WHAT’S
NEW
HERE ?EPI
Products
and Services

Technical Articles and Product Descriptions

Mechanical Engineering FundamentalsPiston
Engine
TechnologyEPI
Engine
ProjectsAircraft
Engine
ConversionsDetailed
Gearbox TechnologyEPI
Gearbox
ProjectsAircraft
Propeller
TechnologySpecial
Purpose
Systemsrotorway
Helicopter
Выпуски

Справочные материалы

EPI
Справочник
Руководства по библиотеке
и
Publicationssome
Интересные
Ссылки

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРОДУКЦИИ

СЧЕТ
для продажи
(иногда)

.

Журнал Race Engine Technology

ВВЕДЕНИЕ в Race Engine TechnologyПОДПИСАТЬСЯ
на Race Engine TechnologyДОСТУПНО
НАЗАД
ВОПРОСЫ

Последнее обновление:

Последнее обновление: 11 марта 2011 г.

ПРИМЕЧАНИЕ. Все наши продукты, конструкции и услуги являются УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗГЛЮТЕНОВЫМИ, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не будут расстраивать чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или деликатные ЧУВСТВА

Чтобы обсуждать силовые установки в любой степени, важно понимать концепции МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ .

ОДНАКО для понимания МОЩНОСТЬ , вы должны сначала понять ЭНЕРГИЯ и РАБОТА .

Если вы какое-то время не рассматривали эти концепции, было бы полезно сделать это перед изучением этой статьи. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть обзор «Энергия и работа».

Часто кажется, что люди не понимают отношения между МОЩНОСТЬЮ и КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ. Например, мы слышали двигатель строители , консультанты по распределительным валам и другие « технические специалисты» спросите клиентов:

И вопрос обычно задается тоном, который убедительно свидетельствует о том, что эти «эксперты» считают, что мощность и крутящий момент как-то взаимоисключающие.

На самом деле все наоборот, и вы должны четко понимать следующие факты:

1. МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и ОБ/МИН .
2. МОМЕНТ и RPM — ИЗМЕРЕННЫЕ величины мощности двигателя.
3. МОЩНОСТЬ РАСЧИТЫВАЕТСЯ по крутящему моменту и частоте вращения по следующему уравнению:

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

(в нижней части этой страницы показан вывод этого уравнения для всех, кто заинтересован. )

Двигатель производит МОЩНОСТЬ количество КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ на нагрузку в данный об/мин . Величина КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, который может развить двигатель, обычно зависит от оборотов.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ определяется как СИЛА вокруг заданной точки, приложенная на РАДИУС от этой точки. Обратите внимание, что единица КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ равен одному фунт-фут (часто неверно указывается), в то время как единица измерения РАБОТА равна одному фут-фунт .

Рисунок 1

Ссылаясь на Рисунок 1 , предположим, что рукоятка прикреплена к кривошипу так, что она параллельна поддерживаемой вала и расположен в радиусе 12 дюймов от центра вала. В этом примере рассмотрим вал равным фиксированный для стена. Пусть стрелка представляет собой силу в 100 фунтов, приложенную в направлении, перпендикулярном рукоятке и кривошипу, как показано на рисунке.

Поскольку вал прикреплен к стене, вал не вращается, но крутящий момент составляет 100 фунт-футов (100 фунтов раз 1 фут) применяется к валу.

ПРИМЕЧАНИЕ о том, что ЕСЛИ кривошип на эскизе был в два раза длиннее (т. е. рукоятка располагалась на расстоянии 24 дюйма от центра вал), то же самое усилие в 100 фунтов, приложенное к рукоятке, произвело бы 200 крутящего момента (100 фунтов на 2 фута).

МОЩНОСТЬ

МОЩНОСТЬ является мерой того, сколько РАБОТЫ можно выполнить за указанное ВРЕМЯ. В примере на Страница «Работа и энергия», парень, толкавший машину, проехал 16 500 футо-фунтов. РАБОТА . Если бы он выполнил эту работу за две минуты, он произвел бы 8250 футо-фунтов в минуту МОЩНОСТИ (165 футов x 100 фунтов ÷ 2 минуты). Если вам неясны понятия РАБОТЫ и ЭНЕРГИИ, было бы полезно просмотреть эти понятия. ЗДЕСЬ.

Точно так же, как одна тонна представляет собой большое количество веса (по определению, 2000 фунтов), одна лошадиных силы это большая мощность. Определение одной лошадиной силы: 33 000 футо-фунтов в минуту . Сила, которую произвел парень толкая свою машину через участок (8 250 фут-фунтов в минуту), это равно ¼ лошадиной силы (8 250 ÷ 33 000).

Хорошо, все хорошо, но как толкание машины через парковку связано с вращающимся механизмом?

Рассмотрим следующее изменение в приведенном выше эскизе рукоятки и кривошипа . Ручка по-прежнему находится в 12 дюймах от центра вал, но теперь вместо того, чтобы крепиться к стене, вал теперь проходит сквозь стену, опираясь на подшипники качения, и прикреплен к генератору за стеной.

Предположим, как показано на рис. 2 , что постоянная сила в 100 фунтов. каким-то образом применяется к ручке, так что сила всегда перпендикулярна как рукоятке, так и кривошипу, когда кривошип вращается. Другими словами, «стрелка». вращается вместе с рукояткой и остается в том же положении относительно кривошипа и рукоятки, как показано в приведенной ниже последовательности. (Это называется «тангенциальной силой»).

Рисунок 2

Если эта постоянная касательная сила в 100 фунтов, приложенная к 12-дюймовой рукоятке (крутящий момент 100 фунт-фут), заставляет вал вращаться со 2000 об/мин, то мощность вал передает на генератор за стеной 38 л.с. , рассчитывается следующим образом:

100 фунто-футов крутящего момента (100 фунтов x 1 фут) умножить на 2000 об/мин, разделить на 5252 и получить 38 л.с.

Следующие примеры иллюстрируют несколько различных значений КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, которые обеспечивают мощность 300 л.с.

Пример 1 :   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для создания 300 л.с. при 2700 об/мин?

, так как     л.с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ x ОБ/мин ÷ 5252
            тогда, изменив уравнение:
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = л.с. x 5252 ÷ ОБ/мин

Пример 2:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для создания 300 л.с. при 4600 об/мин?

Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 4600 = 343 фунт-фут.

Пример 3:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для создания 300 л.с. при 8000 об/мин?

Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 8000 = 197 фунто-футов.

Пример 4:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ развивает турбинная секция газотурбинного двигателя мощностью 300 л.с. при 41 000 об/мин?

Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 41 000  = 38,4 фунт-фут.

Пример 5: Выходной вал редуктора двигателя в Примере 4 вращается со скоростью 1591 об/мин. Сколько КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ доступен на этом валу?

Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 1591 = 991 фунт-фут.

(без учета потерь в редукторе, разумеется).

Из этих чисел следует сделать вывод, что заданное количество лошадиных сил может быть получено из бесконечного числа комбинаций крутящего момента и оборотов.

Подумайте об этом с другой стороны: в автомобилях одинакового веса 2-литровый двигатель с двумя распредвалами мощностью 300 л.с. при 8000 об/мин (197 фунт-фут) и 400 л. с. при 10 000 об/мин (210 lb-ft) выведет вас из поворота точно так же, как 5-литровый двигатель мощностью 300 л.с. при 4000 об/мин (394 фунта-фута) и 400 л.с. при 5000 об/мин (420 фунт-фут). Фактически, в автомобилях одинакового веса меньший двигатель, вероятно, будет ЛУЧШЕ участвовать в гонках, потому что он намного легче, поэтому на переднюю часть приходится меньше веса. И в реальности машина с более легким 2-литровым двигателем будет вероятно, весит меньше, чем большой автомобиль с двигателем V8, поэтому он будет лучшим гоночным автомобилем по нескольким причинам.

Измерение мощности

Динамометр определяет МОЩНОСТЬ двигателя при приложении нагрузки к двигателю выходного вала с помощью водяного тормоза, генератора, вихретокового гасителя или любого другого управляемого устройства, способного поглощать сила. Система управления динамометром заставляет амортизатор точно соответствовать количеству TORQUE , которое производит двигатель. в этот момент, то измеряет что КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и ОБ/МИН вала двигателя, и от тех два измерения, он вычисляет наблюдаемых мощностей. Затем применяются различные факторы (температура воздуха, барометрическое давление, относительная влажность) для того, чтобы правильный наблюдаемый мощность до значения, которое было бы, если бы оно было измерено при стандартных атмосферных условиях , называемая , скорректированная мощность .

Последние изменения на этой странице

В этом месте страницы раньше был анализ, показывающий, как определить мощность, потребляемую насосом. Это обсуждение имеет была перемещена на более подходящую, недавно обновленную страницу «Системы смазки двигателя».

Общие замечания

Чтобы спроектировать двигатель для конкретного применения, полезно построить оптимальную кривую мощности для этого конкретного применения, затем из этой информации о конструкции определите кривую крутящего момента, которая требуется для получения желаемой кривой мощности. По оценке крутящего момента требования к реалистичным значениям BMEP, вы можете определить разумность целевая кривая мощности.

Как правило, пик крутящего момента возникает при значительно более низких оборотах, чем пик мощности. Причина в том, что в целом кривая крутящего момента не падает (в %) так же быстро, как увеличивается число оборотов в минуту (в %). Для гоночного двигателя часто выгодно (в пределах границ условиях применения) для работы двигателя далеко за пределами пиковой мощности, чтобы обеспечить максимальную среднюю мощность в течение необходимый диапазон оборотов.

Однако для двигателя, который работает в относительно узком диапазоне оборотов, такого как авиационный двигатель, обычно требуется, чтобы двигатель выдает максимальную мощность при максимальных оборотах. Это требует, чтобы пик крутящего момента был достаточно близок к максимальным оборотам. Для самолета двигатель, вы обычно проектируете кривую крутящего момента так, чтобы она достигла максимума при нормальных настройках круиза и оставалась неизменной до максимальных оборотов. Такое позиционирование кривая крутящего момента позволила бы двигателю производить значительно больше мощности, если бы он мог работать на более высоких оборотах, но цель состоит в том, чтобы оптимизировать производительность в рабочем диапазоне.

Пример этой концепции показан на рис. 3 ниже. Три пунктирные линии представляют три различные кривые крутящего момента, каждая из которых имеет точное значение одинаковая форма и значения крутящего момента, но с пиковыми значениями крутящего момента, расположенными при разных значениях оборотов. Сплошные линии показывают мощность, вырабатываемую кривыми крутящего момента того же цвета.

Рисунок 3

Обратите внимание, что при пиковом крутящем моменте 587 фунт-футов при 3000 об/мин розовая линия мощности достигает максимума около 375 л.с. между 3500 и 3750 об/мин. С та же кривая крутящего момента сдвинута вправо на 1500 об/мин (черный цвет, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 4500 об/мин), пиковая мощность подскакивает примерно до 535 л. с. 5000 об/мин. Опять же, перемещение той же кривой крутящего момента вправо еще на 1500 об/мин (синяя, пик крутящего момента 587 фунт-футов при 6000 об/мин) приводит к тому, что мощность снижается. пик около 696 л.с. при 6500 об/мин

Используя черные кривые в качестве примера, обратите внимание, что двигатель развивает мощность 500 л.с. как при 4500, так и при 5400 об/мин, что означает, что двигатель может такое же количество работы в единицу времени (мощность) на 4500, что и на 5400. ОДНАКО, он будет сжигать меньше топлива для производства 450 л.с. при 4500 об / мин. чем при 5400 об/мин, из-за паразитных потерь мощности (мощность, расходуемая на вращение коленчатого вала, возвратно-поступательных узлов, клапанного механизма) увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала.

Диапазон оборотов, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент, ограничен. Вы можете настроить двигатель так, чтобы он имел высокий пиковый крутящий момент с очень узкий диапазон или более низкое значение пикового крутящего момента в более широком диапазоне. Эти характеристики обычно диктуются параметрами область применения, для которой предназначен двигатель.

Пример показан на рис. 4 ниже. Это то же самое, что и график на рис. 3 (выше), ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ, синяя кривая крутящего момента имеет был изменен (как показано зеленой линией), чтобы он не исчезал так быстро. Обратите внимание, как это приводит к увеличению зеленой линии электропередач. далеко за пределами пика крутящего момента. Такого рода изменение кривой крутящего момента может быть достигнуто путем изменения различных ключевых компонентов, в том числе (но не ограничиваясь) профили кулачков, расстояние между кулачками, длина впускных и/или выпускных каналов, поперечное сечение впускных и/или выпускных каналов раздел. Изменения, направленные на расширение пикового крутящего момента, неизбежно уменьшат значение пикового крутящего момента, но желательность данное изменение определяется приложением.

. x КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ ÷ 5252 ,   тогда где 5252?»

Вот ответ.

По определению, МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ (как объяснялось выше в разделе ПИТАНИЕ рубрика)

Используя пример на рисунке 2 выше, где постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов была приложена к 12-дюймовой рукоятке, вращающейся со скоростью 2000 об/мин, мы знаем задействованную силу , поэтому для расчета мощности нам нужно расстояние рукоятка перемещения на единицу время , выраженное как:

Мощность = 100 фунтов x расстояние в минуту

Хорошо, на какое расстояние рукоятка перемещается за одну минуту? Сначала определите расстояние, которое он проходит за один оборот :

РАССТОЯНИЕ за оборот = 2 x π x радиус

РАССТОЯНИЕ за оборот. = 2 x 3,1416 x 1 фут = 6,283 фута.

Теперь мы знаем, как далеко шатун перемещается за один оборот. Какое расстояние проходит кривошип за одну минуту ?

РАССТОЯНИЕ в мин. = 6,283 фута на оборот. х 2000 об. в мин. = 12 566 футов в минуту

Теперь мы знаем достаточно, чтобы рассчитать мощность, определяемую как:

МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
    так
Мощность = 100 фунтов x 12 566 футов в минуту = 1 256 600 фут-фунтов в минуту

Отлично, а как насчет ЛОШАДЕЙ? Помните, что одна ЛОШАДЕЙНАЯ СИЛА определяется как 33000 футо-фунтов работы. в минуту . Следовательно, HP = МОЩНОСТЬ (фут-фунт в минуту) ÷ 33 000. Мы уже подсчитали, что мощность, приложенная к кривошипа выше составляет 1 256 600 футо-фунтов в минуту.

Сколько это HP?

л.с. = (1 256 600 ÷ 33 000) = 38,1 л.с.

Теперь мы объединим уже известные нам вещи, чтобы создать волшебное число 5252. Мы это уже знаем:

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = СИЛА x РАДИУС.

Если мы разделим обе части этого уравнения на РАДИУС, мы получим:

(a)   СИЛА = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ ÷ РАДИУС

Теперь, если РАССТОЯНИЕ за оборот = РАДИУС x 2 x π, тогда

(b)   РАССТОЯНИЕ в минуту = РАДИУС x 2 x π x RPM

Мы уже знаем

(c)   МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ в минуту

Итак, если мы подставим эквивалент СИЛЫ из уравнения (a) и расстояние в минуту из уравнение (б) в уравнение (в), получаем:

МОЩНОСТЬ = (МОМЕНТ ÷ РАДИУС) x (ОБ/МИН x РАДИУС x 2 x π)

Разделив обе стороны на 33 000, чтобы найти л. с.,

л.с. Снижение, мы получаем

hp = крутящий момент x rpm x 6,28 ÷ 33 000

с

33 000 ÷ 6,2832 = 5252

Поэтому

л.с. . При любых оборотах ниже 5252 значение крутящего момента больше, чем значение HP; Выше 5252 об/мин значение крутящего момента меньше значения л.с.

<< Вернуться к: Содержание Перейти к началу страницы ↑ Следующая тема: Тепловая эффективность >>

Power Torque Incorporated, 425 Old State Rd, Ellisville, St.

alexxlab