой отрезок времени.

А сам автомобиль тянет вперед не сама мощность, а крутящий момент, выдаваемый силовым агрегатом. И именно с ним мы сталкиваемся каждый день в обычной жизни чаще. Например, открывая крышку пластиковой бутылки, вы используете именно крутящий момент, именуемый также моментом силы или вращательным моментом. Ведь вряд ли вы проверяете, как быстро открутили крышку?

Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Н·м). И он тесно связан с мощностью, ведь для двигателя с вращающимся валом мощность на любых оборотах легко рассчитать, зная момент. И наоборот, зная мощность, можно подсчитать момент. Упрощенная формула его расчета выглядит так:

P = M x 9549 x N

и, соответственно:

M = P х 9549 / N,

где P — это мощность двигателя в киловаттах (кВт), а N — это количество оборотов коленчатого вала в минуту.

Мощность демонстрирует количество работы, которое выполняет двигатель за промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Например, ускорение машины в каждый момент времени при постоянном передаточном отношении трансмиссии пропорционально крутящему моменту. А вот время разгона с одной скорости до другой, именно мощности двигателя в этом диапазоне оборотов, иначе говоря, проделанной работе. В общем-то, всем изучавшим физику в школе это покажется очевидным, но, к сожалению, не все помнят или не соотносят знания теоретического курса и примеры из реальной жизни.

Уверен, многие автолюбители даже не обращают внимание на значение крутящего момента в списке технических характеристик автомобиля и на обороты, при которых он достигается. А ведь чем выше крутящий момент и с чем более низких оборотов он достигается, тем приятнее и «эластичнее» ощущается двигатель, тем выше его реальная мощность на промежуточных режимах. Именно поэтому дизельные двигатели с турбонаддувом зачастую кажутся более приятными в обращении, чем более форсированные атмосферные бензиновые, которые необходимо «крутить» в отсечку ради достижения максимальной динамики разгона. И именно по этой причине тот, кто вкусил радости хорошего двигателя с турбонаддувом, уже не очень хочет пересаживаться на атмосферные, которые даже при схожей мощности «едут» ощутимо хуже.

Почему же такое внимание уделяется именно максимальной мощности? Дело в том, что владельца машины редко волнует максимальное ускорение автомобиля на скорости 20 или 30 километров в час, как физическая величина. Его, скорее всего, интересует динамика разгона в диапазоне 0–100, 80–120 или 100–200, а не абстрактное ускорение. А в этом случае речь идет о приращении кинетической энергии автомобиля, а значит, о проделанной двигателем работе. Которая зависит именно от мощности. В случае с идеальной трансмиссией проделанная работа будет прямо пропорциональна максимальной мощности мотора.

Вот только машин с идеальными трансмиссиями не бывает, если это не карьерные самосвалы с электропередачей, а значит, важна не только максимальная мощность, но и мощность во всем диапазоне оборотов, в котором вынужденно будет работать двигатель при таком разгоне. Оценить ее можно по графику внешней скоростной характеристики автомобиля, так называемой ВСХ, зная передаточное отношение трансмиссии на каждой передаче и предельные обороты мотора. А косвенно понять, насколько мощным будет мотор на промежуточных оборотах, позволяют именно данные по максимальному крутящему моменту и оборотам, при которых он достигается. Ведь чем выше момент на всех оборотах ниже максимальной мощности, тем ближе мощность на этих оборотах к максимально возможной и тем большую работу сможет проделать двигатель. Сложно? Тогда просто используйте эмпирическое правило, упомянутое выше.

Главное, помните, что мощность и крутящий момент — зависящие друг от друга величины, поэтому всегда важно и то, и другое.

управление крутящим моментом с мониторингом угла завинчивания и управление углом завинчивания с мониторингом крутящего момента. Система Kolver T&A способна одновременно управлять данными режимами с лучшим соотношением производительность/цена на рынке.

В промышленной сборке потребность в проверке операций затяжки требует решений для измерения не только крутящего момента, но и угла завинчивания. Наиболее распространенными случаями являются: управление крутящим моментом с мониторингом угла завинчивания и управление углом завинчивания с мониторингом крутящего момента. Система Kolver T&A способна одновременно управлять данными режимами с лучшим соотношением производительность/цена на рынке.

Управление крутящим моментом/углом завинчивания

Основными параметрами, которые нужно контролировать, являются крутящий момент затяжки, применяемый к винту, и угол вращения самого винта, приоритет отдается в зависимости от ситуации значениям крутящего момента или углу завинчивания. Если значения крутящего момента и угла завинчивания, проверенные системой, находятся в пределах запрограммированных значений, то двигатель автоматически останавливается и отображается индикация Цикл OK (зеленый светодиод: включен). В противном случае генерируется ошибка (красный светодиод). На дисплее появятся достигнутые значения крутящего момента и угла завинчивания.

Все блоки управления EDU2AE/TOP/TA (также как и вся серия EDU2AE) оснащены новым программным обеспечением управления, которое позволяет достигать значений CM (capability machine – производительность машины) и CMK (capability machine index – индекс производительности машины) на уровне лучших шуруповертов класса A.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ: это самый распространенный режим использования. Позволяет отобразить крутящий момент затяжки и угол завинчивания, создаваемый начиная от определенного порогового значения крутящего момента. Затяжка будет считаться правильной, если конечные значения крутящего момента и угла завинчивания будут находиться между минимальным и максимальным установленными значениями. В таком случае засветится зеленый светодиод, а в строке состояния появится надпись «правильное завинчивание». Если значения крутящего момента и/или угла завинчивания не попадают в заданные поля, винт будет считаться завинченным (затянутым) неправильно. В таком случае загорится красный светодиод, а в строке состояния появится сообщение «ошибка угла завинчивания мин. (макс.)» или «ошибка крутящего момента мин. (макс.)».

УГОЛ ЗАВИНЧИВАНИЯ: в этом режиме приоритет отдается углу завинчивания, который необходимо достичь, измеряя его, начиная с процентного соотношения крутящего момента при фиксации. Начиная с установленного порогового значения крутящего момента, система отсчитывает градусы и когда заданный угол будет достигнут, то шуруповерт остановится. Если винт достиг установленного значения угла, то он будет считаться зафиксированным точно, загорится зеленый светодиод, и в строке состояния появится сообщение «правильное завинчивание». Если шуруповерт останавливается еще до достижения заданного значения угла, то фиксация винта будет считаться неправильной, загорится красный светодиод, и в строке состояния появится сообщение «Ошибка, нужный угол не достигнут». Кроме прочего, есть возможность задать значения крутящего момента, минимальные и максимальные, в пределах которых должен быть достигнут и угол.

Основные характеристики:

• Новое программное обеспечение Expand для дистанционного программирования через USB-носитель и ПК.
• USB-порт на передней панели – для закачивания и скачивания режимов работы с помощью USB-флешки.
• Простое всплывающее меню.
• Пароль защиты.
• Выбираемые единицы измерения: Нм, фунт-сила на квадратный дюйм и килограмм силы на сантиметр.
• Значение угла в градусах.
• 8 режимов работы, которые можно настроить (персонализировать) в соответствии с:

— Минимальным/максимальным значением крутящего момента.
— Минимальным/максимальным значением угла.
— Скоростью завинчивания.
— Рампой ускорения.
— Минимальным/максимальным временем завинчивания.
— Максимальным крутящим моментом (самонарезающие винты).
— Автореверсом.

• 6 настроек крутящий момент/угол завинчивания:

— Приоритет крутящего момента с измерением/контролем угла от порогового значения крутящего момента (T), от внешнего входа (T/I) или от нажатого рычага (T/L).
— Приоритет угла завинчивания с остановкой при достижении установленного значения угла, начиная от порогового значения крутящего момента (T), от внешнего входа (T/I) или от нажатого рычага (T/L).

Основы лошадиных сил и крутящего момента

Не многие 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).

2021 Ram 1500:
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. Таким образом, 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, 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 буксировочной 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 доступных датчиков крутящего момента существенно повлияет 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, необходимый 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
Inline Измерения крутящего момента выполняются путем вставки датчика крутящего момента между компонентами, несущими крутящий момент, подобно 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. Д.), Посторонние нагрузки и компоненты, которые имеют большую инерцию вращения, которая могла бы гасить любую 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 областях 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 длительным 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 при измерениях очень низкой производительности или применениях, где крутящий момент привода будет иметь проблемы с преодолением сопротивления щеткой.

Поворотный трансформатор
Чтобы 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.

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 (ИК)
Подобно вращающемуся трансформатору, инфракрасный (ИК) 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 прямого возбуждения тензометрического моста он используется для питания цепи вращающегося датчика. Схема подает напряжение возбуждения на мост тензодатчика датчика и оцифровывает выходной сигнал датчика.

Рис. 5: ИК-датчик обеспечивает бесконтактное обнаружение.

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 вращающегося трансформатора, инфракрасный преобразователь может быть сконфигурирован как с подшипниками, так и 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. Преимущество преобразователя заключается в простоте 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 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 характеристик двигателя была наконец разгадана, вернувшись к основам фактического учета мощности.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 максимального увеличения 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-футовый крутящий момент 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, когда 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 усилить, 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 номинальный 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 на колесах, 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 от вас ввода максимальной мощности двигателя (предоставленной производителем или полученной во время профессионального динамометрического тестирования двигателя) и желаемых оборотов.

Если вы заметили, что двигатель работает с трудом при ускорении 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 точке 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 крутящего момента

  • Два применения 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 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


Ошибки центровки

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

Моменты помех могут быть значительно уменьшены с помощью специальных соединительных механических устройств, которые ограничивают влияние нарушений центровки. Это карданные шарниры, упругие лопатки или диски. Сцепные устройства Rexnord особенно эффективны.


ПРИМЕЧАНИЕ: Испанская версия / en / tecnologia / esfuerzo-de-torsion / medicion-del-par

Крутящий момент и мощность в лошадиных силах

Крутящий момент и мощность в лошадиных силах

Энергия, вырабатываемая двигателем транспортного средства, обычно обсуждали с точки зрения крутящего момента и лошадиных сил. Для того, чтобы лучше понимать, о чем говорят люди, когда они обсудить крутящий момент или мощность, каждая должна быть правильно определенный.

Крутящий момент — это мера силы в круговой направление; то есть скручивающая сила.В частности, он описывается как количество сила (F), приложенная по касательной в заданном расстояние (d) от центра вращения. Когда вы поворачиваете гаечный ключ или отвертку на болте или винт, вы прикладываете к нему крутящий момент. Чем больше сила, которую вы прикладываете, тем выше крутящий момент.

Мощность в лошадиных силах может быть описана как результат крутящего момента.Это показатель реально выполняемой работы и ее скорости. в настоящее время делается. Если болт или винт поворачиваются при крутящем моменте подана, работа проделана. Из физики точки зрения, объем проделанной работы связан с сила, расстояние (как далеко был повернут болт) и время (сколько времени потребовалось, чтобы повернуть это так далеко). Итак, если вы приложил к болту определенный крутящий момент, и он повернули на 1/2 круга за 1 секунду, вы бы сгенерировали определенное количество мощности.Увеличение крутящего момента приведет к приведет к тому, что болт будет повернут дальше в той же времени или повернуть его на такое же расстояние за меньшее время.

Математически крутящий момент измеряется в фунт-футах. (фунт-фут) или ньютон-метр, если вы используете метрическую систему измерения. Поскольку большинство американских автомобилей используют американские размеры, мы в качестве единицы измерения будет использоваться фунт-фут.

Следует проявлять осторожность при имея дело с крутящим моментом, так как фунт-фут также используется для описания работы при работе с линейными движение.Крутящий момент не работает; это сила. Сила раз движение равняется работе.

лошадиных сил связано с крутящим моментом в том смысле, что в ней используется крутящий момент. как часть его уравнения. Мощность равна количеству приложенный крутящий момент, умноженный на пройденное расстояние, деленное на время, которое потребовалось, чтобы преодолеть это расстояние. Другими словами, объем работы, выполненной за период времени, равен мощность.

Итак, какое отношение все это имеет к автомобилю? Показано ниже приведен график типичных лошадиных сил и крутящего момента данный двигатель.

Обратите внимание, как крутящий момент увеличивается до пика, после чего он падает. Это связано с тем, что двигатель не работает. «настроен» на наиболее эффективную работу в заданном Диапазон оборотов (см. Систему впуска , ). Этот диапазон выбирается, когда двигатель спроектирован для соответствуют целям дизайнеров производителя. это дорогостоящая разработка двигателя с широким и равномерным крутящим моментом. изгиб.Невозможно построить двигатель, обеспечивающий одинаковый крутящий момент во всем рабочем диапазоне, хотя теоретически это возможно.

Теперь обратите внимание, как пик мощности достигается на более высокая частота вращения двигателя, чем пик крутящего момента. Это связано с соотношение между мощностью и крутящим моментом. Отзывать эта мощность зависит от крутящего момента, расстояния и времени. Вы заметите, что по мере увеличения крутящего момента и расстояния, лошадиные силы тоже поднимутся.Кроме того, время, необходимое для преодолеть заданное расстояние уменьшается, мощность должна быть выше. Теперь, несмотря на то, что крутящий момент ниже на этих более высоких обороты двигателя, увеличенный пройденный путь, а также более короткое время требуется больше, чем преодолеть снижение в крутящем моменте, до определенного момента. Отношение между крутящий момент, обороты и мощность лучше всего описываются следующая формула:

Константа 5252 получена путем преобразования круговое движение к линейному движению, чтобы удовлетворить определение лошадиных сил.Также учитываются любые единицы преобразования, которые необходимо исправить.

Согласование шестерен с кривой мощности

Теперь видно, как связан выбор передач кривым крутящего момента и мощности двигателя. В идеале двигатель должен работать в диапазоне, обеспечивающем достаточное крутящий момент, необходимый для повседневного вождения независимо от скорости автомобиля.

Вернуться к Двигатель

Вернуться к Математика шестерен

Вернуться к Трансмиссия

Дом


Тормоза , Дифференциал , Трансмиссия , Электронное управление , Управление выбросами , Двигатель , Шина Формула , Gear Math , Система зажигания , Впускной Система , Подвеска , Трансмиссия

Понятие о мощности и крутящем моменте | Плюсы автосервиса

Вопрос о том, сколько мощности производит двигатель, был предметом споров с момента появления парового двигателя в конце 18, -го, -го века.Определение иллюзорного числа лошадиных сил всегда сводилось к тому, кого вы спрашиваете и какая машина (динамометр) использовалась для ее измерения. Чтобы понять мощность, необходимо рассмотреть концепцию в исторической перспективе.

«Покажи мне деньги!» Отличная фраза из фильма «Джерри Магуайр» — это один из способов понять, почему измерение мощности с самого начала было движущейся целью. Понятно, сколько долларов и центов измеряют мощность двигателя. Например, если двигатель Ford выдает 300 лошадиных сил, а Chevrolet производит двигатель мощностью 310 лошадиных сил, и оба двигателя продаются по одинаковой цене, что более желательно? Эта логика применима не только к двигателям, но и ко всему, что может быть прикреплено к двигателю, например, к выхлопным системам и вторичным системам.Многие производители выхлопных газов на вторичном рынке заявляют, что их системы на определенную величину увеличивают выходную мощность двигателя. Если две одинаковые системы заявляют о разном увеличении мощности, одна будет иметь преимущество на рынке.

(Фото любезно предоставлено Бобом Гускиора) До конца 1700-х годов лошади были основным средством энергии для нужд сельского хозяйства и транспорта. С появлением паровой машины использование лошадей начало сокращаться, и к 1920 году они не использовались в значительном количестве для выполнения работы в Соединенных Штатах.На фото Бекки ВанГордер, член Драфтового конного клуба Endless Mountains, вспахивает на своих двух упряжных лошадях Percheron, которые обеспечивают ровно «две лошадиные силы», чтобы тянуть плуг по полю.

Chevrolet, Ford, Chrysler, Mercedes-Benz, Porsche, Audi, Nissan, Toyota и другие производители — все они пытаются продавать продукцию, и если мощность является одним из факторов уравнения, больше может быть лучше. Прочтите последний обзор любого высокопроизводительного автомобиля в журнале для энтузиастов, и, скорее всего, мощность в лошадиных силах будет указана в качестве средства сравнения между аналогичными автомобилями.Вполне логично, что если лошадиные силы продаются, тогда будет иметь место более высокое или более низкое значение. Мощность в лошадиных силах измеряется с помощью устройства, называемого динамометром, и хотя эти машины не производят такую ​​мощность, как двигатель внутреннего сгорания, у них есть кое-что общее. Когда дело доходит до рекламы количества лошадиных сил, больше всегда лучше.

У каждой компании, производящей динамометры, есть практическая причина отвлечь потенциальных клиентов от их конкурентов, указав, почему динамометрический стенд другого парня выдает завышенные числа в лошадиных силах.Эта практика — просто «бизнес», и возиться с числами, которые рассчитывают количество лошадиных сил, продолжалось некоторое время — с начала 1800-х годов. В 1712 году Томас Ньюкомен разработал первый коммерчески успешный паровой двигатель, но он был не очень эффективным и имел ограниченное применение, в основном выкачивание воды из глубоких шахт. Шотландский изобретатель и инженер-механик Джеймс Ватт в 1764 году придумал значительно улучшенную версию паровой машины, которая потребляла на 75 процентов меньше угля, чем двигатели Ньюкомена.Бизнес-план Ватта состоял в том, чтобы собирать отчисления от своих клиентов на основе одной трети экономии угля, потребляемой более старым паровым двигателем аналогичного размера. Этот план платежей работал для клиентов, у которых были существующие паровые двигатели, и которые могли отслеживать использование угля, но операторы шахт, которые все еще использовали лошадей, нуждались в другом способе расчета того, сколько они будут платить за эту передовую технологию — паровой двигатель Ватта.

План

Ватта по соблазну владельцев шахт купить одну из его паровых машин основывался на том, сколько лошадей могли заменить владельцы, и зависел от знания того, сколько работы одна лошадь может выполнить за определенный период времени.Использование системы канатов и шкивов. Если бы лошадь могла поднять ведро с углем весом 366 фунтов по шахте со скоростью один фут в секунду, то за одну минуту лошадь могла бы поднять ведро на 60 футов.

С этой информацией Ватт подсчитал, что лошадь может поднять 21 960 фунтов. один фут за одну минуту. Ватт продолжил эксперименты и в 1782 году обнаружил, что пивоваренная лошадь (крупная порода) может производить 32 400 фут-фунтов работы в минуту. Ватт округлил это число до 33 000 фут-фунтов в минуту, и это стало стандартом, который используется до сих пор.Другие инженеры в то время полагают, что это число намного ниже — 22 916 фут-фунтов / мин. Немногие лошади даже с самым большим хлебом могут тянуть такой вес в течение любого периода времени, и начались предположения, что Ватт преувеличил это число в свою пользу, чтобы переоценить возможности своего парового двигателя. Другая точка зрения состоит в том, что Ватт просто применял хорошие маркетинговые методы, сравнивая лошадей (знакомая в то время форма силы и усилий) с новой технологией — двигателем пласта.

Динамометры

Прошло почти 50 лет, прежде чем был изобретен практический способ измерения мощности, производимой паровым двигателем.Первый динамометр был изобретен в 1821 году Гаспаром де Прони. Тормоз де Прони, как его называли, использовался для измерения производительности двигателей и других типов машин. Этот тип динамометра или блока поглощения энергии называется водяным тормозом и используется до сих пор. Он может измерять что угодно, от двигателя газонокосилки Briggs and Stratton, который развивает мощность в 2 лошадиных силы, до судовых дизельных двигателей, которые производят значительно больше — динамометр Froude Hofmann модели RLS295 может поглощать 39,440,000 миллионов футов крутящего момента и 650,000 лошадиных сил.

(Изображение любезно предоставлено Froude Hofmann) Этот гидравлический динамометр Froude Hofmann измеряет мощность судовых двигателей и может поглощать 39 440 000 (миллионов) фут-фунтов крутящего момента и 650 000 лошадиных сил. Его диаметр превышает 9 футов (масштаб см. У рабочего на эшафоте). Если вы думаете, что он большой, вы должны увидеть двигатель, к которому он подключен! Его стоимость — всего 5 миллионов долларов. Несмотря на свой размер, он работает так же, как и все динамометры с водяным тормозом.
Динамометр с водяным тормозом — это, по сути, неэффективный насос, который использует мощность двигателя для производства горячей воды. Этот дизайн существует с 1821 года и используется до сих пор.

Гидравлический тормоз или гидравлический динамометр в основном состоит из двух полумуфт — ротора и статора. Статор неподвижен, а ротор соединен с маховиком двигателя. Ротор и статор имеют лопатки полукруглой формы, которые направляют поток воды, когда двигатель вращает статор.Вода или гидравлическая жидкость, протекающие вокруг лопастей, создают реакцию крутящего момента через кожух динамометра или статор, который свободно плавает, так что под нагрузкой происходит небольшое вращательное движение. Внешний корпус не вращается, потому что моментный рычаг удерживает его на месте. Рычаг называется моментным рычагом, потому что он «чувствует» 100 процентов крутящего момента двигателя, пытающегося повернуть внешний корпус, когда двигатель пытается его повернуть или нагружать. До появления электроники для измерения нагрузки от моментного рычага использовалась шкала.

Сегодня датчик тензодатчика или тензодатчик преобразует силу, приложенную к моментному рычагу, в цифровой сигнал, который отправляется в программное обеспечение для сбора данных на ноутбуке или ПК. Нагрузка двигателя, или степень сопротивления статора крутящему моменту двигателя, регулируется путем изменения уровня воды в корпусе ротора с помощью впускных и / или выпускных клапанов. Повышение уровня воды увеличивает сопротивление вращению ротора водяного тормоза, увеличивая сопротивление или нагрузку на двигатель. По своей конструкции водяной тормоз является неэффективным насосом и использует мощность двигателя для производства горячей воды.В больших динамометрических станциях с водяным тормозом для отвода тепла от воды используется градирня размером с здание, а в меньших версиях можно использовать садовый шланг.

(Изображение любезно предоставлено Фроудом Хофманном) В 1877 году Уильям Фроуд изобрел гидравлический динамометр или водяной тормоз. На фото — большая версия раннего водяного тормоза около 1900 года — модель FA7, Froude Hofmann. Динамометрический рычаг хорошо виден справа и имеет длину почти 15 футов.Компания была основана в 1881 году и до сих пор занимается разработкой и производством высокотехнологичного специализированного испытательного оборудования. Они производят приборы для измерения мощности двигателей, используемых на кораблях, автомобилях, самолетах и ​​даже мотоциклах.

Генератор постоянного тока — динамометры двигателя переменного тока

Альтернативой водяному тормозу является электрический двигатель постоянного или переменного тока, который обеспечивает поглощение мощности, а также служит для привода двигателя для измерения момента трения или создания реальных дорожных условий.Двигатель, соединенный с двигателем постоянного тока, может использовать свою мощность для управления им, по сути, превращая его в генератор постоянного тока. Электрическая мощность генератора постоянного тока может быть рассчитана и преобразована в измерения крутящего момента. Динамометр электродвигателя может работать в обратном направлении, так как он может управлять двигателем, чтобы определить потерю его мощности на трение. Большие электродвигатели переменного тока также используются для поглощения нагрузки. Они выполняют те же функции, что и двигатель / генератор постоянного тока. Эти типы динамометров очень точны и могут регулировать скорость двигателя в пределах пары оборотов в минуту и ​​имеют возможность регулировать нагрузку двигателя от нуля до 100 процентов за микросекунды.Из-за своей высокой стоимости эти типы динамометров используются производителями оборудования для лабораторных разработок двигателей.

(Изображение любезно предоставлено Froude Hofmann) Этот динамометр для электродвигателя переменного тока произведен Froude Hofmann — RSL130. Он используется в автомобильной промышленности для разработки двигателей. Он может поглощать мощность, а также приводить в движение двигатель для имитации реальных дорожных условий. RSL130 может потреблять 130 кВт или 174 лошадиных силы.

Вихревой динамометр

Подобно блоку поглощения энергии генератора постоянного тока, динамометр с вихретоковым тормозом также использует электричество для передачи нагрузки на двигатель.Разница между ними в том, что вихретоковый тормоз не генерирует электрический ток. Тестируемый двигатель подключен к входному валу динамометрического стенда, вращающему металлический ротор, создающий магнитное поле. Когда ток на внутренние электромагнитные катушки динамометрического стенда увеличивается, вал ротора становится труднее вращать и, таким образом, нагружает двигатель. Крутящий момент измеряется с помощью тензодатчика, аналогичного тем, которые используются на динамометре с водяным тормозом. Ротор нагревается, так как динамометрический стенд сопротивляется мощности двигателя и обычно его необходимо охлаждать с помощью вентилятора.

(Изображение любезно предоставлено Dynojet Research. ) Этот блок поглощения вихретоковой нагрузки Dynojet идеально подходит для испытаний автомобильных двигателей из-за его быстрого реагирования и способности нагружать. Электромагнитные катушки расположены рядом с ротором поглощения тепла. Ротор выглядит как дисковый тормоз и имеет большие охлаждающие ребра и каналы для рассеивания тепла, создаваемого нагрузкой на двигатель во время работы на динамометрическом стенде.

Инерционный динамометр

В основном используются два типа динамометров для испытаний автомобилей — нагрузочные и инерционные.Динамометры нагрузки требуют прямого подключения к двигателю и не подходят для использования за пределами лаборатории двигателя. Гораздо чаще используется инерционный динамометр (он же динамометр на шасси), поскольку ведущие колеса транспортного средства размещаются на стальных роликах для измерения выходной мощности. В отличие от динамометра с нагрузкой, тип инерции не измеряет крутящий момент, а вместо этого вычисляет его путем измерения ускорения. Инерционный динамометрический стенд рассчитывает выходную мощность двигателя, измеряя время, которое требуется ведущим колесам автомобиля, чтобы разогнать тяжелый стальной барабан.Сила на поверхности барабана измеряется косвенно путем измерения его ускорения от одного оборота к другому. Сила рассчитывается с использованием закона Ньютона 2 и , сила = масса x ускорение. Поскольку масса или вес барабана известны, можно рассчитать силу (в лошадиных силах). Типичный динамометрический прогон начинается с того, что двигатель работает чуть больше холостого хода при вращении барабана задней шины. Когда дроссельная заслонка открыта, двигатель ускоряет барабан динамометра, когда частота вращения двигателя увеличивается до красной линии.Компьютерное программное обеспечение, используемое с инерционными динамометрами, может точно измерить ускорение барабана за небольшие промежутки времени и вычислить значение крутящего момента. Используя крутящий момент и число оборотов двигателя, можно рассчитать мощность задних колес в лошадиных силах.

Причина того, что дино инерционного типа не используются производителями оригинального оборудования, заключается в значительной потере мощности из-за трансмиссии транспортного средства. Промышленный динамометрический показатель для этих потерь обычно устанавливается на уровне -15 процентов, но это далеко не так, поскольку каждое транспортное средство использует различные компоненты / конструкции для передачи мощности от маховика двигателя на ведущие колеса.В реальных условиях потери трансмиссии могут достигать 40 процентов и более. Однако, несмотря на то, что трансмиссия теряет инерцию, динамометрический стенд является эффективным и экономичным способом измерения эффектов тюнинга и модификаций транспортного средства. С квалифицированным оператором динамометрические прогоны могут быть повторены с точностью, необходимой для определения влияния компонентов двигателя послепродажного обслуживания.

(Изображение предоставлено Dynojet Research) Этот Corvette привязан к инерционному динамометру Dynojet.Стальной каток весит несколько сотен фунтов и имеет абразивную поверхность, чтобы задние колеса не проскальзывали во время динамометрического прогона. Скорость ускорения катка измеряется и используется для расчета мощности. Более подробную информацию о различных типах динамометров можно найти на сайте www.dynojet.com.

Измерительный момент

Прежде чем мы обсудим, как динамометр измеряет мощность, необходимо понять крутящий момент. Крутящий момент — это «крутящая» энергия, которую двигатель производит на коленчатом валу или маховике.Крутящий момент измеряется в «фут-фунтах» (футо-фунтах), что также является общепринятой терминологией, используемой в Соединенных Штатах для определения плотности затяжки болта. Крутящий момент также может быть выражен в фунт-футах, а разница или путаница, создаваемая этими двумя терминами, заключается в том, что они измеряют технически. «Фунт-фут» технически используется для измерения силы скручивания, прилагаемой к болту или крепежной детали. Этот тип крутящего момента равен статическому крутящему моменту , потому что он измеряется, когда болт перестает вращаться и достигает заданного значения крутящего момента.Динамометрический ключ используется для измерения силы скручивания, приложенной к крепежному элементу. Динамометрический ключ показывает пользователю, какой крутящий момент прилагается. Этот тип крутящего момента называется статическим крутящим моментом, потому что не происходит никакого ускорения, когда крепеж достигает своего конечного значения крутящего момента, измеренного динамометрическим ключом. Чтобы добавить путаницы, размеры динамометрических ключей выражаются в фунтах-футах или дюймах-фунтах, хотя это технически неверно.

«Фут-фунты» — это мера работы, определяемая как сила на заданном расстоянии.Фут-фунты используются для измерения динамического крутящего момента вращающегося вала. Динамический крутящий момент отличается от статического, потому что он включает ускорение. Двигатель может создавать как статический, так и динамический крутящий момент. Например, если автомобиль движется с постоянным открытием дроссельной заслонки по плоской поверхности, тип крутящего момента, создаваемого двигателем, является статическим, поскольку двигатель не ускоряется. Когда дроссельная заслонка открыта, и автомобиль ускоряется, создаваемый крутящий момент является динамическим.Динамический крутящий момент определяется с помощью динамометра и может быть измерен на коленчатом валу двигателя, выходном валу трансмиссии или на ведущих колесах. Эти два термина часто используются как синонимы, хотя они измеряют разные типы крутящего момента. Футо-фунты будут использоваться в этой статье для обозначения крутящего момента, поскольку это общая американская терминология.

Расчет мощности

Мощность двигателя в лошадиных силах не может быть измерена напрямую, это вычисление крутящего момента, умноженного на частоту вращения двигателя.Формула для расчета мощности: крутящий момент x частота вращения двигателя, деленная на 5 252, равняется лошадиным силам. Число 5 252 — это результат объединения нескольких различных коэффициентов пересчета в одно число. Быстрый поиск в Интернете по запросу «постоянная мощность 5252 лошадиных сил» предоставит подробное объяснение того, как вычисляется это число. На большинстве графиков динамометра (см. Рисунок 1), которые показывают кривые мощности и крутящего момента, две кривые всегда пересекаются при 5252 об / мин, потому что при этом числе оборотов они всегда будут равны. Диаграммы Dyno, которые этого не показывают, в лучшем случае вызывают сомнения.

Рисунок 1 — Все графики мощности / крутящего момента, полученные с помощью программного обеспечения динамометра, должны показывать пересечение мощности и крутящего момента при 5252 об / мин. Это происходит потому, что крутящий момент и мощность при таких оборотах равны друг другу. Фактически, ниже 5252 об / мин крутящий момент всегда будет выше, чем мощность, а выше 5252 об / мин мощность всегда будет выше, чем крутящий момент. Диаграмма, не отображающая этих характеристик, имеет «математическую» проблему и вызывает сомнения.

Зависимость мощности от крутящего момента

Одно мероприятие, в котором многие энтузиасты принимают участие в гонках по жиму лежа, используя значения мощности и крутящего момента. Часто утверждение «Крутящий момент вызывает ускорение, а не количество лошадиных сил», и хотя это может иметь какой-то интуитивный смысл, неверно. Мощность в лошадиных силах и крутящий момент связаны тем фактом, что мощность в лошадиных силах рассчитывается исходя из крутящего момента в фунтах-футах и ​​оборотов двигателя (л.с. = T x RPM / 5252). Из-за этой формулы мощность и крутящий момент не зависят друг от друга по отношению к мощности двигателя.Для двигателя крутящий момент всегда указывается при определенных оборотах, потому что работа или мощность не производятся, если двигатель не вращается. Как только двигатель вращается достаточно быстро, можно измерить силу, действующую на нагрузку (например, ускорение барабана на инерционном динамометре), и скорость, с которой выполняется его работа.

Имея в виду, что связь между крутящим моментом и мощностью в лошадиных силах — это частота вращения двигателя. На рисунке 2 двигатель Corvette 6.2L, LT4 развивает 658 л.с. при 5750 об / мин с максимальным крутящим моментом в 651 фут-фунт.при 4800 об / мин. Для сравнения: 3,0-литровый двигатель Lotus Formula 1 развивает 932 л.с. при 12 000 об / мин и 508 фут-фунт. при 7000 об / мин. Крутящий момент Corvette составляет 148 фунт-футов. больше, чем Lotus, и можно подумать, что во всей нашей гонке массивный 6,2-литровый двигатель Vette будет доминировать над гораздо меньшим 3,0-литровым двигателем Формулы-1. Однако двигатель Lotus компенсирует меньший крутящий момент и рабочий объем за счет большей скорости двигателя (на 6250 об / мин), что дает 932 лошадиных силы при 12000 об / мин, что на 247 больше, чем у LT4.

Динамическая диаграмма показывает, что крутящий момент каждого двигателя падает после определенного числа оборотов. Это связано с тем, что при увеличении числа оборотов цилиндры не заполняются воздухом, как и при более низких оборотах двигателя. Наполнение цилиндра прямо пропорционально крутящему моменту. Мощность в лошадиных силах увеличивается на обоих двигателях после уменьшения крутящего момента, поскольку мощность в лошадиных силах является продуктом числа оборотов и крутящего момента. После достижения максимального значения уменьшение крутящего момента при данной частоте вращения является небольшим и недостаточным для компенсации увеличения числа оборотов двигателя.Общая мощность увеличивается до тех пор, пока падение крутящего момента не станет достаточно большим, чтобы перевесить увеличение оборотов. Это происходит при максимальной выходной мощности, и это можно увидеть на обоих двигателях при разных оборотах в минуту — выше для Lotus и ниже для Corvette.

Рисунок 2 — Несмотря на меньший размер 3,0 л, по сравнению с двигателем Corvette LT4 объемом 6,2 л, двигатели Формулы 1 вырабатывают 932 лошадиных силы, что на 274 лошадиных силы больше, чем у двигателя Corvette.Разница заключается в оборотах, при которых каждый двигатель достигает максимальной мощности. Обратите внимание, что крутящий момент и мощность обоих двигателей равны 5 252 об / мин.

Зависимость передаточного числа от крутящего момента

Вот еще один пример взаимосвязи крутящего момента и мощности — две одинаковые машины проезжают мимо медленно движущегося грузовика. На скорости 60 миль в час оба водителя выезжают на левую полосу движения, чтобы обогнать 18-колесный автомобиль. Водитель « A » считает, что ускорение вызывается крутящим моментом, и изучил динамическую диаграмму (рисунок 1), которая показывает, что крутящий момент увеличится с 3500 до 4750 оборотов в минуту.Водитель « A » держит коробку передач на 5-й передаче , полностью открывает дроссельную заслонку и начинает обгонять грузовик со своим двигателем со скоростью 3500 об / мин. При проезде водителя грузовика « A » ускоряется с постоянной скоростью, так как крутящий момент двигателя увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя.

Водитель « B » считает, что лошадиные силы, а не крутящий момент, вызывают ускорение, и понижает передачу трансмиссии на 3 -ю передачу , заставляя двигатель вращаться со скоростью 5000 об / мин. Водитель « B » посмотрел на ту же диаграмму и знает, что крутящий момент уже снизился на этой скорости двигателя, но мощность увеличится до 6250 об / мин.Уменьшение крутящего момента при 5000 об / мин невелико и недостаточно, чтобы компенсировать увеличивающуюся скорость двигателя, поэтому общая мощность увеличивается до тех пор, пока падение крутящего момента не станет достаточно большим, чтобы перевесить увеличение оборотов. При 6500 об / мин крутящий момент значительно упадет, и этого будет недостаточно для поддержания разгона двигателя и увеличения мощности.

В дополнение к тому, что его двигатель может работать на оборотах, обеспечивающих максимальную мощность, водитель « B » пользуется преимуществом передачи, чтобы обеспечить больший крутящий момент на заднем колесе, чем у водителя « A ».Крутящий момент двигателя одинаков для обоих автомобилей, однако, поскольку водитель « B » находится на передаче 3 -го ряда , ведущие колеса прикладывают больший крутящий момент для ускорения своего автомобиля. Это связано с тем, что крутящий момент двигателя умножается (увеличивается) на передаточное число выбранной передачи. На любой машине ускорение всегда самое быстрое на самой низкой передаче. По мере того, как трансмиссия переключается на более высокие передачи, ускорение (сила G или крутящий момент) уменьшается.

Крутящий момент двигателя обеспечивает толкающую силу для ускорения автомобиля, но эта сила передается через коробку передач и трансмиссию.Передаточные числа в трансмиссии делят обороты двигателя и крутящий момент, при этом более высокие передачи производят меньше оборотов в минуту и ​​меньший крутящий момент заднего колеса при заданной скорости. Комбинация крутящего момента от более низкого передаточного числа и более высоких оборотов — вот что действительно определяет «мощность». Чтобы получить больше мощности, двигатель должен вращаться быстрее.

Когда они начинают проезжать мимо грузовика, двигатель водителя « A » работает со скоростью 3500 об / мин по сравнению с водителем « B », двигатель которого вращается со скоростью 5000 об / мин, потому что он переключился на понижающую передачу на 3 передачи rd .Как обсуждалось ранее, крутящий момент — это объем выполненной работы, а мощность в лошадиных силах — это скорость, с которой выполняется работа. Водитель « B » делает больше лошадиных сил; находится на более низкой передаче, увеличивая крутящий момент ведущего колеса и обгоняет грузовик перед водителем « A ».

Взгляд на мощность

Все производители автомобилей используют значения мощности и крутящего момента для демонстрации характеристик, имиджа и технологий своей продукции. Они проверяют свои двигатели, не обремененные генераторами переменного тока, компрессорами переменного тока, гидроусилителем рулевого управления, водяными насосами и трансмиссиями.Измерения мощности производятся непосредственно с коленчатого вала в идеальных условиях окружающей среды — при низкой температуре окружающей среды и атмосферном давлении на уровне моря. Они не могут слишком резко «скорректировать» цифры из-за юридических проблем с рекламными претензиями, и большинство из них используют S.A.E. поправочные коэффициенты для выравнивания игрового поля.

Для большинства легковых и легких грузовиков, рассматриваемых в журналах, также указаны значения мощности и крутящего момента. Журналы редко снимают двигатель для проверки на динамометре, а вместо этого используют динамометрический стенд для измерения мощности и крутящего момента ведущих колес.Журналы представляют собой неоднозначную картину относительно того, как они получают свои показатели эффективности. Лучшие магазины будут использовать один и тот же стенд и оператора для получения всех значений мощности автомобилей, которые они тестируют. С примененными поправочными коэффициентами их результаты обычно согласуются. Сравнивать номера одного журнала с номерами другого бессмысленно из-за переменных практически во всем, что касается тестирования.

Работаете ли вы в дилерском центре или в независимом магазине, неплохо было бы установить деловые отношения с магазином, у которого есть динамометр и который занимается настройкой производительности.Никогда не угадаешь, когда один из ваших клиентов спросит вас: «Я подумываю об установке высокопроизводительной выхлопной системы. Насколько больше лошадиных сил у него будет по сравнению со стандартным? » Если вы работали с магазином, в котором есть дино, вы можете сдать его в субаренду и выполнить установку детали в своем магазине. Вы можете предоставить заказчику динамические диаграммы, которые показывают до и после значений мощности и крутящего момента.

Найдите местную службу динамометрии и опросите оператора, помня, что показатели производительности настолько хороши, насколько хорош оператор, проводящий испытания.Спросите, как долго они эксплуатируют динамометр, какие типы легковых или грузовых автомобилей они испытывают, какие поправочные коэффициенты используются, какой марки динамометрический стенд у них есть, и какие диаграммы и графики будут предоставлены после завершения тестирования. Опытный оператор динамометрического стенда проверит давление воздуха в задних шинах (довольно большой фактор выходной мощности на динамометре шасси) и проверит, нужно ли перед испытанием удалить или отсоединить какие-либо компоненты, связанные с выбросами. Самое главное, найдут ли они время, чтобы объяснить результаты тестирования, чтобы вы могли с уверенностью поговорить со своим клиентом относительно увеличения мощности (или ее отсутствия в некоторых случаях).Если вы прочитали эту статью, а оператор дино-кинотеатра знает меньше вас, поищите другое испытательное учреждение.

Знайте, каковы цели ваших клиентов в отношении изменений производительности, которые они собираются внести. Они хотят максимальной производительности, лучшего ускорения на шоссе или просто лучшей экономии топлива. Одна неписаная задача любой ремонтной мастерской — обучить клиентов, чтобы они были уверены в ваших знаниях и способностях. Если они задают вопросы, связанные с производительностью двигателя, а вам нечего сказать или, что еще хуже, дадут им неверную информацию, они найдут другой магазин для всех своих ремонтных работ.

Измерение крутящего момента и мощности: краткий обзор

На протяжении всей истории человечество полагалось на вращающиеся валы и крутящий момент вала для обеспечения своего общества. От древнеримской мукомольной мельницы в Барбегале, Франция, до современного атомного авианосца общим знаменателем является вращение вала, генерирующего крутящий момент и мощность. Естественно, измерение крутящего момента и мощности, производимой системой привода вала, имеет решающее значение для понимания и оптимизации всей машины или процесса.В этой статье представлен обзор различных инструментов для измерения крутящего момента и мощности, включая преимущества и ограничения каждой системы.
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА И МОЩНОСТИ
Крутящий момент определяется как крутящая сила, которая имеет тенденцию вызывать вращение. Слово произошло от латинского слова Torquere, означающего скручивание. Крутящий момент также можно количественно определить по уравнению (где плечо рычага — это перпендикулярное расстояние от оси вращения до линии действия силы):
Крутящий момент = приложенная сила x плечо рычага
Крутящий момент измеряется в фут-фунтах или Ньютон-метры.Архимед, знаменитый греческий математик и изобретатель, был так взволнован силой и рычагами, что ему приписали заявление: «Дайте мне достаточно длинный рычаг и место, где я смогу стоять, и я переверну мир». Одно из самых узнаваемых уравнений, обычно используемых инженерами-механиками:

  • P = Мощность, л.с.
  • T = крутящий момент, фут-фунт сила
  • N = оборотов в минуту
  • 5252 = Константа

Количественное определение крутящего момента и мощности помогло инженерам разрабатывать и улучшать различные конструкции, но для правильного и точного измерения по-прежнему требовались соответствующие инструменты.Прорывная концепция была разработана Сэмюэлем Кристи, а позже, усовершенствованная и популяризированная Чарльзом Уитстоном, стала известна как мост Уитстона.

Схема моста Уитстона
Значение моста Уитстона нельзя недооценивать. Эта концепция легла в основу изобретения тензодатчика, изобретенного в 1938 году Эдвардом Симмонсом и Артуром Руге. Руге и Симмонс, работая независимо друг от друга, оба обнаружили, что провода небольшого диаметра, сделанные из сплавов с электрическим сопротивлением, могут быть прикреплены к конструкции для измерения поверхностной деформации.Преимущество этого типа манометра заключается в том, что он хорошо реагирует на статические деформации. Именно из-за требований этой быстрорастущей отрасли был сделан важный шаг вперед в разработке тензодатчиков из фольги.
Объединив концепции моста Уитстона и тензодатчика, инженеры и изобретатели смогли разработать различные типы оборудования для точного измерения крутящего момента и мощности. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, но все они основаны на установленных концепциях и общих целях мониторинга механических сил и способствуют совершенствованию системы.

Универсальный тензодатчик Vishay с полным мостом — диаграмма сдвига / крутящего момента
ДИНАМОМЕТР
Динамометр — это наиболее распространенный инструмент, используемый для оценки крутящего момента и мощности. Преимущество динамометров в том, что они очень точны, что позволяет проводить много типов испытаний. Для каждого требования доступно множество подходящих динамометров — от единой системы до полного тестирования транспортного средства.
При всех своих преимуществах динамометры, однако, ограничены своей стоимостью, размером и возможностями.Их размер ограничивает их возможности для испытаний на борту морских судов и в ограниченном пространстве. Кроме того, некоторые системы слишком велики для любого типа динамометрических испытаний.
НАГРУЗОЧНАЯ ЯЧЕЙКА И МОМЕНТНЫЙ РЫЧАГ
Простое, но экономичное устройство для испытания крутящего момента включает в себя тензодатчик с устройством крутящего момента, установленным для определенной нагрузки. При приложении силы к нагрузке якорь сжимает тензодатчик. Информация о крутящем моменте может быть рассчитана на основе данных тензодатчика и длины плеча момента.
Недостатки такой системы связаны с ограничениями тензодатчика, точностью и сбором данных. Система измеряет не фактический крутящий момент на валу, а, скорее, силы на плече момента. Система также ограничена пространством, гибкостью и редко используется на современных морских судах или крупном оборудовании.
ДАТЧИК МОМЕНТА ВРАЩЕНИЯ
Более современный подход к сбору данных о крутящем моменте и мощности — это линейный датчик крутящего момента. Датчики крутящего момента предлагают широкий диапазон диапазонов крутящего момента, высокую степень точности, возможность цифрового вывода и различные типы функций сбора данных, т.е.е. Число оборотов, направление вала, а также крутящий момент и мощность. Некоторые модели с вращающимся моментом также обладают преимуществом, заключающимся в том, что они выдерживают очень высокие обороты (до 50 000 об / мин) и уровень G-Force. Однако встроенные датчики дороги, не обладают универсальностью и имеют ограничения по крутящему моменту. Они также требуют модификации вала перед установкой. Это может быть очень дорогостоящим при использовании валов большого диаметра.

Показанное изображение: Динамометр для тяжелого двигателя (фото предоставлено: UC Riverside
Вверху: Якорь и датчик нагрузки для измерения крутящего момента (фото предоставлено: Dr.Скотт К. Томас, Государственный университет Райта)
РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МОМЕНТА
Очень эффективным и более универсальным вариантом измерения крутящего момента и мощности является система радиотелеметрии крутящего момента. Типичные агрегаты не ограничены каким-либо уровнем крутящего момента и могут использоваться или определяться для почти любого диаметра вала. Они также обладают такими преимуществами, как разумная цена, простая калибровка, портативность и удобная установка (не требуется модификации вала).
При использовании систем радиотелеметрии крутящего момента существуют ограничения, которые необходимо учитывать.Скорость вращения вала является важной информацией из-за механических ограничений вращающихся компонентов, например, аккумулятора, клейкой ленты и т. Д. Иногда радиопомехи от соседних устройств могут создавать проблемы в работе системы крутящего момента. Правильное применение тензодатчика, необходимое для успешной работы системы, может быть утомительным. Неправильно установленные тензодатчики могут привести к ошибкам в точности и данных.
Binsfeld Engineering Inc. производит широкий выбор систем бесконтактного измерения крутящего момента и мощности как для временного, так и для постоянного применения.Радиотелеметрические системы Binsfeld TorqueTrak обладают всеми описанными здесь преимуществами, включая удобство, универсальность и разумную цену, а также удобство эксплуатации. BEI также обеспечивает дружелюбную и немедленную техническую поддержку по любым системным проблемам.

Система радиотелеметрии крутящего момента TorqueTrak 10K
РЕЗЮМЕ
Понимание теорий крутящего момента, мощности и испытательного оборудования может оказаться полезным при поиске системы телеметрии крутящего момента. Поскольку идеального решения не существует, понимание ограничений каждой системы дает представление о выборе наилучшего и наиболее экономичного варианта.◆
Брайан Карр — менеджер по продажам систем измерения крутящего момента в Binsfeld Engineering Inc. в США. Брайан получил степень бакалавра медицинских наук в Мичиганском технологическом университете и степень магистра экономических наук в Бостонском университете и более трех лет занимается продажей систем измерения крутящего момента. С ним можно связаться по адресу [email protected] Для получения дополнительной информации посетите www.binsfeld.com.

____________________________________________
MODERN PUMPING TODAY, August 2015
Вам понравилась эта статья?
Подпишитесь на БЕСПЛАТНОЕ цифровое издание журнала Modern Pumping Today Magazine!

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.